DE4016221A1 - Anordnung und verfahren zum steuern des wassermengendurchlaufverhaeltnisses von kesselkreislauf zu heizkreislauf in warmwasserheizungsanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung und ein Verfah­ ren zum Steuern des Wassermengendurchlaufverhältnisses von Kesselkreislauf zu Heizkreislauf in Warmwasser-, insbesondere Niedertemperaturheizungsanlagen, mit einem Vierwegemischer und einer dessen Stellung beeinflussenden Steuereinrichtung, die so ausgebildet ist, daß sie bei voll geöffnetem Mischer eine veränderliche Dosierung der Rücklaufwasserbeimischung in den Heizungsvorlauf ermöglicht. Ferner bezieht sich die Erfindung auf einen besonders ausgebildeten Vierwegemischer zur Verwen­ dung in einer solchen Anordnung bzw. einem solchen Verfahren.

Bei der Verwendung herkömmlicher Mischer in Niedertemperatur­ heizungen stellte sich bei einer Kesseltemperatur von 80°C die maximal erforderliche Vorlauftemperatur von 50°C bereits bei weit weniger als der Hälfte des Mischerstellweges ein. Dadurch ergab sich ein zu grobes Regelverhalten. Außerdem ist es eine Anforderung der Niedertemperaturheizung, insbesondere einer Fußbodenheizung, unterschiedliche Wassermengen in den Rohr­ kreisen Kesseln einerseits und Heizung andererseits zu trans­ portieren. Dafür ein Rechenbeispiel:

Daraus ergeben sich die folgenden Wassermengen-Anforderungen bei einem angenommenen Wärmebedarf von 20 000 kcal:

Mit diesen Anforderungen ist ein herkömmlicher Mischer über­ fordert. Aus diesem Grunde hat man in der Regel eine entspre­ chend dimensionierte Beipaßverbindung zwischen Heizungsvor­ und -rücklauf geschaffen. Damit wurde ständig dem Vorlauf unabhängig von der Stellung des Mischers eine konstante Menge Rücklaufwasser zugeführt mit dem Vorteil, daß die Wassermenge im Heizkreis sich erhöhte und der Mischerstellwinkel ausgenutzt wurde.

Der Nachteil solcher Regeleinrichtungen liegt darin, daß bei Sollwertänderungen das Heizwertsystem sehr träge reagiert.

Aus der DE-PS 32 07 427 sind Anordnung und Verfahren der gattungsgemäßen Art bekannt. Die Ausdehnung des praktisch verfügbaren Stellbereichs sowie die gewünschte rasche Regelantwort beispielsweise bei einem Wärmeschub nach der Nachtabsenkung werden durch einen verstellbaren Beipass erreicht, der in Abhängigkeit von der Mischerstellung gesteuert wird und weitgehend geschlossen wird, wenn der Mischerweg vom Kesselvorlauf zum Heizungsvorlauf voll geöffnet ist. Der verstellbare Beipass mischt der über den Mehrwegemischer fließenden Heizwassermenge eine zusätzliche Rücklaufwassermenge bei. Wenn der Mischer aufgrund der Vorlauftemperaturbegrenzung etwas geschlossen wird, vergrößert sich die über den Beipass gelei­ tete Rücklaufwassermenge. Die über den Mischerweg zum Hei­ zungsvorlauf strömende Menge an Kesselvorlaufwasser kann daher weitgehend unvermindert bleiben, so daß der Mischer auch im oberen Stellbereich ein feinfühliges Regelverhalten gewährlei­ stet. Die Zuordnung eines gesteuerten Beipasses zu einem her­ kömmlichen Mehrwegemischer sowie deren regelungstechnische Verknüpfung waren bisher die einzige Möglichkeit, das ange­ strebte Regelverhalten mit geringen Totzeiten, relativ kurzen Übergangsphasen und weitgehender Ausnutzung des Mischer-Stell­ bereichs zu vereinigen. Die zusätzliche gesteuerte Beipass­ klappe erhöht den Herstellungs- und Wartungsaufwand, zumal sich der Verschleiß in den beiden Wegen über den Mischer ei­ nerseits und über den Beipass andererseits nicht immer gleich­ mäßig und einheitlich einstellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das oben erläuterte angestrebte Regelverhalten zu optimieren und mit wesentlich geringerem baulichen, wartungsmäßigen und betrieblichen Auf­ wand zu erreichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich die erfindungsgemäße Anordnung dadurch aus, daß daß der Vierwegemischer als Gloc­ kenmischer mit einer stationären Profilscheibe und einer dreh­ baren Schaltglocke ausgebildet ist, wobei die Schaltglocke mit einer Dichtfläche auf einer vorzugsweise ebenen Sitzfläche der Profilscheibe gleitend angeordnet ist; daß die Profilscheibe mit wenigstens drei getrennten Durchgangsöffnungen versehen ist, von denen eine erste mit dem Kesselvorlauf, eine zweite mit dem Heizungsvorlauf und eine dritte mit dem Kesselrücklauf verbunden ist; daß die Schaltglocke in einer mit dem Heizungs­ rücklauf verbundenen Mischkammer angeordnet, an ihrer Außen­ seite von dem Heizungsrücklaufwasser druckbeaufschlagt ist, einen Verbindungskanal begrenzt, einen Winkelbereich der Pro­ filscheibe überspannt und über einen begrenzten Drehstel­ lungsbereich die mit dem Kesselvorlauf verbundene erste Durch­ gangsöffnung mit der zum Heizungsvorlauf führenden zweiten Durchgangsöffnung kurzschließt (voll geöffneter Mischer) und gleichzeitig einen veränderlichen Teil des Öffnungsquer­ schnitts der zweiten Durchgangsöffnung zur mit dem Heizungs­ rücklauf (HR) verbundenen Strömungskammer für die Zumischung von Rücklaufwasser freigibt.

