DE3829830C2 - - Google Patents
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- DE3829830C2 DE3829830C2 DE3829830A DE3829830A DE3829830C2 DE 3829830 C2 DE3829830 C2 DE 3829830C2 DE 3829830 A DE3829830 A DE 3829830A DE 3829830 A DE3829830 A DE 3829830A DE 3829830 C2 DE3829830 C2 DE 3829830C2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
- F16K31/025—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic actuated by thermo-electric means
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Temperature-Responsive Valves (AREA)
- Magnetically Actuated Valves (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein elektrisch betätigtes Ventil zum
Steuern eines fließenden Mediums, insbesondere Sanitärventil,
mit
- a) einem Gehäuse, welches einen Einlaßkanal und einen Auslaß kanal aufweist;
- b) einem Ventilverschlußglied, das mit einem im Strömungsweg zwischen dem Einlaßkanal und dem Auslaßkanal liegenden Ven tilsitz zusammenwirkt;
- c) einer Stelleinrichtung für das Ventilverschlußglied, welches ein elektrisch beheiztes Dehnstoffelement umfaßt, das mit dem Ventilverschlußglied kraftschlüssig verbunden ist;
- d) einem Kühlkörper, der thermisch an das Dehnstoffelement an gekoppelt und stromab vom Ventilsitz in oder an einem Kanal angeordnet ist, der von dem fließenden Medium durchströmbar ist.
Bei elektrisch betätigten Ventilen, mit denen ein fließfähiges
Medium, insbesondere Wasser, gesteuert wird, handelt es sich
in den meisten Fällen um Magnetventile. Zu deren Einsatz ist
- jedenfalls im sanitären Bereich - regelmäßig eine sogenannte
Vorsteuerung erforderlich, welche kleine Pilotöffnungen notwen
dig macht. Diese Öffnungen mit geringen Abmessungen neigen zur
Verkalkung, wodurch die gesamten Ventile außer Funktion gesetzt
werden können. Außerdem ist es schwierig, das dynamische Ansprech
verhalten derartiger Magnetventile so zu beherrschen, daß im
sanitären Einsatzbereich Wasserschläge in dem angeschlossenen
Hausleitungssystem vermieden werden können.
Aus der US-PS 33 35 997, der US-PS 36 50 505, der US-PS 29 89 281
und der DE-OS 20 55 067 sind elektrisch betätigte Ventile der
eingangs genannten Art bekannt. Hier wird die Verstellkraft für
das Ventilverschlußglied von einem Dehnstoffelement abgeleitet,
welches elektrisch beheizt wird: Erwärmt sich die in dem Dehn
stoffelement enthaltene Substanz, so fährt ein Druckstift aus
dem Dehnstoffelement aus, über den dann entweder direkt oder
indirekt das Ventilverschlußglied vom zugeordneten Ventilsitz
angehoben werden kann. Wird der elektrische Strom abgestellt,
so muß die noch in der Wachsfüllung des Dehnstoffelementes ent
haltene Wärme abgeführt werden. Dies geschieht bei den bekannten
Ventilen über einen Kühlkörper, der direkt in dem gesamten, das
Ventil durchquerenden Flüssigkeitsstrom liegt. Die Kühlwirkung,
die von diesem Gesamtflüssigkeitsstrom auf den Kühlkörper ausge
übt wird, ist von außen her nicht beeinflußbar. Dies bedeutet,
daß die Schließcharakteristik nicht mehr veränderbar ist, wenn
diese Ventile die Herstellerfirma verlassen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektrisch be
tätigtes Ventil der eingangs genannten Art derart auszugestalten,
daß das Ansprechverhalten insbesondere beim Schließvorgang jeder
zeit in definierter Weise verändert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
- e) der Kühlkörper in einem Nebenweg des fließenden Mediums an geordnet ist, wobei der Anteil des in den Nebenweg einflie ßenden Mediums durch ein Regelventil einstellbar ist.
