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Regelventil für Radiatoren Bei der Herstellung von Regelventilen für
Radiatoren ist es wichtig, daß die ausgestrahlte Wärmemenge je Zeiteinheit in einem
annähernd linearen Verhältnis zur Größe des Winkels des Einstellgriffes von seiner
Ausgangslage stehen soll.
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Die Erfindung betrifft ein Regelventil für Radiatoren, bei welchem
der Durchflußquerschnitt beim Betätigen der Ventilspindel verändert wird, indem
die Änderung des Durchflußquerschnittes nach der Formel a - b"-1 erfolgt, wobei
d eine Konstante in Abhängigkeit vom kleinsten wirksamem Durchflußquerschnitt und
b eine Konstante in Abhängigkeit von der Radiatorausbildung und vom Heizmittel bedeutet,
während der Exponent n die Maßeinheit des Weges ist, den die Spindel bei ihrer Betätigung
zurücklegt. Eine Anzahl solcher 'Maßeinheiten können dabei auf einer um die Spindel
herumgelegten Scheibe eingetragen sein, so dag mit Hilfe eines mit der Spindel verbundenen
Zeigers die jeweilige Spindeleinstellung abgelesen werden kann.
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Bei Radiatoranlagen, insbesondere solchen, die mit Pumpendruck arbeiten,
bereitet es große Schwierigkeiten, den Widerstand in den Leitungen richtig zu berechnen,
damit jeder Radiator eine richtig abgemessene Wärmemittelmenge erhält. Um dies zu
erreichen, wurden in die Anschlußst.utzen der Ventile besondere Drosseleinsätze
von verschieden großem Widerstand für,das Heizmittel angeordnet. Dies ist aber eine
zeitraubende und komplizierte
MäBnahme: Die Erfindung erreicht demgegenüber
auch einen Ausgleich derartiger Unregelmäßigkeiten, so daß ein gleichmäßiges Arbeiten
des Betriebes erreicht wird.
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Die erforderliche Einstellung _ bei dem Ventil nach der Erfindung
ist Möglich, ohne daß das Ventil demontiert wird.. Dazu genügt eine einfache Betätigung
eines auf dem Ventil vorhandenen Einstellmittels. Bei dieser Ausführungsform ist
das Ventil mit einem von außen einstellbaren Anschlag zum Begrenzen der maximalen
Öffnung für den' Heizmitteldurchlaß versehen.
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Die Erfindung ist an Xand einiger in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsformen näher erläutert.
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Fig. i zeigt einen senkrechten Schnitt durch ein Regelventil nach
der Erfindung; Fig.2 ist eine Draufsicht .auf ein Ventil der Fig. i ; Fig.3 und
4 stellen in. vergrößertem Maßstabe Schnitte in der Ebene III-III bzw. IV-IV gemäß
Fig. i dar; Fig.5 erläutert die Wirkungsweise der Erfindung an Hand einer Kurve;
Fig.6 zeigt eine andere Ausführungsform des neuen Ventils; Fig. 7 ist eine Abänderung
der Ausführungsform nach Fig.6; Fig. 8 zeigt im Schnitt eine weitere Ausführungsform
eines Ventils nach der Erfindung; Fig.9 ist eine Draufsicht auf das Ventil gemäß
Fig. 8; Fig. io zeigt in vergrößertem Maßstab in Seitenansicht eine Ausführungsform
des für die Regelung benutzten Vetrtilkörpers.
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Gemäß Fig. i bis 4 ist im Ventilgehäuse i i in bekannter Weise eine
Ventilspindel 12 angeordnet, auf welcher der Einstellgriff 13 mit dem Zeiger 14
sitzt. Der Zeiger 14 bewegt sich über einer Skala 15, die an der Platte 16 auf dem
Verschlußstück 17 befestigt ist. Gegen die Unterseite des VerschlußstÜcks 17 liegt
ein Flansch i8 auf der Spindel 12 unter Druck einer Feder i9 an, während
eine Hülse 2o auf dem Verschlußstück 17 übgr eine Dichtung 21 angeschraubt ist.
Der Einstellgriff 13 und der Zeiger 14 sind mit einer Mutter 22 befestigt.
