DE1178655B - Regelventil - Google Patents

Description

• Regelventil Für viele Anwendungszwecke ist die normale Charakteristik eines Regelventils, bei der die Durchflußmenge ungefähr linear vom Hub abhängt, ungeeignet oder entspricht nicht den optimalen Forderungen. Diesen Nachteil versuchte man bisher im wesentlichen durch eine besondere Formgestaltung des Verschlußteils zu überwinden, beispielsweise indem man ihm einen in die Ventilöffnung hineinragenden, den Durchflußquerschnitt verkleinernden Fortsatz gab. Solche Verschlußteile sind schwer herzustellen.
• Ein weiterer Nachteil der bekannten Ventilkonstruktionen liegt darin, daß sie nicht über einen großen Bereich der Durchflußmenge hinweg genau regeln können. Ventile, die eine große Durchflußmenge hindurchlassen, sind für die genaue Einstellung kleiner Durchflußmengen ungeeignet; Ventile, die in diesem Bereich genau regeln, können keine großen Durchflußmengen verarbeiten.
• Ein typisches Beispiel für diese Schwierigkeiten bieten Warmwasser-Sammelheizungen, bei denen zur Aufrechterhaltung einer eingeregelten Raumtemperatur nur eine ganz kleine Wassermenge notwendig ist, z. B. 2,51/h. Kleine Änderungen der Raumtemperatur erfordern eine entsprechend geringe Änderung der Wassermenge. Zum schnellen Aufheizen eines Raumes jedoch, z. B. nach dem Lüften, soll eine wesentlich größere Wassermenge hindurchgeleitet werden, wobei der für die normale Regelung günstige Proportionalitätsfaktor nicht mehr ausreicht. Notgedrungen hat man bisher thermostatisch gesteuerte Heizungsventile verwendet, die für eine große Durchflußmenge berechnet waren und im Bereich kleiner Durchflußmengen ungenau regelten, häufig sogar störende Geräusche verursachten.
• Es ist daher erstrebenswert, ein Regelventil mit zwei Regelbereichen verschiedener Charakteristik anzugeben, nämlich einen auf eine kleine Durchflußmenge abgestimmten Kennlinienteil.
• Zur Lösung dieses Problems wird erfindungsgemäß von einem Regelventil mit einem vom Druck des zu regelnden Druckmittels betätigbaren Antriebsmittel ausgegangen, auf dessen Rückseite das zu regelnde Druckmittel durch entsprechend bemessene Bohrungen gelangt, z. B. einer Membran, für ein Hauptventil und einem die Druckverhältnisse am Antriebsmittel beeinflussenden, dem Hauptventil parallel geschalteten kontinuierlich verstellbaren Hilfsventil, insbesondere thermostatisch gesteuertes Heizungsventil.
• Unter Verwendung eines solchen Regelventils kann man das der Erfindung zugrunde liegende Problem dadurch lösen, daß das Hilfsventil in an sich bekannter Weise seinen Sitz auf dem Antriebsmittel des Hauptventils hat und ebenso wie die zur Rückseite desselben führenden Bohrungen so bemessen und gestaltet ist, daß sich das Hauptventil erst in einer Zwischenstellung des Hilfsventils öffnet und dann am Verschlußteil des Hilfsventils abstützt.
