Die Erfindung betrifft einen voreinstellbaren Durchflussmengenregler für Heizungsanlagen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Durchflussmengenregler für Heizungsanlagen ist aus der US 6688319 B2 bekannt. Dieser bekannte voreinstellbare Durchflussmengenregler weist einen Reguliereinsatz auf, bei dem eine Drosselöffnung, gebildet aus einer Regelhülse und einem Regulierstopfen, gesteuert durch den Differenzdruck, gebildet aus dem Eingangsdruck am Heizmediumzulaufstutzen und dem Ausgangsdruck, gebildet am Heizmediumablaufstutzen, verstellt wird. Die Steuerung der Drosselöffnung erfolgt dabei durch eine Regelhülse, die differenzdruckabhänigig in einem Topf axial verlagert wird.

Durch die besondere Form von Ausnehmungen an dem Regulierstopfen und durch das Eintauchen der Regelhülse in den Regulierstopfen erfolgt eine strömungsgeschwindigkeitsabhängige Korrektur der Durchflussmengenregelung. Der hierbei ausgenutzte Bernoullieffekt wirkt dem Differenzdruckeffekt hierbei entgegen. Die Voreinstellung der Durchflussmenge erfolgt durch einen Voreinstellstopfen, der abhängig von seiner axialen Position den Durchflussquerschnitt durch eine Öffnung eines Topfbodens des Topfes verändert.

Diese Voreinstellung der Durchflussmenge ist jedoch vergleichsweise ungenau, weil bereits geringe axiale Verlagerungen des Voreinstellstopfens große Änderungen des Durchflussquerschnittes bewirken. Eine feinfühlige und damit entsprechend genaue Voreinstellung der Durchflussmenge ist mit dieser bekannten Lösung nicht möglich.

Darüber hinaus ist auch die eigentliche Durchflussmengenregelung bei voreingestellter Durchflussmenge ungenau, weil nur sehr geringe Druckunterschiede in dem Mengenreguliereinsatz zur Regelung der Durchflussmenge zur Verfügung stehen und weil die in dem vorbekannten Durchflussmengenregler verwendeten Dichtungen vergleichsweise viel Reibung zwischen der Regelhülse und dem Topf erzeugen. Da- durch ergeben sich einerseits hohe Losbrechmomente, um überhaupt eine Veränderung der axialen Lage der Regelhülse gegenüber dem Topf zu bewirken. Andererseits ist die Verschiebung der Regelhülse im Topf auch bei deren Bewegung relativ schwergängig.

Die Erfindung hat die Aufgabe einen voreinstellbaren Durchflussmengenregler für Heizungsanlagen zu schaffen, der eine feinfühlige und entsprechend genaue Voreinstellung der gewünschten Durchflussmenge ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Mengenregulierein- satz ablaufstutzenseitig einen Kegel aufweist, der mit einem Hohlkegel zusammen wirkt, welche gemeinsam einen Ringraum für das ablaufende Heizmedium bilden, dass der Hohlkegel mit der Regelhülse verbunden ist und dass der Kegel die Öffnung des Topfbodens durchdringt.

Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Kegel und Hohlkegel wird ein Ringraum gebildet, der bei vergleichsweise großen axialen Verlagerungen des Hohlkegels gegenüber dem Kegel nur eine geringfügige Veränderung des Querschnittes des Ringraumes bewirkt. So kann ein gegenüber dem Vorbekannten deutlich vergrößerter axialer Verstellweg vorgesehen werden, um die gewünschte Voreinstellung darzustellen. Der Verstellweg kann hierbei durchaus mehrere Millimeter bis hin zu einem Zentimeter betragen, wobei jedoch der voreingestellte Durchflussquerschnitt in dem Ringraum sich nur um wenige Quadratmillimeter verändert.

