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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Ventil mit einem Gehäuse, zwei
Anschlußkanälen für den Zu- und
Abfluß,
einem Ventilsitz und einem von außen zu betätigenden, durch eine Feder
belasteten, den Ventilsitz überdeckenden
Verschlußstück, wobei
das Verschlußstück auf seiner
dem Ventilsitz abgewandten Seite einen Kolben aufweist, der abgedichtet
in einen Zylinderraum greift, dessen wirksame Druckfläche im wesentlichen
gleich der vom Ventilsitz umschlossenen Fläche ist, und wobei der Zylinderraum mit
dem Raum innerhalb des Ventilsitzes verbunden ist.
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Ein
derartiges Ventil kann insbesondere als Heizkörperventil für Warmwasser-Heizungsanlagen verwendet
werden.
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Ein
derartiges Ventil ist aus
DE
82 17 528 U1 bekannt. Der Außendurchmesser einer Ventilstange und
der Durchmesser des Ventilsitzes sind derart gewählt, daß das kolbenartige Ventilelement
in entgegengesetzter Richtung jeweils gleich große Wirkungsflächen aufweist.
In einer Schließstellung
ist mithin das Ventilelement bezüglich
des Druckes am Anschluß kompensiert,
so daß al
lein die Feder die Anpresskraft des Ventilelements gegen den Ventilsitz aufbringt.
Die innerhalb der Kammer vorgesehene Wirkungsfläche an der Ventilstange ist
so groß wie die
Wirkungsfläche
des Ventilelements innerhalb des Ventilsitzes, so daß auch der
Druck am Anschluß keine Öffnungskraft
auf das Ventilelement ausübt.
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Weitere
bekannte Ventile (
DE
44 02 752 A1 ) sind für
eine Durchflußrichtung
ausgelegt, bei der der Eingangsdruck in Öffnungsrichtung auf das Verschlußstück wirkt.
Bei einem Betrieb mit entgegengesetzter Durchflußrichtung würde das Verschlußstück vom Eingangsdruck
in Schließrichtung
belastet werden mit der Folge, daß bei geschlossenem Ventil
die Kraft der Öffnungsfeder
zum Öffnen
nicht mehr ausreichen würde.
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Bei
einer Schließvorrichtung
für strömende Medien,
insbesondere Hochdruckflüssigkeit,
(
US 3 680 832 ,
2) ist es bekannt, ein zylindrisches
Verschlußstück in einen
O-Ring einzuschieben und am anderen Ende mit einem Kolben größeren Durchmessers
zu versehen, der in einem Zylinderraum abgedichtet verschiebbar
ist. Der Zylinderraum ist über einen
Druckentlastungskanal mit der gegenüberliegenden Seite des Verschlußstücks verbunden.
Infolge des Durchmesserunterschiedes ergibt sich ein das Verschlußstück umgebender
Ringraum, der an beiden axialen Enden abgedichtet ist.
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DE 19 55 438 C2 zeigt
einen Ventilmechanismus mit einem Gehäuse, zwei Anschlußkanälen für den Zu-
und Abfluß,
einem Ventilsitz und einem von außen zu betätigenden, durch eine Feder
belasteten, den Ventilsitz überdeckenden
Verschlußstück. Das Verschlußstück weist
auf seiner dem Ventilsitz abgewandten Seite einen Kolben auf. Der
Kolben greift abgedichtet in einen Zylinderraum, dessen wirksame Druckfläche im wesentlichen
gleich der vom Ventilsitz umschlossenen Fläche ist. Der Zylinderraum ist mit
dem Raum innerhalb des Ventilsitzes verbunden. Neben dem Ventilsitz
in der Durchgangsöffnung
ist ein weiterer Ventilsitz in der Verstellbahn des Verschlußstücks angeordnet,
wobei beiden Ventilsitzen am Verschlußstück gesonderte, axial wirkende
Dichtflächen
zugeordnet sind. Beide Ventilsitze bestehen aus axial elastisch
nachgiebigen Dichtringen.
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DE 12 88 857 B zeigt
ein magnetisch schaltbares Sitzventil für hohe Drücke mit elastischer Verschlußstückausbildung.
In einem Gehäuse
ist zwischen zwei Anschlußkanälen ein
Ventilsitz vorgesehen, der mit einem von außen zu betätigenden, den Ventilsitz überdeckenden
Verschlußstück zusammenwirkt.
Das Verschlußstück weist
auf seiner dem Ventilsitz abgewandten Seite einen Magnetanker auf.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der eingangs beschriebenen
Art anzugeben, das in beiden Durchflußrichtungen betrieben werden
kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß der
Ventilsitz von einer Umfangsrinne umgeben ist, die radial von außen nach
innen eine allmählich
zunehmende Tiefe hat und von der Umfangswand eines den Ventilsitz
tragenden Ringwalls begrenzt ist.