• Während des ersten Teils der Hubbewegung des Hilfsventils wird eine kleine, vom Hub abhängige Flüssigkeitsmenge durchgelassen, ohne daß der Betätigungsdruck des Antriebsmittels erreicht wird. Daher wirkt das Hilfsventil als ganz normales Ventil mit kleiner Durchflußöffnung. Sobald das Hilfsventil eine bestimmte Hubstellung .erreicht hat, steigt der Differenzdruck am Antriebsmittel derart an, daß sich das Hauptventil öffnet. Alsdann stützt sich das Hauptventil am Hilfsventil ab; es ergibt sich eine kraftschlüssige Kupplung zwischen den beiden Ventilen, so daß nunmehr das Hauptventil mit seiner großen Durchflußöffnung in direkter Abhängigkeit von der kontinuierlichen Hubbewegung des Hilfsventils gesteuert wird. Es gibt zwar schon Magnetventile mit einem recht ähnlichen Aufbau, bei denen das Hilfsventil in der einen Stellung eine Düse in einer Membran verschließt und diese in der anderen Stellen offenhält. Im ersten Fall baut sich im Raum oberhalb der Membran durch die Löcher hindurch ein Druck gleich dem Eintrittsdruck des Ventils auf, der die Membran geschlossen hält. Im zweiten Fall wird der Druck über die Düsenöffnung abgebaut, so daß die Membran nunmehr öffnet. Diese Ventile können jedoch nur intermittierend öffnen und schließen, eignen sich daher nicht für die kontinuierliche Regelung.
• Es ist ferner bekannt, zwei direkt gesteuerte Magnetventile, von denen das eine einen kleinen Durchflußquerschnitt und das andere einen großen Durchflußquerschnitt steuert, parallel zueinander zu verwenden. Man kann also mit dem einen Ventil eine kleine Flüssigkeitsmenge und mit dem anderen Ventil eine größere Flüssigkeitsmenge regeln. Diese Regelung geschieht jedoch wiederum intermittierend und ferner mit Hilfe von zwei voneinander unabhängigen Ventilen.
• Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung beschrieben. Es zeigt F i g. 1 in einem Diagramm die Durchflußmenge in Abhängigkeit vom Hub bei einem erfindungsgemäßen Ventil und F i g. 2 in einem Längsschnitt ein Ventil gemäß der Erfindung.
• Wesentlich für die Funktion des erfindungsgemäßen Ventils ist die in F i g. 1 veranschaulichte Charakteristik. Die Durchflußmenge D nimmt über den ersten Abschnitt des Hubes h des Hilfsventils allmählich ungefähr längs der Geraden I zu. Von einem bestimmten Punkt an, in dem das Hauptventil öffnet, nimmt die Durchflußmenge D längs der sehr viel steileren Geraden II in Abhängigkeit vom Hub h zu. Man kann daher sowohl im Bereich eines kleineren als auch im Bereich eines größeren Flüssigkeitsbedarfs einwandfrei regeln.
• Bei dem Ausführungsbeispiel in F i g. 2 besitzt das Gehäuse 1 einen Eintrittsstutzen 2, einen Austrittsstutzen 3 und einen Deckelstutzen 4. Der Hauptventilsitz 5 trennt den Eintrittsraum 6 vom Austrittsraum 7. Ein im Deckelstutzen 4 gehaltener Deckel 8 klemmt die Membran 9 fest, die das Hauptverschlußstück 10 trägt und einen Ausgleichsraum 11 zwischen sich und dem Deckel 8 begrenzt. Dieser Ausgleichsraum steht über Bohrungen 12 in der Membran 9 mit dem Eintrittsraum 6 und über die zentrische Öffnung 13 mit dem Austrittsraum 7 in Verbindung.
• Auf dem Deckel ist ein thermostatisches Betätigungselement 14 befestigt, dessen Balgdose 15 mit dem Verschlußteil16 verbunden ist. Über das Kapillarrohr 17 wird das thermostatische Betätigungsmittel in den Raum 18 eingeleitet. Das untere Ende des Verschlußteils 16 hat einen Kegel 19 mit einem Kegelwinkel von weniger als 60° ausgebildet. Das obere Ende der zentrischen Öffnung 13 in der'Membran dient als Hilfsventilsitz 20. Die Teile 16 und 19 bilden zusammen ein Hilfsventil.