Der Kühlkörper liegt also erfindungsgemäß nicht mehr im Gesamt
strom der das Ventil durchströmenden Flüssigkeit sondern wird
nur noch von einem einstellbaren Anteil des durchfließenden
Mediums beaufschlagt. Wird in den Nebenweg, in dem erfindungs
gemäß der Kühlkörper anzuordnen ist, verhältnismäßig viel flie
ßendes Medium eingeleitet, so ist auch die Kühlwirkung auf den
Kühlkörper und damit auf das Dehnstoffelement entsprechend größer.
Die nach dem Abschalten des elektrischen Stromes noch in dem
Dehnstoffelement enthaltene Wärme wird auf diese Weise verhält
nismäßig rasch abgeführt, so daß sich die in diesem enthaltene
Substanz schnell zusammenziehen kann. Das Ventilverschlußglied
wird dann rasch in seine Schließstellung zurückgeführt. Wenn
dagegen nur verhältnismäßig wenig fließendes Medium in den Neben
weg eingelassen wird, ist seine Kühlwirkung verhältnismäßig
schwach; es benötigt dann vergleichsweise lange Zeit, bis das
Dehnstoffelement abgekühlt und somit das Ventilverschlußglied
wieder in seine Schließstellung zurückgekehrt ist. Durch Ver
stellen des Regelventiles läßt sich so in einfacher Weise die
Schließcharakteristik des Ventiles bestimmen, wodurch insbe
sondere den örtlichen Verhältnissen angepaßt die Entstehung von
Wasserschlägen beim Schließen des Ventils verhindert werden kann.
Bei dem Nebenweg kann es sich um einen Ringkanal im Gehäuse
handeln, der geometrisch und herstellungstechnisch einfach zu
realisieren ist.
In diesem Falle empfiehlt sich wiederum aus geometrischen
Gründen, wenn das Dehnstoffelement in einem trockenen Hohl
raum untergebracht ist, um den der Ringkanal herumgeführt
ist.
Der Kühlkörper kann eine durch Wellungen vergrößerte Ober
fläche aufweisen und über eine Stange an das Dehnstoff
element thermisch angekoppelt sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend
anhand der Zeichnung näher erläutert; die einzige Figur
zeigt schematisch ein elektrisch betätigtes Wasserventil
im Schnitt.
Das dargestellte Wasserventil umfaßt ein Gehäuse 1 mit
einem Wasser-Einlaßkanal 2 und einem Wasser-Auslaßkanal 3.
Das innere Ende des Wasser-Einlaßkanals 2 steht über eine
Bohrung 4 mit einem inneren Ringkanal 5 in Verbindung. An
der Mündungsstelle der Bohrung 4 in den Wasser-Einlaßkanal
2 ist ein Ventilsitz 6 ausgeformt, der mit einem Ventil
verschlußglied 7 zusammenwirkt. Das Ventilverschlußglied
7 wird durch eine Druckfeder 28 gegen den Ventilsitz 6 ge
drückt, so daß die Bohrung 4, welche den Durchgang vom
Wasser-Einlaßkanal 2 in den Ringkanal 5 bildet, normaler
weise verschlossen ist.
Das in den Ringkanal 5 gelangte Wasser wird durch ein dreh
bares Regelventil 8 in zwei Ströme geteilt. Der Hauptteil
des Wasser fließt in allen Drehstellungen des Regelventiles
8 über einen inneren Kanal 9 zum Wasser-Auslaufkanal 3.
Ein zweiter Teil des Wasserstromes wird vom Regelventil
8 über eine Ausnehmung 10 in den Ringkanal 5 geleitet, wo
bei dieser zweite Teil des Wasserstromes nunmehr stark von
der Drehstellung des Regelventiles 8 abhängt. Der Sinn
dieser Maßnahme wird weiter unten deutlich werden.
Das Ventilverschlußglied 7, welches letztendlich den Wasser
strom zwischen dem Wasser-Einlaßkanal 2 und dem Wasser-Aus
laßkanal 3 regelt, wird durch ein Dehnstoffelement 11 be
tätigt, wie es in seinem grundsätzlichen Aufbau von sanitä
ren Thermostatventilen her bekannt ist. Es ist in einem
Hohlraum 12 innerhalb des Ringkanales 5 untergebracht. Der
Hohlraum 12 ist trocken, wird also vom Wasser nicht ange
strömt.
