Stellantrieb für ein Ventil sowie Anordnung mit demselben

Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb für ein Ventil mit einem Betätigungsmittel, einem Stellglied, welches das B etätigungsmittel in Abhängigkeit von Regel- oder Stellgrößen zwischen zwei Endstellungen bewegt, und einem manuell betätigbaren Schaltmittel, mit welchem das Betätigungsmittel in wenigstens eine der beiden Endstellungen unabhängig von den Regel- oder Stellgrößen bewegbar ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Anordnung mit einem solchen Stellantrieb und einem Ventil.

Eine solcher Stellantrieb und eine solche Anordnung sind aus der EP 2 878 814 Al bekannt.

Derartige Stellantriebe werden zum Beispiel zum Steuern oder Regeln eines Raumtemperierungssystems in Gebäuden, um die Innentemperatur eines Raumes in engen Grenzen auf einer angenehmen oder, z.B. bei Kühlhäusern für verderbliche Waren, geeigneten Lagertemperatur zu halten. Dabei regeln oder steuern die Stellantriebe die Durchflussmenge eines die Wärme oder Kälte transportierenden Fluides, zumeist Wasser, durch einen Heiz- oder Kühlkreislauf (nachfolgend zur Vereinfachung einfach Kreislauf genannt), wie zum Beispiel in einem oder mehreren Heizkörpern oder einer Flächenheizung, etwa einer Fußbodenheizung oder W andflächenheizung, oder einer Kühldecke. Der Stellantrieb steuert oder regelt dabei den Durchflussquerschnitt für das Fluid durch ein Ventil, beispielsweise einem RücklaufVentil, seltener auch einem VorlaufVentil.

Der in der EP 2 878 814 Al gezeigte Stellantrieb weist einen Hebel auf, mit welchem sich der Stellantrieb manuell ein- und ausschalten lassen soll.

Aus der DE 195 13 996 Al ist ein Stellantrieb bekannt, bei welchem sich die Stellung eines Ventiltellers mittels eines Schiebers verstellen lässt. Für eine Montage oder Demontage des Stellantriebs an bzw. von dem Ventil sollte der Stellantrieb in die vollständig geöffnete Stellung für das Ventil gefahren werden (Montagestellung), damit keine oder nur sehr geringe Kräfte zwischen dem Betätigungsmittel des Stellantriebs und einem Ventilstift des Ventils wirken, welche sonst insbesondere die Montage aber auch die Demontage stören könnten.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung das Problem zugrunde, einen Stellantrieb und eine Anordnung mit einem solchen Stellantrieb zu schaffen, mit dem sich der Stellantrieb auf einfache und bequeme Weise in eine seiner Endstellungen, insbesondere in die Stellung für das vollständig geöffnete Ventil schalten lässt.

Zur Lösung dieses Problems ist der erfindungsgemäße Stellantrieb dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltmittel ein Exzenter ist, welcher über ein manuelles Betätigungselement betätigbar ist. Die erfindungsgemäße Anordnung weist einen solchen Stellantrieb und ein Ventil auf, welches durch den Stellantrieb in verschiedenen Stellungen zwischen einer vollständig geöffneten und einer vollständig geschlossenen Stellung einstellbar ist, wobei die Anordnung dadurch gekennzeichnet ist, dass das Ventil mittels des Exzenters in eine vollständig geöffnete Stellung einstellbar ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Stellantrieb lässt sich das Ventil schnell und bequem in wenigstens eine seiner Endstellungen, also in der Praxis vollständig offen einstellen. Es ließen sich sogar Zwischenstellungen einfach und bequem einstellen, obwohl dieses für die Praxis kaum von Relevanz ist.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wirkt der Exzenter mit dem Stellglied des Stellantriebes, also nicht direkt mit dem unmittelbar auf den Ventilstift einwirkenden Betätigungsmittel zusammen. Diese Lösung ist konstruktiv einfach auszubilden.