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In dem Ventilgehäuse i i ist eine Wand 23 angeformt, in welcher die
Ventilöffnung angeordnet ist. An dieser ist ein ringförmiger Absatz 24 vorgesehen,
auf welchem eine Platte 25 fest ruht. Auf dieser liegt eine zweite Platte 26 an,
welche mit der Ventilspindel befestigt ist, so daß sie sich gleichzeitig mit dieser
dreht. Der Eintrittsstutzen ist mit 27, der Austrittsstutzen mit 28 bezeichnet.
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Wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich, ist in der Platte 25 eine in radialer
Richtung verlaufende Öffnung 29 angeordnet, während die Platte 26 ein zentral
gelegenes Loch 30 zur Aufnahme des flachen unteren Endes der Spindel 12 enthält.
Die Platte 26 folgt damit sicher der Spindel bei ihrer Drehbewegung. Außerdem ist.
die Platte 26 mit einer Ausnehmung in ihrem Umkreis versehen, die nach innen durch
eine spiralähnliche Kurve 31 begrenzt wird. Die Ausnehmung erstreckt sich beispielsweise
über den halben Umkreis der Platte.
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Bei dieser insoweit bekannten Ventilausbildung wird nun gemäß der
Erfindung der Kurve 31 eine solche Form im Verhältnis zur Öffnung 29 gegeben, daß
der freigelegte Teil der Öffnung nur wenig an Größe zunimmt, wenn der Einstellgriff
in die Lage für die kleinste Einstellung gedreht wird, aber allmählich schneller
zunimmt, je weiter man den Regelgriff zur Lage für die größte Einstellung führt.
Dabei ist die Vorrichtung so ausgebildet, daß die freigelegte Fläche nach der Formel
a # b"-1 veränderlich ist.
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Als Beispiel sei angenommen, daß die Skala eine Gradeinteilung von
o bis io besitzt und daß die kleinste Öffnung o,2¢ mmz beträgt. Schließlich sei
weiter angenommen, daß' die Konstante b auf Grund von empirisch gewonnenen Ergebnissen
1,5 ist. Die Durchströmöffnung verändert sich dann in der folgenden Weise:
| Einstellung I Fläche mm2 I Einstellung I Fläche mm2 |
| O O 5 1,21 |
| 1 0,24 6 1,82 |
| 2 0,36 7 2,7 |
| 3 0,54 8 4,1 |
| 4 0,81 9 6,1 |
| io 9,2 |
Es muß weiter bemerkt werden, daß nach der Formel die Öffnungsfläche beim Teilstrich
o 0,24 : 1,5 = o,16mm2 sein sollte. Sie ist aber gleich o gemacht worden, unter
Abweichung von der linearen Regelmöglichkeit, um sicher zu stellen, daß der Radiator
vollkommen abgestellt werden kann.
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Die Wärmeabgaberegelung ist praktisch vollkommen gleichmäßig mit dem
Drehwinkel oder der Einstellage des Ventilgriffes veränderlich. Dies wird in Fig.
5 veranschaulicht. Die Kurve A dieser Abbildung stellt die bekannte lineare Veränderlichkeit
der Ventilöffnung und die Kurve B die dabei erhaltene, stark zusammengepreßte Regelkurve
für die Wärmeabgabe dar. Dabei sind auf der Horizontalachse die Teilstriche der
betreffenden Skala eingetragen, und auf der Vertikalachse ist teils die Größe der
Öffnung, teils auch die Größe der Wärmeabgabe abgesetzt worden. Die Kurve C bezeichnet
dieerwünschte lineare Regelkurve für die Wärmeabgabe, und die Kurve D zeigt, wie
die Ventilöffnung bei einem Ventil nach der Erfindung veränderlich ist, um die genannte
lineare Wärmeabgaberegelung zu erreichen.
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Um das gleiche Ventil auch für unterschiedliche Radiatorverhältnisse
und Radiatorgrößen benutzen zu können, kann eine Reihe von verschieden geschnittenen'
Platten 26 vorgesehen werden. Es ist aber auch möglich, dieselbe Platte 26 zu benutzen,
falls man diese für den größten Wärmebedarf anordnet, und daß bei kleinerem Wärmebedarf
der Bewegungsbereich der Ventilspindel entsprechend herabgesetzt wird.