Mit diesen Maßnahmen wird also eine Art Übersetzung zwischen dem Verschiebeweg des Hohlkegels gegenüber dem Kegel und der Veränderung der wirksamen Fläche im Ringraum geschaffen, so dass große Hübe des Hohlkegels gegenüber dem Kegel nur zu geringen Änderungen des Durchflussquerschnittes im Ringraum führen. Dies ermöglicht eine gegenüber dem Vorbekannten deutlich feinfühligere und genauere Voreinstellung der gewünschten Durchflussmenge.

Durch die Verbindung des Hohlkegels mit der Regelhülse erfolgt dabei die eigentliche Regelung der Durchflussmenge: Die bei der vorbekannten Lösung gemäß der US 6688319 B2 detailliert beschriebene Funktionsweise ist bei der Lösung der vorliegenden Erfindung identisch.

Es wird also mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine gegenüber dem Stand der Technik deutlich bessere Voreinstellung des Durchflussmengenreglers erzielt. Der hierfür erforderliche Mehraufwand hält sich in engen Grenzen. Die erfindungsgemäße Lösung kann; wie auch die vorbekannte Lösung; mit einfachen und kostengünstigen Mitteln produziert werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und werden im Folgenden anhand der Unteransprüche näher beschrieben.

Zur Reduzierung der Reibung und des Losbrechmomentes zwischen der Regelhülse und dem Topf des Mengenreguliereinsatzes ist es besonders vorteilhaft, wenn zwischen dem Topf und der Regelhülse mindestens eine Labyrinthdichtung angeordnet ist. Die geringen Druckunterschiede in dem Reguliereinsatz, die in der Größenordnung von etwa 100 mbar liegen, erfordern die Verwendung einer Axialfeder mit gerade einmal 1 Newton Rückstellkraft. Dichtungsanordnungen, die, wie bei der vorbekannten Lösung dargestellt, führen letztlich zu Reibungen zwischen den sich gegeneinander bewegenden Teilen und verursachen nahezu unüberwindbare Schwierigkeiten. Um hier den Arbeitspunkt des voreinstellbaren Durchflussmengenreglers in Richtung hin zu kleineren Differenzdrücken und damit letztlich hin zu kleineren Durchflussmengenänderungen zu verschieben, ist es besonders vorteilhaft Labyrinthdichtungen vorzusehen.

Um ein Verkippen der Regelhülse gegenüber dem Topf zu vermeiden, ist es besonders vorteilhaft in diesem Zusammenhang zwei Labyrinthdichtungen vorzusehen, wobei eine Labyrinthdichtung am Außenumfang des Hohlkegels befestigt ist und die andere Labyrinthdichtung am Innenumfang des Regulierstopfens befestigt ist. Weiterhin besonders vorteilhaft kann die Labyrinthdichtung aus mindestens zwei Dichtringen bestehen, deren Dimensionierung gerade so gewählt ist, dass sich ein geringer Spalt zwischen Dichtring und Dichtfläche ergibt und damit die Dichtringe gerade nicht auf der Dichtfläche aufliegen und Reibung erzeugen können. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Labyrinthdichtung aus 3 Dichtringen aufzubauen. Bei der Materialwahl für die Dichtringe hat sich Polytetrafluorethylen (PTFE) als besonders geeignet herausgestellt. Zur weiteren Reduzierung evtl. Reibungseffekte hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Dichtringe dichtflächenseitig einen umlaufenden Vorsprung mit im Wesentlichen halbrundem Querschnitt aufweisen.

Eine weitere Reduzierung der Reibung zwischen der Regelhülse und dem Topf kann bei Verwendung der genannten Labyrinthdichtung dadurch erzielt werden, dass die Regelhülse und der Topf aus Edelstahl insbesondere aus VA 1.4303 bestehen. Dieses Material weist einerseits eine besonders geringe Oberflächenrauhigkeit auf. Andererseits ist dieses Material sehr formstabil und durch übliche Pressverfahren auch in vergleichsweise komplizierte Formgebungen zu pressen. Schließlich kann in diesem Zusammenhang zusätzlich die Regelhülse und/oder der Topf mit einer gleitfä- higkeitserhöhenden Beschichtung insbesondere aus Teflon (Tetrafluorethylen) versehen werden. Die Materialpaarung Teflon/PTFE weist hierbei besonders gute Gleiteigenschaften auf.

