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Patent Searching and Data


Title:
CONTROL VALVE AND HEAT EXCHANGER ARRANGEMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/015068
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a control valve comprising a valve seat (11), a valve element (12), which interacts with the valve seat (11), and a drive device, which acts upon the valve element. The aim of the invention is to be able to improve the controlling behavior in the event of low flow rates. To this end, the invention provides that the drive device acts upon the valve element (12) via a spring element (23), whereby a damping device is provided that acts upon the valve element (12) only when a predetermined distance between the valve seat (11) and the valve element (12) is fallen below of.

Inventors:
THORSEN JAN ERIC (DK)
GRAVERSEN NIELS PETER (DK)
Application Number:
PCT/DK2004/000524
Publication Date:
February 17, 2005
Filing Date:
August 05, 2004
Export Citation:
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Assignee:
DANFOSS AS (DK)
THORSEN JAN ERIC (DK)
GRAVERSEN NIELS PETER (DK)
International Classes:
F16K1/34; F16K47/02; F24D19/10; (IPC1-7): F16K47/02
Domestic Patent References:
WO2002090382A22002-11-14
Foreign References:
DE1709747U1955-10-27
EP0827057A11998-03-04
GB2341223A2000-03-08
EP0027933A11981-05-06
US5904292A1999-05-18
Attorney, Agent or Firm:
Danfoss, A/s (Nordborg, DK)
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Claims:
Patentansprüche
1. Regelventil mit einem Ventilsitz (11), einem mit dem Ventilsitz (11) zusammenwirkenden Ventilelement (12,12') und einer auf das Ven tilelement wirkenden Antriebseinrichtung, die über ein Feder element (23) auf das Ventilelement (12,12') wirkt, wobei eine Dämpfungsanordnung vorgesehen ist, die nur bei Unterschreiten eines vorbestimmten Abstandes zwischen dem Ventilsitz (11) und dem Ventilelement (12,12') auf das Ventilelement wirkt.
2. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung einen ersten Antrieb (15) und einen zweiten An trieb (21) mit einem festen SignalWegZusammenhang aufweist, wobei der zweite Antrieb (21) über das Federelement (23) auf das Ventilelement (12,12') wirkt.
3. Regelventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Antrieb (15) und der zweite Antrieb (21) unter Zwischenschal tung des Federelements (23) in Reihe angeordnet sind.
4. Regelventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Antrieb (15) durch eine Membran (16) gebildet ist, die zwischen einem ersten Druckraum (17) und einem zweiten Druck raum (18) angeordnet ist.
5. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das Ventilelement (12,12') gegen die Kraft einer Öff nungsfeder (13) in Richtung auf den Ventilsitz (11, 11') bewegbar ist.
6. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß von den beiden Teilen Ventilelement (12,12') und Ventilsitz (11, 11') mindestens eines eine Vorkontaktzone aufweist, in der eine Berührung zwischen Ventilsitz (11, 11') und Ventilele ment (12,12') auf einen vorbestimmten Teilbereich eines Schließ bereichs beschränkt ist, die ein vorbestimmtes Verformungsverhal ten aufweist und einer Annäherung von Ventilelement (12,12') und Ventilsitz (11, 11') eine vorbestimmte Gegenkraft entgegensetzt.
7. Regelventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkontaktzone durch mindestens einen Vorsprung (27,32) an mindestens einem der Teile Ventilsitz (11, 11') und Ventilelement (12,12') gebildet ist, der in Richtung auf das jeweils andere Teil Ventilelement (12,12') oder Ventilsitz (11, 11') vorsteht.
8. Regelventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (27,32) aus dem gleichen Material wie das ihn tragende Teil (12, 11') gebildet ist.
9. Regelventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Vorsprung (27,32) zu seiner Spitze hin verjüngt.
10. Regelventil nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die Vorkontaktzone mehrere Vorsprünge (27,32) aufweist, die symmetrisch zu einer Antriebsachse (29) des Ventil elements (12,12') angeordnet sind.
11. Wärmetauscheranordnung mit einem Regelventil nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Antrieb (15) in Abhängigkeit von einem Differenzdruck über eine Drossel (19) auf einer Primärseite (3) des Wärmetauschers (2) und der zweite Antrieb (21) in Abhängigkeit von einer Größe auf einer Se kundärseite (6) des Wärmetauschers (2) gesteuert ist.
12. Wärmetauscheranordnung mit einem Regelventil nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Antrieb (15) in Abhängigkeit von einem Differenzdruck über eine Drossel (19) auf einer Sekundärseite (6) des Wärmetauschers (2) und der zweite Antrieb (21) von einer Größe auf der Sekundärseite (6) des Wärmetauschers (2) gesteuert ist.
13. Wärmetauscheranordnung mit einem Regelventil nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Antrieb (15) in Abhängigkeit von einem Differenzdruck über eine Drossel (19) auf einer Sekundärseite (6) des Wärmetauschers (2) und der zweite Antrieb (21) von einer Größe auf der Primärseite (3) des Wärmetauschers (2) gesteuert ist.
14. Wärmetauscheranordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe auf der Sekundärseite (6) eine Temperatur ist.
15. Wärmetauscheranordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil (9) als Pilotventil für einen Stellantrieb (51) einer verstellbaren Drossel (50) angeordnet ist.
16. Wärmetauscheranordnung nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, daß das Regelventil (9) in einem Nebenstrompfad (56) parallel zur verstellbaren Drossel (50) angeordnet ist und Drücke auf beiden Seiten des Regelventils (9) an unterschiedlichen Seiten des Stellantriebs (51) anliegen.
Description:
Regelventil und Wärmetauscheranordnung Die Erfindung betrifft ein Regelventil mit einem Ventilsitz, einem mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilelement und einer auf das Ventilele- ment wirkenden Antriebseinrichtung.

