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WO2007098630A1 - Valve for throughflow regulation, and method for eliminating vibrations - Google Patents

Valve for throughflow regulation, and method for eliminating vibrations Download PDF

Info

Publication number
WO2007098630A1
WO2007098630A1 PCT/CH2007/000104 CH2007000104W WO2007098630A1 WO 2007098630 A1 WO2007098630 A1 WO 2007098630A1 CH 2007000104 W CH2007000104 W CH 2007000104W WO 2007098630 A1 WO2007098630 A1 WO 2007098630A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
valve
throttle body
flow
control
drive motor
Prior art date
Application number
PCT/CH2007/000104
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Urs Keller
Giuseppe Pulli
Marc Thuillard
Original Assignee
Belimo Holding Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Belimo Holding Ag filed Critical Belimo Holding Ag
Publication of WO2007098630A1 publication Critical patent/WO2007098630A1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K5/00Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary
    • F16K5/08Details
    • F16K5/12Arrangements for modifying the way in which the rate of flow varies during the actuation of the valve
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K47/00Means in valves for absorbing fluid energy
    • F16K47/04Means in valves for absorbing fluid energy for decreasing pressure or noise level, the throttle being incorporated in the closure member
    • F16K47/045Means in valves for absorbing fluid energy for decreasing pressure or noise level, the throttle being incorporated in the closure member and the closure member being rotatable

Definitions

  • the invention relates to a valve for liquid and / or gaseous, flowing media, with a valve housing, which forms a valve chamber provided with at least one inlet and one outlet, and a movable therein and positionable throttle body for controlling the hydraulic cross section, wherein at least one flow path is formed. Furthermore, the invention relates to a method for eliminating vibrations in a control loop with this valve. State of the art
  • Regulators such as gate valves, valves or valves, are used to control the flow rates in the piping to ensure optimum operating conditions and environmental safety.
  • Generic valves are used in particular in the field heating-ventilation-climate, short HVAC.
  • Flow requirement can not be met. If the flow opening of the valve is too large, the flow rate can not be regulated precisely enough and / or control oscillations occur if the flow rate is low. All these effects are undesirable.
  • control quality can be improved with the arrangement of different sized valves for summer and winter.
  • Fig. 1 shows a progressively increasing characteristic K of a known rotary valve.
  • Each valve has characteristic curves K, with the abscissa representing the setting angle or the linear displacement, and the ordinate the percentage of the maximum flow rate. Within an angle ⁇ of 90 °, the flow is increased from 0 to 100% of the maximum flow through the valve.
  • 90 °
  • the flow is increased from 0 to 100% of the maximum flow through the valve.
  • the flow rate is low, it may be necessary to switch to a parallel-connected valve with a lower maximum flow rate.
  • US 5,983,937 A Proposes a three-way valve with two inlets and one outlet for the controlled mixing of cold and hot water streams.
  • a rotatable hollow cylinder In the valve housing while a rotatable hollow cylinder is mounted with different and separate flow openings on the lateral surface.
  • the various flow openings of the hollow cylinder can be aligned with a motor relative to the inlets. Due to an increasing in the direction of rotation flow opening the flow area can be controlled continuously in a single control range.
  • the other flow openings are either completely open or completely closed and are intermittently opened and closed for fine adjustment.
  • Such valves are therefore only of limited suitability, in particular for low flow rates to regulate precisely.
  • the fine adjustment through digital "A ⁇ f-Zu" cycles leads to a discontinuous flow of fluid flows through the valve, which in turn leads to control oscillations.
  • the present invention is therefore an object of the invention to provide a valve of the type mentioned and a method for its operation, which eliminate the disadvantages mentioned.
  • the object is achieved according to the invention in that, when moving in the valve chamber, the throttle body alternatively forms at least two different characteristic curves per flow path.
  • a valve which can be used for a wide variety of applications or for a wide variety of control circuits.
  • the characteristic curve is preferably selected automatically (by an intelligent controller).
  • a control oscillation eliminated or at least mitigated.
  • the unwanted vibrations can z. B. be suppressed by the method which is known from WO 2006 / 105677A2 (Belimo). It is also possible to actuate the valve with a cost-effective drive, because the fine control in various flow areas is substantially facilitated by the proper or adapted characteristic curve.
  • the characteristic curve is determined by the valve design (design of the movable throttle body and interaction with the static flow openings of the housing). defined functional dependence of the flow cross-section or hydraulic cross-section of the valve of the position (eg., Angular graduation, position) of the throttle body understood.
  • the valve according to the invention is a module which he uses as part of his control circuit. So z.
  • the temperature is measured at a location of the HVAC system and the system control circuit determines a system control signal V HVAC (eg as an analog voltage value, as a pulse sequence, as a digital value) which serves as input for the valve according to the invention , Due to this system control signal, the position x of the throttle body is adjusted.
  • V HVAC system control signal
  • the appropriate characteristic K so that the gain G is optimal:
  • , x) is the hydraulic cross section or effective flow and x is the position (eg the angular position) of the throttle body.
  • the position x can be varied per characteristic within a lower and an upper limit x u or X 0 , whereby the areas belonging to different characteristic lines completely, partially or not overlap depending on the construction of the valve. It is understood that G ⁇ O must be in order for a regulation is possible.
  • a flow path in the sense of the invention is a path that the medium (when used as intended) in the valve can take from the inlet to the outlet if the path is not blocked due to the position of the throttle body.
  • the medium (when used as intended) in the valve can take from the inlet to the outlet if the path is not blocked due to the position of the throttle body.
  • valve has control ranges (I, II, III) with different flow openings.
  • the position x of the throttle body is selected by means of at least one drive motor connected to the valve.
  • valves according to the invention are therefore more cost-effective to produce, since expensive precision components, additional valves connected in parallel and complex controls can be dispensed with.
  • the throttle body of the valve according to the invention has at least two (eg separate) control ranges, the control range being different for each control range.
  • a setting range in the sense of the invention allows the continuous adjustment of the flow rate (controlled variable) between zero and a range-specific maximum value. value (u 0 A) which is less than or equal to the maximum possible flow rate (100%) through the valve.
  • the valve according to the invention has two or more control ranges of the throttle body, which operate optimally for different flow rates. At low flow rates, the throttle body can be positioned so that the smaller flow port is in use. If the flow rates increase, the drive motor autonomously moves the throttle body into a different setting range, which is created for larger flow rates.
  • the fine adjustment is preferably carried out by means of the same drive motor, but it can also be used two drive motors. This results in different characteristics for the different control ranges with the same movement of the throttle body.
  • This has the advantage that with a conventional valve drive an extremely precise regulation of the flow rate is achieved without several different valves must be installed in parallel. It is essential that, unlike a conventional valve, an unchangeable throttle body be moved by a motor over a 0 to 100% range.
  • the preferred throttle body according to the invention with at least two selectable separate and substantially equal control ranges with different flow openings allows the position of the throttle body, ie the flow cross-section, to be optimally adapted to the flow rate.
  • valve according to the invention can be realized in various embodiments, for example by
  • the solid disc may be part of the housing.
  • the one disc has at least one passage opening, the other disc has at least two different sizes
  • the one plate has at least one flow opening, the other plate at least two different sized flow openings.
  • the flow cross-section can be set with 0 to 100% of the largest flow opening.
  • the flow cross section is formed by the flow opening and the corresponding counterpart in the valve.
  • a second, smaller flow opening allows only a flow area of 0 to u% of the largest flow opening, where u ⁇ 100.
  • u is in the range of 1 to 50.
  • the first setting range can again be set to a flow cross section from 0 to 100% of the largest flow opening.
  • the flow cross-section is 0 to v% of the largest flow opening, with a third control range 0 to w% of the largest flow opening, ie always related to the first control range, v is preferably in the range of 30 to 60, w in the range from 1 to 20.
  • a throttle body with three actuator An optimal control is possible, but the entire valve is correspondingly more complicated. This is especially true for valves with more than three control ranges, which theoretically allow an even more differentiated control, but in practice increasingly encounter difficulties of a constructive nature. ,
  • Switching to different setting ranges can be done automatically, according to given data, but also manually.
  • control oscillations can occur which are sensitive to normal operation and must be eliminated.
  • control oscillations are eliminated by autonomously guiding the throttle body to a different control range for selecting the operating point by the process-controlled drive motor and adjusting the appropriate characteristic curve by motor.
  • control circuit is designed so that the throttle body is guided by the drive motor autonomously in a lower control range, z. B. by a frequency analysis such as wavelet, Fourier or Min / Max analysis an oscillation is detected.
  • a frequency analysis such as wavelet, Fourier or Min / Max analysis an oscillation is detected.
  • Each setting range of a throttle body has a characteristic curve, as mentioned, depending on the operating point, the appropriate characteristic is selected, for example, the large or small at two control ranges or the large, medium or small at three control ranges:
  • the shapes of the curves can be set independently within certain limits, these are in particular straight or progressive increasing.
  • the choice of the appropriate characteristic at a given operating point is preferably carried out programmatically, in particular by an external controller or a control. Particularly suitable are ASIC (Application Specific Integrated Circuits) or ⁇ P (microprocessor).
  • ASIC Application Specific Integrated Circuits
  • ⁇ P microprocessor
  • the throttle body is autonomously guided by the drive motor into a lower setting range where the throttle body has a smaller flow opening , It should therefore be detected an oscillation before switching to another setting range.
  • the object with respect to the device according to a variant is achieved in that the throttle body has a single flow opening with at least two selectable by means of a drive motor control ranges.
