CH682510A5 - Elektrisch betätigtes Ventil. - Google Patents

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein elektrisch betätigtes Ventil zum Steuern eines fliessenden Mediums gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei elektrisch betätigten Ventilen, mit denen ein fliessfähiges Medium, insbesondere Wasser, gesteuert wird, handelt es sich in den meisten Fällen um Magnetventile. Zu deren Einsatz ist - jedenfalls im sanitären Bereich - regelmässig eine sogenannte Vorsteuerung erforderlich, welche kleine Pilotöffnungen notwendig macht. Diese Öffnungen mit geringen Abmessungen neigen zur Verkalkung, wodurch die gesamten Ventile ausser Funktion gesetzt werden können. Ausserdem ist es schwierig, das dynamische Ansprechverhalten derartiger Magnetventile so zu beherrschen, dass im sanitären Einsatzbereich Wasserschläge in dem angeschlossenen Hausleitungssystem vermieden werden können.

Aus der DE-OS 3 707 337 ist ein elektrisch betätigtes Ventil der eingangs genannten Art bekannt. Hier wird die Öffnungskraft für das Ventilverschlussglied von einem Dehnstoffelement abgeleitet, welches elektrisch beheizt wird: Erwärmt sich das in dem Dehnstoffelement enthaltene Wachs, so fährt ein Druckstift aus dem Dehnstoffelement aus, über den dann entweder direkt oder indirekt das Ventilverschlussglied vom zugeordneten Ventilsitz abgehoben werden kann. Wird der elektrische Strom abgestellt, so muss die noch in der Wachsfüllung des Dehnstoffelements enthaltene Wärme abgeführt werden. Dies geschieht bei dem bekannten Ventil über eine Kühlplatte, die in Wärmetausch mit der Umgebungsluft steht.

Da aber die Umgebungsluft unterschiedliche Temperaturen aufweisen kann und die Kühlwirkung zudem durch unkontrollierbare Strömungsverhältnisse der Umgebungsluft beeinflusst werden, ist das Ansprechverhalten des bekannten Ventils nach dem Abstellen des Stromes, also die Schliesscharakteri-stik, weitgehend Undefiniert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektrisch betätigtes Ventil der eingangs genannten Art derart auszugestalten, dass ein definiertes Ansprechverhalten insbesondere beim Schliessvor-gang gewährleistet ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss gelöst durch ein Ventil mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmaien.

Bei der erfindungsgemässen Ausgestaltung des elektrisch betätigten Ventiles wird also das Dehnstoffelement nicht mehr von der Umgebungsluft sondern von dem fliessenden Medium selbst gekühlt. Letzteres weist - jedenfalls in dem für die Erfindung vorgesehenen Einsatzbereich - eine praktisch konstante Temperatur auf, so dass die Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlkörper und dem kühlenden, fliessenden Medium nicht mehr dem Zufall überlassen ist. Dadurch, dass der Kühlkörper stromab vom Ventilsitz in dem Strömungsweg des fliessenden Mediums angeordnet ist, kann nur das Abklingverhalten, also das Verhalten nach dem Abstellen des Stromes, und nur in geringerem Umfange das Ansprechverhalten beim Offnen des Ventiles durch die Kühlwirkung beeinflusst werden. Dies ist wiederum für die hier ins Auge gefassten Anwendungsbeispiele ein erwünschtes Charakteristikum.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Kühlkörper in einem Nebenweg des fliessenden Mediums angeordnet, wobei der Anteil des in den Nebenweg einfliessenden Mediums durch ein Regelventil einstellbar ist. Wird in den Nebenweg verhältnismässig viel fliessendes Medium eingeleitet, so ist auch die Kühlwirkung auf den Kühlkörper und damit auf das Dehnstoffelement entsprechend grösser. Die nach dem Abschalten des elektrischen Stromes noch in der Wachsfüllung enthaltene Wärme wird auf diese Weise verhältnismässig rasch abgeführt, so dass sich die Wachsfüllung schnell zusammenziehen kann. Das Ventilverschlussglied wird dann rasch in seine Schliessstellung zurückgeführt. Wenn dagegen nur verhältnismässig wenig fliessendes Medium in den Nebenweg eingelassen wird, ist seine Kühlwirkung verhältnismässig schwach; es benötigt dann vergleichsweise lange Zeit, bis das Dehnstoffelement abgekühlt und somit das Ventilverschlussglied wieder in seine Schliessstellung zurückgekehrt ist. Durch Verstellen des Regelventiles lässt sich so in einfacher Weise die Schliesscharakteristik des Ventiles bestimmen, wodurch insbesondere den örtlichen Verhältnissen angepasst die Entstehung von Wasserschlägen beim Schliessen des Ventils verhindert werden kann.

Bei dem Nebenweg kann es sich um einen Ringkanal im Gehäuse handeln, der geometrisch und herstellungstechnisch einfach zu realisieren ist.

In diesem Falle empfiehlt sich wiederum aus geometrischen Gründen, wenn das Dehnstoffelement in einem trockenen Hohlraum untergebracht ist, um den der Ringkanal herumgeführt ist.

