Mischventil Die Erfindung betrifft ein Mischventil, insbesondere für Heizungs- und Lüftungsanlagen.
<I>Stand der Technik</I> Ein Mischventil dient in einer Heizungs- oder Lüf tungsanlage als ein Stellglied für eine Temperaturrege lung. Es kann warmes mit abgekühltem Heizwasser mi schen um eine bestimmte Temperatur aufrecht zu erhal ten. Das Mischventil wird entweder von einem elektro motorischen oder von einem elektrothermischen, nach dem Ausdehnungsprinzip arbeitenden Antrieb verstellt. Die Steuerbefehle zum Verstellen auf eine höhere oder tiefere Temperatur erhält das Mischventil von einem Regler.
Ein Mischventil kann auch in einer Umlenk- schaltung verwendet werden, wobei das vom Heizkessel kommende Heizwasser oder auch das von einer Kälte maschine kommende Kühlwasser zu einem Wärmeaus- tauscher geleitet oder ganz oder teilweise in den Rück lauf umgelenkt wird. Der Wärmeaustauscher kann z. B. in Heizungsanlagen ein Heizkörper oder in Lüf tungsanlagen ein Lufterhitzer oder ein Luftkühler sein.
Die meisten der bekannten Mischventile besitzen als Abschlusskörper einen Ventilkegel, der im Ventilge häuse zwischen zwei Sitzen an einem Stössel verschieb bar angeordnet ist. Der Ventilkegel wird in der einen Endstellung gegen den einen und in der anderen gegen den anderen Sitz gepresst. Ein solches Ventil kann in der einen und auch in der anderen Endstellung dicht schliessen. Um eine annähernd lineare Durchlasskenn- linie zu erhalten, muss der Abschlusskörper profiliert sein.
Mit der linearen Durchlasskennlinie soll erreicht werden, dass sich die den angeschlossenen Wärmeaus- tauschern zugeführte Wärmemenge proportional mit dem Hub des Ventilkegels ändert. Üblicherweise besitzt der Ventilkegel als Verlängerung einen zylindrischen Teil, der mit als Profilierung dienenden Schlitzen ver sehen ist.
Dieses, in beiden Endstellungen dicht schliessende und mit einem profilierten Abschlusskörper versehene Mischventil ist kostspielig 'm der Herstellung. Um die Montage des an einem Stössel befestigten Ventilkegels zu ermöglichen, muss dass Ventilgehäuse aus minde stens zwei Teilen bestehen, damit der Ventilkegel zwi schen die beiden Sitze eingeführt werden kann. Die als Profilierung dienenden Schlitz in der Verlängerung des Ventilkegels erfordern eine besondere Bearbeitung. Ein weiterer Nachteil dieser Profilierung ist die Störanfäl ligkeit im fremdkörperreichen Heizwasser, weil zu deren Verhinderung das Radialspiel zwischen Ventilsitz und Abschlusskörper gross gehalten werden muss.
Durch dieses Radialspiel entsteht besonders bei kleinen Ven tilen ein Mengensprung während des öffnens, so dass die Profilierung erst ab etwa 20 % des maximalen Durchflusses wirksam wird. Da der Abschlusskörper in beiden Endstellungen auf je einem Sitz anschlägt, ist zwischen dem Antriebsorgan und dem Stössel eine dop pelseitig wirkende Hubfeder notwendig.
Diese Hubfeder muss den erforderlichen Schliess,druak gewährleisten und ein Blockieren des Antriebes verhindern.
Als Mischventile sind auch Kolbenventile bekannt, deren Ventilgehäuse aus einem einzigen Teil besteht. Der als Abschlusskörper ausgebildete Ventilkolben kann bei der Montage durch die Abschlussbohrungen hindurch eingeführt werden. Ein Kolbenventil kann jedoch ohne besondere Dichtungen in beiden Endstellungen nicht dicht schliessen. Als besondere Dichtung kann ein in die Kolbenwand eingelassener Dichtungsring aus Gummi oder Kunststoff dienen. Ein solcher Dichtungsring ist aber im fremdkörperreichen Heizwasser störanfällig, wird durch die Hubbewegung rasch abgenutzt und ver trägt nicht alle in der Heizungs- und Lüftungstechnik vorkommenden Temperaturen.