  • the throttle body consists for example of a valve disc fixed to the housing or integrated first disc and a sealingly resting, motor-freely rotatable second disc.
  • the second disc is not only rotatable but also displaceable in the radial direction.
  • a valve housing may have two or more actuator ranges on two plates with a single flow port. This variant includes - if they can be used - all in the dependent claims and the drawings illustrated embodiments of the valve.
  • a valve with the throttle body according to the invention also called a multi-range valve, has a wide range of uses, for example FemMapung
  • multi-range valves according to the invention can be advantageously used everywhere where greatly varying demands are placed on the valves.
  • FIG. 2 shows the characteristics of the valve according to FIG. 2,
  • FIG. 5 shows the characteristics of the valve according to FIG. 4,
  • Fig. 6b shows a variant according to Fig. 6a with a connecting channel 7 shows a spherical, semi-open throttle body
  • FIG. 9 is a schematic of a district heating with a dual-range valve
  • 1 1 is a diagram of a Stell Schemes cels small - large
  • FIG. 14 shows the openings shifted in the x and y directions
  • Fig. 15 shows a circuit arrangement with a valve according to the invention.
  • Fig. 16a-e another embodiment of a spherical throttle body in three mutually rotated 90 ° positions, in the equatorial section and in a perspective view.
  • Fig. 1 shows a characteristic K for a valve according to the prior art.
  • Fig. 2 shows some details of a throttle body 10, which consists of two in a valve chamber surface sealingly superposed discs 12, 14.
  • the first disc 12 is fixedly mounted in a valve chamber of known type or integrated into the valve housing (44 in Figure 7). It is recessed a substantially trapezoidal flow opening 16, which extends in the present case over an angle of about 20 °.
  • the in the Valve chamber coaxially on the first disc 12 lying freely rotatable second disc 14 has in the same peripheral region three arranged in each circle sector of 90 ° differently sized flow openings 18, 20, 22.
  • the boundaries of the flow openings 18, 20, 22 directed towards the center of the second disk 14 are in the direction of rotation or in a tangential direction of the disk. 14 of equal length.
  • the disc 14 is connected via a shaft to a drive motor, not shown, which can rotate the disc 14 positionable clockwise and counterclockwise.
  • the second disc 14 may be fixedly mounted or integrated and the first disc 12 may be rotatable.
  • the flow openings 18, 20, 22 of the second disc 14 extend in the same peripheral region as the flow opening 16 of the first disc 12. All three flow openings 18, 20, 22 extend in a tangential direction counterclockwise, continuously or stepwise, according to the grid of the flow opening 16 of the fixed disc 12. If the second disc 14 is placed coaxially on the first disc 12 and rotated in a clockwise direction, the flow opening formed by both discs extends disproportionately. Obviously, with the flow opening 18, the largest flow cross sections 78 (FIGS. 13, 14) can be achieved, with the flow opening 22 being the smallest.
  • the mentioned drive motor rotates the disc 14 autonomously so that the optimum setting range I, II or III results.
  • Fig. 3 the characteristics of the three control ranges I, II, III of the disc 14 are recorded when the flow opening 18, 20 or 22 moves on the flow opening 16 of the first disc 12.
  • the value 100% for the flow cross-section 78 corresponds to the maximum possible flow rate when the largest portion of the flow opening 18 is in the region of the flow opening 16.
  • With the characteristic K 18 can be achieved by turning the disc 14 by an angle ⁇ of 90 °, a flow rate of 0 - 100%.
  • the characteristic K 20 shows that with the flow opening 20 with a rotation by an angle ⁇ of 90 °, a flow rate of only 40% of the maximum possible flow cross section 78 can be achieved in the adjustment range of the flow opening 22 by an angle ⁇ of 90 ° only a flow rate of almost 20% of the maximum flow cross section 78.
  • a valve with three is the same large adjustment ranges (rotation of the disc 14 by 90 ° in each case) realized, wherein all adjustment ranges continuously adjustable and different control ranges for the flow rate (I: 0 - 100%, II: 0 - have 40% and III: 0 - 20%).
  • the drive motor autonomously selects the operating point on the matching curve K 20 and rotates the disc 14 in the corresponding adjustment range II of the flow opening 20 or III of the flow opening 22nd
  • the discs 12, 14 suitably made of a ceramic or a mechanically strong plastic, such as Teflon. Essential is a good lubricity and the sealing of the flat superimposed discs 12, 14th
  • Fig. 2 shows the discs 12, 14 of a two-way valve
  • Fig. 4a those of a three-way valve are shown.
  • the three-way valve 15 according to FIG. 4b has two inputs A and B and an output AB.
  • Inputs A and B open and close in opposite directions, ie when input A is closed, input B is fully open and vice versa. In all intermediate positions, the media flowing through inputs A and B are mixedly directed to output AB.
  • the fixed disc 12 according to FIG. 4a for a three-way valve has a first flow opening 16 and a second flow opening 24, which is offset by an angle of 120 ° - 150 °.
  • the rotatable disc 14 is designed so that two adjustment ranges I and II result. As shown in FIG. 2, disc 14 may be fixedly mounted or integrated, disc 12 may be rotatable.
  • the flow opening 18 moves via the flow opening 16 in order to set the flow cross section 78 (FIGS. 13, 14) through the inlet A.
  • flow port 20 moves across flow port 24 to adjust the flow through port B.
  • the flow opening 20 moves via the flow opening 16 in order to set the flow cross-section 78 through the inlet A.
  • flow opening 22 via flow opening 24 to adjust the flow through input B.
  • Adjustment range I! is traversed opposite to the adjustment range I in the opposite direction.
  • the characteristics can be adapted to the particular problem by modifying the openings 16-24.
  • FIG. 6 a shows a schematic variant of a throttle body 10.
  • This cylindrical throttle body 10 is rotatable about a rotation axis A, which is indicated by a double arrow 26. Further, this cylindrical throttle body 10 is displaceable in the axial direction A, which is indicated by a further double arrow 28.
  • This cylindrical throttle body 10 has three actuating regions in the axial direction A, which are designated by I, II and III. These three control areas have flow openings of different geometry, in the present school example, the flow opening 32 in the control range I has an elliptical cross-section, the flow opening 34 in the control range Il a rectangular and the flow opening 36 in the control range III a triangular. In industrial practice, the adjustment ranges are of similar geometric shape.
  • the flowing through an inlet 43 and an outlet 45 of a pipe 42 medium 38 is characterized by an arrow.
  • the drive motor initially selects the setting range I, II or III and then rotates the throttle body 30 until the operating point is reached.
  • the two movements can be performed by the same or by two different drive motors.
  • the shape of the characteristic curves in the setting areas I, II and III is determined by the geometric shape of the flow openings 32, 34, 36 and the flow cross section 78 (FIGS. 13, 14) in the valve.
  • Fig. 6b substantially corresponds to Fig. 6a, but it is a fine channel 30 is formed, which extends in the axial direction A and the control areas I, II and III connects. The function of the valve remains unchanged, but it only has one flow opening.
  • the throttle body 10 is spherical, which is freely rotatable about the rotational axis A and positionable by the drive motor, not shown.
  • the semi-open spherical throttle body 10 has a column-shaped large flow opening 47 and a likewise columnar small
  • the large flow opening 47 forms the control range I
  • the small flow opening 49 the control range II.
  • the sealing part 48 of the spherical throttle body 10 against the valve housing 44 is annular and shown with a dashed line. The ball is rotated in both directions by 90 °.
  • Fig. 8 shows a section along the plane E in Fig. 7, wherein in the spherical throttle body 10, the large flow opening 47 and the small flow opening 49 are formed substantially prismatic. The ball is only rotated by 60 ° in one direction or the other. It is a recess 50 for the drive port 46 (Fig. 7) recognizable.
  • FIG. 9 shows one of the numerous uses of the valve 66 according to the invention.
  • the flow temperature in a district heating line 56 is much higher in winter than in summer. This results in completely different operating points for the direct temperature control of domestic hot water in a building 64 with a tap 68.
  • cold water from the drinking water supply is brought directly to a desired temperature via a heat exchanger 62 via a line 54. Due to the strongly fluctuating hot water demand, the regulation is made even more difficult. If the control vibration is too strong, the user may contract burn injuries in a shower, for example.
  • a valve 66 according to the invention is installed, in the present case a two-way valve in throttle circuit.
  • Fig. 10 and Fig. 1 1 describe switching conditions of a control range I with a large flow opening on a control range Il with small flow opening and back. Shown is the time course of the position setpoint S for a valve, which may result from a room temperature control.
  • the valve initially operates in setting range I. If the position setpoint S falls below the threshold value S k and remains below it for an adjustable time period ⁇ t, the throttle body is guided into the setting range II.
  • the valve now operates in adjustment range II to at most the conditions according to FIG be fulfilled.
  • Fig. 1 the opposite case is shown, the control operates initially in the small control range II. As soon as the position setpoint S exceeds the threshold S g , the throttle body changes immediately in the large control range I, otherwise the consumer to be controlled would be under-supplied. The valve now works in setting range I until the conditions according to FIG. 10 are at most met again.
  • a throttle body 10 which comprises a fixed first plate 70 with a rectangular flow opening 74 and a longitudinally and transversely, in the x and y direction, displaceable second plate 72 with a presently congruent flow opening 76.
  • the flow openings do not have to be the same size or the same geometric shape.
  • the two sealingly superimposed plates 70, 72 form depending on the position of the displaceable plate 72 an adjustable flow cross-section 78.
  • the displaceable plate 72 is located on the fixed plate 70, that in the position 0 no flow occurs .