In
Fig. 6 wird die Ausführungsform eines Ventils, das zur Lösung dieser Aufgabe eingerichtet
ist, gezeigt.
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Das Loch 29 in der festen Ventilplatte 25 hat zu diesem Zweck eine
etwa rhombische Form erhalten, und zwar mit einer Spitze gegen das Zentrum des Ventils
gerichtet. Die davon ausgehenden Seiten sind etwa radial nach außen gerichtet. Diese
Ausbildung ist deshalb von besonderer Bedeutung, weil sie die Einhaltung einer günstigen
Regelkurve erleichtert, insofern als die Breite der Öffnung am Außenrand neben der
Peripherie klein ist, so daß die langsame Vergrößerung der Durchströmungsfläche
mit ziemlich großer Steigung der Spiralkurve 31 bewirkt werden kann. Die nach innen
gerichtete Spitze entsteht dadurch, daß zur Ermöglichung der größtmöglichen Drehbewegung
die Ränder des Loches durch radial gerichtete Linien begrenzt sein müssen. Hierdurch
wird es möglich, die peripherielle Ausnehmung über einen größeren Winkel zu verbreiten,
so daß sie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Bereich von etwa 3oo°
deckt, entsprechend dem Drehbereich des Regelgriffs.
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Bei einem so großen Drehwinkel ist es schwierig, die erforderliche
Unterstützung für die Ventilplatte zu finden. Damit diese fest auf ihrem Platz liegt,
ist sie nach dem Ausführungsbeispiel mit einer Anzahl Stege 32, 33 und 34 versehen,
von denen der mittlere, 33, wesentlich breiter ist als die beiden anderen, so daß
er in sich das Loch 29 aufnimmt. Es ist von Bedeutung, daß die Stege 32 und 34 einen
solchen Querschnitt 'haben, daß sie der Strömung des Wärmemittels den kleinstmöglichen
Widerstand entgegensetzen. Sie können beispielsweise spulenförmigen oder dreieckigen
Querschnitt haben, im letzterwähnten Fall mit ihrer Spitze von der Platte 26 entfernt.
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Anstatt der Skala 15 ist auf dem Ventilgehäuse eine durch Drehen einstellbare
Voreinstellskala 35 befestigt. Die Befestigung kann beispielsweise aus einem Lochring
36 bestehen, der in die Platte eingeschraubt ist und der mittels eines Flansches
die Voreinstellscheibe 35 derart gegen die Platte preßt, daß sie nicht ohne Losschrauben
des Lochringes 36 im Verhältnis zueinander gedreht werden können.
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In der in Fig.6 gezeigten Lage liegt der Zeiger 14 gegen einen Anschlag
37 an, der die Einstellbewegung des Griffes gegen kleinere Durchströmunl; in einer
Lage begrenzt, in welcher das Ventil völlig geschlossen ist. Auf der drehbaren Skalenscheibe
35 ist ein zweiter Anschlag 38 angeordnet, gegen welchen der Zeiger 14 bei der größten
Einstellung der Durchströmungsfläche zum Anliegen kommt. Bei der kleinstmöglichen
Voreinstellung, d. h. bei dem größtmöglichen Regelbereich bis zur größtmöglichen
Durchströmungsfläche, ist der Skalenring 35 so gedreht, daß der Anschlag 38 gegen
den Rand 39 des Anschlages anliegt. Der Teilstrich o der Skalenscheibe wird dann
gegenüber derjenigen Lage liegen, wo das Ventil völlig geschlossen ist, d. h. in
der Lage, welche das Ventil in Fig.6 einnimmt. Außerdem sind eine Reihe Ziffern
für verschiedene Voreinstellungen mit o, I, II, III, IV und V bezeichnet, womit
in bequemer Weise die Größe der Voreinstellung gegenüber einer festen Marke 4o abgelesen
werden kann. Die Marke ist auf der Anschlagleiste 37 angeordnet. Man erkennt, daß
bei der in der Abbildung gezeigten Lage die Voreinstellung die größtmögliche ist,
dem Teilstrich V entsprechend. Das bedeutet, daß die maximale Öffnungsfläche des
Ventils durch Voreinstellung auf ihren kleinsten Wert herabgesetzt worden ist. Es
sei bemerkt, daß in diesem Falle die normale Grundeinteilung des Zeigers 14 sich
nicht von o bis io erstreckt, sondern nur von 5 bis io, d. h. sie umfaßt nicht mehr
zehn, sondern nur fünf Teilstriche.