Anstelle von Mischventilen lassen sich im begrenzten Umfang auch Mischhähne verwenden. Sie gewährleisten jedoch keinen dichten Abschluss in den Endstellungen, so dass wie beim Kolben-Mischventil drückdifferenz- abhängige Leckverluste auftreten. Der höchstzulässige statische Druck und die höchstzulässige Druckdifferenz sind für einen Mischhahn geringer als für ein Mischven til. Ein Mischhahn kann nur durch eine Drehbewegung verstellt werden, so dass als Antrieb vorzugsweise ein Elektromotor mit Untersetzungsgetriebe verwendet wer den muss.
Ein nach dem Ausdehnungsprinzip arbeiten der, preiswerter thermischer Antrieb, wie er für Ventile bekannt ist, liefert eine Hubbewegung und ist daher für den Antrieb eines Mischhahns nicht geeignet.
<I>Erfindungsgegenstand</I> Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mischventil, insbesondere für Heizungs- und Lüftungsanlagen, bei dem die Nachteile der bekannten Ausführungen dadurch vermieden sind, dass in einem einteiligen Ventilgehäuse zwei verschieden grosse Durchflussöffnungen koaxial angeordnet sind und dass ein zwischen diesen öffnun- gen verschiebbar angeordneter,
zylindrischer Abschluss- körper auf einer seiner Stirnflächen als dichtschliessen- der Ventilteller und auf seiner Mantelfläche als Ventil kolben ausgebildet ist.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Er findung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 ein Schema für die Anordnung eines Misch ventils in einer Zentralheizungsanlage, Fig. 2 eine Schnittzeichnung eines Mischventils und Fig. 3 eine Schnittzeichnung für eine Variante des Mischventils.
<I>Beschreibung der</I> Fig.1 In der Fig. 1 bedeutet 1 einen Heizkessel, von dem ein Kesselvorlauf 2 zu einem Mischventil 3 führt. Das Mischventil hat einen kesselseitigen Anschlussstutzen 4, einen bypasseitigen Anschlussstutzen 5 und einen hei- zungsseitigen Anschlussstutzen 6. Der Antrieb zum Ver stellen des Mischventils ist mit 7 bezeichnet.
Vom hei- zungsseitigen Anschlussstutzen 6 des Mischventils 3 führt ein Heizungsvorlauf 8 über eine Umwälzpumpe 9 zu einem Wärmeaustauscher 10, der z. B. ein Zentral heizungskörper ist. Ein Heizungsrücklauf 11 verbindet den Wärmeaustauscher 10 mit einem Abzweigpunkt 12. Vom Abzweigpunkt 12 führt ein Bypass 13 zum bypass- seitigen Anschlussstutzen 5 des Mischventils 3 und fer ner ein Kesselrücklauf 14 zum Heizkessel 1.
Eingezeich nete Pfeile bezeichnen die Strömungsrichtungen des Heizwassers. Parallel zum Wärmeaustauscher 10 kön nen weitere, hier nicht dargestellte Wärmeaustauscher angeschlossen sein.
Wirkungsweise der Zentralheizungsanlage nach der Fig. 1 anhand des Beispiels einer bekannten Zentral- heizungsanlage nach der Fig. 1 soll die Funktion eines Mischventils näher erläutert werden.
Die Zentralheizungsanlage hat die Aufgabe, die im Heizkessel 1 erzeugte Wärme zum Wärmeaustauscher 10 zu transportieren. Der Wärmeaustauscher 10 ist in diesem Fall ein Heizkörper, der die Wärme an den zu beheizenden Raum abstrahlt. Als Wärmeträger dient Wasser, das die Umwälzpumpe 9 in einem geschlosse nen Kreislauf fördert.
Das Mischventil 3 kann diesen Kreislauf entweder über den Heizkessel 1 oder über den Bypass 13 leiten. Fliesst das Heizwasser über den Heiz kessel 1, dann wird es dort erwärmt, so dass es dem Wärmeaustauscher 10 die volle Wärmeleistung zuführt. Der Heizkessel 1 wird beispielsweise durch Ein- und Ausschalten eines Brenners auf einer bestimmten Tem peratur gehalten, z. B. auf 75 C.