Üblicherweise wird ein derartiges Regelventil verwendet, um einen Flüs- sigkeitsstrom in Abhängigkeit von ein oder zwei Einflußgrößen zu regeln.

Ein Beispiel, bei dem die Erfindung anwendbar ist, ist eine Wärmetau- scheranordnung. Die Antriebsanordnung wird hierbei z. B. in Abhängigkeit von einer Strömung auf der Primärseite des Wärmetauschers und in Ab- hängigkeit von der Temperatur auf der Sekundärseite des Wärmetau- schers geregelt.

Eine derartige Wärmetauscheranordnung funktioniert bislang zufrieden- stellen. Probleme ergeben sich aber beispielsweise dann, wenn auf der Sekundärseite zu wenig warme Flüssigkeit abgenommen wird. Ein derarti- ges Problem tritt beispielsweise bei Fernheizungsanlagen auf, bei denen die Zufuhr des Fernheizungsmediums auf der Primärseite des Wärmetau- schers geregelt werden muß. Wenn die Wärmeabnahme zu gering ist, dann wird das Ventil in der Nähe seiner Schließstellung betrieben. Diese Betriebsweise kann instabil werden, d. h. das Regelventil kann anfangen zu schwingen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Regelverhalten bei kleinen Strömungsmengen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird bei einem Regelventil der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Antriebseinrichtung über ein Federelement auf das Ventilelement wirkt, wobei eine Dämpfungsanordnung vorgesehen ist, die nur bei Unterschreiten eines vorbestimmten Abstandes zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilelement auf das Ventilelement wirkt.

Mit dieser Ausgestaltung erreicht man auch bei kleineren Durchflußmen- gen eine stabile Regelung. Wenn sich das Ventilelement an den Ventilsitz annähert, dann ergibt sich eine progressive Ventilkennlinie. Man benötigt eine immer größere Kraft, um das Ventilelement an den Ventilsitz anzunä- hern. Die größte Kraft ist erforderlich, um das Ventilelement in Anlage an den Ventilsitz zu bringen. Für den übrigen Regelungsbereich des Regel- ventils spielt die Dämpfungsanordnung, die beispielsweise als Dämp- fungsfederanordnung ausgebildet sein kann, hingegen keine Rolle. Hier kann das Regelventil arbeiten, wie bisher auch. Man behält also die Vor- teile eines bisher bekannten Regelventils bei, ergänzt sie aber um eine stabile Regelungsmöglichkeit auch bei kleinen Abständen zwischen dem Ventilelement und dem Ventilsitz.

Vorzugsweise weist die Antriebseinrichtung einen ersten Antrieb und ei- nen zweiten Antrieb mit einem festen Signal-Weg-Zusammenhang auf, wobei der zweite Antrieb über das Federelement auf das Ventilelement wirkt. Ein mit einer derartigen Antriebseinrichtung versehenes Regelventil wird u. a. auch als Motorventil bezeichnet, weil ein Signal, das auf den zweiten Antrieb wirkt, eine Positionsänderung des Ausgangs des zweiten Antriebs bewirkt, die direkt mit dem Signal zusammenhängt. Eine Abhän- gigkeit dieser Positionsänderung von äußeren Kräften ist nicht gegeben.