Zur Erzeugung einer nicht linearen Voreinstellkennlinie ist es besonders vorteilhaft, wenn der Hohlkegel in Axialrichtung eine nicht lineare Öffnung aufweist. Dies bedeutet im Ergebnis, dass eine entsprechend axiale Verlagerung des Hohlkegels gegenüber dem Kegel zu einer nicht linearen Veränderung des Durchflussquerschnittes des Ringraumes führt. Hiermit kann insbesondere bei sehr kleinen voreinzustellenden Durchflussmengen eine sehr genaue Voreinstellung gewährleistet werden.

Die Ausnehmungen des Regulierstopfens können besonders vorteilhaft in Axialrichtung eine parabelförmige Öffnung aufweisen. Hiermit wird die eigentliche Regelkennlinie des voreinstellbaren Durchflussmengenreglers linearisiert. Empirische Anpassungen der Kontur der Ausnehmungen sind darüber hinaus ebenfalls möglich, um Besonderheiten des Strömungsverhaltens im voreinstellbaren Durchflussmengenreg- ler berücksichtigen zu können. Der voreinstellbare Durchflussregler kann besonders vorteilhaft Teil eines vorlaufsei- tigen Heizkreisverteilers für Fußbodenheizungen sein. Dabei wird zur Voreinstellung der Durchflussmenge der Regulierstopfen an einer in einem Oberteil gelagerten Spindel befestigt, deren axiale Lage durch Verdrehen einer Handradkappe, die als Handhabe zur Voreinstellung der Durchflussmenge wirkt, veränderlich ist. Gemeinsam mit dem Regulierstopfen wird dabei auch der Hohlkegel entsprechend axial verlagert, um so den Durchflussquerschnitt des Ringraumes zu verändern. Der mit dem Hohlkegel zusammenwirkende Kegel ist dabei ortsfest im Heizmediumablaufstutzen angeordnet.

Bei Verwendung des voreinstellbaren Durchflussmengenreglers in einem vorlaufsei- tigen Heizkreisverteiler für Fußbodenheizungen kann das Gehäuse eine Drehstellungsanzeige für die Handradkappe aufweisen, so dass jeder Zeit der voreingestellte Durchflussmengenwert ablesbar ist. Um eine ungewollte Verstellung der voreingestellten Durchflussmenge zu vermeiden, kann die Handradkappe einen axial verschieblichen Blockierring aufweisen.

Besonders vorteilhaft kann der voreinstellbare Durchflussmengenregler auch Teil eines Heizkörperventiles sein, dessen Ventilkörper mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, der als Bohrung eines Trägers für den Kegel ausgebildet ist. Mit diesen Maßnahmen ist dem Mengenreguliereinsatz quasi ein normales Heizkörperventil in Strömungsrichtung nachgeschaltet, das beispielsweise durch einen Thermostatventilkopf betätigbar ist.

In diesem Zusammenhang kann die Voreinstellung der Durchflussmenge besonders vorteilhaft durch einen Betätigungsring am Ventilanschlussstutzen erfolgen, der zugleich Voreinstellstutzen ist. Der Betätigungsring verschiebt über eine Gewindehülse bei dessen Verdrehung einen mit einem Gewinde versehenen Regelventileinsatz axial. Der Regelventileinsatz trägt dabei den Ventilsitz gemeinsam mit dem Träger für den Kegel. Der Topf, in dem die Regelhülse angeordnet ist, ist dem gegenüber axial ortsfest mit der Gewindehülse verbunden. D. h., bei dieser Ausführungsform wird der Kegel gegenüber dem Hohlkegel zur Voreinstellung der Durchflussmenge axial verlagert. Im Ergebnis wird damit wieder der Durchflussquerschnitt im Ringraum zwischen dem Kegel und dem Hohlkegel im Sinne der gewünschten Voreinstellung verändert.

