Elektroventil Elektroventile zur Steuerung des Durchflusses eines in Röhren fliessenden Mediums sind in ver schiedenen Ausführungen bekannt. Da die zur Be tätigung des Ventils zur Verfügung stehenden Kräfte verhältnismässig gering sind, müssen sie vor allen Dingen verhältnismässig reibungsarm zu betätigen sein. Es müssen also vor allen Dingen Stopfbuchsen, die eine grosse Reibung verursachen, vermieden werden.
Bei stopfbuchsenlosen Elektroventilen er folgt die Steuerung des Ventilverschlusses meist durch einen Elektromagneten, der auf einen Kern einwirkt, der seinerseits mit dem Ventilverschluss in Ver bindung steht. Der Magnetkern ist meist durch eine Membran oder dergleichen gegen das Medium ab gedichtet. Er kann sich aber auch direkt im Medium befinden. Als nachteilig wird bei diesen Elektro- magnetventilen empfunden, dass sie verhältnismässig geräuschvoll schalten.
Sowohl bei Ventilen mit ab gedichtetem Magnetkern als auch bei solchen, mit im Medium gelagerten Kern, wird zur Ventilöffnung die bei Erregung der Magnetspule auftretende kine tische Energie des Magnetkerns ausgenutzt. Es treten dabei erhebliche Schlaggeräusche auf. Ausserdem machen sich Brummgeräusche der Magnetspule stö rend bemerkbar. Diese Ventile sind daher für Warm wasserheizanlagen in Wohnhäusern nicht brauchbar. Es sind zwar auch thermisch gesteuerte Ventile bekannt, die geräuscharm arbeiten, jedoch haben diese wieder andere Nachteile.
Hauptsächlich sind die elektrothermisch gesteuerten Ventile unvorteil haft, weil die Abkühlzeiten der thermischen Antriebs einrichtungen zu lang sind.
Die Erfindung betrifft ein Elektroventil zur Steuerung des Durchflusses eines in Röhren strömen den Mediums, insbesondere für Warmwasserheiz- anlagen, mit einem von einer thermisch arbeitenden Steuereinrichtung betätigten Verschlussorgan, und sie bezweckt, dieses Ventil so auszubilden, d'ass die erwähnten Nachteile vermieden werden.
Erfindungs gemäss dient als thermische Steuereinrichtung eine Bimetallbatterie, die in einem mit einer Flüssigkeit gefüllten, durch eine Membran von dem das Medium enthaltenden Ventilraum getrennten Raum angeord net ist und die auf eine die Membran durchsetzende, das Verschlussorgan tragende Ventilstange einwirkt. Die Bimetallbatterie besteht zweckmässig aus vor gekrümmten, auf der konvexen Seite mit der aktiven Komponente versehenen Bimetallstreifen, die mit abwechselnder Krümmungsrichtung übereinander ge stapelt sind.
Die einzelnen Bimetalle sind vorteilhaft mit Heizwicklungen versehen, die von einer zentralen Stelle, beispielsweise von einem Raumthermostaten, gesteuert werden. Zur Vermeidung von unerwünsch ten Nachlaufzeiten der Bimetallanord'nung kann noch ein Zusatzbimetall vorgesehen sein, das ebenfalls mit dem Verschlussorgan zusammenwirkt.
An Hand der Zeichnung sei die Erfindung bei spielsweise näher erläutert.
Fig. 1 zeigt an einem Ausführungsbeispiel den konstruktiven Aufbau eines Elektroventils für Warm wasserheizanlagen, während in Fig.2 bis 4 ver schiedene Schaltungsmöglichkeiten der Bimetallbe- heizung angegeben sind. In Fig. 5 ist eine mit Mitteln zur Kompensation des Raumtemperatureinflusses versehene Anordnung wiedergegeben.