Ein Beispiel für den zweiten Antrieb ist ein Thermostatelement mit einer nicht kompressiblen Füllung, beispielsweise einer Wachsfüllung oder einer Flüssigkeitsfüllung, die sich in Abhängigkeit von der Temperatur ausdehnt und zusammenzieht. Damit wird das Steuersignal, das auf den zweiten

Antrieb wirkt, nicht unmittelbar in eine Position oder Positionsänderung umgesetzt, sondern in eine Kraft. Der zweite Antrieb wirkt nämlich über das Federelement auf das Ventilelement. Das Federelement kann nun auf äußere Kräfte reagieren, beispielsweise auf Reaktionskräfte, die vom Ven- tilelement zurückwirken. Damit ist es möglich, eine Dämpfung in einer Stellung des Ventilelements nahe dem Ventilsitz zu erhalten. Dies gilt auch dann, wenn der Antrieb ansonsten als direkt wirkender Antrieb aus- gebildet ist, der auf ein Eingangssignal mit einer Positionsänderung rea- giert. Daneben ist es möglich, mit dem Federelement die Federvorspan- nung von Differenzdruckventilen zu ändern, so daß der Einstellpunkt des Differenzdruckes von einer externen Stelle, beispielsweise einem zentra- len Regler, geändert werden kann.

Vorzugsweise sind der erste Antrieb und der zweite Antrieb unter Zwi- schenschaltung des Federelements in Reihe angeordnet. Der zweite An- trieb wirkt also über den ersten Antrieb auf das Ventilelement, wobei zwi- schen den beiden Antrieben das Federelement angeordnet ist. Das Fe- derelement bekommt dann eine weitere Aufgabe : es verhindert eine Überbeanspruchung des ersten Antriebs durch den zweiten Antrieb.

Vorzugsweise ist der erste Antrieb durch eine Membran gebildet, die zwi- schen einem ersten Druckraum und einem zweiten Druckraum angeordnet ist. Man kann nun die beiden Druckräume beispielsweise mit unterschied- lichen Drücken versorgen, die auf zwei Seiten einer Drosselstelle abge- nommen werden können. Man kann auf diese Weise den Durchfluß eines Fluids durch die Drosselstelle regeln. Über den zweiten Antrieb läßt sich die Vorspannung der Membran vorgeben.

Vorzugsweise ist das Ventilelement gegen die Kraft einer Öffnungsfeder in Richtung auf den Ventilsitz bewegbar. Die beiden Antriebe müssen also

zum Schließen des Ventils die Kraft der Öffnungsfeder überwinden. Dies ergibt prinzipiell ein stabiles Regelverhalten, das aber noch verbessert werden kann, wenn man den zweiten Antrieb über ein Federelement auf das Ventilelement wirken läßt. Dadurch erreicht man auch die Möglichkeit einer Nachjustierung des Elements, also eine Justierung des Einstellpunk- tes.

Bevorzugterweise weist von den beiden Teilen Ventilelement und Ventil- sitz mindestens eines eine Vorkontaktzone auf, in der eine Berührung zwi- schen Ventilsitz und Ventilelement auf einen vorbestimmten Teilbereich eines Schließbereichs beschränkt ist, die ein vorbestimmtes Verformungs- verhalten aufweist und einer Annäherung von Ventilelement und Ventilsitz eine vorbestimmte Gegenkraft entgegensetzt. Diese Vorkontaktzone bildet dann sozusagen die Dämpfungsfederanordnung, die bei einer zunehmen- den Annäherung des Ventilelements an den Ventilsitz eine immer größere Gegenkraft erzeugt, allerdings erst dann, wenn sich Ventilelement und Ventilsitz berühren. Wenn man einen zweiten Antrieb verwendet, bei dem das Eingangssignal nicht mehr direkt in eine Position des Ventilelements umgesetzt wird, sondern lediglich in eine Kraft, dann erhält man vor allem dann ein ausgezeichnetes Regelverhalten, wenn diese Kraft gegen eine Gegenkraft arbeiten muß, die in der Nähe des Schließzustandes des Ven- tils, also bei einer relativ weitgehenden Annäherung des Ventilelements an den Ventilsitz, größer wird. Dies ließe sich zwar prinzipiell mit einer Feder erreichen, die zusätzlich zu der Öffnungsfeder auf das Ventilelement wirkt, allerdings nur in der Nähe der Position, in der das Ventilelement am Ven- tilsitz anliegt. Eine derartige Feder ist jedoch schwierig zu montieren und zu justieren. Man kann diese Feder aber dann vermeiden, wenn man das Ventilelement und/oder den Ventilsitz so ausbildet, daß sie bei einer zu- nehmenden Annäherung nicht gleich vollflächig aneinander anliegen, son- dern zunächst in einem Teilbereich. In diesem Teilbereich kann dann zwar

keine Flüssigkeit mehr zwischen dem Ventilelement und dem Ventilsitz hindurchfließen. Diese Möglichkeit ist noch außerhalb dieses Teilbereichs gegeben, d. h. das Ventil ist noch nicht ganz geschlossen, so daß weiter- hin ein Durchfluß gegeben ist. Mit zunehmender Annäherung des Ventil- elements an den Ventilsitz muß diese Vorkontaktzone aber verformt wer- den, um letztendlich ein vollständiges Schließen des Ventils erreichen zu können. Diese Verformung erfordert eine gewisse Kraft. Diese Kraft wird der Bewegung des Ventilelements entgegengesetzt. Diese Kraft muß also über den ersten Antrieb oder den zweiten Antrieb aufgebracht werden.