Leitet das Mischven til 3 das Heizwasser jedoch über den Bypass 13, dann kühlt sich das im Kreislauf befindliche Heizwasser ab, so dass dem Wärmeaustauscher 10 keine weitere Wärmeleistung zugeführt wird.
Die Hauptaufgabe des Mischventils 3 ist die kon tinuierliche Veränderung der dem Wärmeaustauscher 10 zugeführten Wärmeleistung durch Mischen von warmem Heizwasser aus dem Kesselvorlauf 2 mit abgekühltem Heizwasser aus dem Heizungsrücklauf 11 über den Bypass 13.
Die: Wirtschaftlichkeit und der Komfort einer Zen tralheizung hängen von der raschen Anpassungsfähig keit an die sich stetig ändernden Umweltverhältnisse ab. Angestrebt wird in den meisten Fällen eine gleichmäs- sige Raumtemperatur, auf welche viele Faktoren, wie Aussentemperatur, Sonnenstrahlung, fremde Wärme quellen im Raum, z. B. Leuchtkörper, Apparate, Ma schinen und Personenansammlungen einwirken. Die er wünschte rasche Anpassungsfähigkeit ist nur mit einer automatischen Temperaturregelung möglich.
In der Zentralheizungsanlage nach der Fig. 1 kann ein hier nicht dargestellter Heizungsregler das Misch ventil 3 mit Hilfe des Antriebs 7 steuern. Zur kon tinuierlichen Veränderung der Heizleistung ist eine stetige Regelanlage erforderlich, an die hinsichtlich der Regelstabilität grosse Anforderungen gestellt werden. Wenn die Regelanlage eine Raumtemperatur konstant halten soll, muss die Raumtemperatur vom Regler ge messen werden. Ist diese beispielsweise zu tief, dann verstellt der Regler das Mischventil, um die Heizleistung zu erhöhen. Von der Verstellung des Mischventils bis zu deren Auswirkung auf die Raumtemperatur vergeht aber einige Zeit, so dass die Gefahr besteht, dass der Regler das Mischventil über die erforderliche Stellung hinaus verstellt.
Zur Verhinderung einer solchen Über steuerung muss der Regler mit einer stabilisierenden Vorrichtung, z. B. einer Rückführeinrichtung ausgerü stet sein. Ein Proportionalregler stabilisiert den Regel vorgang auf solche Art, dass er der Raumtemperatur abweichung vom vorgeschriebenen Wert eine proportio nale Verstellung des Mischventils zuordnet. Die Durch- lasskennlinie eines profilierten Mischventils zeigt einen von der Grösse des Ventils abhängigen Mengensprung. Dieser Mengensprung erschwert die Regelung, insbeson dere bei kleinen Ventilen.
Eine wesentliche Verbesserung ist hier mit einem Mischventil möglich, bei dem die Linearisierung der Kennlinie durch entsprechendes Verhältnis zwischen Sitzquerschnitt und Hub erreicht wird.
Soll in einer anderen Heizungsanlage beispielsweise die Vorlauftemperatur geregelt werden, dann ist es vor teilhafter, wenn das Mischventil eine solche Durchlass- kennlinie aufweist, bei der sich die Vorlauftemperatur proportional mit dem Ventilhub ändert.
Das Mischventil nach der vorliegenden Erfindung kann ohne kostspielige Profilierung so bemessen werden, dass die erwähnten Forderungen hinsichtlich der Durch- lasskennlinien mit einfachen Mitteln erreicht werden.
Beschreibung <I>der</I> Fig. <I>2</I> Die Fig. 2 zeigt eine Schnittzeichnung des Mischven tils nach der vorliegenden Erfindung. Die Bezugszeichen für den kesselseitigen Anschlussstutzen 4, den bypassei- tigen Anschlussstutzen 5 und den heizungsseitigen An- schlussstutzen 6 haben die gleiche Bedeutung wie in der Fig. 1. Ein Ventilgehäuse 15 besteht aus einem Stück.
Ein Abschlusskörper 16 wird von einem Stössel 17 getragen, der in zwei Führungen 18, 19 axial verschieb bar gelagert ist. Der Abschlusskörper 16 kann in einer Endstellung mit einer als dichtschlicssender Ventilteller 20 ausgebildeten Seite gegen eine kleine Durchfluss- öffnung 21 dicht schliessen. In der anderen Endstellung kann der Abschlusskörper 16 mit einer als Ventilkolben ausgebildeten Mantelfläche 22 eine grosse Öffnung 23 schliessen.