Nach einer weiteren Weiterbildung weist der Exzenter eine Kuppe auf, welche in einer Montagestellung des Exzenters in eine korrespondierende Vertiefung einschnappt. Dieses Einschnappen spürt der Bediener, wenn er den Exzenter in die geöffnete Position verdreht und bekommt so signalisiert, dass sich der Exzenter in der geöffneten Position befindet. Die Vertiefung ist dabei nach einer konstruktiv einfachen Ausgestaltung dem Stellglied zugeordnet.

Ferner kann das Stellglied eine Rampe aufweisen, an welcher eine Außenkontur des Exzenters anliegt, wenn der Exzenter sich in der geschlossenen Position befindet. Hierdurch lässt sich der Exzenter weich und komfortabel verdrehen. Besonders weich und komfortabel ist es, wenn die Rampe eine Tangente zu dem Bereich der Außenkontur des Exzenters bildet, der an der Rampe anliegt, wenn sich der Exzenter in der geschlossenen Position befindet.

Als Betätigungselement eignet sich jedes geeignete Mittel, mit welchem sich ein Exzenter manuell verdrehen lässt. Zum Beispiel käme ein Rändelrad in Betracht. Vorzugsweise wird jedoch ein manuell verschwenkbarer Hebel verwendet.

Der Exzenter und das Betätigungselement können nach einer konstruktiv einfachen Ausgestaltung über einen Wellenstummel miteinander verbunden sein, der dann ggf. gleichzeitig zur Lagerung in einem Gehäuse dienen kann. Besonders einfach wäre eine einstückige Verbindung.

Um ein Eindringen von Staub und anderem Schmutz in das Gehäuse zu verhindern, sollte der Wellenstummel gegen gedichtet sein. Hierfür eignet sich ein Kragen, der mit einer Nut zusammen wirkt. Dabei kann der Kragen dem Wellenstummel und die Nut einer Bohrung in dem Gehäuse zugordnet sein.

Vorzugsweise sind zwei Wellenstummel, denen dann jeweils ein Exzenter zugordnet sein kann, zu einander gegenüberliegenden Seiten vorgesehen. Die Wellenstummel werden dann durch den Hebel brückenartig miteinander verbunden. Dieses ergibt ein optisch ansprechendes Design und eine stabile Lagerung des Hebels, da eventuelle Kippmomente auf den Hebel aus der Schwenkebene heraus gut abgeleitet werden können. Die Drehbewegung des Exzenters kann zusätzlich durch ein Anschlagmittel in Richtung auf die Montagestellung begrenzt werden. Hierdurch wird verhindert, dass der Bediener den Exzenter zu weit dreht und dadurch das Gehäuse aufsprengt. Ferner kann ein Vorspannmittel vorgesehen sein, welches den Exzenter in wenigstens einer Endstellung vorspannt. Der Exzenter und mit ihm sein Betätigungselement (Hebel) ist so in der jeweiligen Stellung vorgespannt ohne zu Wackeln oder gar herunterfallen. Bevorzugt wird der Hebel dabei leicht an das Gehäuse gedrückt Als Vorspannmittel eignet sich eine Nase, die mit einer elastischen Vorspannzunge zusammenwirkt. Dabei kann die Nase dem Exzenter und die Vorspannzunge dem Gehäuse zugeordnet sein. Im Falle von zwei Exzentem können beide oder nur einer der Exzenter über die Vorspannmittel verfugen.

Weitere Merkmale der Erfindung und sich daraus ergebende Vorteile werden nachfolgend anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Stellantrieb mit den Erfindungsmerkmalen in Seitenansicht in einer ersten Stellung; Fig. 2 den Stellantrieb gemäß Fig. 1 in einer Schnittdarstellung in den Ebenen

II-II;

Fig. 3 den Stellantrieb gemäß Fig. 1 in Seitenansicht in teilweise geschnittener Darstellung;

Fig. 4 den Stellantrieb gemäß Fig. 1 in Seitenansicht in einer weiteren Stellung;

Fig. 5 den Stellantrieb in der Stellung gemäß Fig. 4 in einer S chnittdarstellung in der Ebenen V-V;

Fig. 6 den Stellantrieb in der Stellung gemäß Fig. 1 in Seitenansicht in teilweise geschnittener Darstellung; Fig. 7 ein Detail VII aus dem Stellantrieb gemäß Fig. 5; und

Fig. 8 ein Detail VIII aus dem Stellantrieb gemäß Fig. 6.