Wenn nun der zweite Antrieb ebenfalls über eine Kraftbeaufschlagung des Ventilelements arbeitet, dann ergibt sich die resultierende Kraft, die auf das Ventilelement wirkt, als Resultierende aus der Kraft des Federele- ments und der Kraft der Verformung der Vorkontaktzone. Man kann nun diese resultierende Kraft relativ gut so einstellen, daß sich ein stabiles Re- gelverhalten ergibt.

Vorzugsweise ist die Vorkontaktzone durch mindestens einen Vorsprung an mindestens einem der Teile Ventilsitz und Ventilelement gebildet, der in Richtung auf das jeweils andere Teil Ventilelement oder Ventilsitz vorsteht.

Um ein Schließen oder jedenfalls eine ausreichend weite Annäherung des Ventilelements an den Ventilsitz zu erreichen, muß entweder der Vor- sprung verformt werden oder es muß ein Material verformt werden, in das der Vorsprung eindringt. Für diese Materialverformungen sind entspre- chende Kräfte erforderlich.

Hierbei ist bevorzugt, daß der Vorsprung aus dem gleichen Material wie das ihn tragende Teil gebildet ist. Dies läßt nun mehrere Möglichkeiten zu.

Man kann den Vorsprung an einem elastomeren Element ausbilden, das am Ventilelement angeordnet ist. Ein derartiges elastomeres Element ist in der Regel vorhanden, um ein dichtes Schließen des Ventils zu erlauben.

Wenn der Vorsprung ebenfalls aus dem elastomeren Material gebildet ist, dann wird der Vorsprung verformt. Man kann aber auch den Vorsprung am Ventilsitz ausbilden. Der Ventilsitz ist in der Regel aus einem härteren Ma- terial gebildet, beispielsweise einem Metall. Wenn der Vorsprung aus Me- tall gebildet ist, dann dringt er in das elastomere Material am Ventilelement ein und verformt es, bis eine dichtende Anlage des Ventilelements am Ventilsitz erreicht ist. Auch dies ist eine Möglichkeit, die gewünschten Ge- genkräfte beim Schließen des Ventils zu erreichen. Es sollte an dieser Stelle bemerkt werden, daß es für viele Regelaufgaben gar nicht erforder- lich ist, das Ventil vollständig zu schließen. Man möchte aber das Ventil in der Nähe seiner Schließstellung betreiben können, also in einem Zustand, wo der Vorsprung zumindest teilweise komprimiert ist oder der Vorsprung (wenn er am Ventilsitz ausgebildet ist) zumindest teilweise in den elasto- meren Bereich des Ventilelements eingedrungen ist.

Bevorzugterweise verjüngt sich der Vorsprung zu seiner Spitze hin. In die- sem Fall kann man erreichen, daß die Gegenkraft, die durch das Zusam- mendrücken des Vorsprungs oder das Eindrücken des Vorsprungs in den Elastomer erzeugt wird, mit zunehmender Annäherung des Ventilelements an den Ventilsitz stark zunimmt. Je weiter sich das Ventilelement an den Ventilsitz annähert, desto mehr Material muß zusammengedrückt bzw. verdrängt werden.

Bevorzugterweise weist die Vorkontaktzone mehrere Vorsprünge auf, die symmetrisch zu einer Antriebsachse des Ventilelements angeordnet sind.

In diesem Fall vermeidet man eine Schiefstellung des Ventilelements beim Anlegen an den Ventilsitz und damit einen erhöhten Verschleiß beim An- trieb des Ventilelements.

Die Erfindung betrifft auch eine Wärmetauscheranordnung mit einem Re- gelventil der geschilderten Art, bei dem der erste Antrieb in Abhängigkeit von einem Differenzdruck über eine Drossel auf einer Primärseite des Wärmetauschers und der zweite Antrieb in Abhängigkeit von einer Größe auf einer Sekundärseite des Wärmetauschers gesteuert ist. Der erste An- trieb regelt damit den Durchfluß eines Wärmeträgerfluids zur Primärseite des Wärmetauschers. Der zweite Antrieb gibt dann eine Vorspannung für den ersten Antrieb vor, die aber von der Sekundärseite des Wärmetau- schers beeinflußt wird.

