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Die
Erfindung betrifft ein Heizkörperventil
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus
DE 1 979 439 U ist
ein Ventil für
die Steuerung von gasförmigen
Medien bekannt, wobei ein Ventilelement mit Hilfe einer manuell
oder mechanisch betätigten
Betätigungseinrichtung
relativ zu einem Ventilsitz bewegbar ist. Das Ventilelement ist
dabei in einem Mittelbereich an einem Element abgestützt, das
mit der Betätigungseinrichtung
verbunden ist. In einem Randbereich ist das Ventilelement von dem
Element beabstandet, wobei das Ventilelement beim Andrücken an
den Ventilsitz derart elastisch verformt wird, dass es auch im Randbereich
am Element in Anlage kommt. Das Element dient somit als Bewegungsbegrenzungseinrichtung.
Dabei wird der Abstand zwischen Ventilelement und dem Element durch
einen Vorsprung definiert, der am Element ausgebildet ist.
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Aus
US 1 758 471 A ist
ein Ventil für
einen Wasserhahn bekannt, wobei das Ventil mit Hilfe einer manuellen
Betätigungseinrichtung
relativ zu einem Ventilsitz bewegbar ist. Das Ventilelement ist
durch eine elastische Ringscheibe gebildet und an einer Ventilspindel
befestigt. Dabei ist in einem Randbereich des Ventilelements zwischen
dem Ventilelement und der Ventilspindel ein freier Abstand vorgesehen,
der durch einen Vorsprung an der Ventilspindel definiert wird.
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In
DE 2 938 315 A1 ist
ein Absperr- und Regelventil mit konischem Dichtelement beschrieben, wobei
das Dichtelement einen elastisch verformbaren Bereich aufweist und über eine
Federscheibe mit einer Betätigungseinrichtung
verbunden ist.
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Aus
US 2 613 907 A ist
bekannt, ein Ventilelement mit einer Betätigungseinrichtung dadurch
zu verbinden, dass die Betätigungseinrichtung
durch eine Öffnung
im Ventilelement in das Ventilelement eingeführt wird und die Betätigungseinrichtung
anschließend
umgeformt wird, so dass eine formschlüssige Verbindung zwischen der
Betätigungseinrichtung
und dem Ventilelement erhalten wird.
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In
DE 7 345 743 U ist
ein Absperrorgan mit nachgiebigem Dichtungsring gezeigt, wobei der Dichtungsring
in einer Nut in einem Ventilelement aufgenommen ist. Zwischen einem
Nutgrund und dem Dichtungsring ist ein vorgespannter Federring angeordnet,
der eine elastische Verformung des Dichtungsrings bei Anlegen des
Dichtungsrings an einen Ventilsitz zulässt.
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Ein
weiteres Heizkörperventil
ist beispielsweise aus
DE
94 14 832 U1 bekannt. Durch eine Vergrößerung oder Verkleinerung des
Abstandes zwischen dem Ventilelement und dem Ventilsitz lässt sich
der Durchfluss eines Wärmeträgermediums,
insbesondere von heißem
Wasser, mehr oder weniger drosseln. Wenn das Ventilelement am Ventilsitz
anliegt, dann soll der Durchfluss des Wärmeträgermediums unterbrochen werden.
Hierzu ist das Ventilelement in der Regel aus einem elastomeren
Material ge bildet, das beim Auftreffen auf den Ventilsitz komprimiert
wird, um über
die gesamte Berührungslinie zwischen
Ventilelement und Ventilsitz eine Dichtung zu bewirken. Dementsprechend
ist zum Schließen des
Ventils eine Kraft erforderlich, die auf die Betätigungseinrichtung wirkt und
die groß genug
ist, um das Ventilelement in entsprechendem Umfang zu komprimieren.
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Ein
Heizkörperventil
wird in der Regel von einem Thermostataufsatz gesteuert. Der Thermostataufsatz
wirkt dabei über
einen Stößel auf
das Betätigungselement,
das beispielsweise als Ventilspindel ausgebildet sein kann. In manchen
Fällen
ist die Kraft des Thermostataufsatzes, genauer gesagt des thermostatischen
Elements im Thermostataufsatz, nicht groß genug, um ein zuverlässiges Absperren
des Heizkörperventils
zu bewirken. In diesem Fall entstehen zwischen dem Ventilsitz und
dem Ventilelement Undichtigkeiten, die zu einem laufenden Durchstrom von
Wärmeträgermedium
durch das Ventilelement führen.