Bei Verwendung des voreinstellbaren Durchflussmengenreglers als Teil eines Heiz- körperventiles kann der Betätigungsring als Handhabe zur Voreinstellung der Durchflussmenge axial verschieblich zur Blockierung der Drehung ausgebildet sein. Da die Veränderung der Voreinstellung für die Durchflussmenge insbesondere dann nicht gewünscht ist, wenn der Thermostatkopf auf dem Ventilanschlussstutzen montiert ist, ist es besonders vorteilhaft, wenn in diesem Zusammenhang die axiale Höhe des Betätigungsringes so bemessen ist, dass der Betätigungsring bei montiertem Thermostatkopf blockiert ist.

Ausführungsbeispiele des voreinstellbaren Durchflussmengenreglers für Heizungsanlagen sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 4 voreinstellbare Durchflussmengenregler als Teil eines vorlaufseitigen Heizkreisverteilers für Fußbodenheizungen in der grundsätzlichen Anordnung,

Fig. 2 einen der voreinstellbaren Durchflussmengenregler gemäß Fig. 1 in einem Axialschnitt,

Fig. 3 ein Detail des voreinstellbaren Durchflussmengenreglers gemäß 2,

Fig. 4 einen voreinstellbaren Durchflussmengenregler als Teil eines Heizkörperventi- les in einem Axialschnitt und

Fig. 5 ein Detail des voreinstellbaren Durchflussmengenreglers gemäß Fig. 4.

In der Fig. 1 ist eine Heizkreisverteileranordnung für Fußbodenheizungen dargestellt, die aus einem rücklaufseitigen Heizkreisverteiler für Fußbodenheizungen in der Fig. 1 oben und aus einem vorlaufseitigem Heizkreisverteiler für Fußbodenheizungen (21) in der Fig. 1 unten besteht. Dieser vorlaufseitige Heizkreisverteiler (21) für Fußbodenheizungen weist ein Gehäuse (1) auf, welches einen Heizmediumzulaufstutzen (2) aufweist. Weiterhin weist das Gehäuse (1) Heizmediumablaufstutzen (3) für die verschiedenen Fußbodenheizkreise und Voreinstellstutzen (4) auf, die Handhaben (6) zur Voreinstellung der Durchflussmenge für die einzelnen Fußbodenheizkreise tragen.

In der Fig. 2, in der identische oder funktionsähnliche Einrichtungsteile wie in der Fig. 1 mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind, wird nun einer der voreinstellbaren Durchflussmengenregler gemäß der Fig. 1 im Schnitt dargestellt und näher beschrieben. Aus der Fig. 2 wird ersichtlich, dass innerhalb der Gehäuses (1) des voreinstellbaren Durchflussmengenreglers ein Mengenreguliereinsatz (5) vorgesehen ist, der einen Topf (7), mit einem Topfboden (8), mit einer Öffnung (9) im Topfboden (8) aufweist. In diesem Topf (7) ist axial verschieblich eine Regelhülse (11) angeordnet, die durch eine Axialfeder (10) in Richtung auf den Topfboden (8) federbelastet ist. Das in der Fig. 2 obere Ende der Regelhülse (11) wirkt dabei mit einem Regulierstopfen (12) zusammen, in den die Regelhülse (11) eintauchen kann und damit verschiedene Ausnehmungen (13) des Regulierstopfens (12) mit parabelförmigen Querschnitt jeweils abschnittsweise überdeckt.

In der Fig. 2 unten ist an der Regelhülse (11) und mit dieser Regelhülse (11) gemeinsam verschieblich ein Hohlkegel (15) befestigt, in den ein Kegel (14) eintaucht. Der Kegel (14) ist dabei ortsfest im Heizmediumablaufstutzen (3) des voreinstellbaren Durchflussmengenreglers angeordnet. Zwischen dem Kegel (14) und dem Hohlkegel

(15) ist ein Ringraum (16) gebildet, der abhängig von der axialen Lage des Hohlkegels (15) gegenüber dem Kegel (14) einen Durchflussquerschnitt für das Heizmedium bestimmt.