Überraschenderweise erreicht die Erfindung ein feinfühliges Regelverhalten über den gesamten Mischer-Stellbereich unter Verzicht auf einen gesteuerten Beipass einfach durch besondere Gestaltung des Mischers selbst. Anstelle eines gesonderten Beipasses ermöglicht der Verbindungskanal in der Schaltglocke die Zufuhr der maximalen Kesselvorlaufwassermenge bei verän­ derlicher Menge an Rücklaufwasser. Somit kann auch im oberen Stellbereich eine feinfühlige Regelung unter Änderung der Rücklaufwassermenge erreicht werden. Die kostenaufwendige Anordnung eines verstellbaren Beipasses sowie dessen rege­ lungstechnische Verknüpfung mit dem Stellungsgeber des Mi­ schers entfallen.

Im Betrieb reichen an sich die durch den Rücklaufwasserdruck auf die Schaltglocke einwirkenden Andruckkräfte zur dichten Anlage der Schaltglocke an ihrer ebenen Sitzfläche auf der Profilscheibe aus; vorzugsweise ist jedoch die Schaltglocke mit geringer Kraft federnd gegen die Profilscheibe vorge­ spannt.

Zur Einstellung des optimalen Regelverhaltens haben die Durch­ gangsöffnungen in Weiterbildung der Erfindung zumindest teil­ weise nierenförmige Öffnungsquerschnitte. Die mit dem Hei­ zungsvorlauf verbundene zweite Durchgangsöffnung ist vorzugs­ weise wesentlich größer als die beiden anderen Durchgangsöff­ nungen der Profilscheibe, damit die notwendigen Strömungsquer­ schnitte in den Heizungsvorlauf sowohl für den Zustrom der Kesselvorlaufwassermenge als auch eines Teils des Heizungs­ rücklaufwassers zur Verfügung stehen.

Vorzugsweise besteht die Profilscheibe aus abrieb- und/oder korrosionsbeständigem Material, insbesondere aus gehärtetem bzw. legiertem Stahl, V2A und/oder keramischem Material. Die Schaltglocke besteht demgegenüber vorzugsweise aus weicherem Material, insbesondere aus Kunststoffmaterial und kann als Spritzformteil ausgebildet sein. Die angegebene Materialkombi­ nation V2A/Kunststoff für die Profilscheibe und die Schalt­ glocke hat besondere Vorteile. Einerseits ist ein leichtgängi­ ges Drehen der Schaltglocke gerade zwischen diesen Materialar­ ten gewährleistet. Diese leichte Verstellbarkeit ermöglicht den Einsatz von Stellmotoren mit niedriger Leistung. Beide Materialien haben eine ausgezeichnete Materialbeständigkeit (keine Korrosion, keine Entzinkung). Es gibt kaum Verschleiß, da eine ebene Dichtfläche der Schaltglocke auf einer ebenen Sitzfläche der Profilscheibe gleitet und die Federbelastung der Schaltglocke gering ist. Abgerieben wird nur die Schalt­ glocke; dies ändert aber nichts an Dichtigkeit zwischen den beiden in Wirkverbindung gehaltenen Komponenten (Profilscheibe und Schaltglocke), da ein Abrieb selbsttätig federnd nachge­ stellt wird. Der Querschnitt des Verbindungskanals ist selbst­ verständlich so groß bemessen, daß eine entsprechende Nach­ stellbewegung bei Abrieb der Schaltglocke auf die Strö­ mungsquerschnitte ohne schädliche Einflüsse bleibt. Der bauli­ che und mechanische Aufwand ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung im Vergleich zu der gattungsgemäßen Mischer-Beipass­ -Kombination deutlich herabgesetzt. Dementsprechend ist auch die Lebensdauer der neuen Anordnung wesentlich größer; es ist damit zu rechnen, daß die Lebensdauer des erfindungsgemäßen Glockenmischers derjenigen der zugehörigen Heizungsanlagen entspricht (25-30 Jahre).