Das Gehäuse 13 des Dehnstoffelementes 11 enthält in be
kannter Weise eine Füllung 14 aus Wachs mit hohem thermi
schem Ausdehnungskoeffizienten, welche einen Kolben 15 be
aufschlagt. Der Kolben 15 steht über eine Kolbenstange 16,
die durch das Gehäuse 13 des Dehnstoffelementes 11 axial
heraus und - abgedichtet - durch die Wand 17 zwischen dem
Ringkanal 5 und dem inneren Hohlraum 12 des Gehäuses 1 hin
durchgeführt ist, mit dem Ventilverschlußglied 7 in Ver
bindung.
Die Wand 17 wird außerdem - ebenfalls abgedichtet - von
einer weiteren Stange 18 durchsetzt, welche das Gehäuse
13 des Dehnstoffelementes 11 thermisch an einen Kühlkörper
19 ankoppelt. Der durch Wellungen 20 mit einer hohen Ober
fläche versehene Kühlkörper 19 wird von dem den Ringkanal
5 durchströmenden Wasser beaufschlagt.
Schließlich ist das Gehäuse 13 des Dehnstoffelementes 11
von einer elektrischen Wicklung 21 koaxial umgeben, deren
Zuführleitungen 22 in geeigneter Weise aus dem Gehäuse 1
nach außen geführt sind.
Die Funktionsweise des oben beschriebenen Wasserventils
ist wie folgt:
Normalerweise, wenn also die Wicklung 21 nicht bestromt
ist, liegt das Ventilverschlußglied 7 unter der Wirkung
der Druckfeder 28 am Ventilsitz 6 an. Der Durchgang von Was
ser zwischen dem Wasser-Einlaßkanal 2 und dem Ringkanal
5, damit auch dem Wasser-Auslaufkanal 3, ist versperrt;
das Ventil ist geschlossen.
Soll das Ventil geöffnet werden, wird die Wicklung 21 be
stromt. Die sich entwickelnde Wärme verursacht ein Aus
dehnung der Wachsfüllung 14 im Dehnstoffelement 11, wodurch
dessen Kolben 15 nach unten geschoben wird. Diese Bewegung
wird über die Kolbenstange 16 auf das Ventilverschlußglied
7 weitergegeben, welches vom Ventilsitz 6 abhebt. Nunmehr
kann Wasser vom Wasser-Einlaufkanal 2 in den Ringkanal 5,
von dort über den inneren Kanal 9 des Regelventils 8 in
den Wasser-Auslaufkanal 3 strömen.
Je nach der Drehstellung des Regelventiles 8 fließt außer
dem ein bestimmter Wasseranteil durch den Ringkanal 5 und
beaufschlagt dabei den Kühlkörper 19.
Soll das Ventil wieder geschlossen werden, wird die Strom
zufuhr zur Wicklung 21 beendet. Die Wachsfüllung 14 des
Dehnstoffelementes 11 kühlt sich ab, was von einer ent
sprechenden Volumenverringerung begleitet wird. Unter dem
Einfluß der Druckfeder 28 wird das Ventilverschlußglied 7
gegen den Ventilsitz 6 und damit zugleich der Kolben 15
in der Zeichnung innerhalb des Gehäuses 13 des Dehnstoff
elementes 11 nach oben verschoben. Der Wasserfluß zwischen
dem Wasser-Einlaufkanal 2 und dem Wasser-Auslaufkanal 3
kommt zum stehen.
Die Verzögerung, mit welcher das Ventilverschlußglied 7
auf das Abschalten des die Wicklung 21 durchfließenden
Stromes reagiert, hängt von der Kühlung des Dehnstoffelemen
tes 11 ab. Diese wiederum ist davon abhängig, wieviel Wasser
den Ringkanal 5 durchströmt und auf den Kühlkörper 19
einwirken kann.
