EP0000012B1 - Bypassventil für Pumpen und Heizungsanlagen - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a bypass valve for pumps and heating systems with a control element which has two different sized valve plates connected via a rod, the valve plates and the rod connecting them are movably mounted in the axial direction of the inlet and outlet connections and the valve plate of the bypass valve has the smaller diameter.
- a bypass valve of this type is known (DE-OS 2504292), in which an annular valve seat is assigned to the larger valve disk of the control element. When the bypass is fully open, the larger valve disc lies against the ring-shaped valve seat. If the larger valve plate of the control element lifts up from the valve seat, flow vortices arise in the area of the valve seat, which act on the larger valve plate and represent disturbance variables that cannot be calculated.
- the valve seat for the larger valve plate increases the flow resistance when the bypass is closed.
- the object of the invention is to simplify the housing construction in terms of production technology in the case of such a bypass valve and to reduce the flow resistance when the bypass is closed.
- annular flow cross-section is present in all valve positions between the outer edge of the larger plate of the control element and the housing wall and the housing interior is in the flow direction behind the inlet opening to the bypass into the area of the end position of the larger plate tapered when the bypass is fully open and the interior of the housing then widens into the area of the end position of the larger plate when the bypass is closed.
- the valve housing 1 has three connections, which are identified by directional arrows, namely the inlet 2, the outlet 3 and the bypass 4.
- the valve is equipped with a control element 5, which consists of a smaller valve plate 6 of the bypass valve, a valve plate 7 with a larger diameter than the valve plate 6 and a connecting rod 8.
- the control element is movably mounted in the flow direction of the valve.
- the mounting of the connecting rod 8 is not shown in the figures.
- annular flow cross section which changes when the control element moves in the flow direction of the housing due to the selected inner contour of the housing and shown in FIGS. 1 and 2.
- the interior of the housing tapers conically in the flow direction behind the inlet opening 9 to the bypass into the region of the end position of the larger plate 7 when the bypass is open. This position of the larger plate is shown in FIG. 2.
- the conical taper of the housing interior is assigned the reference symbol D1.
- the interior of the housing is designated D at the point of greatest taper. From this point, the housing widens conically in the direction of flow, up to the end position of the larger valve plate 7 when the bypass is closed. This position of the valve plate 7 is shown in FIG. 1.
- the described conical expansion of the housing is assigned the reference symbol D2.
- the interior of the housing tapers again conically from the end position of the valve plate 7 with the bypass closed to the outlet connection.
- the valve plate 6 is assigned a closing spring 10 which engages on the underside of the valve plate and is supported on the other end on a surface of the bypass line. The valve plate 6 is pressed against the valve seat 11 by the spring 10 and held in this position.
- valve housing 1 is traversed by the medium in a straight direction.
- the spring 10 is dimensioned such that it closes the bypass in the rest position (FIG. 1), but has no influence on the control.
- the outlet line is open, the force of the medium flowing through acts on the larger valve plate 7. The force is transferred to the valve plate 6 and keeps the bypass closed.
- the quantity to be drawn is equal to the flow rate (see points A1 and A2). If the purchase quantity is reduced, the curve of the purchase quantity runs parallel to the pump characteristic up to point B1 or B2. From point B1 or B2, the quantity can be gradually reduced to the value zero (see point C1 or C2), while the bypass flow increases from point D1 or D2 to point E1 or E2. Any point between points B and C can be controlled and held for an unlimited time.
- the position of points B and E on the pump characteristic curve is structurally determined by the size ratio of the valve plate 7 to the valve plate 6.
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Bypassventil für Pumpen und Heizungsanlagen mit einem Steuerelement, das zwei in der Größe unterschiedliche, über eine Stange verbundene Ventilteller aufweist, die Ventilteller und die sie verbindende Stange in der Achsrichtung der Ein- und Auslaßanschlüsse bewegbar gelagert sind und der Ventilteller des Bypassventils den kleineren Durchmesser aufweist.
- Es ist ein Bypassventil dieser Art bekannt (DE-OS 2504292), bei dem dem größeren Ventilteller des Steuerelements ein ringförmiger Ventilsitz zugeordnet ist. Bei vollständig geöffnetem Bypass liegt der größere Ventilteller am ringförmigen Ventilsitz an. Sofern sich der größere Ventilteller des Steuerelements vom Ventilsitz abhebt, entstehen im Bereich des Ventilsitzes Strömungswirbel, die auf den größeren Ventilteller wirken und Störgrößen darstellen, die nicht berechnet werden können.
- Durch den Ventilsitz für den größeren Ventilteller wird der Strömungswiderstand bei geschlossenem Bypass erhöht.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem solchen Bypassventil die Gehäusekonstruktion fertigungstechnisch zu vereinfachen und den Strömungswiderstand bei geschlossenem Bypass zu verringern.
- Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen dem Außenrand des größeren Tellers des Steuerelements und der Gehäusewand in allen Ventilstellungen ein ringförmiger Strömungsquerschnitt vorhanden ist und der Gehäuseinnenraum sich in der Flußrichtung hinter der Einlaßöffnung zum Bypass bis in den Bereich der Endstellung des größeren Tellers bei vollständig geöffnetem Bypass verjüngt und der Gehäuseinnenraum sich anschließend bis in den Bereich der Endstellung des größeren Tellers bei geschlossenem Bypass erweitert.
- Bei geöffnetem Bypass ist der ringförmige Strömungsquerschnitt zwischen dem äußeren Rand des größeren Tellers und der Gehäusewand klein. Durch die Gehäuseverjüngung wird die durch das Gehäuse strömende Flüssigkeit auf den größeren Teller ausgerichtet. Auf dem Weg des größeren Tellers in die in Flußrichtung vorn liegende Endstellung vergrößert sich der ringförmige Strömungsquerschnitt zwischen dem Rand des größeren Tellers und dem Gehäuse. In diesem Bereich wird also dem Umströmen des größeren Tellers, der als Mitnehmerscheibe wirkt, ein geringerer Widerstand entgegengesetzt.