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Wenn die Voreinstellscheibe 35 so gedreht wird, daß ihr Teilstrich
IV mit der Marke 40 übereinstimmt, so wird die normale Einstellung nur die sechs
Teilstriche zwischen 4 und io umfassen, und wenn die Voreinstellscheibe derart gedreht
wird, daß ihr Teilstrich III mit der Marke 4o übereinstimmt, wird der niedrigste
Teilstrich der normalen Einstellung gleich 3 usw. Der Regelbereich vergrößert sich
in dieser Weise, je kleiner die Voreinstellung ist, so daß die maximale Durchströmfläche
beim Einstellstrich io mit einfachen Mitteln den gegebenen Verhältnissen angepaßt
werden kann. Die Erfindung ermöglicht, daß der Radiator oder das Ventil allein durch
eine einfache Einstellung des Voreinstellungsringes von außen eingestellt werden
kann.
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Beachtlich ist auch, daß das exponentielle Gesetz für die Wärmezufuhr
unabhängig von der Voreinstellung aufrechterhalten wird. Ohne Rücksicht darauf,
wie groß die Voreinstellung ist, wird nämlich die Menge der vom Radiator je Zeiteinheit
abgegebenen Wärme proportional zur Zahl der Teilstriche sein, die die Lage des Zeigers
14 von der Ausgangslage hat.
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Eine vereinfachte Ausführungsform, die denselben Zweck erfüllt, wird
in Fig. 7 veranschaulicht. Innerhalb einer festen Skala 15 ist ein drehbarer Ring
oder Kranz 41 angeordnet, welcher einen Anschlag 42 trägt, der mit dem Zeiger 14
zur Begrenzung seiner maximalen Bewegung zusammenwirkt. Der Ring 41 kann in eingestellter
Lage mittels Schrauben 43 befestigt werden.
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Das Ventilgehäuse nach den Fig. 8 bis io ist mit 46 bezeichnet. Es
ist mit einem Einlaßstutzen 43 und einem Auslaßstutzen 44 versehen und durch eine
Zwischenwand 45 getrennt, in welcher, wie bekannt, der Ventilsitz angeordnet ist.
Im Ventilkörper oder im Ventilgehäuse 46 ist eine Büchse 47 mit Innengewinde eingeschraubt,
in der die Ventilspindel 48 durch Drehen eines Griffes 49 verschiebbar ist. Die
Packung 5o für die Dichtung des Ventils und eine Überfallmutter 51 sind in üblicher
Weise angeordnet. Ebenso hat der Ventilgriff eine Verlängerung 52 als Zeiger, der
über eine auf dem Ventil angeordneten Skala 53 beweglich ist.
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Erfindungsgemäß ist bei dieser Ausführungsform der Ventilsitz 54 eben
ausgeführt und mit einer zylindrischen Bohrung konzentrisch mit der Welle
der
Ventilspindel 48 versehen. Der Ventilkörper besteht aus zwei zusammenhängenden Teilen,
und zwar dem Ventilkegel 55, der in diesem Fall als Tellerventil ausgeführt ist,
und dem zylindrischen Ventilkörper 56, der in Fig. io in vergrößertem Maßstab dargestellt
ist.