  • the maximum flow cross section 78 is reached at 100%, where the two flow openings 74, 76 are congruent to one another.
  • the flow area 78 is about 30% of the maximum possible value.
  • the drive motor has switched over into the setting range II.
  • the maximum flow cross section 78 is only about 35% of the maximum value at 100% as shown in FIG. 13.
  • the control in the x-direction can be performed much more accurately in the adjustment range II if the flow cross-section 78 drops below a predetermined value.
  • Fig. 15 shows a circuit arrangement according to the invention.
  • a valve module 80 regulates the flow through the conduit 82.
  • a sensor 84 e.g. the temperature measured.
  • the signal from the sensor is sent to the central control circuit 86, which generates the so-called system control signal V (t) in a manner not of further interest here.
  • V (t) the so-called system control signal
  • This is the input signal for the control circuit 88 according to the invention of the valve module 80.
  • the control circuit contains a calculation algorithm which determines the suitable characteristic of the valve 92 and the position x of the throttle body. With these two parameters, the drive motor 90 is controlled, which drives the throttle body in the position which achieves the desired hydraulic cross section.
  • the module can be marketed as a self-contained product. But it is also possible to implement the valve, the motor and the control circuit as separate units.
  • FIGS. 16a to 16e show a further preferred embodiment.
  • the throttle body is formed by a centered with a channel 102 ball 100, which sits in a ball valve housing, as it is z. B. is shown schematically in Fig. 7.
  • the channel 102 forms on each of two opposite surface areas of the ball 100 each a mouth opening 104 and 106, respectively.
  • Each of these mouth openings 104, 106 has an edge region 105, 107 with a contour which (in conjunction with the circular inlet or outlet of the valve housing) Characteristic curve for the rotational position-dependent free (or hydraulic) cross-section forms.
  • a surface closing area 108 (preferably arranged symmetrically with respect to the equatorial plane EE) (compare, in particular, the equatorial section according to Figure 16d), which is sufficiently large so that it can close the inlet and outlet of the valve housing ,
  • the supervisor Area closing region 108 includes a circle in geometric terms corresponding to the diameter of the inlet and outlet. (If the inlet or outlet is not circular but otherwise limited, the surface closure area must accordingly contain a different geometric shape so that it can close at least the cross-sectional area of the inlet or outlet.)
  • the arrangement of the surface closure area 108 thus defining the closed position of the valve.
  • the contour of the edge region 105 provided for the small adjustment range (control range 0 - u%, u ⁇ 100%) encloses a first surface area which is first strip-shaped and then widens wedge-shaped thereafter. Said area is symmetrical in the present example with respect to the equatorial plane E-E of the ball.
  • the contour of the edge region 107 provided for the large adjustment range (control range 0-100%) encloses a circle-like second surface region. Also, this surface area is symmetrical in the present example with respect to the equatorial plane of the sphere.
  • the ball 100 has at the "north pole" on a recess 1 10, in which a (not dargesteller) coupling part of a valve axis can engage against rotation.
  • the adjustment ranges can be realized by differently sized rotation angle ranges of the throttle body. They can be separated or connected directly to each other. The zero position can be provided between the two control ranges, that is the position in which the valve blocks.
  • FIGS. 7, 8 and 16 can also be circular-cylindrical instead of spherical.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)

Abstract

A valve (66) for liquid and/or gaseous, flowing media (38), having a valve housing (44), has a valve chamber which is provided with at least in each case one inlet (43) and outlet (45). A throttle body (10) which is moveable and positionable in said valve chamber serves to regulate the throughflow cross section (78). The throttle body (10), as it moves in the valve chamber, alternatively forms at least two different characteristic curves. The throttle body (10) has at least two separate setting regions (I, II, III), which can be selected by means of at least one drive motor, with different throughflow openings (18, 20, 22, 32, 34, 36, 47, 49). According to one variant, the throttle body (10) has a throughflow opening (16, 18, 74, 76) with at least two setting regions (I, II, III) which can be selected by means of a drive motor. Vibrations (S) in a regulating loop are eliminated by means of the valve (66) by virtue of the throttle body (10) being autonomously guided, in order to select the operating point, into another setting region (I, II, III) by means of the process-controlled drive motor, and the appropriate characteristic curve (K) is set in a motor-driven fashion.

Description

Ventil zur Durchflussregulierung und Verfahren zur Schwingungseliminierung Valve for flow regulation and method for vibration elimination
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil für flüssige und/oder gasförmige, strömende Medien, mit einem Ventilgehäuse, welches eine mit wenigstens je einem Einlauf und einem Auslauf versehene Ventilkammer bildet, und einem darin beweg- und positionierbaren Drosselkörper zur Regelung des hydraulischen Querschnitts, wobei wenigstens ein Durchflusspfad gebildet wird. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Eliminieren von Schwingungen in einem Regelkreis mit diesem Ventil. Stand der TechnikThe invention relates to a valve for liquid and / or gaseous, flowing media, with a valve housing, which forms a valve chamber provided with at least one inlet and one outlet, and a movable therein and positionable throttle body for controlling the hydraulic cross section, wherein at least one flow path is formed. Furthermore, the invention relates to a method for eliminating vibrations in a control loop with this valve. State of the art
In der Industrie und für die Infrastruktur von Siedlungsgebieten werden Medien in Rohrleitungen transportiert, wobei diese auch extrem wechselnden Drücken, Fliessgeschwindigkeiten und Temperaturen ausgesetzt sind. Zum Regeln der Durchflussmengen in den Rohrleitungen werden Regelorgane, beispielsweise Schieber, Klappen oder Ventile, eingesetzt, um optimale Betriebsbedingungen und die Sicherheit der Umwelt zu gewährleisten. Gattungsgemässe Ventile werden insbesondere auf den Gebiet Heizung-Lüftung- Klima, kurz HLK genannt, eingesetzt.In industry and for the infrastructure of residential areas, media are transported in pipelines, which are exposed to extremely changing pressures, flow rates and temperatures. Regulators, such as gate valves, valves or valves, are used to control the flow rates in the piping to ensure optimum operating conditions and environmental safety. Generic valves are used in particular in the field heating-ventilation-climate, short HVAC.
Bei der Regelung der Durchflussmenge spielt der Einbau eines geeigneten Ventils eine we- sentliche Rolle. Ist die Durchflussöffnung des Ventils zu klein, kann ein extrem hoherIn the regulation of the flow rate, the installation of a suitable valve plays an essential role. If the flow opening of the valve is too small, can be extremely high
Durchflussbedarf nicht gedeckt werden. Ist die Durchflussöffnung des Ventils zu gross, kann bei einem kleinen Durchflussbedarf die Durchflussmenge nicht exakt genug geregelt werden und/oder es entstehen Regelschwingungen. Alle diese Effekte sind unerwünscht.Flow requirement can not be met. If the flow opening of the valve is too large, the flow rate can not be regulated precisely enough and / or control oscillations occur if the flow rate is low. All these effects are undesirable.
Zum Beispiel ist bei einer Fernheizung der Energiebedarf im Winter wesentlich höher als im Sommer. Die Regelqualität kann mit der Anordnung von unterschiedlich grossen Ventilen für Sommer und Winter verbessert werden.For example, in district heating the energy demand in winter is much higher than in summer. The control quality can be improved with the arrangement of different sized valves for summer and winter.
Fig. 1 zeigt eine progressiv ansteigende Kennlinie K eines an sich bekannten drehbaren Ventils. Jedes Ventil hat charakteristische Kennlinien K, wobei auf der Abszisse der Stellwinkel oder die Linearverschiebung, auf der Ordinate der prozentuale Anteil der maxi- malen Durchflussmenge aufgetragen ist. Innerhalb eines Winkels α von 90° wird der Durchfluss von 0 auf 100 % der maximalen Durchflussmenge durch das Ventil, erhöht. In der Praxis arbeitet man mit Betriebspunkten auf der vorliegenden Kennlinie K gemäss Fig. 1, insbesondere im unteren Bereich. Bei geringer Durchflussmenge kann gegebenenfalls auf ein parallel geschaltetes Ventil mit einer geringeren maximalen Durchflussmenge umgeschaltet werden.Fig. 1 shows a progressively increasing characteristic K of a known rotary valve. Each valve has characteristic curves K, with the abscissa representing the setting angle or the linear displacement, and the ordinate the percentage of the maximum flow rate. Within an angle α of 90 °, the flow is increased from 0 to 100% of the maximum flow through the valve. In practice, one works with operating points on the present characteristic curve K according to FIG. 1, in particular in the lower region. If the flow rate is low, it may be necessary to switch to a parallel-connected valve with a lower maximum flow rate.
In der US 4,391,265 A (Chen) wird ein Dreiweg-Gasventil mit einem Einlass und zwei Auslässen beschrieben. Zur Einstellung des Gasflusses wird ein im Gehäuse des Ventils integrierter Zylinder bzw. ein Drosselkörper, welcher mehrere radiale Durchstiche aufweist, eingesetzt. Ein Servomotor dreht den Drosselkörper so, dass der Einlass und ein erster Auslass des Ventils durch einen der Durchstiche im Zylinder verbunden werden. Durch die unterschiedlichen Durchmesser der Durchstiche können unterschiedliche diskrete Durchflussquerschnitte eingestellt werden. Solche Ventile eignen sich aber nur sehr schlecht zur dynamischen Regelung von Durchflussmengen, da keine stufenlosen Stellbereiche vorhanden sind, welche ein kontinuierliches Verändern der Durchflussmengen ermöglichen. Daraus resultieren unerwünschte Regelschwingungen, welche insbesondere eine präzise Regulierung von kleinen Durchflussmengen stark erschweren.In US 4,391,265 A (Chen), a three-way gas valve having an inlet and two outlets is described. To adjust the gas flow is integrated in the housing of the valve cylinder or a throttle body, which has several radial punctures has used. A servomotor rotates the throttle body so that the inlet and a first outlet of the valve are connected by one of the punctures in the cylinder. Due to the different diameter of the punctures different discrete flow cross sections can be adjusted. However, such valves are only very bad for the dynamic control of flow rates, since no continuous control ranges are available, which allow a continuous change in the flow rates. This results in unwanted control vibrations, which in particular make it difficult to precisely regulate small flow rates.