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb der Steueranordnung zeichnet sich dadurch aus, daß nach einer sprunghaft erhöhten Wärmeanforderung die Schaltglocke zunächst in eine erste Rich­ tung gedreht und in eine einer voll geöffneten Mischerposition entsprechende Stellung gebracht wird, wobei die Heizwassertem­ peratur überwacht und mit einem Grenzwert verglichen wird; daß beim Drehen der Schaltglocke in der ersten Richtung die zweite Durchgangsöffnung zunehmend von der Schaltglocke abgedeckt und der Zustrom von Heizungsrücklaufwasser zum Heizungsvorlauf gedrosselt wird, bis in einer Endstellung die Zumischung von Rücklaufwasser minimiert ist; und daß bei Erreichen der Grenz­ temperatur die Schaltglocke in die entgegengesetzte zweite Drehrichtung gedreht, ein zunehmend großer Rücklaufwasseran­ teil durch die zweite Durchgangsöffnung in den Heizungsvorlauf eingeleitet wird, während der Strömungsweg vom Kesselvorlauf zum Heizungsvorlauf zumindest zunächst, geöffnet gehalten wird.

Die Erfindung sieht ferner einen Vierwegemischer vor, der gekennzeichnet ist dadurch, daß eine Profilscheibe mit wenig­ stens drei getrennten Durchgangsöffnungen in einem Mischerge­ häuse fest eingebaut ist; daß eine sichelförmige Schaltglocke einer ebenen Sitzfläche der Profilscheibe gleitend aufgesetzt und um eine zur Sitzfläche rechtwinklig verlaufende Drehachse drehbar ist; daß die Schaltglocke einen sichelförmigen Verbin­ dungskanal begrenzt, der so bemessen ist, daß er in einer Drehstellung der Schaltglocke den vollen Öffnungsquerschnitt einer ersten Profilscheibendurchgangsöffnung und einen Quer­ schnittssektor der zweiten Profilscheibendurchgangsöffnung verbindet, während ein anderer Sektor der zweiten Durchgangs­ öffnung von der Schaltglocke unabgedeckt bleibt, und in einer zweiten Drehstellung den vollen Öffnungsquerschnitt der ersten Profilscheibenöffnung mit einem wesentlich größeren Teil der zweiten Profilscheibenöffnung verbindet.

Dieser Vierwegemischer hat die vorstehend genannten Vorteile bei der erfindungsgemäßen Anordnung zum Steuern des Wassermen­ gendurchlaufverhältnisses in Warmwasserheizungsanlagen. Die gleichen Vorteile insbesondere in bezug auf Leichtgängikeit, Materialbeständigkeit, Dichtigkeit und geringem baulichen Aufwand hat der erfindunggemäße Vierwegemischer aber auch bei anderen Steuer- oder Regelanordnungen. Dies gilt vor allem dann, wenn die regelungstechnischen Vorteile von Mischer-Bei­ pass-Kombinationen mit entsprechend reduziertem baulichen und betrieblichen Aufwand erreicht werden sollen. Durch geeignete Abstimmung der Öffnungsquerschnitte der Durchgangsöffnungen sowie ihrer Anordnung relativ zur drehbaren Schaltglocke kön­ nen in bestimmten Stellbereichen gezielt unterschiedliche Mischverhältnisse eingestellt werden und dabei insbesondere die Durchflußmengen in einem Mischerzweig verstellt und in einem anderen Mischerzweig im wesentlichen unverändert beibe­ halten werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung darstellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Frontansicht auf das Mischergehäuse eines Ausführungsbeispiels der Erfindung bei geöffne­ ter Mischkammer und demontiertem Mischerstell­ glied;

Fig. 2 eine Schnittansicht in Richtung der Pfeile II-II der Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht in Richtung der Pfeile III-III der Fig. 1 bei montiertem Mischerstell­ glied;

Fig. 4A bis 4C verschiedene Ansichten auf ein Mischer­ stellglied;

Fig. 5 eine Frontansicht auf das Mischerstellglied in einer gegenüber Fig. 4A verstellten Einstellung; und

Fig. 6 ein Prinzipschaltbild einer Ausführungsform der das Mischerstellglied steuernden Einrichtung.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines Vier­ wegemischers mit integrierter Heizungsumwälzpumpe dargestellt. Er hat Anschlußstutzen für den Kesselvorlauf KV, den Kessel­ rücklauf KR, den Heizungsvorlauf HV und den Heizungsrücklauf HR. Das Mischergehäuse 1 enthält die in Fig. 1 geöffnet ge­ zeigte Mischkammer 3, in der die wesentlichen Komponenten des als Ganzes mit 4 bezeichneten Mischerstellgliedes eingebaut sind.