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Die
größte Fläche des
Verschlußstücks ist daher
in beiden Durchflußrichtungen
druckentlastet, vorzugsweise vollständig druckentlastet. Es gibt
daher, wenn überhaupt,
nur noch kleine Flächen,
an denen ein in Schließrichtung
wirkender Druck angreifen kann. Die vom durchfließenden Medium
ausgeübten Schließkräfte sind
daher so gering, daß sie
ohne Schwierigkeiten von einer Öffnungsfeder überwunden
werden können.
Ein Betrieb in beiden Durchflußrichtungen
ist somit möglich.
Bei der Auslegung eines Systems, beispielsweise einer Heizungsanlage, braucht
daher nicht mehr auf die Durchflußrichtung geachtet zu werden,
was erhebliche Vereinfachungen mit sich bringt. Es genügen kleinere
thermostatische Elemente, die eine geringere Stellkraft ausüben, zur
Betätigung.
Die Umfangsrinne führt
in Verbindung mit dem vom Ventilsitz umschlossenen Strömungsquerschnitt
in beiden Durchflußrichtungen
zu einem Druckanstieg vor und einer Druckabsenkung hinter dem Ventilsitz,
so daß sich
die hierdurch auf das Verschlußstück ausgeübten Kräfte weitgehend gegeneinander
aufheben. Damit wird das Risiko einer Flatterbewegung des elastischen
Teils, das insbesondere bei höheren
Temperaturen des Wärmeträgers auftreten
kann, kleingehalten. Da die Umfangsrinne radial von außen nach
innen eine allmählich
zunehmende Tiefe hat und von der Umfangswand eines den Ventilsitz
tragenden Ringwalls begrenzt ist, ergeben sich weitgehend gleiche
Verhältnisse
für beide
Durcflußrichtungen.
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Günstig ist
es, daß das
Verschlußstück mindestens
einen beide Stirnseiten verbindenden Kanal aufweist. Dies ergibt
eine besonders einfache Konstruktion.
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Empfehlenswert
ist es, daß das
Verschlußstück einen
Bereich aufweist, in dem sein Querschnitt zum Ventilsitz hin zunimmt,
und daß ein
nahe dem freien Ende des Kolbens angeordneter Ringflansch diesen
Bereich teilweise überlappt
und von dem auf den Bereich wirkenden Druck belastet ist. In Folge der Überlappung
ergibt sich eine teilweise Druckentlastung, durch die die Schließkräfte nochmals
vermindert werden.
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Von
Vorteil ist es, daß der
Bereich der Querschnittszunahme durch einen Konus gebildet ist,
an den sich ein zylindrisches, den Ringflansch tragender Abschnitt
anschließt.
Ein solches Verschlußstück läßt sich
leicht herstellen.
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Vorzugsweise
besteht das Verschlußstück oder
der Ventilsitz aus elastischem Material. Hierdurch wird die Dichtfunktion
verbessert.
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Insbesondere
sollte dafür
gesorgt sein, daß der
Ventilsitz im Querschnitt Kuppenform hat.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:
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1 schematisch
einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ventil,
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2 ein
erfindungsgemäß ausgestaltetes Einbauventil
für Heizkörper im
Schnitt,
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3 den
Bereich A der 2 in vergrößerter Darstellung und
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4 die
Darstellung der 3 bei entgegengesetzter Durchflußrichtung.
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Das
Ventil der 1 besitzt ein Gehäuse 1 mit
einem ersten Anschlußkanal 2 und
einem zweiten Anschlußkanal 3.
Einem Ventilsitz 4 ist ein Verschlußstück 5 zugeordnet, das
mit seiner Stirnfläche 6 den
Ventilsitz 4 überdeckt.
Das Verschlußstück 5 kann
von außen
mittels einer durch eine Dichtung 7 nach außen geführten Ventilstange 8 gegen
die Kraft einer hier nicht veranschaulichten Öffnungsfeder verstellt werden.
Das Verschlußstück 5 weist
auf seiner dem Ventilsitz 4 abge wandten Seite einen Kolben 9 auf,
der abgedichtet in einem Zylinderraum 10 geführt ist.
Dieser Zylinderraum ist über
Kanäle 11 mit der
Stirnseite 6 des Verschlußstücks 5 verbunden und
besitzt unter Berücksichtigung
des Querschnitts der Ventilstange 8 eine druckwirksame
Querschnittsfläche,
die gleich der vom Ventilsitz 4 umschlossenen Fläche ist.
Dies führt
zu einer praktisch vollständigen Druckentlastung
des Verschlußstücks 5 bezüglich des
im Anschlußkanal 2 herrschenden
Drucks.