Das Ventil nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 besteht aus einem hohlzylindrischen Ventil körper 1, der mit einem Zuflussrohr 2 und einem Abflussrohr 3 in Verbindung steht. Die Verbindungs öffnung zwischen Ventilkörper und Abflussrohr ist durch einen konisch gehaltenen Ventilteller 4 ver schliessbar, der im geschlossenen Zustand auf einem entsprechend konisch ausgebildeten Rand der öff- nung aufsitzt.
Der Innenraum des Ventilkörpers wird durch eine Membran 5 unterteilt, so dass ein abgeschlossener Hohlraum 6 gebildet ist, der gegen das in den Röhren fliessende Heizwasser vollkommen abgedichtet ist. Der Hohlraum 6 ist mit einer nicht leitenden Flüssigkeit, vorzugsweise Öl, gefüllt, die infolge ihrer Inkompressibilität den vom Heizwasser auf die Membran ausgeübten Druck ausgleicht. Die Membran wird von einer mit dem Ventilteller 4 verbundenen Ventilstange 7 durchsetzt, die zur Ab dichtung an der Durchführungsstelle beiderseits, der Membran gegeneinander verschraubte Muttern 8 trägt.
Am oberen Ende der Ventilstange ist ein U-förmiger Bügel 7a angebracht, der zwischen seinen Schenkeln eine Bimetallbatterie 9 einschliesst. An den Schenkelenden des Bügels 7a ist ein Permanent magnet 10 befestigt, an dem sich das obere End- bimetall der Batterie 9 anlegt. Das untere End- bimetall der Batterie stützt sich auf einem im Ventil körper 1 fest angebrachten Anschlag 11 ab. Die Bimetalle sind vorgekrümmt und besitzen auf ihrer konvexen Seite ihre aktive Komponente.
Sie sind mit abwechselnder Krümmungsrichtung übereinander gestapelt und tragen je eine Heizwicklung 12. Die Heizwicklungsenden sind zu Anschlussklemmen 12a aus dem Ventilgehäuse herausgeführt. Im Inneren des Ventilkörpers ist noch ein weiteres Bimetall 13 einseitig fest angebracht, das mit einer Heizwicklung 14 versehen ist, die an Anschlussklemmen 15 liegt. Zur Steuerung der Heizwicklung ist ein in Fig. 1 nicht dargestellter Raumthermostat vorgesehen.
Die Heizwicklungen werden aber auch in Abhängigkeit von der Bewegung der Ventilstange über eine nur angedeutete Kontaktanordnung 16 gesteuert. Die Kontaktanordnung wird von dem am Ende des U-förmigen Bügels 7a angebrachten Permanentmagne ten 10, der auf einen Anker 17 einwirkt, betätigt. Der Anker 17 ist über einen Eisenweg 20 mit dem einen Pol des Permanentmagneten in magnetisch gut leitender Verbindung. Je nachdem, wie die Bimetallheizungen geschaltet sind, ist die Kontakt anordnung verschieden ausgebildet.
Die Schaltungs- möglichkeiten der Bimetallbeheizungen werden an Hand der Fig.2 bis 4 näher erläutert. An der Betätigungsstange 7 ist noch eine Nase 18 fest angebracht, die mit einer am freien Ende des Bimetallstreifens 13 befindlichen schwenkbaren Klinke 19 zusammenwirkt. Die Klinke 19 ist im Weg der Nase 18 angeordnet und sie blockiert die Aufwärtsbewegung der Betätigungsstange 7 nicht, jedoch hindert sie den Rückfall.
Bei der Schaltung nach Fig. 2 stehen die Bimetall heizungen 12 und 14 für die Bimetallbatterie 9 bzw. für das Verklinkungsbimetall 13 (siehe auch Fig.1) mit dem einen Netzanschluss 23 in Ver bindung. Über die Kontaktanordnung 16 und den Ein-Aus-Schalter eines Thermostaten 21 ist der Stromkreis für die Heizwicklungen zum anderen Netzanschluss 22 zurückgeführt. Die Kontaktanord nung 16 ist hierbei so ausgebildet, dass jeweils immer nur eine der beiden Heizungen 12 oder 14 an Spannung liegen kann.