Eine in der Zeichnung nicht dargestellte Umwälzpumpe ist be­ triebsmäßig in eine Gehäuseaufnahme 5 eingebaut und in den Heizungsvorlauf HV eingebunden.

Der Vierwegemischer ist als Glockenmischer ausgebildet. Er weist eine Profilscheibe 6, die mit der Bodenwand der Misch­ kammer 3 fest verbunden ist, eine über einen Teilkreisbogen von mehr als 180° verlaufende sichelförmige Schaltglocke 7 (Fig. 5) und eine von einem Stellmotor getriebene Schaltwelle 8 auf, die mit der Schaltglocke 7 drehfest verbunden ist und relativ zur stationären Profilscheibe 6 um eine Drehachse 9 drehbar ist.

Die Profilscheibe 6 hat drei nierenförmig profilierte Durch­ gangsöffnungen 11, 12 und 13, die in hinter der Mischkammer 3 gelegene separate Strömungskammern 14, 15, 16 münden. Die erste Durchgangsöffnung 11 mit der ihr zugeordneten Kammer 14 ist an KV, die zweite Durchgangsöffnung 12 mit der ihr zuge­ ordneten Strömungskammer 15 an HV und die dritte Durchgangs­ öffnung 13 mit der ihr zugeordneten Strömungskammer 16 ist an KR angebunden. Der Heizungsrücklauf HR mündet über eine radi­ ale Öffnung 17 in eine Strömungskammer 18, die Teil der Misch­ kammer 3 ist und die Schaltglocke 7 außen umgibt. An der In­ nenseite begrenzt die Schaltglocke 7 einen Verbindungskanal 19, der einen Kreisbogen von etwas mehr als 180° überspannt und durch die Schaltglocke von der dem Heizungsrücklauf HR zugeordneten Strömungskammer 18 getrennt ist.

Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, wird die Schaltglocke 7 mit Hilfe einer Schraubenfeder 20 auf der dem Verbindungskanal 19 zugewandten Seite der Profilscheibe 6 in Anlage gehalten. Die Schraubenfeder 20 stützt sich dabei gegen einen Gehäusedeckel 21 ab, der mit dem Gehäuse 1 lösbar verbunden ist und die Mischkammer 18 zur Umgebung abdichtet (die Dichtungen vor allem an der Durchführung der Schaltwelle 8 sind bekannter Ausführung und in der Zeichnung nicht dargestellt).

Zur Erläuterung der Funktionsweise des Vierwegemischers wird im folgenden auf die Fig. 4A, B und C sowie 5 eingegangen, die die wesentlichen Bestandteile des Mischerstellglieds 4 zeigen.

Fig. 4A zeigt eine Ansicht des Mischerstellglieds 4 in Rich­ tung der Drehachse 9, und zwar in einer Stellung, die der Betriebsstellung bei einem Mischerstellwinkel von ca. 90° entspricht. Wie oben gesagt, ist die Schaltglocke 7 an ihrer Außenseite von dem Druck des HR-Wassers in der Kammer 18 be­ lastet. Die Durchgangsöffnungen 11 bis 13 der Profilscheibe münden jeweils in getrennte Strömungskammern. In der in Fig. 4A gezeigten Stellung wird die mit KV in Verbindung stehende Profilscheiben-Durchgangsöffnung 11 über den Verbindungskanal 19 in die Durchgangsöffnung 12 geleitet, die zum Heizungsvor­ lauf HV führt. Neben dem Kesselvorlaufstrom nimmt die zweite Durchgangsöffnung 12 in dieser Mischerstellung jedoch auch Rücklaufwasser aus der Strömungskammer 18 auf. Der Rest des Rücklaufwassers strömt in den Kesselrücklauf, dessen Durch­ gangsöffnung 13 zur HR-Strömungskammer 18 offen steht.