Die DE 29 47 229 A1 (Hansa Metallwerke AG) offenbart ein kontinuierlich einstellbares Steuerscheibenventil, insbesondere für den Sanitärbereich. Dabei sind eine fix montierte Festscheibe und eine darauf liegende und drehbare Steuerscheibe in einem Armaturengehäuse mit zwei Auslässen und zwei Einlassen angebracht. Die Fest- und die Steuerscheibe weisen beide mehrere übereinander liegende, unterschiedlich ausgeformte Öffnungen auf, die teilweise miteinander verbunden sind. Bei einer Drehung der Steuer- scheibe ergeben sich so unterschiedliche Durchflussöffnungen, welche im Ventil seriell miteinander verbunden sind. Damit wird ein einzelner Stellbereich definiert, welcher die Vermischung von Kalt- und Heisswasser ermöglicht. Geringe Durchflussmengen lassen sich aber auch mit diesem Ventiltyp nicht präzise einstellen oder regeln.DE 29 47 229 A1 (Hansa Metallwerke AG) discloses a continuously adjustable control disk valve, in particular for the sanitary sector. In this case, a fixed mounted fixed disk and a rotatable control disk lying on it and mounted in a valve body with two outlets and two inlets. The fixed and the control disc both have a plurality of superimposed, differently shaped openings, which are partially connected to each other. With a rotation of the control disc, so different flow openings, which are connected in series with each other in the valve. This defines a single adjustment range, which allows the mixing of cold and hot water. However, low flow rates can not be set or regulated precisely with this type of valve.
Die US 5,983,937 A (Makihara et al.) schlägt ein Dreiweg-Ventil mit zwei Einlaufen und einem Auslass zur geregelten Mischung von Kalt- und Heisswasserströmen vor. Im Ventilgehäuse ist dabei ein drehbarer Hohlzylinder mit unterschiedlichen und getrennten Durchflussöffnungen an der Mantelfläche angebracht. Zur Regelung der Durchflussquerschnitte der zwei Einlasse, können die verschiedenen Durchflussöffnungen des Hohlzylinders mit einem Motor relativ zu den Einlassen ausgerichtet werden. Aufgrund einer sich in der Drehrichtung vergrössernden Durchflussöffnung kann der Durchflussquerschnitt in einem einzigen Stellbereich kontinuierlich geregelt werden. Die weiteren Durchflussöffnungen sind entweder ganz offen oder ganz geschlossen und werden für eine Feinregulierung intermittierend auf und zu gemacht. Eine kontinuierliche Regelung der Durchflussmenge durch eigentliche Stellbereiche ist damit aber nicht möglich. Derartige Ventile sind daher nur bedingt geeignet, um insbesondere geringe Durchflussmengen präzise zu regeln. Die Feinregulierung durch digitale „Aύf-Zu "-Zyklen führt zu. einem diskontinuierlichen Fluss von Fluidströmen durch das Ventil, was wiederum zu Regelschwingungen führt.US 5,983,937 A (Makihara et al.) Proposes a three-way valve with two inlets and one outlet for the controlled mixing of cold and hot water streams. In the valve housing while a rotatable hollow cylinder is mounted with different and separate flow openings on the lateral surface. To control the flow cross sections of the two inlets, the various flow openings of the hollow cylinder can be aligned with a motor relative to the inlets. Due to an increasing in the direction of rotation flow opening the flow area can be controlled continuously in a single control range. The other flow openings are either completely open or completely closed and are intermittently opened and closed for fine adjustment. However, a continuous control of the flow rate through actual control ranges is not possible. Such valves are therefore only of limited suitability, in particular for low flow rates to regulate precisely. The fine adjustment through digital "Aύf-Zu" cycles leads to a discontinuous flow of fluid flows through the valve, which in turn leads to control oscillations.
Weist ein Ventil bekannter Bauart nicht den optimalen Regelbereich auf, muss also eine unpräzise Einstellung oder das Umschalten auf ein anderes Ventil mit einer anderen Kennlinie K in Kauf genommen werden.If a valve of known design does not have the optimum control range, then an imprecise setting or switching to another valve with a different characteristic K must be accepted.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der eingangs genannten Art und ein Verfahren zu dessen Betrieb zu schaffen, welche die erwähnten Nachteile beseitigen.The present invention is therefore an object of the invention to provide a valve of the type mentioned and a method for its operation, which eliminate the disadvantages mentioned.
In Bezug auf das Ventil wird die Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Drosselkörper beim Bewegen in der Ventilkammer pro Durchflusspfad alternativ wenigstens zwei unterschiedliche Kennlinien bildet.With regard to the valve, the object is achieved according to the invention in that, when moving in the valve chamber, the throttle body alternatively forms at least two different characteristic curves per flow path.
Mit der Erfindung wird ein Ventil geschaffen, welches für verschiedenste Anwendungen bzw. für verschiedenste Regelkreise einsetzbar ist. Indem mindestens zwei unterschiedliche Kennlinien im Ventil integriert sind und zwischen diesen umgeschaltet werden kann, kann im Rahmen der konkreten Anwendung die jeweils vorteilhaftere Kennlinie gewählt werden. Die Wahl der Kennlinie erfolgt dabei vorzugsweise automatisch (durch eine intelligente Steuerung). Durch das Umschalten zwischen den beiden Kennlinien während des Betriebs kann z.B. eine Regelungsschwingung eliminiert oder zumindest abgeschwächt werden. Die unerwünschten Schwingungen können z. B. nach dem Verfahren unterdrückt werden, welches aus der WO 2006/105677A2 (Belimo) bekannt ist. Es ist auch möglich, das Ventil mit einem kostengünstigen Antrieb zu betätigen, weil die Feinregelung in verschiedenen Durchfluss-Bereichen durch die richtige bzw. angepasste Kennlinie wesent- lieh erleichtert wird.With the invention, a valve is provided which can be used for a wide variety of applications or for a wide variety of control circuits. By at least two different characteristics are integrated in the valve and can be switched between them, the more advantageous characteristic can be selected in the context of the specific application. The characteristic curve is preferably selected automatically (by an intelligent controller). By switching between the two characteristics during operation, e.g. a control oscillation eliminated or at least mitigated. The unwanted vibrations can z. B. be suppressed by the method which is known from WO 2006 / 105677A2 (Belimo). It is also possible to actuate the valve with a cost-effective drive, because the fine control in various flow areas is substantially facilitated by the proper or adapted characteristic curve.
Als Kennlinie wird die durch die Ventilkonstruktion (Gestaltung des beweglichen Drosselkörpers und Zusammenwirken mit den statischen Durchflussöffnungen des Gehäuses) definierte funktionelle Abhängigkeit des Durchflussquerschnitts bzw. hydraulischen Querschnitts des Ventils von der Position (z. B. Winkelsteilung, Lage) des Drosselkörpers verstanden. Ein Ventil, dessen Querschnitt entweder offen oder zu ist, das also den Durchfluss "digital" ein und ausschaltet, bildet keine Kennlinie im Sinn der Erfindung. Einem solchen Ventil kann kein Gain (siehe unten) zugeordnet werden. Unterschiede in der Kennlinie ergeben sich, wenn z. B. die maximalen Durchflussquerschnitte unterschiedlich gross sind oder wenn z. B. der Verlauf bzw. Gradient der Kennlinien nicht identisch ist. Dabei ist es ohne weiteres noch im Rahmen der Erfindung (aber weniger bevorzugt), wenn die Kennlinien bereichsweise gleich sind.The characteristic curve is determined by the valve design (design of the movable throttle body and interaction with the static flow openings of the housing). defined functional dependence of the flow cross-section or hydraulic cross-section of the valve of the position (eg., Angular graduation, position) of the throttle body understood. A valve whose cross section is either open or closed, that is, the flow "digital" on and off, forms no characteristic in the spirit of the invention. No gain (see below) can be assigned to such a valve. Differences in the characteristic arise when z. B. the maximum flow cross sections are different sizes or if z. B. the course or gradient of the characteristics is not identical. It is readily within the scope of the invention (but less preferred), when the curves are equal in areas.