Der Kühlkörper kann eine durch Wellungen ver-grösserte Oberfläche aufweisen und über eine Stange an das Dehnstoffelement thermisch angekoppelt sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; die einzige Figur zeigt schematisch ein elektrisch betätigtes Wasserventil im Schnitt.

Das dargestellte Wasserventil umfasst ein Gehäuse 1 mit einem Wasser-Einlasskanal 2 und einem Wasser-Auslasskanal 3. Das innere Ende des Wasser-Einlasskanals 2 steht über eine Bohrung 4 mit einem inneren Ringkanal 5 in Verbindung. An der Mündungsstelle der Bohrung 4 in den Wasser-Einlasskanai 2 ist ein Ventilsitz 6 ausgeformt, der mit einem Ventiiverschlussglied 7 zusammenwirkt. Das Ventilverschlussglied 7 wird durch eine Druckfeder 28 gegen den Ventilsitz 6 gedrückt, so dass die Bohrung 4, welche den Durchgang vom Wasser-Einlasskanal 2 in den Ringkanal 5 bildet, normalerweise verschlossen ist.

Das in den Ringkanal 5 gelangte Wasser wird durch ein drehbares Regelventil 8 in zwei Ströme geteilt. Der Hauptteil des Wassers fliesst in allen Drehstellungen des Regelventiles 8 über einen inneren Kanal 9 zum Wasser-Auslaufkanal 3. Ein zweiter Teil des Wasserstromes wird vom Regelventil 8 über eine Ausnehmung 10 in den Ringkanal 5 geleitet, wobei dieser zweite Teil des Wasser-

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stromes nunmehr stark von der Drehstellung des Regelventiles 8 abhängt. Der Sinn dieser Massnahme wird weiter unten deutlich werden.

Das Ventilverschlussglied 7, welches letztendlich den Wasserstrom zwischen dem Wasser-Einlasskanal 2 und dem Wasser-Auslasskanal 3 regelt, wird durch ein Dehnstoffelement 11 betätigt, wie es in seinem grundsätzlichen Aufbau von sanitären Thermostatventilen her bekannt ist. Es ist in einem Hohlraum 12 innerhalb des Ringkanales 5 untergebracht. Der Hohlraum 12 ist trocken, wird also vom Wasser nicht angeströmt.

Das Gehäuse 13 des Dehnstoffelementes 11 enthält in bekannter Weise eine Füllung 14 aus Wachs mit hohem thermischem Ausdehnungskoeffizienten, welche einen Kolben 15 beaufschlagt. Der Kolben 15 steht über eine Kolbenstange 16, die durch das Gehäuse 13 des Dehnstoffelementes 11 axial heraus und - abgedichtet - durch die Wand 17 zwischen dem Ringkanal 5 und dem inneren Hohlraum 12 des Gehäuses 1 hindurchgeführt ist, mit dem Ventilverschlussglied 7 in Verbindung.

Die Wand 17 wird ausserdem - ebenfalls abgedichtet - von einer weiteren Stange 18 durchsetzt, welche das Gehäuse 13 des Dehnstoffelementes 11 thermisch an einen Kühlkörper 19 ankoppelt. Der durch Wellungen 20 mit einer hohen Oberfläche versehene Kühlkörper 19 wird von dem den Ringkanal 5 durchströmenden Wasser beaufschlagt.

Schliesslich ist das Gehäuse 13 des Dehnstoffelementes 11 von einer elektrischen Wicklung 21 koaxial umgeben, deren Zuführleitungen 22 in geeigneter Weise aus dem Gehäuse 1 nach aussen geführt sind.

Die Funktionsweise des oben beschriebenen Wasserventils ist wie folgt:

Normalerweise, wenn also die Wicklung 21 nicht bestromt ist, liegt das Ventilverschlussglied 7 unter der Wirkung der Druckfeder 28 am Ventilsitz 6 an. Der Durchgang von Wasser zwischen dem Wasser-Einlasskanal 2 und dem Ringkanal 5, damit auch dem Wasser-Auslaufkanal 3, ist versperrt; das Ventil ist geschlossen.

Soll das Ventil geöffnet werden, wird die Wicklung 21 bestromt. Die sich entwickelnde Wärme verursacht eine Ausdehnung der Wachsfüllung 14 im Dehnstoffelement 11, wodurch dessen Kolben 15 nach unten geschoben wird. Diese Bewegung wird über die Kolbenstange 16 auf das Ventilverschlussglied 7 weitergegeben, welches vom Ventilsitz 6 abhebt. Nunmehr kann Wasser vom Wasser-Einlaufkanal 2 in den Ringkanal 5, von dort über den inneren Kanal 9 des Regelventils 8 in den Wasser-Auslaufkanal 3 strömen.

Je nach der Drehstellung des Regelventiles 8 fliesst ausserdem ein bestimmter Wasseranteil durch den Ringkanal 5 und beaufschlagt dabei den Kühlkörper 19.