In einer Alternative kann der erste Antrieb in Abhängigkeit von einem Dif- ferenzdruck über eine Drossel auf einer Sekundärseite des Wärmetau- schers und der zweite Antrieb von einer Größe auf der Sekundärseite des Wärmetauschers gesteuert sein. Es ist auch möglich, daß der erste An- trieb in Abhängigkeit von einem Differenzdruck über eine Drossel auf einer Sekundärseite des Wärmetauschers und der zweite Antrieb von einer Größe auf der Primärseite des Wärmetauschers gesteuert ist. Beide Alter- nativen steuern die Sekundärseite, hier vorzugsweise den Zufluß auf der Sekundärseite.

Hierbei ist bevorzugt, daß die Größe auf der Sekundärseite eine Tempera- tur ist. Man kann dann mit dem Regelventil die Temperatur auf der Sekun- därseite sehr stabil regeln.

Auch ist von Vorteil, wenn das Regelventil als Pilotventil für einen Stellan- trieb einer verstellbaren Drossel angeordnet ist. Man verwendet das Re- gelventil also nicht direkt dazu, den Durchfluß zu steuern. Man verwendet das Regelventil vielmehr als Hilfseinrichtung zur Steuerung einer verstell- baren Drossel. Eine derartige Lösung bietet sich vor allem dann an, wenn größere Fluidmengen geregelt werden müssen.

Hierbei ist es von Vorteil, wenn das Regelventil in einem Nebenstrompfad parallel zur verstellbaren Drossel angeordnet ist und Drücke auf beiden Seiten des Regelventils an unterschiedlichen Seiten des Stellantriebs an- liegen. Der Stellantrieb für die verstellbare Drossel kann dann beispiels- weise proportional zum Durchfluß durch das Regelventil betätigt werden, so daß sich eine feste Zuordnung der Strömungsmenge durch die ver- stellbare Drossel und durch das Regelventil ergibt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungs- beispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen : Fig. 1 eine Wärmetauscheranordnung mit einem Regelventil, Fig. 2 das Regelventil in einer vergrößerten Darstellung aus- schnittsweise, Fig. 3 einen Schließbereich des Regelventils, Fig. 4 eine Ventilkennlinie, Fig. 5 eine erste Ausführungsform einer Paarung von Ventilelement und Ventilsitz, Fig. 6 eine Schnittansicht des Ventilelements nach Fig. 5, Fig. 7 eine alternative Ausgestaltung einer Paarung von Ventilele- ment und Ventilsitz,

Fig. 8 eine zweite alternative Wärmetauscheranordnung und Fig. 9 eine dritte alternative Wärmetauscheranordnung.

Fig. 1 zeigt eine Wärmetauscheranordnung 1 mit einem Wärmetauscher 2, der über eine Primärseite 3, die einen Vorlauf 4 und einen Rücklauf 5 auf- weist, mit einem Wärmeträgermedium versorgt wird, beispielsweise hei- ßem Wasser aus einer Fernheizungsanlage. Eine Sekundärseite 6 weist eine Entnahmeleitung 7 und eine Zuflußleitung 8 auf. Über die Entnahme- leitung 7 kann man erwärmtes Brauchwasser entnehmen, das über die Zuflußleitung 8 zugeführt und im Wärmetauscher 2 erhitzt wird.

Auf der Primärseite 3 ist in der Vorlaufleitung 4 ein Regelventil 9 angeord- net, das eine Schließeinrichtung 10 aufweist, die im Zusammenhang mit Fig. 2 näher erläutert wird. Die Schließeinrichtung 10 gibt einen Strö- mungsquerschnitt durch den Vorlauf 4 mehr oder weniger frei. Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, weist die Schließeinrichtung 10 einen Ventilsitz 11 und ein damit zusammenwirkendes Ventilelement 12 auf. Das Ventilele- ment 12 wird durch eine Öffnungsfeder 13 in Öffnungsrichtung vorge- spannt.

Das Ventilelement 12 ist mit einem Stößel 14 verbunden, der mit einem ersten Antrieb 15 verbunden ist. Der erste Antrieb 15 weist eine Membran 16 auf, die zwischen einem ersten Druckraum 17 und einem zweiten Druckraum 18 angeordnet ist. Der Stößel 14 ist mit der Membran 16 ver- bunden. Der erste Druckraum 17 ist mit dem Vorlauf 4 an einer Position in Strömungsrichtung vor einer einstellbaren Drossel 19 und der zweite Druckraum 18 ist mit dem Vorlauf 4 an einer Position in Strömungsrich- tung hinter der Drossel 19 verbunden. Dementsprechend ergibt sich über die Membran 16 eine Druckdifferenz, die dem Druckabfall über die Drossel

19 entspricht. Der Strömungswiderstand der Drossel 19 kann gegebenen- falls über eine Handhabe 20 verändert werden. Der erste Antrieb 15 regelt den Durchfluß durch den Vorlauf 4 zunächst so, daß der Druckabfall über die Drossel 19 konstant ist.