Dieser Durchstrom trägt
zwar nichts nennenswertes zur Beheizung eines Raums bei. Gleichwohl
bedingt dieser Durchstrom einen gewissen Energieverlust. Darüber hinaus
besteht die Gefahr, daß der
Ventilsitz und/oder das Ventilelement in den Bereichen der Undichtigkeiten
stärker
verschleißt
als in übrigen
Bereichen, wodurch sich die Undichtigkeiten weiter vergrößern.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Wahl von Betätigungskräften größere Freiheiten
zu haben, wobei das Ventilelement bereits bei geringen Kräften verformbar
sein soll.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Heizkörperventil
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Ventilelement
im Mittelbereich einen Vorsprung aufweist, der am Element anliegt.
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Bei
dieser Ausgestaltung ist es nicht mehr oder nicht mehr im gleichen
Maße erforderlich,
das Ventilelement im Bereich der Dichtungszone, also im Bereich
der Berührung
zwischen Ventilsitz und Ventilelement, zu komprimieren. Es reicht
aus, wenn das Ventilelement verformt wird. Diese Verformung beschränkt sich
dabei nicht auf eine Kompression. Vielmehr wird das Ventilelement
jedenfalls in der Dichtungszone insgesamt verformt. Die Verformung
ist also auch auf der Rückseite
sichtbar. Dies lässt
sich auf einfache Weise dadurch bewerkstelligen, dass die Betätigungseinrichtung
weiter bewegbar ist, als dies an und für sich für ein Schließen der
Ventileinrichtung erforderlich wäre.
Die Betätigungseinrichtung
bringt also das Ventilelement zur Anlage an den Ventilsitz und wird
dann weiter bewegt, also in Richtung auf den Ventilsitzkanal. Dabei
wird das Ventilelement verformt und kann sich dadurch ringsum geschlossen
an den Ventilsitz anlegen.
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Durch
die Bewegungsbegrenzungseinrichtung, die nach einer vorbestimmten
Bewegungsstrecke der Betätigungseinrichtung
eine Bewegung der Betätigungseinrichtung
in Schließrichtung
behindert, wird die Verformung des Ventilelements in gewissen Grenzen
gehalten. Diese Grenzen sind beispielsweise so gewählt, dass
das Ventilelement nicht so weit verformt werden kann, dass es in
den Ventilsitzkanal hineingedrückt
wird. In einem solchen Fall könnte
es schwierig werden, die Ventileinrichtung wieder zu öffnen. Auch
wird eine übermäßige Beanspruchung durch
eine Verformung des Ventilelements klein gehalten.
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Da
die Bewegungsbegrenzungseinrichtung ein an der Betätigungseinrichtung
befestigtes Element aufweist, das nach Durchlauf der Bewegungsstrecke
am Ventilelement zur Anlage kommt, ist die Betätigungseinrichtung sozusagen
selbstsichernd. Darüber
hinaus hat diese Ausbildung den Vorteil, dass die Bewegung nicht
abrupt unterbrochen wird. Wenn das Element an dem Ventilelement
zur Anlage kommt, dann kann das Ventilelement nach Maßgabe der
Kraft, die von außen
auf die Betätigungseinrichtung
wirkt, noch komprimiert werden. Dadurch ist ein sanftes Stoppen
der Bewegung der Betätigungseinrichtung
möglich.
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Da
das Ventilelement in einem Mittelbereich am Element abgestützt ist
und in einem Randbereich in Schließrichtung einen vorbestimmten
Abstand zum Element aufweist, beschränkt man die Verformung des
Ventilelements auf den Randbereich. Im übrigen ist das Ventilelement
am Element abgestützt, so
dass im Mittelbereich keine oder nur geringe Verformungen auftreten.
Der Mittelbereich wird daher bei einem Schließvorgang praktisch nicht beansprucht.