Für den Anwender ist das erfindungsgemässe Ventil ein Modul, welches er als Teil seiner Regelschaltung einsetzt. So wird z. B. an einem Ort des HLK-Systems die Temperatur gemessen und mit der Regelschaltung des Systems ein System-Stellsignal VHLK (z. B. als analoger Spannungswert, als Pulsfolge, als digitaler Wert) ermittelt, welches als Input für das erfindungsgemässe Ventil dient. Aufgrund dieses System-Stellsignals wird die Position x der Drosselkörper eingestellt. Dabei ist es beim erfindungsgemässen Ventil (wie oben erwähnt) möglich, die geeignete Kennlinie K; auszuwählen, so dass der Gain G optimal ist:For the user, the valve according to the invention is a module which he uses as part of his control circuit. So z. For example, the temperature is measured at a location of the HVAC system and the system control circuit determines a system control signal V HVAC (eg as an analog voltage value, as a pulse sequence, as a digital value) which serves as input for the valve according to the invention , Due to this system control signal, the position x of the throttle body is adjusted. It is in the inventive valve (as mentioned above) possible, the appropriate characteristic K; so that the gain G is optimal:
OXOX
Wobei F(K|,x) der hydraulische Querschnitt bzw. der effektive Durchfluss und x die Position (z.B. die Winkelstellung) des Drosselkörpers ist. Die Position x kann pro Kennlinie variiert werden innerhalb einer unteren und einer oberen Grenze xu bzw. X0, wobei die zu verschiedenen Kennlinien gehörenden Bereiche je nach Konstruktion des Ventils vollständig, teilweise oder gar nicht überlappen. Es versteht sich, dass G ≠ O sein muss, damit eine Regelung möglich ist.Where F (K |, x) is the hydraulic cross section or effective flow and x is the position (eg the angular position) of the throttle body. The position x can be varied per characteristic within a lower and an upper limit x u or X 0 , whereby the areas belonging to different characteristic lines completely, partially or not overlap depending on the construction of the valve. It is understood that G ≠ O must be in order for a regulation is possible.
Weil die mindestens zwei Kennlinien pro Durchflusspfad alternativ wirken, können in einem gewünschten Regelbereich zu einem bestimmten System-Stellwert VHLK und einem gewählten Querschnittswert zwei (oder mehr) alternative Gains G(i=1 ,x) und G(i=2,x) etc. existieren. Insoweit ist ein klarer Unterschied zu den bekannten Mischventilen gegeben, bei welchen für den Warmwasserpfad und den Kaltwasserpfad unterschiedliche Kennlinien anwendbar sein können, diese aber immer simultan auf die parallelen Wasserpfade einwirken, so dass zu einem bestimmten System-Stellsignal (Mischverhältnis) effektiv nur ein Gain möglich ist.Because the at least two characteristic curves per flow path act alternatively, two (or more) alternative gains G (i = 1, x) and G (i = 2, x) can be produced in a desired control range for a specific system control value V HLK and a selected cross-sectional value ) etc. exist. In that regard, there is a clear difference to the known mixing valves, in which different characteristics can be applicable to the hot water path and the cold water path, but these always act simultaneously on the parallel water paths, so that for a given system control signal (mixing ratio) effectively only one gain is possible.
Ein Durchflusspfad im Sinn der Erfindung ist ein Weg, den das Medium (bei bestim- mungsgemässer Benutzung) im Ventil vom Eingang zum Ausgang nehmen kann, wenn der Pfad nicht aufgrund der Position des Drosselkörpers gesperrt ist. Beispielsweise bei einem Mischventil gibt es also zwei Durchflusspfade, einen für das warme Medium und einen für das kalte Medium, wobei die Durchflusspfade ausgangsseitig des Ventils zusammen fallen.A flow path in the sense of the invention is a path that the medium (when used as intended) in the valve can take from the inlet to the outlet if the path is not blocked due to the position of the throttle body. For example, in the case of a mixing valve, there are two flow paths, one for the warm medium and one for the cold medium, with the flow paths falling together on the output side of the valve.
Mit der Erfindung wird eine kontinuierliche Regelung (im Gegensatz zu einer ein/aus- Steuerung) innerhalb unterschiedlicher Regelbereiche ermöglicht. Mit anderen Worten: Das Ventil besitzt Stellbereiche (I, II, III) mit unterschiedlichen Durchflussöffnungen. Die Position x des Drosselkörpers wird mittels wenigstens eines mit dem Ventil verbundenen Antriebsmotors angewählt.With the invention, continuous control (as opposed to on / off control) is enabled within different control ranges. In other words, the valve has control ranges (I, II, III) with different flow openings. The position x of the throttle body is selected by means of at least one drive motor connected to the valve.
Im Unterschied zum Stand der Technik kann dadurch die Durchflussmenge durch das Ventil in allen Regelbereichen kontinuierlich von 0 - 100 % präzise eingestellt und geregelt werden. Es wird auch bei Regelbereichen mit geringen Durchflussmengen eine präzise Regelung erreicht, ohne dass das Ventil insgesamt auf kleine Durchflussmengen beschränkt sein muss. Dabei genügt ein einziger für alle Regelbereiche verwendbarer Antriebsmotor. Verglichen mit Ventilen nach dem bekannten Stand der Technik, führt dies insbesondere zu einer deutlichen Reduktion von Regelschwingungen, welche sich bisher nur durch Verwendung von mehreren parallel geschalteten Ventilen mit unterschiedlichen Regelbereichen unterdrücken lassen. Die erfindungsgemässen Ventile sind daher kostengünstiger herzustellen, da auf teure Präzisionskomponenten, parallel geschaltete Zusatzventile und komplexe Ansteuerungen verzichtet werden kann.In contrast to the prior art, this allows the flow rate through the valve in all control ranges continuously adjusted and controlled continuously from 0 - 100%. Precise control is also achieved in low flow control ranges, without the need for the valve to be limited to small flow rates. It suffices a single usable for all control ranges drive motor. Compared with valves according to the known state of the art, this leads in particular to a significant reduction of control oscillations, which so far can only be suppressed by using several valves connected in parallel with different control ranges. The valves according to the invention are therefore more cost-effective to produce, since expensive precision components, additional valves connected in parallel and complex controls can be dispensed with.
Der Drosselkörper des erfindungsgemässen Ventils weist wenigstens zwei (z. B. getrennte) Stellbereiche auf, wobei der Regelbereich für jeden Stellbereich unterschiedlich ist. Ein Stellbereich im erfindungsgemässen Sinn erlaubt dabei die kontinuierliche Einstellung der Durchflussmenge (Regelgrösse) zwischen Null und einem bereichsspezifischen Maximal- wert (u 0A), welcher kleiner oder gleich der maximal möglichen Durchflussmenge (100 %) durch das Ventil ist. Das erfindungsgemässe Ventil hat mit anderen Worten zwei oder mehrere Stellbereiche des Drosselkörpers, die für unterschiedliche Durchflussmengen optimal arbeiten. Bei kleinen Durchflussmengen kann der Drosselkörper so positioniert werden, dass die kleinere Durchflussöffnung im Einsatz ist. Vergrössem sich die Durchflussmengen, führt der Antriebsmotor den Drosselkörper autonom in einen anderen Stellbereich, der für grossere Durchflussmengen geschaffen ist. Innerhalb dieses und der anderen Stellbereiche erfolgt die Feineinstellung vorzugsweise mittels des gleichen Antriebsmotors, es können jedoch auch zwei Antriebsmotoren eingesetzt werden. Damit ergeben sich für die verschiedenen Stellbereiche bei gleicher Bewegung des Drosselkörpers unterschiedliche Kennlinien. Dies hat den Vorteil, dass mit einem herkömmlichen Ventilantrieb eine äusserst präzise Regulierung der Durchflussmenge erreicht wird, ohne dass mehrere unterschiedliche Ventile parallel installiert werden müssen. Es ist von wesentlicher Bedeutung, dass nicht - wie bei einem herkömmlichen Ventil - ein unveränderlicher Drosselkörper von einem Motor über einen Stellbereich von 0 bis 100 % bewegt wird. Der bevorzugte erfindungsgemässe Drosselkörper mit wenigstens zwei anwählbaren getrennten und im Wesentlichen gleich grossen Stellbereichen mit unterschiedlichen Durchflussöffnungen erlaubt, dass die Position des Drosselkörpers, d.h. der Durchflussquerschnitt, der Durchflussmenge optimal angepasst werden kann.The throttle body of the valve according to the invention has at least two (eg separate) control ranges, the control range being different for each control range. A setting range in the sense of the invention allows the continuous adjustment of the flow rate (controlled variable) between zero and a range-specific maximum value. value (u 0 A) which is less than or equal to the maximum possible flow rate (100%) through the valve. In other words, the valve according to the invention has two or more control ranges of the throttle body, which operate optimally for different flow rates. At low flow rates, the throttle body can be positioned so that the smaller flow port is in use. If the flow rates increase, the drive motor autonomously moves the throttle body into a different setting range, which is created for larger flow rates. Within this and the other control ranges, the fine adjustment is preferably carried out by means of the same drive motor, but it can also be used two drive motors. This results in different characteristics for the different control ranges with the same movement of the throttle body. This has the advantage that with a conventional valve drive an extremely precise regulation of the flow rate is achieved without several different valves must be installed in parallel. It is essential that, unlike a conventional valve, an unchangeable throttle body be moved by a motor over a 0 to 100% range. The preferred throttle body according to the invention with at least two selectable separate and substantially equal control ranges with different flow openings allows the position of the throttle body, ie the flow cross-section, to be optimally adapted to the flow rate.
In der Praxis lässt sich das erfindungsgemässe Ventil in verschiedensten Ausführungsformen realisieren, beispielsweise durchIn practice, the valve according to the invention can be realized in various embodiments, for example by
eine Kombination einer festen und einer frei drehbaren, motorisch angetriebenen Scheibe, welche dichtend, auch vollflächig dichtend, aufeinander liegen. Die feste Scheibe kann Bestandteil des Gehäuses sein. Die eine Scheibe hat wenigstens eine Durchlassöffnung, die andere Scheibe hat wenigstens zwei unterschiedlich grossea combination of a fixed and a freely rotatable, motor-driven disc, which sealing, even full-surface sealing, each other. The solid disc may be part of the housing. The one disc has at least one passage opening, the other disc has at least two different sizes
Durchlassöffnungen, welche bevorzugt in einer Bewegungsrichtung gleich lang ausgestaltet sind. Die Durchlassöffnungen der beiden Scheiben müssen in geeigneter Weise überlappen.Through openings, which are preferably designed to be the same length in a direction of movement. The apertures of the two discs must overlap appropriately.