Das Heizmedium fließt dabei an einer Spindel (23) vorbei, durch die Ausnehmungen (13) des Regulierstopfens (12) in die Regelhülse (11) hinein und durch den Ringraum

(16) zwischen dem Kegel (14) und dem Hohlkegel (15) hindurch durch den Heizmediumablaufstutzen (3) in den jeweiligen Heizkreis der Fußbodenheizung. Die Größe des Durchflussquerschnittes durch dem Ringraum (16) wird dabei einerseits durch den Druck im Inneren der Regelhülse (11) bestimmt, welche den Hohlkegel (15) gegen die Kraft der Axialfeder (10) gegenüber dem Kegel (14) verlagert.

Andererseits wird die Größe des Durchflussquerschnittes im Ringraum (16) durch die jeweilige Voreinstellung bestimmt, die sich durch axiale Verlagerung der Spindel (23) und damit des Topfes (7) gemeinsam mit der Regelhülse (11) und damit des Hohlkegels (15) gegenüber dem Kegel (14) ergibt. Die axiale Verlagerung der Spindel (23) erfolgt dabei durch eine Handradkappe (6), die als Handhabe zur Voreinstellung der Durchflussmenge wirkt und durch ein Oberteil (22) mit einem Gewinde zwischen dem Oberteil (22) und der Spindel (23). Zur Ablesung der voreingestellten Durchflussmenge dient eine Drehstellungsanzeige (24), die die Drehstellung der Handradkappe (6) gegenüber der Drehstellungsanzeige darstellt. Die Drehung der Handradkappe (6) kann durch einen Blockierring (25) blockiert werden.

In der Fig. 3 sind gleiche oder gleich wirkende Einrichtungsteile mit denselben Bezugszeichen wie in der Fig. 2 dargestellt. Hier wird an einem Detail der Aufbau zweier Labyrinthdichtungen (17) in der Fig. 2 näher erläutert. Diese Labyrinthdichtungen (17) in der Fig. 2 dienen letztlich zur Abdichtung der Regelhülse (11) gegenüber dem Topf (7).

Diese Labyrinthdichtungen (17) sind wie aus der Fig. 3 ersichtlich aus jeweils drei Dichtringen (18) aus PTFE aufgebaut. Diese Dichtringe (18) weisen jeweils in Richtung der Dichtfläche einen umlaufenden Vorsprung (19) auf. Die Dichtfläche ist bei dem dargestellten Detail die Regelhülse (11). Die Labyrinthdichtung (17) selbst ist an dem Regulierstopfen (12) angeordnet.

Wesentlich bei der vorliegenden Labyrinthdichtungsanordnung ist, dass die Dimensionierung der einzelnen Dichtringe (18) der Labyrinthdichtung (17) so gewählt ist, dass sich jeweils ein geringer Spalt zwischen den Dichtringen (18) und der Dichtfläche, hier der Regelhülse (11), ergibt, so dass die Dichtung nahezu reibungsfrei erfolgt. Dies verbessert grundlegend das Ansprechen auf Durchflussmengenänderung und damit Druckänderungen und reduziert sowohl die Reibung an der Dichtfläche als auch das Losbrechmoment zur Verlagerung der Regelhülse (11) gegenüber dem Topf (7). In der Fig. 4 sind gleiche oder gleich wirkende Einrichtungsteile wie in der Fig. 2 bzw. Fig. 3 mit denselben Bezugszeichen versehen. In dieser Fig. 4 wird nun die Verwendung des voreinstellbaren Durchflussmengenreglers in einem Heizkörperventil, das in einem Axialschnitt dargestellt ist beschrieben. Das Heizkörperventil (26) weist dabei in bekannter Art und Weise einen Ventilkörper (27) auf, der mit einem Ventilsitz (28) zusammen wirkt. Der Ventilsitz (28) ist dabei als Bohrung (29) eines Trägers (30) für den Kegel (14) ausgebildet. D. h., das eigentliche Heizkörperventil ist in Strömungsrichtung dem voreinstellbaren Durchflussmengenregler nachgeschaltet.