Die Einschaltung der Heiz- wicklung 12 erfolgt über den temperaturabhängig gesteuerten Schalter des Raumthermostaten. Die dar gestellte Stellung des Kontaktes 16 ist die Normal stellung bei geschlossenem Ventil. Die Einschaltung der Heizung 12 erfolgt, wenn der Raumthermostat seinen Kontakt in Einschaltstellung bringt. Die Hei zung 12 erhält hierdurch Spannung und erwärmt die Bimetalle 9, die sich dadurch so weit verkrümmen, dass sie über den Bügel 7a und die Ventilstange 7 den Ventilteller 4 anheben. Das untere Endbimetall stützt sich dabei auf dem Anschlag 11 ab, während das obere Endbimetall gegen den Permanentmagneten 10 drückt.
Bei -der Aufwärtsbewegung gleitet die Nase 18 der Ventilstange über die Klinke 19 hinweg, die sich dabei anhebt und. nach dem Vorbeigleiten der Nase 18 wieder zurückfällt. Bei der Aufwärts bewegung des Ventiltellers nähert sich der Permanent magnet 10 dem Anker 17 soweit, dass dieser schliess lich angezogen wird und eine Umschaltung der Kontaktanordnung 16 vornimmt. Durch die Um schaltung der Kontaktanordnung 16 wird die Hei zung 12 ausgeschaltet und es wird die Einschal- tung der Heizung 14 vorbereitet.
Inzwischen tritt eine allmähliche Abkühlung der Bimetalle 9 ein, die bewirkt, dass sich der Ventilteller entweder unter Einwirkung der Schwerkraft oder einer nicht dar gestellten Rückführfeder wieder senkt. Ein Ver schluss der Ventilöffnung kann jedoch noch nicht eintreten, da die Nase 18 an der Klinke 19 verrastet ist. Inzwischen ist durch den ungehinderten Durch fluss des Heizwassers eine Erwärmung des zu be heizenden Raumes eingetreten, so dass der Raum thermostat schliesslcih seinen Schalter in die Aus- Stellung überführt, wodurch die Heizung 14 an Spannung gelegt wird.
Die Heizung 14 erwärmt den Bimetallstreifen 13, der sieh infolge seiner verhältnis mässig kleinen Dimensionierung mit seinem Klinken ende schnell von der Nase 18 fortkrümmt, so dass innerhalb kürzester Zeit die Verklinkung der Ventil stange 7 aufgehoben ist. Der Ventilteller kann dann sofort die Durchflussöffnung verschliessen, so dass ein weiterer Durchfluss des Heizwassers verhindert ist.
Durch das Rückfallen des Ventiltellers wird die Kraftwirkung auf den Anker 17 so gering, dass auch die Kontaktanordnung 16 wieder in die gezeichnete Lage zurückspringt. Bei erneutem Einschaltbefehl durch den Thermostaten wiederholt sich das Spiel von neuem. Durch die von der Heizung 14 gesteuerte Verklinkungsanordnung wird die unerwünschte Nach laufzeit verkürzt, d. h. es erfolgt unmittelbar kurz nach dem Ausschaltbefehl des Thermostaten auch wirklich der Verschluss der Ventilöffnung.
Bei der Schaltung nach Fig. 3 werden die Hei zungen 12 und 14, die parallelgeschaltet sind, bei gmhlossenm Thermostatenschalter gleichzeitig he- heizt. Das Bimetall 13 muss deshalb so im Ventil körper angeordnet sein, dass es bei Beheizung zur Ventilstange hin auslenkt. Bei Beheizung der Bi metalle 9 erfolgt die Ventilöffnung wieder in der angegebenen Weise, wobei jetzt bei Betätigung des Kontaktes 16 nur die Heizung 12 abgeschaltet wird, während die Heizung 14 an Spannung bleibt.