Der erfindungsgemäße Stellantrieb 10 dient zum Beispiel zum Steuern oder Regeln eines Raumtemperierungssystems in Gebäuden, wie zum Beispiel Heizkörpern oder einer Flächenheizung, etwa einer Fußbodenheizung oder Wandflächenheizung, oder einer Kühldecke. Konkret dient der Stellantrieb 10 zum Öffnen und Schließen eines Ventils 11 für ein Wärme oder Kälte transportierendes Fluid, in der Praxis meist Wasser, durch ein Ventil 11. Bei Flächenheizungen handelt es sich bei dem Ventil 11 in der Regel um das RücklaufVentil.

Der Stellantrieb 10 ist auf dem Ventil 11 montiert. Zu diesem Zweck weist das Ventil 11 im gezeigten Ausfuhrungsbeispiel einen Flansch 12 mit Außengewinde 13 auf, an welchem der Stellantrieb 10 mittels einer Überwurfmutter 14 angeschraubt wird. Das Ventil 11 kann seinerseits in einen RücklaufVerteiler 15 eingebaut sein.

Der Stellantrieb 10 umfasst ein elektrisch ansteuerbares Stellglied 16. Das elektrisch ansteuerbare Stellglied 16 enthält ein in axialer Richtung (Längsachse des Stellantriebs 10) bewegliches B etätigungsmittel 17. Das Betätigungsmittel 17 ist innerhalb des elektrisch ansteuerbaren Stellgliedes 16 angeordnet und weist ein in axialer Richtung längenveränderbares Bauteil, beispielsweise eine Wachspatrone 18, auf, und ist durch eine koaxial dazu konzentrisch angeordnete Spiralfeder 19 vorgespannt. Das längenveränderbare Bauteil kann auch als elektrischer Miniaktuator oder einem anderen geeigneten Aktuator ausgebildet sein. Statt der Spiralfeder 19 sind auch andere eine Vorspannung erzeugende Mittel, beispielsweise ein Ringfederpaket, eine elastische Hülse oder P ermanentmagneten, denkbar.

Der Stellantrieb 10 steuert oder regelt, wie weit das Ventil 11 geöffnet bzw. geschlossen ist, in dem es einstellt, wie weit ein in der beispielhaften Ausfuhrungsform als Ventilteller 20 ausgebildeter Ventilkopf vom zughörigen Ventilsitz 21 abgehoben wird. Dazu ist der Ventilteller 20 mit einem Ventilstift 22 verbunden, welcher an seinem dem Ventilteller 20 gegenüberliegenden Ende mit dem B etätigungsmittel 17 des Stellantriebs 10 zusammen wirkt. Über die axiale Betätigung des Ventilstiftes 22 stellt das B etäti gungsmittel 17 den Abstand vom Ventilteller 20 zum Ventilsitz 21 und damit den Durchflussquerschnitt des Ventils 11 ein.

Zur Montage und Demontage des Stellantriebs 10 vom Ventil 11 sollte das Ventil 11 vollständig geöffnet sein. Zu diesem Zweck weist der erfindungsgemäße Stellantrieb 10 einen manuell betätigbaren Hebel 23 auf.