Soll das Ventil wieder geschlossen werden, wird die Stromzufuhr zur Wicklung 21 beendet. Die Wachsfüllung 14 des Dehnstoffelementes 11 kühlt sich ab, was von einer entsprechenden Volumenverringerung begleitet wird. Unter dem Einfluss der Druckfeder 28 wird das Ventilverschlussglied 7 gegen den Ventilsitz 6 und damit zugleich der Kolben

15 in der Zeichnung innerhalb des Gehäuses 13 des Dehnstoffelementes 11 nach oben verschoben. Der Wasserfluss zwischen dem Wasser-Einlaufkanal 2 und dem Wasser-Auslaufkanal 3 kommt zum Stehen.

Die Verzögerung, mit welcher das Ventilverschlussglied 7 auf das Abschalten des die Wicklung 21 durchfliessenden Stromes reagiert, hängt von der Kühlung des Dehnstoffelementes 11 ab. Diese wiederum ist davon abhängig, wieviel Wasser den Ringkanal 5 durchströmt und auf den Kühlkörper 19 einwirken kann.

Wenn ein rasches Schliessen des Ventiles nach Abschalten des Stromes gewünscht wird, wird das Regelventil 8 in eine solche Stellung gedreht, bei der ein verhältnismässig grosser Anteil des Wasserstromes in den Ringkanal 5 eintritt. Dieser verhältnismässig grosse Wasserstrom kühlt dann das Kühlelement 19 verhältnismässig stark ab, so dass die Wärme in der Wachsfüllung 14 des Dehnstoffelementes 11 nach Ende des Stromflusses durch die Wicklung 21 schnell abgeführt wird. In dieser Drehstellung des Regelventiles 8 ist somit die Trägheit des Ventiles beim Schliessen verhältnismässig gering.

Wenn umgekehrt ein verhältnismässig langsames Ansprechen des Ventiles beim Schliessen gewünscht wird, wird das Regelventil 8 in eine solche Drehstellung gebracht, in welcher der Ringkanal 5 nur wenig durchströmt wird. Dies bedeutet, dass der Kühlkörper 19 nur verhältnismässig wenig gekühlt wird. Nach dem Ende des Stromflusses durch die Wicklung 21 wird also der Wärmeinhalt der Wachsfüllung 14 nur verhältnismässig langsam abgeführt, so dass die Rückstellung des Ventilverschlussgliedes 7 verhältnismässig lange Zeit in Anspruch nimmt.

Die Drehstellung des Regelventiles 8 hat auf das Einschaltverhalten des Ventiles einen nur geringen Einfluss, da der Ringkanal 5 beim Öffnungsbeginn noch nicht durchströmt wird. Tendenziell sind die Verhältnisse genau umgekehrt wie beim Schliessen: Bei starker Kühlung des Kühlkörpers 19, wenn also der Ringkanal 5 verhältnismässig stark durchströmt ist, ist das Ansprechverhalten beim Bestromen der Wicklung 21 verhältnismässig träge, da das thermische Gleichgewicht durch die hohe Wärmeabfuhr erst später erreicht wird. Umgekehrt folgt der Kolben 15 des Dehnstoffelementes 11 der Bestromung der Wicklung 21 verhältnismässig rasch, wenn der Kanal 5 nur wenig durchströmt ist.

Mit dem beschriebenen Ventil lassen sich also durch Wahl der Drehstellung des Regelventiles 8 unterschiedliche Ansprechcharakteristiken erzielen. Insbesondere ist es möglich, ein sanftes Schliessen des Ventiles zu erreichen, wodurch Wasserschläge vermieden werden können.

Claims (6)

Patentansprüche

1. Elektrisch betätigtes Ventil zum Steuern eines fliessenden Mediums, mit a) einem Gehäuse, welches einen Einlasskanal und einen Aus- lasskanal aufweist;

b) einem Ventilverschlussglied, das mit einem im

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Strömungsweg zwischen dem Einlasskanal und dem Auslasskanal liegenden Ventilsitz zusammenwirkt;

c) einer Stelleinrichtung für das Ventilverschlussglied, welches ein elektrisch beheiztes Dehnstoffelement umfasst, das mit dem Ventilverschlussglied kraftschlüssig verbunden ist;

d) einem Kühlkörper, der thermisch an das Dehnstoffelement angekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (19) stromab vom Ventilsitz (6) in oder an einem Kanal (5) angeordnet ist, der von dem fliessenden Medium durchströmbar ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (19) in einem Nebenweg des fliessenden Mediums angeordnet ist, wobei der Anteil des in den Nebenweg einfliessenden Mediums durch ein Regelventil (8) einstellbar ist.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenweg einen Ringkanal (5) im Gehäuse (1) umfasst.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dehnstoffelement (11) in einem trok-kenen Hohlraum (12) untergebracht ist, um den der Ringkanal (5) herumgeführt ist.

5. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (19) eine durch Wellungen (20) vergrösserte Oberfläche aufweist.

6. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (19) über eine Stange (18) an das Dehnstoffelement (11) thermisch angekoppelt ist.

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