Die Bimetalle 9 kühlen sich soweit ab, dass sie ihre Ausgangslage wieder erreicht haben, wenn der Ther mostat 21 den Ausschaltbefehl gibt. Dann wird auch die Heizung 14 spannungslos, so dass sich deer Bimetallstreifen 13 wieder strecken und damit die Ventilstange 7 freigeben kann. Die Abkühlung des Bimetalls 13 geht sehr schnell vor sich, so d'ass unmittelbar nach dem Ausschaltbefehl die Ventil schliessung erfolgt.
Bei Verwendung einer Schaltung nach Fig.4 ist eine Kontaktanordnung 16 überflüssig. Hierbei erfolgt die Umschaltung der Heizwicklungen 12, 14 vom Thermostaten aus, der in Ausschaltstellung die Heizung 14 und in Einschaltstellung die Heizung 12 an Spannung legt. Das Ventil muss hierbei so ausgebildet sein, dass die Ventilstange nach Erreichen einer bestimmten Stellung vorn Antrieb der Bimetalle 9 entklinkt wird, so dass sie auch bei Weiterbeheizung der Bimetalle mit ihrer Nase 18 auf die Klinke 19 zurückfällt.
Die Entklinkung wird dann beim Aus schaltbefehl des Raumthermostaten durch die Be- heizung des Bimetallstreifens 13 gelöst.
Bei dem Ventil nach Fig. 5 sind nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Teile dar gestellt. Die der Anordnung nach Fig. 1 entsprechen den Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das Ventil besteht genau wie das nach Fig. 1 aus einem Ventilkörper 1, der mit einem Zuflussrohr 2 und einem Abflussrohr 3 für das Heizwasser in Verbindung steht.
Die Verbindungsöffnung zwischen Ventilkörper und Abflussrohr ist durch einen konisch gehaltenen Ventilteller 4 verschliessbar, der im ge schlossenen Zustand auf einem ebenfalls konisch ausgebildeten Rand der Öffnung aufsitzt. Oberhalb des Zuflussrohres 2 ist in dem Ventilkörper eine Membran 5 angebracht, die den oberen Ventilraum 6 gegen den vom Heizwasser eingenommenen Raum abschliesst. Der Raum 6 ist mit einer nichtleitenden Flüssigkeit, vorzugsweise Öl, gefüllt, die infolge ihrer Inkompressibilität den vom Heizwasser auf die Mem bran ausgeübten Druck ausgleicht. Die Membran wird von einer mit dem Ventilteller 4 verbundenen Ventilstange 7 durchsetzt.
An dem oberen Teil dei Ventilstange sitzt ein U-förmiger Bügel 28, der zwi schen seinen Schenkeln eine aus den Bimetallen 29 bestehende Bimetallbatterie einschliesst. Die Bimetalle der Batterie sind in Parallelanordnung übereinander gestapelt, wobei abwechselnd die aktive Seite einmal nach oben und zum anderen Male nach unten ge richtet ist. Die Bimetalle ragen mit ihren Enden in Führungen 31, 32 des Ventilkörpers und das untere Bimetall liegt auf einer sich zwischen den Schenkeln des Bügels 28 hindurchstreckenden mit dem Ventil- körper fest verbundenen Brücke 30 auf.
Die Bimetalle der Batterie sind abwechselnd einmal in der Mitte und zum anderen Male an den Enden mit Hilfe von Zwischenstücken 40 auf Abstand gehalten. Das obere Bimetall der Batterie wird von einem Bügel 33 umfasst, der über die Schenkel des Bügels 28 greift und an seinen Schenkeln geschlitzt ausgeführt ist. Die eine Kante der Schlitze der Schenkel ist jeweils mit einer Zahnung 34 versehen.
In gleicher Ebene mit den Schenkeln des Bügels 33 sind auf den Sehenkeln des Bügels 2 & Zahnstangen 35 angebracht, die sich an federnden Trägern 36 befinden, die ihrerseits an den Stellen 37, an dem Bügel 28 befestigt sind. Die Zahnstangen 35 stehen über ein Betätigungsglied 38 mit einem Bimetall 39 in Verbindung.