In Fig. 5 ist die Schaltglocke 7 bis zu einer dem voll geöff­ neten Mischer entsprechenden Endstellung im Gegenuhrzeigersinn weitergedreht. Wie zu sehen ist, schließt die sichelförmige Schaltglocke 7 in dieser Stellung die zum Kesselvorlauf füh­ rende Durchgangsöffnung 11 mit der zum Heizungsvorlauf führen­ den Durchgangsöffnung 12 kurz und schließt letztere ab gegen­ über der HR-Strömungskammer 18, so daß kein Rücklaufwasser in den Heizungsvorlauf fließen kann. Diese Stellung ist, wie weiter unten noch erläutert werden wird, eine Endstellung, die kurzfristig bei sprunghaft ansteigendem Wärmebedarf im Heiz­ kreislauf, beispielsweise beim Übergang aus der Nachtabsen­ kung, eingeschaltet werden kann bevor der Mischer wieder in die normale Betriebsstellung (Fig. 4A) zurückgefahren wird (um die Grenztemperatur im HV nicht zu überschreiten). In einem großen Bereich von Mischerstellungen kann auch eine beliebig genau regelbare Rücklaufwassermenge über den von der Schalt­ glocke offen gelassenen Abschnitt der zweiten Durchgangsöff­ nung 12 zugemischt werden. Die Steuerkennlinie kann also ver­ gleichbar derjenigen des aus der DE-PS 32 07 427 bekanmten Mischers mit Beipass eingestellt werden. Dies gelingt bei geeigneter Formgebung vor allem der ersten und zweiten Durch­ gangsöffnungen 11 und 12 (die in den Fig. 1 und 4A bzw. 5 dargestellten Profile sind nur als Beispielprofile aufzufas­ sen). Allein durch Drehen der Schaltglocke 7 unter entspre­ chender Querschnittsänderung der Profile der Durchgangsöffnun­ gen 11, 12 kann das gewünschte Mischungverhältnis eingestellt werden. Der Drehhub der Schaltglocke 7 ist im dargestellten Beispiel etwas kleiner als 180°.

Wesentlich für eine hohe Lebensdauer des Mischerstellglieds 4 sowie dessen reibungslosen Betrieb ist auch die Materialwahl der Profilscheibe 6 und der sichelförmigen Schaltglocke 7. Für erstere (6) ist ein abrieb- und korrosionsfestes Material, insbesondere V2A oder ein keramisches Material geeignet; die Schaltglocke 7 besteht demgegenüber aus einem vergleichsweise weichen und an der ebenen Dichtfläche mit möglichst optimalen Dichteigenschaften ausgestattetem Kunststoffmaterial. Aufgrund häufiger Schaltbewegungen kann sich das Glockenmaterial im Bereich der Dichtfläche 23 mehr oder weniger stark abarbeiten; der Druck des Rücklaufmediums in der Strömungskammer 18 sorgt mit Unterstützung der Druckfeder 20 für eine stets satte und dichtende Anlage unter Ausgleich des Schaltglockenabriebs.

In Fig. 6 ist ein schematisches Schaltbild einer elektrischen Anordnung zur Regelung des die Schaltwelle 8 betätigenden Stellmotors 25 gezeigt. Aufbau und Funktionsweise der Schal­ tungsanordnung werden im folgenden mit Bezug auf die Stellant­ wort der drehbaren Schaltglocke 7 in den Fig. 4 und 5 be­ schrieben.

Der Stellmotor 25 wird von einer Betriebsstromquelle 26 ge­ speist. Zwei über Relais 27A und 27Z an die Betriebsstromquel­ le anschaltbare Motortreiberstufen 28A und 28Z bestimmen Rich­ tung (A = Mischer auf; Z = Mischer zu) und Hub der zur Schalt­ welle 8 übertragenen Motor-Stellbewegung. Zwischen Treiberstu­ fen 28 und Motor 25 ist eine Schaltergruppe mit den Schaltern 31, 32 und 33 eingebunden. Jeder Schalter ist als Umschalter ausgebildet und kann zwischen den beiden Stellungen a und b umschalten. Die Relais 27A und 27Z werden in Abhängigkeit von einem an sich bekannten Temperaturregelgerät 29 mit Dreipunkt­ geber 30 geschaltet. Ein von der Heizungsvorlauftemperatur beeinflußter Thermostat 34 dient als Grenzwertgeber und gibt ein Grenzwertsignal an den Regler 29, wenn ein Grenzwert der Vorlauftemperatur erreicht ist.