Wenn ein rasches Schließen des Ventiles nach Abschalten
des Stromes gewünscht wird, wird das Regelventil 8 in eine
solche Stellung gedreht, bei der ein verhältnismäßig großer
Anteil des Wasserstromes in den Ringkanal 5 eintritt. Die
ser verhältnismäßig große Wasserstrom kühlt dann das Kühl
element 19 verhältnismäßig stark ab, so daß die Wärme in
der Wachsfüllung 14 des Dehnstoffelementes 11 nach Ende
des Stromflusses durch die Wicklung 21 schnell abgeführt
wird. In dieser Drehstellung des Regelventiles 8 ist somit
die Trägheit des Ventiles beim Schließen verhältnismäßig
gering.
Wenn umgekehrt ein verhältnismäßig langsames Ansprechen
des Ventiles beim Schließen gewünscht wird, wird das Regel
ventil 8 in eine solche Drehstellung gebracht, in welcher
der Ringkanal 5 nur wenig durchströmt wird. Dies bedeutet,
daß der Kühlkörper 19 nur verhältnismäßig wenig gekühlt
wird. Nach dem Ende des Stromflusses durch die Wicklung
21 wird also der Wärmeinhalt der Wachsfüllung 14 nur ver
hältnismäßig langsam abgeführt, so daß die Rückstellung
des Ventilverschlußgliedes 7 verhältnismäßig lange Zeit
in Anspruch nimmt.
Die Drehstellung des Regelventiles 8 hat auf das Einschalt
verhalten des Ventiles einen nur geringen Einfluß, da der
Ringkanal 5 beim Öffnungsbeginn noch nicht durchströmt wird.
Tendenziell sind die Verhältnisse genau umgekehrt wie beim
Schließen: Bei starker Kühlung des Kühlkörpers 19, wenn
also der Ringkanal 5 verhältnismäßig stark durchströmt ist,
ist das Ansprechverhalten beim Bestromen der Wicklung 21
verhältnismäßig träge, da das thermische Gleichgewicht durch
die hohe Wärmeabfuhr erst später erreicht wird. Umgekehrt
folgt der Kolben 15 des Dehnstoffelementes 11 der Bestromung
der Wicklung 21 verhältnismäßig rasch, wenn der Kanal 5 nur
wenig durchströmt ist.
Mit dem beschriebenen Ventil lassen sich also durch Wahl
der Drehstellung des Regelventiles 8 unterschiedliche
Ansprechcharakteristiken erzielen. Insbesondere ist es
möglich, ein sanftes Schließen des Ventiles zu erreichen,
wodurch Wasserschläge vermieden werden können.
Claims (6)
1. Elektrisch betätigtes Ventil zum Steuern eines fließenden
Mediums, insbesondere Sanitärventil, mit
- a) einem Gehäuse, welches einen Einlaßkanal und einen Auslaß kanal aufweist;
- b) einem Ventilverschlußglied, das mit einem im Strömungsweg zwischen dem Einlaßkanal und dem Auslaßkanal liegenden Ventil sitz zusammenwirkt;
- c) einer Stelleinrichtung für das Ventilverschlußglied, welches ein elektisch beheiztes Dehnstoffelement umfaßt, das mit dem Ventilverschlußglied kraftschlüssig verbunden ist;
- d) einem Kühlkörper, der thermisch an das Dehnstoffelement ange koppelt und stromab von dem Ventilsitz in oder an einem Kanal angeordnet ist, der von dem fließenden Medium durchströmbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
- e) der Kühlkörper (19) in einem Nebenweg des fließenden Mediums angeordnet ist, wobei der Anteil des in den Nebenweg einflie ßenden Mediums durch ein Regelventil (8) einstellbar ist.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Nebenweg einen Ringkanal (5) im Gehäuse (1) umfaßt.
3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Dehnstoffelement (11) in einem trockenen Hohlraum
(12) untergebracht ist, um den der Ringkanal (5) herumge
führt ist.
4. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (19) eine durch
Wellungen (20) vergrößerte Oberfläche aufweist.
5. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (19) über eine Stange
(18) an das Dehnstoffelement (11) thermisch angekoppelt
ist.
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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