Die Bimetalle der Batterie sind in nicht dargestell ter Weise mit Heizwicklungen versehen, die ebenso wie die Heizwicklung 41 des Bimetalls 39 durch einen nicht dargestellten Raumthermostaten gesteuert werden. Durch den Raumthermostaten werden die Heizungen an Spannung gelegt, wenn der mit der Warmwasserheizanlage ausgerüstete Raum stärker erwärmt, d. h. Heizwasser durch die Heizkörper geschickt werden soll.
Durch Beheizung des Bimetalls 39 lenkt sich dieses in Richtung des Pfeiles 42 aus, so dass es über die Betätigungsstange 38 auf die Zahnstangen 35 drückt, die mit den gezahnten Kanten 34 des Bügels 33 in Eingriff gebracht wer den. Das Bimetall 39 ist wesentlich schwächer als die Bimetalle 29 ausgelegt, so dass der Eingriff der Zahnstangen 35 in die Zahnung 34 bereits erfolgt ist, wenn die Bimetalle 29 sich auszulenken be ginnen.
Durch die Kupplung über die Zahnung 34, 35 ist der Bügel 28 mit dem Bügel 33 zu einer festen Einheit verbunden, so dass bei Auswölbung der Bimetalle 29 mit dem Bügel 33 auch der Bügel 28 und damit über die Ventilstange 7 der Ventil teller 4 angehoben wird. Bei ausreichendem Hub des Ventiltellers wird dieser von einer nicht dar gestellten Verklinkung gehalten, während die Hei zungen der Bimetalle 29 und 39 über einen Unter brecher spannungslos werden.
Kommt vom Raum thermostaten der Ausschaltbefehl, so wird die Ver- klinkung gelöst, wodurch das Unterteil des Bügels mit seinem Ventilteller den Durchfluss im Ventil unterbricht. Das Oberteil des Bügels fällt auf die Bimetalle 29, die sich wegen ihrer grossen Wärme kapazität nur langsam abkühlen und unter Um ständen bei erneutem Öffnungsbefehl noch nicht wieder die ursprüngliche Lage erreicht haben. Dies spielt aber keine Rolle, da auch dann die Verrastung der beiden Bügel 28 und 33 stattfindet und bei erneuter Beheizung der Bimetalle 29 der Hub des Ventiltellers einsetzt.
Der Abstand zwischen den Zahnstangen 35 und der Zahnung der Schenkel des Bügels 33 ist so bemessen, dass der Eingriff nur stattfinden kann, wenn das Bimetall 39 durch seine Heizwicklung erwärmt wird. Raumtemperaturein- flüsse können die Zahnstangen nicht in Eingriff mit der Zahnung 34 bringen.
Es kann daher auch die Raumtemperatur, deren Wirkung sich bei der Bi metallbatterie wegen der übereinanderschichtung der Bimetalle addiert an dem Ventilteller nicht wirk sam werden, da bei Auslenkung der Bimetalle nur der Bügel 33 angehoben wird, während der Bügel 28 in seiner Lage verbleibt. Die Kopplung zwischen den beiden Bügeln. erfolgt erst wieder, wenn die Heizung 41 des Bimetalls 39 eingeschaltet wird.
Selbstveiständlich sind noch Variationsmöglich keiten bezüglich des konstruktiven Aufbaues und der Schaltung des Ventils möglich. So ist es bei spielsweise zweckmässig, das Ventil so auszubilden, dass es auch von Hand betätigt werden kann. Weiter hin muss es eine Voreinstellmöglichkeit besitzen, durch die der Durchflussspalt am Ventilteller variiert werden kann. Auch bezüglich der Ausbildung der Bimetallbatterie können verschiedene Wege beschrit ten werden. Es können an Stelle der in der be schriebenen Weise vorgekrümmten Streifen auch anders gestaltet und anders kombinierte verwendet werden.