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Weil
das Ventilelement im Mittelbereich einen Vorsprung aufweist, der
am Element anliegt, ist das Ventilelement einstückig ausgebildet. Es ist gestuft,
weist also im Mittelbereich eine größere Dicke auf als im Randbereich.
Dies ist eine relativ einfache Ausgestaltung, um die Verformung
des Ventilelements an seiner Rückseite, nämlich im
Randbereich, bei geringen äußeren Kräften zuzulassen,
ohne das Ventilelement im übrigen
allzu stark zu schwächen.
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Bevorzugterweise
ist der Ventilsitz an einem Ventilsitzgehäuse ausgebildet, das den Ventilsitzkanal
aufweist, wobei der Durchmesser des Mittelbereichs dem 0,8- bis
1,3-fachen des Durchmessers des Ventilsitzkanals entspricht. Der
Mittelteil schließt also
praktisch mit dem Ventilsitzkanal ab, so dass eine Verformung des Ventilelements
an sich sich auf einen radial relativ weit außen gelegenen Bereich beschränkt.
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Bevorzugterweise
weist das Element im Bereich seiner Befestigung an der Betätigungseinrichtung
eine vergrößerte Dicke
auf. Dies erleichtert es, das Element an der Befestigungseinrichtung
zu befestigen. Die Befestigung kann relativ stabil ausgebildet sein.
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Hierbei
ist bevorzugt, dass das Element und die Betätigungseinrichtung einstückig ausgebildet sind.
Dies erleichtert die Herstellung.
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In
einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die
Bewegungsbegrenzungseinrichtung einen Bewegungsanschlag aufweist,
an dem die Betätigungseinrichtung
nach der Bewegungsstrecke zur Anlage kommt. In diesem Fall wirkt die
Bewegungsbegrenzungseinrichtung unmittelbar auf die Betätigungseinrichtung
ein, so dass das Ventilelement durch die Bewegungsbegrenzung praktisch
nicht weiter beaufschlagt wird.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß der
Bewegungsanschlag im Ventilsitzkanal angeordnet ist, wobei die Betätigungseinrichtung
nach der Bewegungsstrecke am Betätigungsanschlag
zur Anlage kommt. Die Betätigungseinrichtung
trifft dann sozusagen frontal auf den Anschlag.
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In
einer weiteren alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein,
daß die
Bewegungsbegrenzungseinrichtung eine im Ventilsitzkanal angeordnete
Anschlageinrichtung aufweist, an der nach der Bewegungsstrecke das
Ventilelement zur Anlage kommt. Die Anschlageinrichtung kann beispielsweise durch
eine Lochplatte oder einen Stern gebildet sein, an dem die Ventileinrichtung
zur Anlage kommt. Ein weiteres Vordringen der Ventileinrichtung
in den Ventilsitzkanal ist dann nicht mehr möglich.
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Bevorzugterweise
weist die Betätigungseinrichtung
an ihrem durch das Ventilelement geführten Ende eine Umformung auf,
die das Ventilelement festhält.
Dies ist eine einfache und materialsparende Ausführung. Zusätzliche Montageteile zur Befestigung
des Ventilelements an der Betätigungseinrichtung,
beispielsweise an der Ventilspindel, sind nicht erforderlich.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß die
Betätigungseinrichtung
an ihrem durch das Ventilelement geführten Ende eine Ausnehmung
aufweist, die von einer Ringwand umgeben ist, wobei die Ringwand
radial nach außen
gestaucht ist. Die Betätigungseinrichtung
und das Ventilelement sind also sozusagen miteinander vernietet
oder verbördelt,
wobei die Betätigungseinrichtung
den Niet bildet. Das Element, das die Bewegung begrenzt, kann hierbei
den Gegenhalter bilden.
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Auch
ist von Vorteil, wenn der Ventilsitz an einer konvex gekrümmten oder
konischen Fläche
ausgebildet ist. In diesem Fall vergrößert sich der Berührungsbereich
zwischen dem Ventilelement und dem Ventilsitz, wenn die Betätigungseinrichtung
nach Anlage des Ventilelements am Ventilsitz weiter in Schließrichtung
bewegt wird.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigt die
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einzige
Figur: einen schematischen Querschnitt durch ein Heizkörperventil.