Die Position des Ventilelements 12 gegenüber dem Ventilsitz wird aber auch durch einen zweiten Antrieb 21 beeinflußt. Der zweite Antrieb 21 ist hier durch ein"M"gekennzeichnet, d. h. es handelt sich um einen Motoran- trieb, bei dem sich in Abhängigkeit von einem Eingangssignal E die Positi- on eines Antriebsgliedes 22 ändert. Als Antrieb 21 kann man daher zu- nächst einmal Motoren verwenden, und zwar sowohl Rotationsmotoren als auch Linearmotoren. Es ist aber auch möglich, ein Thermostatelement zu verwenden, das mit einer nicht kompressiblen Füllung gefüllt ist, bei- spielsweise eine Wachspatrone. Eine Wachspatrone ändert ihre Länge in Abhängigkeit von der Temperatur. Dabei spielen äußere Kräfte praktisch keine Rolle.

Man kann nun einen derartig motorischen Antrieb 21 auf das Ventilele- ment 12 wirken lassen und zwar unter Zwischenschaltung eines Feder- elements 23. Das Federelement 23, beispielsweise eine Schraubendruck- feder, die in einem Rohr 24 angeordnet ist, gibt eine Positionsänderung des Antriebsgliedes 22 nicht unmittelbar an das Ventil-element 12 weiter, sondern die Positionsänderung des Ventilelements 12 hängt von weiteren Faktoren ab, insbesondere den übrigen Kräften, die auf das Ventilelement 12 wirken. Darüber hinaus hat das Federelement 23 den Vorteil, daß es eine Überlastung des Antriebs 21 verhindern kann. Wenn also das Ventil- element 12 bereits in seiner Endlage am Ventilsitz 11 anliegt, dann kann der Antrieb 21 nicht beschädigt werden, auch wenn er das Antriebsglied 22 weiter in Richtung auf den Ventilsitz 11 bewegt.

Mit Hilfe des Federelements 23 kann der Antrieb 21 also die Vorspannung verändern, gegen die der erste Antrieb 15 arbeiten muß. Damit kann der Einstellpunkt des durch den ersten Antrieb 15 gebildeten Differenzdruck- reglers von außen geändert werden, nämlich über das Signal E.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Wärmetauscheranordnung ist ein Regler 25 vorgesehen, dem ein Temperatursollwert TSET einerseits und die Tempe- ratur in der Entnahmeleitung 7 andererseits zugeführt wird. Aus der Diffe- renz dieser beiden Temperaturen bildet der Regler 25 das Signal E, das dem Antrieb 21 zugeführt wird. Wenn die Temperatur zu niedrig ist, dann wird das Antriebsglied 22 vom Ventilsitz 11 weg bewegt. Das Federele- ment 23 entspannt sich und die auf den ersten Antrieb 15 wirkende Fe- derkraft wird verringert. Dementsprechend wirkt eine geringere Schließ- kraft auf das Ventilelement 12 und es kann mehr Wärmeträgerflüssigkeit auf der Primärseite 3 des Wärmetauschers 2 strömen. Umgekehrt wird die Federkraft des Federelements 23 erhöht, wenn die Temperatur des Brauchwassers in der Entnahmeleitung 7 zu groß ist.

Um das Regelverhalten weiter verbessern zu können, sieht man eine pro- gressive Ventilkennlinie vor, die in Fig. 4 dargestellt ist. Die Strömungs- menge Q, die zwischen dem Ventilsitz 11 und dem Ventilelement 12 durchgelassen wird, hängt nichtlinear vom Signal E ab. Diese Nichtlineari- tät wird, wie dies im folgenden beschrieben werden wird, automatisch in Abhängigkeit von der Position des Ventilelements 12 relativ zum Ventilsitz 11 eingestellt.

Um dies zu symbolisieren, ist eine Dämpfungsfeder 40 dargestellt, die durch einen gehäusefesten Anschlag 41 an einer weiteren Expansion ge- hindert wird, durch ein am Stößel 14 angeordnetes Betätigungselement 42 aber komprimiert werden kann, wenn das Betätigungselement 42 am An-

schlag 41 vorbeibewegt wird. In einigen Fällen kann man den Anschlag 41 auch weglassen, wenn die Länge der Dämpfungsfeder 40 im entspannten Zustand kurz genug ist. Die Dämpfungsfeder wirkt also nur, wenn das Ven-tilelement 12 relativ dicht am Ventilsitz 11 steht.