- eine Kombination einer fest installierten oder in das Gehäuse integrierten Platte und einer längs- und/oder querverschiebbaren dichtend aufliegenden, motorisch angetriebenen Platte. Die eine Platte hat wenigstens eine Durchflussöffnung, die andere Platte wenigstens zwei unterschiedlich grosse Durchflussöffnungen.- A combination of a fixed or integrated in the housing plate and a longitudinally and / or transversely displaceable sealingly resting, motor-driven plate. The one plate has at least one flow opening, the other plate at least two different sized flow openings.
- einen in einem Ventilgehäuse in Längsrichtung verschiebbaren und frei drehbaren zylindrischen Drosselkörper mit unterschiedlich grossen Durchlassöffnungen.- One in a valve housing in the longitudinal direction displaceable and freely rotatable cylindrical throttle body with different sized passage openings.
- eine in einem Ventilgehäuse frei drehbare Kugel mit wenigstens zwei im wesentlichen keilförmigen, unterschiedlich grossen Drosselspalten oder zwei im wesentlichen pris- matischen Löchern durch die Kugelmitte, die zueinander abgewinkelt sind.- A freely rotatable in a valve housing ball with at least two substantially wedge-shaped, different sized throttle gaps or two substantially prismatic holes through the ball center, which are angled to each other.
Beispiele für die vorgenannten Ausführungsformen des erfindungsgemässen Ventils werden in der Zeichnungsbeschreibung näher erläutert.Examples of the aforementioned embodiments of the inventive valve are explained in more detail in the drawing description.
Je nach dem Einsatzbereich des Ventils werden in der Regel meist zwei Stellbereiche für . die Durchflussmenge vorgesehen. In einem ersten Stellbereich kann der Durchflussquerschnitt mit 0 bis 100 % der grössten Durchflussöffnung eingestellt werden. Der Durchflussquerschnitt wird gebildet von der Durchflussöffnung und dem entsprechenden Gegenstück im Ventil. Eine zweite, kleiner dimensionierte Durchflussöffnung erlaubt nur einen Durchflussquerschnitt von 0 bis u % der grössten Durchflussöffnung, wobei u < 100 ist. Vorzugsweise liegt u im Bereich von 1 bis 50. Andererseits sind in der Praxis kaum Verwendungsmöglichkeiten denkbar, welche einen Stellbereich von weniger als 1 % der grosseren Durchflussöffnung erforderlich machen. Es kann nach einer Variante der Erfindung sinnvoll sein, zwei Durchflussöffnungen mit gleichem oder ähnlichem Maximalwert einzusetzen, die eine unterschiedliche Kennlinienform haben.Depending on the area of application of the valve are usually usually two control ranges for. the flow rate provided. In a first setting range, the flow cross-section can be set with 0 to 100% of the largest flow opening. The flow cross section is formed by the flow opening and the corresponding counterpart in the valve. A second, smaller flow opening allows only a flow area of 0 to u% of the largest flow opening, where u <100. Preferably u is in the range of 1 to 50. On the other hand, in practice hardly any applications are conceivable which make a setting range of less than 1% of the larger flow opening required. It may be useful according to a variant of the invention to use two flow openings with the same or similar maximum value, which have a different characteristic shape.
Bei einem Ventil mit drei Stellbereichen kann der erste Stellbereich wiederum einen Durchflussquerschnitt von 0 bis 100 % der grössten Durchflussöffnung eingestellt werden. In einem zweiten Stellbereich liegt der Durchflussquerschnitt bei 0 bis v % der grössten Durchflussöffnung, bei einem dritten Stellbereich bei 0 bis w % der grössten Durchflussöffnung, d. h. immer bezogen auf den ersten Stellbereich, v liegt vorzugsweise im Bereich von 30 bis 60, w im Bereich von 1 bis 20. Ein Drosselkörper mit drei Stell- bereichen lässt eine optimale Regelung zu, das ganze Ventil ist jedoch entsprechend komplizierter. Dies gilt insbesondere für Ventile mit mehr als drei Stellbereichen, welche theoretisch eine noch differenziertere Regelung zulassen, in der Praxis jedoch zunehmend auf Erschwernisse konstruktiver Art stossen. .In the case of a valve with three setting ranges, the first setting range can again be set to a flow cross section from 0 to 100% of the largest flow opening. In a second adjustment range, the flow cross-section is 0 to v% of the largest flow opening, with a third control range 0 to w% of the largest flow opening, ie always related to the first control range, v is preferably in the range of 30 to 60, w in the range from 1 to 20. A throttle body with three actuator An optimal control is possible, but the entire valve is correspondingly more complicated. This is especially true for valves with more than three control ranges, which theoretically allow an even more differentiated control, but in practice increasingly encounter difficulties of a constructive nature. ,
Das Umschalten in verschiedene Stellbereiche kann automatisch, nach vorgegebenen Daten, aber auch manuell erfolgen. Bei einem nicht optimalen Stellbereich können Regelschwingungen entstehen, welche einen Normalbetrieb empfindlich stören und eliminiert werden müssen.Switching to different setting ranges can be done automatically, according to given data, but also manually. In the case of a non-optimal setting range, control oscillations can occur which are sensitive to normal operation and must be eliminated.
Diese Regelschwingungen werden erfindungsgemäss dadurch eliminiert, dass der Drosselkörper zur Auswahl des Betriebspunktes durch den prozessgesteuerten Antriebsmotor autonom in einen anderen Stellbereich geführt und die passende Kennlinie motorisch eingestellt wird.According to the invention, these control oscillations are eliminated by autonomously guiding the throttle body to a different control range for selecting the operating point by the process-controlled drive motor and adjusting the appropriate characteristic curve by motor.
Vorzugsweise ist die Steuerschaltung so ausgebildet, dass der Drosselkörper durch den Antriebsmotor autonom in einen niedrigeren Stellbereich geführt wird, z. B. durch eine Frequenzanalyse wie Wavelet-, Fourier- oder Min/Max-Analyse eine Oszillation festgestellt wird.Preferably, the control circuit is designed so that the throttle body is guided by the drive motor autonomously in a lower control range, z. B. by a frequency analysis such as wavelet, Fourier or Min / Max analysis an oscillation is detected.
Spezielle und weiterbildende Ausführungsformen des Verfahrens sind Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen.Specific and further developing embodiments of the method are the subject of dependent claims.
Jeder Stellbereich eines Drosselkörpers hat eine charakteristische Kennlinie, wie erwähnt wird je nach Betriebspunkt die passende Kennlinie gewählt, beispielsweise die grosse oder kleine bei zwei Stellbereichen oder die grosse, mittlere oder kleine bei drei Stellbereichen:Each setting range of a throttle body has a characteristic curve, as mentioned, depending on the operating point, the appropriate characteristic is selected, for example, the large or small at two control ranges or the large, medium or small at three control ranges:
- Die Stellzeit von 0 bis zu den entsprechenden 100 % bleibt gleich, auch wenn die Durchflussmenge grösser oder kleiner ist.- The positioning time from 0 to the corresponding 100% remains the same, even if the flow rate is greater or smaller.
- Die Formen der Kennlinien können innerhalb gewisser Grenzen unabhängig voneinander festgelegt werden, diese sind insbesondere gerade oder progressiv ansteigend. Die Wahl der passenden Kennlinie bei gegebenem Betriebspunkt erfolgt bevorzugt programmgesteuert, insbesondere durch einen externen Regler oder ein Steuerelement. Besonders geeignet sind ASIC (Application Specific Integrated Circuits) oder μP (Mikroprozessor). Die Umschaltung von einem Stellbereich in einen anderen wird beispielsweise durch Regelschwingungen ausgelöst. Falls während einer bestimmten, vorgegebenen Zeitperiode Δt der Positionssollwert des Ventils einen ebenfalls vorgegebenen ersten Sollwert nicht überschreitet und während dieser Zeit vorzugsweise eine Minimalanzahl von Schwingungen stattgefunden hat, wird der Drosselkörper vom Antriebsmotor autonom in einen niedrigeren Stellbereich geführt, wo der Drosselkörper eine kleinere Durchflussöffnung aufweist. Es sollte also eine Oszillation detektiert werden, bevor eine Umschaltung in einen anderen Stellbereich erfolgt.- The shapes of the curves can be set independently within certain limits, these are in particular straight or progressive increasing. The choice of the appropriate characteristic at a given operating point is preferably carried out programmatically, in particular by an external controller or a control. Particularly suitable are ASIC (Application Specific Integrated Circuits) or μP (microprocessor). The changeover from one setting range to another is triggered, for example, by control oscillations. If, during a certain predetermined period of time Δt, the position setpoint value of the valve does not exceed a predetermined first setpoint value and a minimum number of oscillations have preferably occurred during this time, the throttle body is autonomously guided by the drive motor into a lower setting range where the throttle body has a smaller flow opening , It should therefore be detected an oscillation before switching to another setting range.
- Falls der Positionssollwert des Ventils einen vorgegebenen zweiten Sollwert über- schreitet, schaltet der Antriebsmotor unverzüglich autonom in den höheren- If the position setpoint of the valve exceeds a specified second setpoint, the drive motor immediately switches autonomously to the higher one
Stellbereich.Range.