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Ein
Heizkörperventil 1 weist
ein Ventilgehäuse 2 mit
einem Einlaß 3 und
einem Auslaß 4 auf.
Zwischen dem Einlaß 3 und
dem Auslaß 4 ist
eine Ventileinrichtung 5 angeordnet, die in einem Einsatz
mit einem Oberteil 6 und einem Unterteil 7 ausgebildet ist.
Der Einsatz kann in das Ventilgehäuse 2 eingeschraubt
und mit Hilfe von Dichtungen 8, 9 gegenüber dem
Ventilgehäuse 2 abgedichtet
werden. Oberteil 6 und Unterteil 7 sind über Stege 10 miteinander verbunden.
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Im
Unterteil 7 ist ein Ventilsitz 11 ausgebildet. Der
Ventilsitz 11 bildet sozusagen den Abschluß eines
Ventilsitzkanals 12, der mit dem Einlaß 3 in Verbindung
steht. Zwischen einem zylindrischen Abschnitt des Ventilsitzkanals 12 und
dem Ventilsitz 11 ist eine konvex gekrümmte Fläche 13 vorgesehen. Anstelle
einer konvex gekrümmten
Fläche 13 kann auch
eine konisch angeschrägte
Fläche
vorgesehen sein.
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Mit
dem Ventilsitz 11 zusammen wirkt ein Ventilelement 14,
das an einer Spindel 15 befestigt ist. Die Spindel 15 ist
im Oberteil 6 gelagert. Sie bildet eine Betätigungseinrichtung
für das
Ventilelement 14.
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An
einem durch das Ventilelement 14 geführten Ende 16 weist
die Spindel 15 eine Ausnehmung 17 auf, die von
einer relativ dünnen
Ringwand 18 umgeben ist. Diese Ringwand ist gestaucht und
hält dadurch
das Ventilelement 14 in axialer Richtung an der Spindel 15 fest.
Um eine Beschädigung
des Ventilelements 14 zu vermeiden, ist zwischen dem gestauchten
Bereich und dem Ventilelement 14 noch eine Scheibe 19 vorgesehen,
beispielsweise aus einem Blech. Die Ringwand 18 kann auch
umgebördelt sein.
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Die
Spindel 15 ist durch eine im Oberteil 6 abgestützte Feder 20 in Öffnungsrichtung
beaufschlagt. Bei einer Bewegung in Öffnungsrichtung wird das Ventilelement 14 vom
Ventilsitz 11 abgehoben. Bei einer Bewegung in Schließrichtung
nähert sich
das Ventilelement 14 an den Ventilsitz 11 an.
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In
Schließrichtung
wird die Spindel 15 durch eine äußere Kraft F beaufschlagt,
die über
einen Stößel 21,
der durch eine Stopfbuchse 22 geführt ist, auf die Spindel 15 wirkt.
Die äußere Kraft
F kann beispielsweise von einem Thermostatventilaufsatz erzeugt
werden.
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Das
Ventilelement 14 weist im Bereich seiner radialen Mitte
einen Vorsprung 23 auf. Mit anderen Worten ist das Ventilelement
in einem Mittelbereich dicker als in einem Randbereich, der nicht
durch den Vorsprung 23 abgedeckt ist.
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Der
Vorsprung 23 liegt an einem Element 24 an, das
mit der Spindel 15 verbunden ist. Das Element 24 kann
auch einstückig
mit der Spindel 15 ausgebildet sein. Das Element 24 weist
im Bereich der Spindel 15 einen Bereich 25 mit
einer vergrößerten Dicke
auf. Dieser Bereich 25 läßt eine verbesserte Befestigung
des Elements 24 an der Spindel 15 zu und verhindert,
daß das
Element 24 gegenüber
der Spindel 15 kippt.
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Der
Vorsprung 23 des Ventilelements 14 hat einen Durchmesser,
der etwa genauso groß ist,
wie der Durchmesser des Ventilsitzkanals 12. Er kann auch
etwas größer oder
etwas kleiner sein, vorzugsweise entspricht der Vorsprung dem 0,8-
bis 1,3-fachen des Durchmessers des Ventilsitzkanals 12.