Die Voreinstellung der Durchflussmenge erfolgt bei dieser Anordnung jedoch nicht durch axiale Verlagerung des Topfes (7) mit der Regelhülse (11) und damit dem Hohlkegel (15) gegenüber einem ortsfesten Kegel (14), wie in der Fig. 2 dargestellt, sondern durch Verlagerung des Kegels (14) in axialer Richtung gegenüber dem Hohlkegel (15).

Diese axiale Verlagerung des Kegels (14) gegenüber dem Topf (7) der Regelhülse (11) und dem Hohlkegel (15) erfolgt dabei durch Verdrehen einer Gewindehülse (31) mittels eines Betätigungsringes (6), der als Handhabe zur Voreinstellung der Durchflussmenge wirkt. Diese Gewindehülse (31) ist über ein Gewinde (32) mit einem Regelventileinsatz (33) verbunden, wobei die Gewindehülse (31) ortsfest, der Regelventileinsatz (33) jedoch durch Verdrehung axial verschieblich ist.

Mit Axialverschiebung des Regelventileinsatzes (33), der auch den Ventilkörper (27) des Heizkörperventiles (26) trägt, wird auch der Träger (30) für den Kegel (14) und damit der Kegel (14) selbst axial verschoben. Durch diese axiale Verschiebung des Kegels (14) gegenüber dem Hohlkegel (15) erfolgt die Veränderung des Durchflussquerschnittes im Ringraum (16) zum zwecke der Voreinstellung der Durchflussmenge.

Der Betätigungsring (6) ist zur Arretierung der Voreinstellposition axial verschiebbar. Die axiale Höhe (34) des Betätigungsringes (6) ist dabei so gewählt, dass bei auf das Heizkörperventil (26) aufgeschraubtem, in der Fig. 4 nicht dargestellten Thermostatkopf die Verstellung der voreingestellten Durchflussmenge nicht möglich ist. Der in der Fig. 4 nicht dargestellte Thermostatkopf wird in der Fig. 4 oben auf das Heizkörperventil (26) aufgeschraubt.

In der Fig. 5 sind gleiche oder gleich wirkende Einrichtungsteile wie in den Fig. 2 bis 4 mit denselben Bezugszeichen dargestellt. Hier wird nun am Beispiel der Abdichtung des Hohlkegels (15) gegenüber dem Topf (7) die Labyrinthdichtung (17) näher erläutert. Der Aufbau der Labyrinthdichtung (17) mit drei Dichtringen (18) und den umlaufenden Vorsprüngen (19) entspricht dem Aufbau der Labyrinthdichtung (17) gemäß Fig. 3. Hier ist darüber hinaus einer der Dichtringe (18), nämlich der in der Fig. 5 obere Dichtring einstückig mit dem Hohlkegel (15) ausgebildet. Dies vereinfacht die Konstruktion und reduziert die Herstellkosten. Die übrigen Merkmale der Labyrinthdichtung (17) entsprechen der in Fig. 3 dargestellten Lösung.

Weiterhin ist in der Fig. 5 der Ringraum (16) zwischen dem Kegel (14) und dem Hohlkegel (15) sehr deutlich erkennbar. Es wird deutlich, dass der Hohlkegel (15) eine nicht lineare Öffnung (20) in axialer Richtung aufweist. Damit ändert sich auch der Durchflussquerschnitt des Ringraumes (16) bei axialer Verlagerung des Hohlkegels (15)gegenüber dem Kegel (14) nicht linear. Dies führt dazu, dass auch die Voreinstellung der gewünschten Durchflussmenge abhängig von der Axialposition des Hohlkegels (15) gegenüber dem Kegel (14) nicht linear erfolgen kann, so dass insbesondere bei geringen voreinstellbaren Durchflussmengen eine sehr gute Auflösung der Voreinstellung gewährleistet ist.