Die Aufgabe bezüglich der Vorrichtung nach einer Variante wird dadurch gelöst, dass der Drosselkörper eine einzige Durchflussöffnung mit wenigstens zwei mittels eines Antriebs- motors anwählbaren Stellbereichen aufweist.The object with respect to the device according to a variant is achieved in that the throttle body has a single flow opening with at least two selectable by means of a drive motor control ranges.
Der Drosselkörper besteht beispielsweise aus einer am Ventilgehäuse befestigten oder darin integrierten ersten Scheibe und einer dichtend aufliegenden, motorisch frei drehbaren zweiten Scheibe. Ein im Querschnitt vorzugsweise runder, elliptischer oder rechteckiger Durchstich durchgreift beide Scheiben. Die zweite Scheibe ist nicht nur drehbar, sondern auch in radialer Richtung verschiebbar. Analog kann ein Ventilgehäuse an zwei Platten mit einer einzigen Durchflussöffnung zwei oder mehr Stellbereiche haben. Diese Variante umfasst - sofern diese verwendet werden können - alle in den abhängigen Patentansprüchen und der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen des Ventils.The throttle body consists for example of a valve disc fixed to the housing or integrated first disc and a sealingly resting, motor-freely rotatable second disc. A preferably cross-sectionally round, elliptical or rectangular puncture penetrates both panes. The second disc is not only rotatable but also displaceable in the radial direction. Similarly, a valve housing may have two or more actuator ranges on two plates with a single flow port. This variant includes - if they can be used - all in the dependent claims and the drawings illustrated embodiments of the valve.
Ein Ventil mit dem erfindungsgemässen Drosselkörper, auch Mehrbereichsventil genannt, findet einen breiten Verwendungsbereich, beispielsweise FemheizungA valve with the throttle body according to the invention, also called a multi-range valve, has a wide range of uses, for example Femheizung
Heizen/Kühlen in Change Over-Systemen Kühlen/Entfeuchten in KaltwasserkreisenHeating / cooling in change over systems Cooling / dehumidifying in cold water circuits
Änderungen an einem Gebäude (Umbau, Renovation, Mieterausbau) - Hohe/tiefe Druckdifferenzen, z. B. lange Versorgungsleitungen zwischen verschiedenen Zonen einer Anlage.Changes to a building (reconstruction, renovation, tenant development) - High / low pressure differences, eg. B. long supply lines between different zones of a plant.
Zusammenfassend können erfindungsgemässe Mehrbereichsventile überall vorteilhaft eingesetzt werden, wo stark wechselnde Anforderungen an die Ventile gestellt werden.In summary, multi-range valves according to the invention can be advantageously used everywhere where greatly varying demands are placed on the valves.
Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.From the following detailed description and the totality of the claims, further advantageous embodiments and feature combinations of the invention result.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen, welche auch Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen sind, näher erläutert. Es zeigen schematisch:The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown in the drawing, which are also the subject of dependent claims. They show schematically:
Fig. 1 eine Kennlinie nach dem Stand der Technik,1 shows a characteristic curve according to the prior art,
Fig. 2 eine feste und eine frei drehbare Scheibe eines Zweiwegeventils,2 shows a fixed and a freely rotatable disc of a two-way valve,
Fig. 3 die Kennlinien des Ventils gemäss Fig. 2,3 shows the characteristics of the valve according to FIG. 2,
Fig. 4a eine feste und eine frei drehbare Scheibe eines Dreiwegeventils,4a shows a fixed and a freely rotatable disc of a three-way valve,
Fig. 4b ein DreiwegeventilFig. 4b, a three-way valve
Fig. 5 die Kennlinien des Ventils gemäss Fig. 4,5 shows the characteristics of the valve according to FIG. 4,
Fig. 6a einen zylinderförmigen Drosselkörper,6a shows a cylindrical throttle body,
Fig. 6b eine Variante gemäss Fig. 6a mit einem Verbindungskanal Fig. 7 einen kugelförmigen, halb offenen Drosselkörper,Fig. 6b shows a variant according to Fig. 6a with a connecting channel 7 shows a spherical, semi-open throttle body,
Fig. 8 einen Schnitt durch einen kugelförmigen Drosselkörper mit zwei prismatischen Durchstichen,8 shows a section through a spherical throttle body with two prismatic punctures,
Fig. 9 ein Schema einer Fernheizung mit einem Zweibereichsventil,9 is a schematic of a district heating with a dual-range valve,
Fig. 10 ein Schema eines Stellbereichswechsels gross - klein,10 is a diagram of a Stellbereichswechsels large - small,
Fig. 1 1 ein Schema eines Stellbereichswechsels klein - gross,1 1 is a diagram of a Stellbereichswechsels small - large,
Fig. 12 eine feste und eine in x- und y-Richtung verschiebbare Platte mit je einer deckungsgleichen Öffnung,12 shows a fixed and one displaceable in the x- and y-direction plate, each with a congruent opening,
Fig. 13 die in x-Richtung gegeneinander verschobenen Öffnungen,13 shows the x-direction shifted openings,
Fig. 14 die in x- und y-Richtung gegeneinander verschobenen Öffnungen,FIG. 14 shows the openings shifted in the x and y directions, FIG.
Fig. 15 eine Schaltungsanordnung mit einem erfindungsgemässen Ventil, undFig. 15 shows a circuit arrangement with a valve according to the invention, and
Fig. 16a-e eine weitere Ausführungsform eines kugelförmigen Drosselkörpers in drei je 90° zueinander gedrehten Positionen, im Äquatorialschnitt sowie in einer perspektivischen Darstellung.Fig. 16a-e another embodiment of a spherical throttle body in three mutually rotated 90 ° positions, in the equatorial section and in a perspective view.
Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.Basically, the same parts are provided with the same reference numerals in the figures.
Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention
Die bereits in der Beschreibungseinleitung erwähnte Fig. 1 zeigt eine Kennlinie K für ein Ventil nach dem Stand der Technik.The already mentioned in the introduction, Fig. 1 shows a characteristic K for a valve according to the prior art.
Fig. 2 zeigt einige Details eines Drosselkörpers 10, welcher aus zwei in einer Ventilkammer flächig dichtend aufeinander liegenden Scheiben 12, 14 besteht. Die erste Scheibe 12 ist fest in einer Ventilkammer an sich bekannter Bauart montiert oder in das Ventilgehäuse (44 in Fig.7) integriert. Es ist eine im wesentlichen trapezförmige Durchflussöffnung 16 ausgespart, welche sich vorliegend über einen Winkel von etwa 20° erstreckt. Die in der Ventilkammer koaxial auf der ersten Scheibe 12 liegende frei drehbare zweite Scheibe 14 weist im selben peripheren Bereich drei in je einem Kreissektor von 90° angeordnete unterschiedlich grosse Durchflussöffnungen 18, 20, 22 auf. Damit sind die zum Zentrum der zweiten Scheibe 14 hin gerichteten Begrenzungen der Durchflussöffnungen 18, 20, 22 in der Drehrichtung bzw. in einer tangentialen Richtung der Scheibe. 14 gleich lang ausgestaltet. Die Scheibe 14 ist über eine Welle mit einem nicht dargestellten Antriebsmotor verbunden, welcher die Scheibe 14 im Uhrzeiger- und Gegenuhrzeigersinn positionierbar drehen kann. Selbstverständlich kann auch die zweite Scheibe 14 fest montiert oder integriert und die erste Scheibe 12 drehbar sein.Fig. 2 shows some details of a throttle body 10, which consists of two in a valve chamber surface sealingly superposed discs 12, 14. The first disc 12 is fixedly mounted in a valve chamber of known type or integrated into the valve housing (44 in Figure 7). It is recessed a substantially trapezoidal flow opening 16, which extends in the present case over an angle of about 20 °. The in the Valve chamber coaxially on the first disc 12 lying freely rotatable second disc 14 has in the same peripheral region three arranged in each circle sector of 90 ° differently sized flow openings 18, 20, 22. Thus, the boundaries of the flow openings 18, 20, 22 directed towards the center of the second disk 14 are in the direction of rotation or in a tangential direction of the disk. 14 of equal length. The disc 14 is connected via a shaft to a drive motor, not shown, which can rotate the disc 14 positionable clockwise and counterclockwise. Of course, the second disc 14 may be fixedly mounted or integrated and the first disc 12 may be rotatable.
Die Durchflussöffnungen 18, 20, 22 der zweiten Scheibe 14 verlaufen im gleichen peripheren Bereich wie die Durchflussöffnung 16 der ersten Scheibe 12. Alle drei Durchflussöffnungen 18, 20, 22 erweitern sich in tangentialer Richtung im Gegenuhrzeigersinn, kontinuierlich oder stufenweise, entsprechend dem Raster der Durchflussöffnung 16 der festen Scheibe 12. Wird die zweite Scheibe 14 koaxial auf die erste Scheibe 12 aufgesetzt und im Uhrzeigersinn gedreht, erweitert sich die von beiden Scheiben gebildete Durchflussöffnung überproportional. Offensichtlich können mit der Durchflussöffnung 18 die grössten Durchflussquerschnitte 78 (Fig. 13, 14) erzielt werden, mit der Durchflussöffnung 22 die kleinsten. Der erwähnte Antriebsmotor dreht die Scheibe 14 autonom so, dass der optimale Stellbereich I, Il oder III resultiert.The flow openings 18, 20, 22 of the second disc 14 extend in the same peripheral region as the flow opening 16 of the first disc 12. All three flow openings 18, 20, 22 extend in a tangential direction counterclockwise, continuously or stepwise, according to the grid of the flow opening 16 of the fixed disc 12. If the second disc 14 is placed coaxially on the first disc 12 and rotated in a clockwise direction, the flow opening formed by both discs extends disproportionately. Obviously, with the flow opening 18, the largest flow cross sections 78 (FIGS. 13, 14) can be achieved, with the flow opening 22 being the smallest. The mentioned drive motor rotates the disc 14 autonomously so that the optimum setting range I, II or III results.