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Der Ventilkörper kann massiv sein. Dann ist durch den Körper ein Spalt
57 angeordnet, dessen Breite nach unten in solcher Weise zunimmt, daß die Öffnung
zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilkörper für die Durchströmung des Wärmemittels
nach dem oben angegebenen Gesetz veränderlich ist. Die Veränderung kann kontinuierlich
oder diskontinuierlich sein. In Fig. io ist sie diskontinuierlich vorgesehen. Rechts
in der Figur ist in Ziffern di -- jeweilige Lage des Zeigers 52 im Verhältnis zur
Skala 53 angegeben, in der die Ventilspindel bei entsprechender Einstellung geschraubt
wird. Gleichzeitig wird der Ventilkörper in der zvlindrischen Bohrung im Ventilsitz
gehoben und die bei den betreffenden Ziffern stehenden Striche bezeichnen die Lage
des Ventilsitzes im Verhältnis zum Ventilkörper. Es ist der Zeichnung zu entnehmen,
daß die Fläche allmählich mit der höheren Stellung des Ventilkörpers im Verhältnis
zum Ventilsitz vergrößert wird, und daß die Geschwindigkeit für diese Flächenvergrößerung
stärker als linear veränderlich mit dem Hochgehen des Ventilkörpers ist. Bei Berechnung
der Fläche muß gegebenenfalls Rücksicht auf Änderungen des Durchströmwiderstandes
genommen werden, welche z. B. auf andere Umstände als die Öffnung des Spaltes 57
zurückzuführen sind. Bei den kleinsten Ventilöffnungen wird nämlich der sehr kleine
Spalt zwischen dem Ventilkegel 55 und dem Ventilsitz 54 eine wesentliche Rolle für
den Durchströmwiderstaiid spielen, und es ist auch aus diesem Grunde die Breite
des Spaltes in der ersten Stufe sogar größer als in der zweiten Stufe vorgesehen,
wie aus Fig. io ersichtlich ist.
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Falls das Ventil gemäß der Zeichnung als Zylinderventil ausgeführt
ist, können die beiden Teile 56' und 56" nach unten in Form von zwei Leisten 58'
und 58" verlängert sein, um die Führung des Ventilkörpers in der zylindrischen Bohrung
auch bei völlig aufgeschraubtem Ventil zu bewirken.
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Falls das Ventil, wie in Fig. io dargestellt, massiv ist, können sich
mit der strömenden Flüssigkeit kleine Körper in dem engen Durchlaß im oberen Teil
des Spaltes 57 festsetzen. Damit diese leichter weggespült werden können, ist es
vorteilhaft, den Ventilkörper nicht massiv, sondern hohl oder büchsenförmig auszubilden,
so daß nur eine dünne Wand vorhanden ist, die nach innen durch den Rand 59 begrenzt
wird. In der Wand ist der Spalt 57 ausgespart. Hierdurch wird einerseits die Länge
des Durchströmweges, der einen engen Durchgang hat, sehr klein, anderseits werden
sowohl unmittelbar vor als auch nach dieser kleinen Strecke Wirbel gebildet, die
dazu beitragen, etwa festsitzende Körperchen wegzuspülen.
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Die Gleichung für die Ventilöffnung führt dazu, daß die Wärmeabgabe
des Wärmemittels zur Umgebung proportional zur Einstellung des Handgriffes über
der Gradeinteilung der Skala 53 veränderlich ist. Außerdem wird erreicht, daß diese
Gleichmäßigkeit auch bei der Einstellung für die maximale Öffnung aufrechterhalten
wird. Zu diesem Zwecke ist zwischen dem Ventilgehäuse 46 und einem darauf geschraubten
Ring 6o ein einstellbarer Sektor 61 festgeklemmt, der einen Anschlag für die Bewegung
des Zeigers 52 bildet, so daß das Ventil nicht weiter geöffnet werden kann-, als
derjenigen Stellung entspricht, die sich aus der Einstellung des Sektors 61 mit
seinem Anschlag ergibt.
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Die Erfindung ist nicht auf ,die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt. Beispielsweise kann die Ausnehmung nach Fig. i bis 4 durch eine in der
Scheibe 26 angeordnete Reihe von Löchern verschiedener Größe ersetzt werden, die
so angeordnet sind, daß sie während der Einstellung des Ventils von einem korrespondierenden
Loch in der Platte 25 allmählich abgedeckt werden. Weiter ist es nicht erforderlich,
daß die beiden zusammenwirkenden Teile des Ventils aus ebenen, gegeneinander anliegenden
Platten, wie in den Fig. i bis 4 und 6 und 7 bestehen, sondern sie können auch aus
ineinander passenden, zylindrischen, mantelförmigen Teilen bestehen, wie bei Fig.8
bis io.