Die schematische Schaltungsanordnung gemäß Fig. 6 wird im folgenden für den typischen Betriebsfall des Übergangs von einer Nachtabsenkung auf Tagbetrieb beschrieben. Der Übergang beginnt mit einer sprunghaften Wärmeanforderung, die über den Regler 29, 30 der Anordnung mitgeteilt wird, wobei das Relais 27A schließt. Alle Endschalter 31, 32 und 33 befinden sich in ihrer Stellung a. Der Stellmotor 25 läuft daraufhin aus der der Nachtabsenkung entsprechenden Endstellung (Schaltglocke 7 ist in der unteren Hälfte in Fig. 4A, schließt KR und KV kurz und gibt die zweite Durchgangsöffnung 12 zum Heizungsvorlauf für den vollen Rücklaufstrom frei). Bei dieser Schalterstel­ lung läuft der Stellmotor rasch in die in Fig. 4A gezeigte Schaltglockenposition. In dieser Stellung ist der Kesselvor­ lauf zum Heizungsvorlauf voll geöffnet und gleichzeitig die zweite Durchgangsöffnung 12 der Profilscheibe teilweise zur Mischerkammer 18 und damit für das Rücklaufwasser offen. Eine in der Zeichnung nicht dargestellte Nockenscheibe, die mit der Schaltwelle 9 gekoppelt ist, betätigt bei Erreichen dieser Stellung den Schalter 31 und schaltet diesen in die Position b um. Die Glockenscheibe dreht weiter in Richtung der in Fig. 5 gezeigten Endstellung (in Gegenuhrzeigerrichtung), wodurch der Rücklaufstrom zunehmend gedrosselt und dementsprechend die Aufheizung beschleunigt wird.

Das Thermostat 34 überwacht die Heizungsvorlauftemperatur und gibt einen Schaltbefehl an den Regler 29 bei Erreichen einer Grenztemperatur. Dies kann durchaus vor Erreichen der äußer­ sten Endstellung gemäß Fig. 5 der Fall sein.

Über den Dreiwegesteller 30 wird jetzt Relais 27A geöffnet und Relais 27Z geschlossen. Endschalter 33 befindet sich in der Stellung a. Der Motor wird dadurch umgesteuert, dreht rück­ wärts und sorgt für eine Vergrößerung des zur Mischkammer 18 hin freien Querschnitts der zweiten Durchgangsöffnung 12. Eine zunehmende Rücklaufwassermenge wird dem Heizungsvorlauf beige­ mischt. Bei Unterschreiten des kritischen Grenzwerts öffnet das Relais 27Z den zugehörigen Schalter, und die Treiberstufe 28Z wird stromlos. Danach findet eine an sich bekannte Drei­ punktregelung statt, bei der der Stellmotor 25 bei Über- oder Unterschreiten gewisser Grenztemperaturen die Schaltglocke im Gegenuhrzeigersinn oder im Uhrzeigersinn dreht und die Drehbe­ wegung phasenweise wieder unterbricht.

Die vorstehende Beschreibung läßt erkennen, daß die erfin­ dungsgemäße Steueranordnung eine volle Ausnutzung des Stellbe­ reichs und eine feinfühlige Steuerung bei nur einem einzigen drehbaren Stellglied, nämlich der Schaltglocke 8 ermöglicht. Der betriebliche Aufwand ist minimiert, die Lebensdauer ver­ gleichsweise wesentlich erhöht und die Zuverlässigkeit ent­ sprechend verbessert.

Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind zahlreiche Abwandlungen möglich. So können die Konfiguration der Glocke, Ausbildung und Widerlagerpunkte der Feder, die Ausbildung der Dichtfläche zwischen Glocke 7 und Profilscheibe 6 und vor allem Form, Anordnung und Anzahl der verwendeten Durchgangsöffnungen vari­ iert werden, um eine Anpassung an bestehende Bauformen des Gehäuses und/oder an gewünschte Regelkennlinien zu erreichen.

Claims (21)