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An
der Außenseite
des Verschlußstücks 5 gibt
es einen Bereich 12 mit zum Ventilsitz 4 hin zunehmendem
Querschnitt, damit das Verschlußstück 5 den
Ventilsitz 4 auch überdecken
kann. Der Kolben 9 des Verschlußstücks 5 weist einen
Ringflansch 13 auf, der einen Teil des Bereichs 12 überlappt
und, ebenso wie der Bereich 12 dem Druck im Anschlußkanal 3 ausgesetzt
ist. Dies ergibt bezüglich
des letztgenannten Drucks unter Berücksichtigung des Überlappungsbereiches
zwischen Verschlußstück 5 und Ventilsitz 4 eine
weitgehende oder vollständige
Entlastung. Die in beiden Durchflußrichtungen in Schließrichtung
auf das Verschlußstück 5 wirkenden Kräfte sind
daher so gering, das sie ohne weiteres von einer nicht veranschaulichten
Feder überwunden werden
können.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach den 2 bis 4 werden
für entsprechende
Teile um 100 erhöhte
Bezugszeichen verwendet. Das Gehäuse 101 trägt einen
Fortsatz 115, der den Anschlußkanal 102 und den
Ventilsitz 104 bildet. Der andere Anschlußkanal 103 befindet
sich seitlich neben dem Verschlußstück 105 und wird durch
einen Ausschnitt im Gehäuse 101 gebildet.
Das Verschlußstück 105 wird
durch eine Ventilstange 116 betätigt, die durch eine Öffnungsfeder 117 belastet
und durch einen Ventilstift 108 ergänzt ist, der durch eine Dichtung 107 nach
außen
geführt
ist. Zwischen Gehäuse 101 und
Verschlußstück 105 befindet
sich eine Voreinstellbuchse 119, die mit Hilfe eines Drehknopfes 120 verdrehbar
ist, wodurch der Querschnitt des Anschlußkanals 103 geändert werden
kann.
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Das
Verschlußstück 105 besitzt
einen Kolben 109, der in einem Zylinderraum 110 abgedichtet geführt ist.
Der Zylinderraum ist über
Kanäle 111 mit der
Stirnseite 106 des Verschlußstücks innerhalb des Ventilsitzes 104 verbunden.
Der druckwirksame Querschnitt des Zylinderraums 110 ist
gleich der vom Ventilsitz 104 umschlossenen Querschnittsfläche des
Verschlußstücks, so
daß bezüglich des
Drucks im Anschlußkanal 104 vollständige Druckentlastung gegeben
ist.
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Ein
Bereich 112 mit zum Ventilsitz 104 hin zunehmendem
Querschnitt ist als Konus ausgebildet. Dieser wird teilweise durch
den Ringflansch 113 überlappt
und ebenso wie der Konus vom Druck im Anschlußkanal 103 beaufschlagt.
Daher ergibt sich auch hier unter Berücksichtigung des Überlappungsbereichs
zwischen Verschlußstück 105 und
Ventilsitz 104 eine weitgehende oder vollständige Druckentlastung.
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Das
Verschlußstück 105 besteht
aus einem elastischen Material. Um das Klappern oder Flattern dieses
Verschlußstücks zu vermeiden,
ist die Ausgestaltung der 3 und 4 vorgesehen.
Hier wird der Ventilsitz 104 von einer Umfangsrinne 121 umgeben.
Ihre radiale Tiefe nimmt von außen
nach innen allmählich
zu. Sie endet an einer Umfangswand des Ventilsitzes 104,
der kuppenförmig
ausgebildet ist und die Form eines vorstehenden Ringwalls 122 hat. Bei
der Durchflußrichtung
gemäß 3
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bewirkt
die Umfangsrinne 121, daß sich kurz vor dem Ventilsitz 104 eine
stärkere
Querschnittsverminderung und damit ein entsprechender Druckanstieg
ergibt (dargestellt durch "++"), während hinter dem
Ventilsitz eine entsprechende Querschnittsvergrößerung und damit eine Druckabsenkung
entsteht (dargestellt durch "––"), wodurch sich gegeneinander aufhebende
Kräfte
(dargestellt durch die Pfeile 122 und 123) ergeben.
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Ähnliche
Verhältnisse
mit Druckanstieg vor und Druckabsenkung nach dem Ventilsitz 104 ergeben
sich auch bei der entgegengesetzten Durchflußrichtung, wie dies in 4 veranschaulicht
ist.
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Insgesamt
sind daher mehrere Maßnahmen getroffen,
um die Durchflußverhältnisse
in beiden Richtungen weitgehend aneinander anzunähern, so daß beim Einbau auf die Durchflußrichtung
nicht mehr Rücksicht
genommen werden muß.
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Von
den dargestellten Ausführungsbeispielen
kann in vielfacher Hinsicht abgewichen werden, ohne den Grundgedanken
der Erfindung zu verlassen. So kann die Erfindung nicht nur in Verbindung mit
Heizkörperventilen,
angewendet werden, seien sie manuell betätigt oder durch einen Thermostataufsatz,
sondern auch bei jedem beliebigen Ventiltyp, bei dem die Durchflußrichtung
keine Rolle mehr spielen soll. Von Interesse ist es auch, daß viele
Teile der neuen Ventile mit denjenigen der auf dem Markt befindlichen
Ventile identisch sind, so daß größere Stückzahlen
aufgelegt und damit entsprechende Einsparungen erzielt werden können. Beispielsweise genügt es, lediglich
das Verschlußstück 105 und
den Fortsatz 115 auszutauschen, um zum Ventil der 2 zu
kommen.