Der Hebel 23 ist mittels W ellenstummeln 24 in Bohrungen 25 am Gehäuse 26 des Stellantriebs lO gelagert. Ferner ist der Wellenstummel 24 mit einem Kragen 27 versehen, der mit einer korrespondierenden Nut 28 in der Bohrung 25 zusammenwirkt. Durch den Kragen 27 und die Nut 28 ist eine Art Labyrinthdichtung gebildet, durch welche der Wellenstummel 24 gegen das Gehäuse 26 abgedichtet ist. Dadurch wird insbesondere das Eindringen von Staub in das Gehäuse 26 wirksam verhindert. Alternativ kann der Bohrung 25 ein Kragen 27 und dem Wellenstummel 24 eine korrespondierende Nut 28 zugeordnet sein. An ihrer in das Innere des Gehäuses 26 weisenden Seite weist wenigstens einer der

Wellenstummel 24, vorliegend beide Wellenstummel 24, einen Exzenter 29 auf. Der Exzenter wirkt mit dem Stellglied 16 in folgender Weise zusammen:

In der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Stellung mit am Gehäuse 26 anliegenden Hebel 23 wirkt nur ein kleiner Radius der Außenkontur 30 des Exzenters 29. Diese Stellung entspricht der normalen Betriebsstellung des Stellantriebs 10, in welcher der Stellantrieb 10 den Durchflussquerschnitt des Ventils 11 in der oben beschriebenen Weise regelt oder steuert. Das Stellglied 16 befindet sich durch die Feder 19 vorgespannt in einer nach rechts (gemäß der Darstellung in den Fig. 1 bis 3) in Richtung auf das Ventil 11 verschobenen Stellung. In dieser Stellung kann die Wachspatrone 18 das Stellglied 16 gegen die Kraft der Feder 19 in Antwort auf Stellgrößen aus der Heizungsregelung nach rechts vom Ventil 11 weg verschieben. Dabei wird das Stellglied 16 ggf. von der Außenkontur 30 des Exzenters 29 abgehoben. Mit dem Stellglied 16 bewegt sich auch das mit dem Stellglied 16 wirkverbundene B etätigungsmittel 17 und folglich auch der Ventilstift 22 mit dem Ventilteller 20. Für eine Montage oder Demontage wird der Hebel 23 in die in Fig. 4 bis 6 dargestellte Stellung geschwenkt, welche im Rahmen der vorliegenden Offenbarung als Montagestellung bezeichnet wird. Dadurch wird auch der Exzenter 29 verdreht. Aufgrund der exzentrisch ausgebildeten Außenkontur 30 des Exzenters 29 wird dadurch auch das Stellglied 16 nach links (gemäß der Darstellung in Fig. 4 bis 6) vom Ventil 11 weg verschoben. Damit wird auch das B etätigungsmittel 17 vom Ventil 11 weg verschoben. Der Ventilstift 22 und der Ventilteller 20 folgen der Bewegung des Betätigungsmittels 17, da sie in üblicherweise in diese Richtung durch eine Feder (nicht gezeigt) gegenüber dem Ventil 11 vorgespannt sind. Diese Stellung ist die vollständig geöffnete Stellung mit dem größten Durchflussquerschnitt. In dieser Stellung wirken keine oder nur sehr geringe Druckkräfte zwischen dem Betätigungsmittel 17 und dem Ventilstift 22, so dass sich der Stellantrieb 10 gut am Ventil 11 montieren oder von ihm demontieren lässt. Ferner erlaubt das Ventil 11 in dieser Stellung die größte Durchflussmenge für das Fluid zum Spülen des Kreislaufs, falls dieses zum Beispiel beim Einbau des Kreislaufs einmal gewünscht sein sollte.

Der Exzenter 29 ist in einer Tasche 31 im Gehäuse 26 angeordnet. Die Tasche 31 weist eine erste Innenwand 32 auf. Ferner ist dem Exzenter 29 ein Anschlag 34 zugeordnet. In der in Fig. 1 bis 3 gezeigten Stellung des Hebels 23 liegt der Anschlag 34 an der ersten Innenwand 32 an und begrenzt so die Drehbewegung des Exzenters 29 und mit ihm die S chwenkbewegung des Hebels 23 in Richtung auf die Montagestellung. Hierdurch wird verhindert, dass das Gehäuse 26 versehentlich durch zu weites Verschwenken des Hebels 23 aufgesprengt wird.