Bei einer Positionsänderung X1, bei der sich das Ven-tilelement 12 bereits in der Nähe des Ventilsitzes 11 befindet, erfolgt nur eine kleine Änderung Y1 der Strömungsmenge Q. Wenn sich das Ventilelement 12 hingegen in einer größeren Entfernung vom Ventilsitz 11 befindet, dann ergibt sich bei der gleich großen Signaländerung X2 eine entsprechend größere Ände- rung Y2 der Durchflußmenge. Es gilt also Y1 Y2 <BR> <BR> -<BR> X1 X2 Um diese progressive Ventilkennlinie praktisch automatisch erzeugen zu können, ist eine spezielle Ausgestaltung der Paarung von Ventilsitz 11 und Ventilelement 12 vorgesehen.

Fig. 3 zeigt eine Ansicht des Ventilelements 12 von der Seite aus, die dem Ventilsitz 11 gegenüberliegt. Eine Linie 26 gibt eine Grenze an, an der der Ventilsitz 11 anliegt, wenn das Ventil geschlossen ist.

Das Ventilelement 12 weist in Umfangsrichtung verteilt vier Vorsprünge 27 auf, zwischen denen sich Lücken 28 befinden. Die Vorsprünge 27 sind symmetrisch um eine Achse 29 verteilt. Die Achse 29 ist die Mittelachse des Stößels 14.

Die Lücken 28 erweitern sich radial nach außen.

Wenn sich das Ventilelement 12 an den Ventilsitz 11 annähert, dann kommen die Vorsprünge 27 zunächst zur Anlage an den Ventilsitz 11. Wie aus Fig. 6 zu erkennen ist, ist das Ventilelement 12 gebildet aus einem Kern 30, der einen elastomeren Überzug 31 trägt. Man kann auch ein ge- trenntes elastomeres Element verwenden, das auf andere Weise mit dem Kern 30 verbunden ist. Die Vorsprünge 27 sind einstückig mit dem Elastomer 31 verbunden. Der Ventilsitz 11 ist hingegen aus einem härte- ren Material gebildet, beispielsweise einem Metall.

Wenn nun das Ventilelement 12 mit den Vorsprüngen 27 am Ventilsitz 11 zur Anlage kommt, dann wird einer Weiterbewegung des Ventilelements 12 auf den Ventilsitz 11 zu ein zunehmend größerer Widerstand entge- gengesetzt. Dieser Widerstand ist dadurch bedingt, daß die Vorsprünge 27 verformt werden müssen, bis das Ventilelement 12 letztendlich dich- tend am Ventilsitz 11 anliegt. An dieser Stelle sollte bemerkt werden, daß es bei dem in Fig. 2 dargestellten Regelventil 9 vielfach gar nicht darauf ankommt, den Vorlauf 4 vollständig unterbrechen zu können. Man möchte die Strömung durch den Vorlauf 4 nur so beeinflussen können, daß ein gewünschter Druckabfall über die Drossel 19 erzielt wird.

Die Vorsprünge 27 verjüngen sich zu ihrer Spitze hin, d. h. zu der Position, die am weitesten dem Ventilsitz 11 benachbart ist. Dadurch wird ein noch stärkerer Anstieg der Gegenkraft erzeugt, die beim Annähern des Ventil- elements 12 an den Ventilsitz 11 erforderlich ist.

Man kann alternativ oder zusätzlich zu den Vorsprüngen 27 am Ventilele- ment 12 auch Vorsprünge 32 am Ventilsitz 11'verwenden, wie dies in Fig.

7 dargestellt ist. Teile, die denen der Fig. 5 entsprechen, sind mit gestri- chenen Bezugszeichen versehen. Auch hier ist das Ven-tilelement 12'mit einem elastomeren Element versehen, jedenfalls in dem Bereich, der dem

Ventilsitz 11'gegenüberliegt. Die Vorsprünge 32 sind hingegen aus dem gleichen Material, wie der Ventilsitz 11', also beispielsweise aus Metall.

Wenn nun das Ventilelement 12'stärker an den Ventilsitz 11'angenähert wird, dann drücken sich die Vorsprünge 32 in das elastomere Element am Ventilelement 12'ein und verursachen dadurch ebenfalls eine Gegenkraft, die man zur Verdrängung von Material benötigt. Diese Materialverdrän- gung ist erforderlich, um Platz für die Vorsprünge 32 zu schaffen. Die Vor- sprünge übernehmen also die Funktion der Dämpfungsfeder 40.