• Der in der Zeichnung veranschaulichte Betriebszustand entspricht etwa einem Punkt a auf dem Kurvenast II der F i g. 1. Das Hauptventil 10 ist etwas geöffnet. Die Öffnungsbewegung ist durch den Anschlag der Membran 9 am Verschlußteil 16 begrenzt. Es sei angenommen daß mit Hilfe des veranschaulichten Ventils die Temperatur eines an eine Warmwasser-Heizung angeschlossenen Raumes geregelt werden soll. Wenn nun infolge der Wärmezufuhr die Temperatur im Raum steigt, wird die Balgdose 15 und damit der Verschlußteil 16 niedergedrückt, bis schließlich das Hauptventil vollständig geschlossen ist. Sinkt die Temperatur im Raum nun etwas, so wird der Verschlußteil16 wieder etwas angehoben, beispielsweise bis zum Punkt b auf dem Kurvenast I der F i g. 1. Dieser Bewegung folgt aber die Membran 9 mit dem Hauptventil 10 nicht, weil der Druck im Eintrittsraum 6 sich über die Löcher 12 in der Membran in den Ausgleichsraum 11 fortgepflanzt hat. Da die Membran auf ihrer Oberseite über einen größeren Bereich dem Druck ausgesetzt ist als an ihrer Unterseite, bleibt sie in ihrer untersten Lage. Die in diesem Augenblick das Ventil durchströmende Menge wird allein durch das Hilfsventil 16, 19, 20 bestimmt, die in Form einer Aufrechterhaltungsmenge beispielsweise den Wert von 2,5 1/h haben kann. Die Membran bleibt so lange in ihrer unteren Stellung, als sich der Druck im Ausgleichsraum 11 nicht wesentlich über die Öffnung 13 abzubauen vermag, d. h. solange die über diese Öffnung 13 abströmende Menge kleiner ist als die ohne wesentliche Drosselverluste über die Löcher 12 hinzutretende Menge. Fällt die Temperatur noch weiter ab, wird also der Verschlußteil 16 noch etwas höher gehoben, so tritt der Zustand ein, daß eine so große Menge den Raum 11 durchströmt, daß die Drosselverluste an den Löchern 12 einen Druckabfall hervorrufen, der den Druck im Ausgleichsraum 11 so stark absinken läßt, daß die vom Eintrittsraum 6 her wirkende Kraft überwiegt und die Membran 9 dementsprechend das Hauptventil 10 öffnet, bis es sich am Hilfsventil 16, 19 abstützt, worauf es seinen Hub beendet, bis das Hilfsventil 16, 19 weiter angehoben wird, welchem Hub das Hauptventil 10 folgt.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Regelventil mit einem vom Druck des zu regelnden Druckmittels betätigbaren Antriebsmittel, auf dessen Rückseite das zu regelnde Druckmittel durch entsprechend bemessene Bohrungen gelangt, z. B. einer Membran, für ein Hauptventil und einem die Druckverhältnisse am Antriebsmittel beeinflussenden, dem Hauptventil parallel geschalteten kontinuierlich verstellbaren Hilfsventil, insbesondere thermostatisch gesteuertes Heizungsventil, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß das Hilfsventil (16, 19) in an sich bekannter Weise seinen Sitz (13) auf dem Antriebsmittel (9) des Hauptventils (10) hat und ebenso wie die zur Rückseite desselben führenden Bohrungen (12) so bemessen und gestaltet ist, daß sich das Hauptventil (10) erst in einer Zwischenstellung des Hilfsventils (16, 19) öffnet und dann am Verschlußteil (19) des Hilfsventils abstützt.
2. 2. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Bohrungen (12) in dem Antriebsmittel (9) so bemessen ist, daß der für die Bewegung des Antriebsmittels erforderliche Druckabfall an den Bohrungen auftritt, wenn das Hilfsventil (16, 19) zu 75% bis 1001/o, vorzugsweise 90%, geöffnet ist.
3. 3. Regelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsventil (16) einen Kegel (19) mit einem Kegelwinkel kleiner als 60'=', vorzugsweise von 30 bis 45°, hat. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1077 496, 1085 000, 1086 097; deutsche Patentanmeldung B 14753 XII / 47 g (bekanntgemacht am 10. 9. 1953); französische Patentschrift Nr. 712 380; britische Patentschrift Nr. 653 747; USA.-Patentschrift Nr. 2 562 315.