In der Tasche 31 ist ferner eine elastische Zunge 35 vorgesehen, die im vorliegenden Fall auf der der ersten Innenwand 32 gegenüberliegenden Seite des Exzenters 29 angeordnet ist, aber auch an jeder anderen geeigneten Stelle angeordnet sein kann. Die Zunge 35 wirkt mit einer Nase 36 am Exzenter 29 zusammen. Wird der Hebel 23 in die normale, in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Betriebsstellung für den Stellantrieb 10 geschwenkt, drückt die Zunge 35 elastisch auf die Rastnase 36, wie in Fig. 6 erkennbar Der Exzenter 29 und mit ihm der Hebel 23 werden dadurch in Richtung auf die Betriebsstellung weiter vorgespannt, wenn der Hebel 23 in die Betriebsstellung geschwenkt wurde. So ist sichergestellt, dass der Hebel 23 immer unter einer leichten Vorspannung in dieser Stellung bleibt und nicht klappert oder ungewollt in Richtung auf die andere Stellung gemäß Fig. 4 bis 6 schwenkt, auch dann nicht, wenn er bei eingebautem Stellantrieb 10 unterhalb des Gehäuses 26 angeordnet ist (wie dargestellt). Der Exzenter 29 und das Stellglied 16 sind weiter wie in Fig. 8 näher dargestellt in besonderer Weise ausgebildet. Fig. 8 zeigt dabei den Exzenter 29 in der Montagestellung für das Ventil 11.

Der Exzenter 29 weist eine Kuppe 37 auf, welche die Außenkontur 30 des Exzenters an der der Montagestellung zugeordneten Seite begrenzt. Das Stellglied 16 weist eine zur Kuppe 37 korrespondierende Vertiefung 38 auf, in welche die Kuppe 37 wie in Fig. 8 gezeigt einschnappt, wenn sich der Exzenter 29 in der Montagestellung gemäß Fig. 4 bis 6 befindet. Das Einschnappen der Kuppe 37 in die Vertiefung 38 spürt der Bediener des Hebels 23 und bekommt dadurch signalisiert, dass sich der Exzenter 29 und damit das Ventil 11 in der vollständig geöffneten Position befinden.

Oberhalb der Vertiefung 38 ist das Stellglied 16 mit einer schräg von der Vertiefung 38 weg abfallenden Rampe 39 versehen. Die Rampe 39 befindet sich also von der Vertiefung 38 aus gesehen in der Richtung hin zur Betriebsstellung des Exzenters 29. Wie in Fig. 3 erkennbar, liegt die Außenkontur 30 des Exzenters 29 an der Rampe 39 an, wenn sich der Exzenter in der vollständig geschlossenen Position befindet. Der Winkel der Rampe 39 ist so gewählt, dass die Rampe 39 eine Tangente der Außenkontur 30 des Exzenters 29 bildet, wenn der Exzenter 29 sich in der Betriebsstellung befindet. Hierdurch lässt sich der Exzenter 29 weich und komfortabel öffnen (aus der Betriebsstellung in die Montagestellung verdrehen). Zu dem insoweit beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel sind einige Abwandlungen denkbar, so wäre denkbar, dass der bzw. die Exzenter 29 nicht - gleichsam indirekt - auf dass Stellglied 16 wirken, sondern auf das Betätigungsmittel 17. Auch können die Exzenter 29 an einer anderen geeigneten Stelle am Stellglied 16 angreifen.

Bczuuszcichcnl ist :

10 Stellantrieb

11 Ventil

12 Flansch

13 Außengewinde

14 Überwurfmutter

15 RücklaufVerteiler

16 Stellglied

17 Betätigungsmittel

18 Wachspatrone

19 Spiralfeder

20 Ventilteller

21 Ventilsitz

22 Ventilstift

23 Hebel

24 Wellenstummel

25 Bohrung

26 Gehäuse

27 Kragen

28 Nut

29 Exzenter

30 Außenkontur

31 Tasche

32 Innenwand

34 Anschlag

35 Zunge

36 Nase

37 Kuppe

38 Vertiefung

39 Rampe