Das neue Mischventil verbindet die Vorteile eines dichtschliessenden Tellerventils mit denen eines ein facher herzustellenden Kolbenventils. Dichtschliessend ist das neue Mischventil gegen den Kesselvorlauf 2, so dass eine unerwünschte Temperaturerhöhung im Hei zungsvorlauf 8 vermieden wird.
Dieser Vorteil kommt in Heizungsanlagen mit mehreren Wärmeverbrauchern be sonders zur Geltung, weil dort die Gefahr einer gegen seitigen Beeinflussung durch die den Wärmeverbrau chern zugeordneten Umwälzpumpen gross ist.
In Lüftungsanlagen wird. ein Mischventil bekanntlich als Umlenkventil vor einem Wärmeaustauscher, z. B. einem Lufterhitzer oder einem Luftkühler angeordnet. Eine Umlenkschaltung gestattet den Anschluss mehre rer Wärmeaustauscher mit vorgeschalteten Ventilen an eine einzige Umwälzpumpe. Hierbei muss die Zirkula tion des Heiz- oder Kühlwassers im Wärmeaustauscher vollständig gesperrt werden können, wofür nur ein dichtschliessendes Ventil geeignet ist.
Die Herstellung des neuen Mischventils ist wesent lich einfacher, als die eines dichtschliessenden Mischven tils bekannter Bauart. Das Ventilgehäuse 15 besteht aus einem einzigen Teil und kann in einem Arbeitsgang in allen axial angeordneten Bohrungen 23, 21 und den jenigen in den Führungen 18, 19 bearbeitet werden. Die Bearbeitung in einem Arbeitsgang gewährleistet auch eine bessere Axialität, als eine Bearbeitung in mehreren Arbeitsgängen, wie sie bei einem mehrteiligen Ventilge häuse erforderlich ist.
Der auf einer seiner Stirnflächen als Ventilteller 20 und an seiner Mantelfläche 22 als Ventilkolben ausge bildete Abschlusskörper 16 ist ebenfalls wesentlich ein facher herzustellen, als ein mit Profilierungsschlitzen ver- sehener Abschlusskörper.
Eine hier nicht dargestellte einseitig wirkende Hub feder verbindet den Antrieb 7 (Fig. 1) mit dem Stössel 17. Diese Hubfeder gewährleistet den erforderlichen Schliessdruck in der oberen Endstellung des Abschluss- körpers und verhindert ein Blockieren des Antriebs. Die einseitig wirkende Hubfeder des neuen Mischventils ist konstruktiv einfacher als eine doppelseitig wirkende Hubfeder eines dichtschliessenden Mischventils bekann ter Bauart.
Die Durchlasskennlinie des neuen Mischventils kann durch entsprechendes Bemessen der Durchflussöffnun- gen 21, 23 linearislert werden, so dass ,sich die dem Wärmeaustauscher 10 zugeführte Wärmemenge proportional mit dem Hub des Abschlusskörpers 16 ändert. Durch anderes Bemessen der Durchflussöffnun- gen kann auch erreicht werden, dass sich die Tempera tur des Heizwassers im Vorlauf 8 proportional mit dem Hub ändert.
Derartige Durchflusskennlinien erleich- tern die Regelung einer Heizungs- oder Lüftungsanlage besonders bei Verwendung von einfachen Proportional reglern.
<I>Beschreibung der</I> Fig. <I>3</I> Die Fig. 3 zeigt eine Schnittzeichnung für eine Va riante des Mischventils nach der Fig. 2. Die Bezugszei chen 5, 16, 17, 20, 21, 22, 23 haben die gleiche Bedeu tung wie in der Fig. 2. Die Variante bezieht sich auf den Abschlusskörper 16, der hier mit Führungsstegen 24 ausgeführt ist. Diese Führungsstege führen den Ab- schlusskörper im vollen Bereich seines Hubes in der grossen Durchflussöffnung 23.
Sie erleichtern damit das Eintauchen des Abschlusskörpers 16 in die grosse Durchflussöffnung, wenn dieser beweglich mit dem Stössel 1? verbunden ist.