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Wenn
nun, wie in der Figur dargestellt, das Ventilelement 14 zur
Anlage an dem Ventilsitz 11 gekommen ist, bedeutet dies
nicht zwangsläufig
das Ende der Bewegung der Ventilspindel 15. Die Ventilspindel 15 kann
durch die äußere Kraft
F weiter in Schließrichtung
bewegt werden. Eine derartige Bewegung ist möglich, weil sich der Randbereich
des Ventilelements 14 verformen kann. Diese Verformung
beschränkt
sich nicht auf eine reine Kompression. Vielmehr wird auch die Rückseite 26 des
Ventilelements 14 dabei verformt. Die Bewegung der Ventilspindel 15 kann
sich also so lange fortsetzen, bis das Ventilelement 14 an
seinem Randbereich zur Anlage an das Element 24 gelangt.
Dabei ist es nicht erforderlich, daß der gesamte Randbereich zur
Anlage an das Element 24 kommt. Vielmehr reicht es aus, wenn
sozusagen der äußere Rand
der Rückseite 26 zur
Anlage an das Element 24 kommt. In diesem Fall wird die
Bewegung der Spindel 15 praktisch gestoppt. Dieser Bremsvorgang
wird allerdings etwas dadurch abgemildert, daß das Ventilelement 14 eine gewisse
Nachgiebigkeit aufweist.
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Dadurch,
daß die
Fläche 13 konvex
gekrümmt
ist oder zumindest konisch abgeschrägt ist, wird dann, wenn sich
das Ventilelement 14 in seinem Randbereich verformt, die
Berührungsfläche zwischen
dem Ventilelement 14 und dem Ventilsitz 11 vergrößert. Hierdurch
läßt sich
die Abdichtung weiter verbessern.
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Alternativ
oder zusätzlich
zu der durch das Element 24 gebildeten Bewegungsbegrenzungseinrichtung
kann man auch andere Möglichkeiten
für die Bewegungsbegrenzung
der Spindel 15 verwenden. Alle diese Möglichkeiten stellen sicher,
daß das
Ventilelement 14 auch nach der Anlage an dem Ventilsitz 11 körperlich
verformt werden kann, eine Überbeanspruchung
des Ventilelements 14 aber vermieden wird. Insbesondere
kann zuverlässig
vermieden werden, daß das
Ventilelement 14 so weit in den Ventilsitzkanal 12 hineinbewegt
wird, daß es
durch die Kraft der Feder 20 nicht mehr aus dem Ventilsitzkanal 12 herausgedrückt werden
kann.
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Für die Begrenzung
der Bewegung der Ventilspindel 15 kann man alternativ oder
zusätzlich
zum Element 24 weitere Möglichkeiten verwenden. Diese sind
gestrichelt oder strichpunktiert in der Figur dargestellt.
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Eine
erste Möglichkeit
besteht darin, im Oberteil 6 einen nach innen ragenden
Vorsprung 27 vorzusehen, der in einen Ringraum 28 ragt,
durch den die Ventilspindel 15 geführt ist. An der Ventilspindel 15 ist
ein radial nach außen
gerichteter Vorsprung 29 angeordnet, der nach einer Strecke
d am Vorsprung 27 zur Anlage kommt und eine weitere Bewegung
des Ventilelements 14 in den Ventilsitzkanal 12 verhindert.
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Man
kann auch im Ventilsitzkanal 12 einen Bewegungsanschlag 30 vorsehen,
auf den die Spindel 15 mit ihrer Spitze auftrifft, wenn
sie die Bewegungsstrecke b nach dem Auftreffen des Ventilelements 14 auf
den Ventilsitz 11 zurückgelegt
hat.
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Schließlich kann
man im Ventilsitzkanal 12 auch eine strichpunktiert dargestellte
Lochplatte 31 anordnen. An diese Lochplatte kann sich dann
das Ventilelement 14 anlegen, wenn es sich in einem Randbereich
weit genug verformt hat.
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Ein
derartiges Heizkörperventil
läßt sich
insbesondere auch dann zuverlässig
schließen,
wenn als Aktuator ein Thermostatelement mit einer Gasfüllung verwendet
wird.