- Durch die erfindungsgemäße Gehäusegestaltung wird im Ventilgehäuse in allen Betriebsstellungen des Steuerelements ein günstiger Strömungsverlauf erzielt.
- Nachfolgend ist ein in den Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1 ein Bypassventil im Längsschnitt bei geschlossener Bypassöffnung,
- Fig. 2 das Ventil nach der Fig.1 mit geöffnetem Bypass und
- Fig. 3 ein Diagramm.
- Das Ventilgehäuse 1 weist drei Anschlüsse auf, die durch Richtungspfeile gekennzeichnet sind, und zwar den Eintritt 2, den Austritt 3 und den Bypass 4.
- Das Ventil ist mit einem Steuerelement 5 ausgerüstet, das aus einem kleineren Ventilteller 6 des Bypassventils, einem Ventilteller 7 mit einem größeren Durchmesser als der Ventilteller 6 und einer Verbindungsstange 8 besteht. Das Steuerelement ist in der Durchflußrichtung des Ventils bewegbar gelagert. Die Lagerung der Verbindungsstange 8 ist in den Figuren nicht aufgezeigt.
- Zwischen dem Außenrand des größeren Tellers 7 und der Gehäuseinnenwandung ist ständig ein ringförmiger Strömungsquerschnitt vorhanden, der sich bei der Bewegung des Steuerelements in Flußrichtung des Gehäuses aufgrund der gewählten und in den Fig. 1 und 2 aufgezeigten Innenkontur des Gehäuses ändert.
- Der Gehäuseinnenraum verjüngt sich konisch in der Flußrichtung hinter der Einlaßöffnung 9 zum Bypass bis in den Bereich der Endstellung des größeren Tellers 7 bei geöffnetem Bypass. Diese Stellung des größeren Tellers ist in der Fig. 2 aufgezeigt. Der konischen Verjüngung des Gehäuseinnenraums ist das Bezugszeichen D1 zugeordnet.
- Der Gehäuseinnenraum ist an der Stelle der größten Verjüngung mit D bezeichnet. Von dieser Stelle aus erweitert sich das Gehäuse konisch in Flußrichtung, und zwar bis zu der Endlage des größeren Ventiltellers 7 bei geschlossenem Bypass. Diese Lage des Ventiltellers 7 ist in der Fig. 1 dargestellt. Der beschriebenen konischen Erweiterung des Gehäuses ist das Bezugszeichen D2 zugeordnet.
- Von der Endlage des Ventiltellers 7 bei geschlossenem Bypass bis zum Austrittsstutzen verjüngt sich der Gehäuseinnenraum wieder konisch.
- Dem Ventilteller 6 ist eine Schließfeder 10 zugeordnet, die an der Unterseite des Ventiltellers angreift und sich am anderen Ende an einer Fläche der Bypassleitung abstützt. Durch die Feder 10 wird der Ventilteller 6 an den Ventilsitz 11 gedrückt und in dieser Stellung gehalten.
- Zwischen dem Eintritt und dem Austritt gibt es keine verschließbare Öffnung und keine wesentliche Druckdifferenz. Das Ventilgehäuse 1 wird in gerader Richtung vom Medium durchströmt. Die Feder 10 ist so bemessen, daß sie den Bypass in Ruhestellung schließt (Fig. 1), aber auf die Steuerung keinen Einfluß hat. Bei geöffneter Austrittsleitung wirkt die Kraft des durchströmenden Mediums auf den größeren Ventilteller 7. Die Kraft überträgt sich auf den Ventilteller 6 und hält den Bypass geschlossen.
- Bei einer Verringerung der Abnahmemenge werden die Flußgeschwindigkeit sowie die auf den Ventilteller 7 einwirkenden Kräfte verringert. Sobald zwischen den auf den Ventilteller 7 und den auf den Ventilteller 6 einwirkenden Kräften ein Ausgleich eintritt, beginnt der Bypass zu öffnen. Bei einer weiteren Verringerung der Abnahmemenge verschiebt sich das Steuerelement 5 gegen die Flußrichtung und öffnet den Bypass in gleichem Verhältnis, in dem die Abnahmemenge verringert wird. Der Übergang ist stufenlos und kann in jeder Stellung zeitlich unbegrenzt gehalten werden.
- Im Diagramm nach der Fig. 3 sind die Leistungen eines Bypassventils in der Größe 2" dargestellt, und zwar beim Einsatz in zwei verschiedenen Anlagen mit unterschiedlich starken Pumpen.
- Bei vollständig geöffneter Austrittsleitung ist die Abnahmemenge gleich der Fördermenge (sh. Punkt A1 bzw. A2). Wird die Abnahmemenge verringert, so verläuft die Kurve der Abnahmemenge parallel zur Pumpenkennlinie bis zum Punkt B1 bzw. B2. Vom Punkt B1 bzw. B2 läßt sich die Abnahmemenge stufenlos bis auf den Wert Null (sh. Punkt C1 bzw. C2) verringern, während der Bypassdurchfluß sich gleichzeitig vom Punkt D1 bzw. D2 bis auf den Punkt E1 bzw. E2 erhöht. Zwischen den Punkten B und C kann jeder beliebige Punkt angesteuert und auf unbegrenzte Zeit gehalten werden. Die Lage der Punkte B und E auf der Pumpenkennlinie wird durch das Größenverhältnis des Ventiltellers 7 zum Ventilteller 6 konstruktiv festgelegt.
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