1. Anordnung zum Steuern des Wassermengendurchlaufverhält­ nisses von Kesselkreislauf zu Heizkreislauf in Warmwasser-, insbesondere Niedertemperaturheizunganlagen, mit einem Vierwe­ gemischer und einer dessen Stellung beeinflussenden Steuerein­ richtung, die so ausgebildet ist, daß sie bei voll geöffnetem Mischer eine veränderliche Dosierung der Rücklaufwasserbeimi­ schung in den Heizungsvorlauf ermöglicht, dadurch gekennzeichnet,
daß der Vierwegemischer als Glockenmischer (4) mit einer stationären Profilscheibe (6) und einer drehbaren Schaltglocke (7) ausgebildet ist, wobei die Schaltglocke mit einer Dicht­ fläche (23) auf einer vorzugsweise ebenen Sitzfläche der Pro­ filscheibe gleitend angeordnet ist;
daß die Profilscheibe mit wenigstens drei getrennten Durchgangsöffnungen (11, 12, 13) versehen ist, von denen eine erste (11) mit dem Kesselvorlauf (KV) , eine zweite (12) mit dem Heizungsvorlauf (HV) und eine dritte (13) mit dem Kessel­ rücklauf (KR) verbunden ist;
daß die Schaltglocke (7) in einer mit dem Heizungsrück­ lauf (HR) verbundenen Strömungskammer (3, 18) angeordnet, an ihrer Außenseite von dem Heizungsrücklaufwasser druckbeauf­ schlagt ist, an ihrer Innenseite einen Verbindungskanal (19) begrenzt, einen Winkelbereich der Profilscheibe überspannt und über einen begrenzten Drehstellungsbereich die mit dem Kessel­ vorlauf (KV) verbundene erste Durchgangsöffnung (11) mit der zum Heizungsvorlauf führenden zweiten Durchgangsöffnung (12) kurzschließt (voll geöffneter Mischer) und gleichzeitig einen veränderlichen Teil des Öffnungsquerschnitts der zweiten Durchgangsöffnung zur mit dem Heizungsrücklauf (HR) verbunde­ nen Strömungskammer (18) für die Zumischung von Rücklaufwasser freigibt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltglocke (7) federnd gegen die Profilscheibe (6) vor­ gespannt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnungen (11, 12, 13) zumindest teilweise nierenförmige Öffnungsquerschnitte haben.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Drehbewegung der Schaltglocke (7) beid­ seitig begrenzt ist auf einen Drehwinkel von ca. 120° und daß in der einen Endstellung der Kesselvorlauf (KV) über den Ver­ bindungskanal (19) zum Heizungsvorlauf (HV) voll geöffnet ist, gleichzeitig aber ein zweiter Öffnungsquerschnitt als Durch­ gangsöffnung (12) zur Heizungsrücklaufkammer erhalten bleibt.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Verbindungskanal (19) teilkreisförmig ausgebildet ist und über eine Bogenlänge von 160-200° ver­ läuft, daß die Schaltglocke (7) in einer Endstellung die er­ sten und zweiten Durchgangsöffnungen (11, 12) von der Hei­ zungsrücklaufkammer (3, 18) trennt und untereinander über den Verbindungskanal (19) kurzschließt, während die dritte Durch­ gangsöffnung (13) vom Heizungsrücklaufwasser angeströmt ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einer anderen Endstellung der Schaltglocke die ersten und dritten Durchgangsöffnungen (11, 13) über den Verbindungskanal (19) kurzgeschlossen sind und die zum Heizungsvorlauf führende zweite Durchgangsöffnung (12) zur Heizungsrücklaufkammer (3; 18) offensteht.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Profilscheibe (6) in einem Mischergehäu­ se (1) befestigt ist und auf der der Schaltglocke (7) abge­ wandten Seite der Profilscheibe drei getrennte Strömungskam­ mern (14, 15, 16) angeordnet sind, die mit dem Kesselvorlauf (KV), Heizungsvorlauf (HV) und Kesselrücklauf (KR) verbunden sind.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Profilscheibe (6) aus abrieb- und/oder korrosionsbeständigem Material, insbesondere gehärtetem bzw. legiertem Stahl, V2A und/oder keramischem Material besteht.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schaltglocke (7) aus Kunststoffmaterial besteht, das weicher ist als das Material der Profilscheibe (6).

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schaltglocke (7) von einem reversierba­ ren Stellmotor (25) angetrieben ist, der von der Steuerein­ richtung so gesteuert ist, daß er die Schaltglocke bei sprung­ haft steigender Heiztemperaturanforderung (z. B. nach der Nachtabsenkung) aus einer Endstellung in die Richtung der anderen Endstellung (Fig. 5) bewegt, in der der Heizungsvor­ lauf (HV) mit dem Kesselvorlauf (KV) kurzgeschlossen und der Strömungsquerschnitt zwischen der Heizungsrücklaufkammer (3; 18) und der zum Heizungsvorlauf führenden zweiten Durchgangs­ öffnung (12) minimal ist, und bei Erreichen einer oberen Grenztemperatur im Heizungsvorlauf in die Gegenrichtung in eine Arbeitsstellung dreht, bei der die zweite Durchgangsöff­ nung (12) zur Heizungsrücklaufkammer teilweise offen ist und dem über den Verbindungskanal (19) zugeführten Kesselvorlauf­ wasser Heizungsrücklaufwasser beigemischt wird.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Heizungsvorlauftemperatur thermostatisch überwacht ist,
daß die Steuereinrichtung eine Dreipunkt-Regelanordnung mit Schaltern (27, 31 ... 33) zum Ein- und Ausschalten des Stell­ motors (25) und zur Drehrichtungsumkehr aufweist und
daß die Dreipunkt-Regelanordnung vom Vorlaufthermostaten (34) um­ schaltbar ist.

12. Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Schalteranordnung (31 ... 33) in den Stromkreis des Stellmotors (25) eingebunden ist, die von einer Nocken­ scheibe in Abhängigkeit von der Stellung der Schaltglocke (7) betätigbar ist.

13. Verfahren zum Betrieb der Steueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß nach einer sprunghaft erhöhten Wärmeanforderung die Schaltglocke zunächst in eine erste Richtung gedreht und in eine einer voll geöffneten Mischerposition entsprechende Stel­ lung gebracht wird, wobei die Heizwassertemperatur überwacht und mit einem Grenzwert verglichen wird;
daß beim Drehen der Schaltglocke in der ersten Richtung die zweite Durchgangsöffnung zunehmend von der Schaltglocke abgedeckt und der Zustrom von Heizungsrücklaufwasser zum Hei­ zungsvorlauf gedrosselt wird, bis in einer Endstellung die Zumischung von Rücklaufwasser minimiert ist; und
daß bei Erreichen der Grenztemperatur die Schaltglocke in die entgegengesetzte zweite Drehrichtung gedreht, ein zuneh­ mend großer Rücklaufwasseranteil durch die zweite Durchgangs­ öffnung in den Heizungsvorlauf eingeleitet wird, während der Strömungsweg vom Kesselvorlauf zum Heizungsvorlauf zumindest zunächst, geöffnet gehalten wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile der ersten und zweiten Durchgangsöffnungen so gewählt und auf die Schaltglocke abgestimmt werden, daß eine etwa lineare Regelkennlinie bei großem Stellbereich entsteht.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schaltglocke gegen ihre Sitzfläche auf der Pro­ filscheibe mit einer Kraft gedrückt wird, die nur wenig größer als ihr Eigengewicht ist.

16. Vierwegemischer, insbesondere zur Verwendung in der An­ ordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Profilscheibe (6) mit wenigstens drei getrennten Durchgangsöffnungen (11, 12, 13) in einem Mischergehäuse (1) fest eingebaut ist;
daß eine sichelförmige Schaltglocke (7) einer ebenen Sitzfläche (23) der Profilscheibe (6) gleitend aufgesetzt und um eine zur Sitzfläche rechtwinklig verlaufende Drehachse (9) drehbar ist;
daß die Schaltglocke einen sichelförmigen Verbindungska­ nal (19) begrenzt, der so bemessen ist, daß er in einer Dreh­ stellung (Fig. 4A) der Schaltglocke den vollen Öffnungsquer­ schnitt einer ersten Profilscheibendurchgangsöffnung (11) und einen Querschnittssektor der zweiten Profilscheibendurchgangs­ öffnung (12) verbindet, während ein anderer Sektor der zweiten Durchgangsöffnung von der Schaltglocke unabgedeckt bleibt, und in einer zweiten Drehstellung (Fig. 5) den vollen Öffnungs­ querschnitt der ersten Profilscheibenöffnung mit einem wesent­ lich größeren Teil der zweiten Profilscheibenöffnung verbin­ det.

17. Vierwegemischer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Profilscheiben-Durchgangsöffnungen (11, 12, 13) in drei getrennte Gehäusekammern (14, 15, 16) münden, die auf einer ersten Seite der Profilscheibe (6) angeordnet und mit drei Anschlußstutzen verbunden sind und daß auf der gegenüber­ liegenden Seite der Profilscheibe eine weitere Gehäusekammer (3; 18) vorgesehen ist, in der die Schaltglocke (7) angeordnet ist und in die in entsprechenden Drehstellungen der Schalt­ glocke alle drei Durchgangsöffnungen münden.

18. Vierwegemischer nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Profilscheibe (6) aus einem abrieb- und/oder korrosionsbeständigen Material, insbesondere einer Stahlle­ gierung, V2A, einem keramischen Werkstoff oder einem Werk­ stoffgemisch besteht und die Schaltglocke (7) aus einem wei­ cheren Material, insbesondere Kunststoff besteht.

19. Vierwegemischer nach einem der Ansprüche 16 bis 18, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schaltglocke (7) ein Spritzguß­ formteil ist.

20. Vierwegemischer nach einem der Ansprüche 16 bis 19, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schaltglocke mit geringer Feder­ kraft gegen ihre Sitzfläche (23) auf der Profilscheibe (6) gedrückt ist.

21. Vierwegemischer nach einem der Ansprüche 16 bis 20, da­ durch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der zweiten Profilscheibendurchgangsöffnung (12) um 50 bis 150%, vorzugs­ weise um etwa 80 bis 100% größer ist als diejenige der ersten Profilscheibendurchgangsöffnung (11).