Fig. 8 zeigt eine gegenüber Fig. 1 abgewandelte Ausführungsform einer Wärmetauscheranordnung. Gleiche und einander entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen.

Eine Zapfstelle 43 für warmes Wasser ist in der Entnahmeleitung 7 auf der Sekundärseite 6 des Wärmetauschers 2 angeordnet. Der Regler 25 regelt nun den Durchfluß Q, indem er die Schließeinrichtung 10 auf der Primär- seite 3 des Wärmetauschers 2 betätigt. Die Schließeinrichtung 10 ist in diesem Fall im Rücklauf 5 der Primärseite 3 angeordnet.

Der erste Antrieb 15 wird durch eine Differenz zwischen zwei Drücken P, und Po angesteuert, die an beiden Seiten der Drossel 19 anstehen. In die- sem Fall ist die Drossel 19 in der Zuflußleitung 8 der Sekundärseite 6 an- geordnet. Sie ist in der dargestellten Ausführungsform nicht verstellbar, sondern als feste Drossel ausgebildet. Der Antrieb 15 wird also durch die Druckdifferenz geregelt, die beim Durchströmen der Flüssigkeit auf der Sekundärseite 6 entsteht.

Normalerweise wirkt eine elektrische Betätigungseinrichtung direkt auf den Stößel 14. Bei hoher Primärtemperatur und hohem Primärdifferenzdruck

können Stabilitätsprobleme entstehen. Bei Zapfbeginn und bei Zapfschluß ist die Reaktionsgeschwindigkeit normalerweise durch die Geschwindig- keit der Antriebseinrichtung und die Verhältnisse um den Temperatursen- sor herum begrenzt.

Dieses Problem ist bei einem thermostatischen Einstell-element norma- lerweise kleiner. In der vorliegenden Ausführungsform wird dieses thermo- statische Einstell-element durch eine Feder und einen Motor ersetzt. Hier- bei dient aber das vom Antrieb 21 angetriebene Antriebsglied nicht als Positionsgeber für den Stößel 14, sondern ist Teil des Kräftegleichge- wichts, das letztendlich die Position des Stößels bestimmt. Über die Membran 16 gibt es ein"feed-forward"-Glied, das eine schnelle Reaktion hat. Die Wirkung der Dämpfungsfederanordnung 40 wird verwendet, um eine stabile Regelung zu erreichen.

Fig. 9 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Wärmetauscheranordnung, bei der Teile, die denen der Fig. 1 bis 8 entsprechen, mit gleichen Be- zugszeichen versehen sind.

Das Regelventil 9 ist bei dieser Ausgestaltung auf der Sekundärseite 6 des Wärmetauschers 2 angeordnet und zwar in der Zuflußleitung 8. In der Zuflußleitung 8 befindet sich, genau wie bei der Ausgestaltung nach Fig. 8, eine Drossel 19, die eine Druckdifferenz erzeugt. Diese Druckdiffe- renz wird verwendet, um den ersten Antrieb 15 anzusteuern.

Eine Temperatur T aus dem Vorlauf 4 der Primärseite 3 des Wärmetau- schers wird verwendet, um, ggf. über einen Regler 25, den zweiten Antrieb 21 anzusteuern. Die beiden Antriebe 15,21 werden also zum einen von der Temperatur auf der Primärseite 3 des Wärmetauschers 2 und zum

anderen durch den Verbrauch auf der Sekundärseite 6 des Wärmetau- schers 2 gesteuert.

Bei der Ausgestaltung nach Fig. 9 wird allerdings der Durchfluß durch die Sekundärseite 6 des Wärmetauschers 2 nicht direkt durch das Regelventil 9 gesteuert. Das Regelventil 9 dient hier vielmehr als Pilotventil für eine verstellbare Drossel 50. Die verstellbare Drossel 50 wird über einen Stel- lantrieb 51 betätigt. Der Steil-antrieb 51 weist eine Membran 52 auf, die von einem Druck in einem ersten Druckraum 53 einerseits und von einem Druck in einem zweiten Druckraum 54 und einer Feder 55 in die andere Richtung betätigt wird. Der Druck im Druckraum 53 entspricht dem Druck vor dem Schließ-element 10 des Regelventils 9. Der Druck im zweiten Druckraum 54 entspricht dem Druck hinter dem Schließ-element 10 des Regelventils 9, das in einem Nebenstrompfad 56 zur verstellbaren Drossel 50 angeordnet ist. Die verstellbare Drossel 50 wird also über den Druckab- fall an der Schließeinrichtung 10 des Regelventils 9 gesteuert.