In Fig. 3 sind die Kennlinien der drei Stellbereiche I, II, III der Scheibe 14 aufgezeichnet, wenn sich deren Durchflussöffnung 18, 20 oder 22 auf der Durchflussöffnung 16 der ersten Scheibe 12 bewegt. Der Wert 100 % für den Durchflussquerschnitt 78 entspricht der maximal möglichen Durchflussmenge, wenn der grösste Bereich der Durchflussöffnung 18 im Bereich der Durchflussöffnung 16 liegt. Mit der Kennlinie K18 kann durch Drehen der Scheibe 14 um einen Winkel α von 90° eine Durchflussmenge von 0 - 100 % erreicht werden. Die Kennlinie K20 zeigt, dass mit der Durchflussöffnung 20 bei einer Drehung um einen Winkel α von ebenfalls 90° eine Durchflussmenge von lediglich 40 % des maximal möglichen Durchflussquerschnitts 78 erreicht werden kann, im Stellbereich der Durchflussöffnung 22 um einen Winkel α von 90° lediglich eine Durchflussmenge von knapp 20 % des maximalen Durchflussquerschnitts 78. Damit ist ein Ventil mit drei gleich grossen Stellbereichen (Drehen der Scheibe 14 um jeweils 90°) realisiert, wobei alle Stellbereiche kontinuierlich einstellbare und unterschiedliche Regelbereiche für die Durchflussmenge (I: 0 - 100 %, II: 0 - 40 % und III: 0 - 20 %) aufweisen.In Fig. 3, the characteristics of the three control ranges I, II, III of the disc 14 are recorded when the flow opening 18, 20 or 22 moves on the flow opening 16 of the first disc 12. The value 100% for the flow cross-section 78 corresponds to the maximum possible flow rate when the largest portion of the flow opening 18 is in the region of the flow opening 16. With the characteristic K 18 can be achieved by turning the disc 14 by an angle α of 90 °, a flow rate of 0 - 100%. The characteristic K 20 shows that with the flow opening 20 with a rotation by an angle α of 90 °, a flow rate of only 40% of the maximum possible flow cross section 78 can be achieved in the adjustment range of the flow opening 22 by an angle α of 90 ° only a flow rate of almost 20% of the maximum flow cross section 78. Thus, a valve with three is the same large adjustment ranges (rotation of the disc 14 by 90 ° in each case) realized, wherein all adjustment ranges continuously adjustable and different control ranges for the flow rate (I: 0 - 100%, II: 0 - have 40% and III: 0 - 20%).
Wenn im Stellbereich I eine geringe Durchflussmenge mit der Kennlinie K18 nicht fein genug geregelt werden kann, wählt der Antriebsmotor autonom den Betriebspunkt auf der passenden Kennlinie K20 und dreht die Scheibe 14 in den entsprechenden Stellbereich Il der Durchflussöffnung 20 oder III der Durchflussöffnung 22.If in the control range I a small flow with the characteristic K 18 can not be controlled fine enough, the drive motor autonomously selects the operating point on the matching curve K 20 and rotates the disc 14 in the corresponding adjustment range II of the flow opening 20 or III of the flow opening 22nd
In der Praxis bestehen die Scheiben 12, 14 zweckmässig aus einer Keramik oder einem mechanisch festen Kunststoff, wie zum Beispiel Teflon. Wesentlich ist eine gute Gleitfähigkeit und das Abdichten der flächig aufeinander liegenden Scheiben 12, 14.In practice, the discs 12, 14 suitably made of a ceramic or a mechanically strong plastic, such as Teflon. Essential is a good lubricity and the sealing of the flat superimposed discs 12, 14th
Fig. 2 zeigt die Scheiben 12, 14 eines Zweiwegeventils, in Fig. 4a sind diejenigen eines Dreiwegeventils dargestellt. Das Dreiwegeventil 15 gemäss Fig. 4b weist zwei Eingänge A und B sowie einen Ausgang AB auf. Andere, nicht dargestellte Anordnungen sind ebenfalls möglich. Die Eingänge A und B öffnen und schliessen gegenläufig, das heisst wenn Eingang A geschlossen ist, ist Eingang B voll offen und umgekehrt. In allen Zwischenpositionen werden die durch die Eingänge A und B strömenden Medien gemischt zum Ausgang AB geleitet.Fig. 2 shows the discs 12, 14 of a two-way valve, in Fig. 4a, those of a three-way valve are shown. The three-way valve 15 according to FIG. 4b has two inputs A and B and an output AB. Other, not shown arrangements are also possible. Inputs A and B open and close in opposite directions, ie when input A is closed, input B is fully open and vice versa. In all intermediate positions, the media flowing through inputs A and B are mixedly directed to output AB.
Die fest montierte Scheibe 12 gemäss Fig. 4a für ein Dreiwegeventil hat eine erste Durchflussöffnung 16 und eine zweite Durchflussöffnuηg 24, welche um einen Winkel von 120° - 150° versetzt ist. Die drehbare Scheibe 14 ist so gestaltet, dass sich zwei Stellbereiche I und Il ergeben. Wie gemäss Fig. 2 kann Scheibe 14 fest montiert oder integriert, Scheibe 12 drehbar sein.The fixed disc 12 according to FIG. 4a for a three-way valve has a first flow opening 16 and a second flow opening 24, which is offset by an angle of 120 ° - 150 °. The rotatable disc 14 is designed so that two adjustment ranges I and II result. As shown in FIG. 2, disc 14 may be fixedly mounted or integrated, disc 12 may be rotatable.
Im Stellbereich I bewegt sich Durchflussöffnung 18 über Durchflussöffnung 16, um den Durchflussquerschnitt 78 (Fig. 13, 14) durch Eingang A einzustellen. Gleichzeitig bewegt sich Durchflussöffnung 20 über Durchflussöffnung 24, um den Durchfluss durch Eingang B einzustellen.In the adjustment range I, the flow opening 18 moves via the flow opening 16 in order to set the flow cross section 78 (FIGS. 13, 14) through the inlet A. At the same time, flow port 20 moves across flow port 24 to adjust the flow through port B.
Im Stellbereich Il bewegt sich Durchflussöffnung 20 über Durchflussöffnung 16, um den Durchflussquerschnitt 78 durch Eingang A einzustellen. Gleichzeitig bewegt sich Durch- flussöffnung 22 über Durchflussöffnung 24, um den Durchfluss durch Eingang B einzustellen.In the adjustment range II, the flow opening 20 moves via the flow opening 16 in order to set the flow cross-section 78 through the inlet A. At the same time, flow opening 22 via flow opening 24 to adjust the flow through input B.
Stellbereich I! wird gegenüber Stellbereich I in umgekehrter Richtung durchlaufen. Die Kennlinien können durch modifizieren der Öffnungen 16-24 an das jeweilige Problem angepasst werden.Adjustment range I! is traversed opposite to the adjustment range I in the opposite direction. The characteristics can be adapted to the particular problem by modifying the openings 16-24.
In Fig. 5 sind die gegenläufigen Kennlinien K18 + 16 und K20 + 24 im Stellbereich I sowie K20 + 16 und K22 + 24Jm Stellbereich Il dargestellt.In Fig. 5, the opposing characteristics K 18 + 16 and K 20 + 24 in the control range I and K 20 + 16 and K 22 + 24 Jm control range Il are shown.
In Fig. 6a ist eine schematische Variante eines Drosselkörpers 10 dargestellt. Dieser zylindrische Drosselkörper 10 ist um eine Drehachse A drehbar, was mit einem Doppelpfeil 26 angedeutet ist. Weiter ist dieser zylindrische Drosselkörper 10 in Axialrichtung A verschiebbar, was mit einem weiteren Doppelpfeil 28 angedeutet ist. Dieser zylindrische Drosselkörper 10 hat in Axialrichtung A drei Stellbereiche, welche mit I, Il und III bezeichnet sind. Diese drei Stellbereiche haben Durchflussöffnungen von verschiedener Geometrie, im vorliegenden Schulbeispiel hat die Durchflussöffnung 32 im Stellbereich I einen elliptischen Querschnitt, die Durchflussöffnung 34 im Stellbereich Il einen rechteckigen und die Durchflussöffnung 36 im Stellbereich III einen dreieckigen. In der industriellen Praxis sind die Stellbereiche von ähnlicher geometrischer Form. Das durch einen Einlauf 43 und einen Auslauf 45 einer Rohrleitung 42 fliessende Medium 38 ist durch einen Pfeil charakterisiert.FIG. 6 a shows a schematic variant of a throttle body 10. This cylindrical throttle body 10 is rotatable about a rotation axis A, which is indicated by a double arrow 26. Further, this cylindrical throttle body 10 is displaceable in the axial direction A, which is indicated by a further double arrow 28. This cylindrical throttle body 10 has three actuating regions in the axial direction A, which are designated by I, II and III. These three control areas have flow openings of different geometry, in the present school example, the flow opening 32 in the control range I has an elliptical cross-section, the flow opening 34 in the control range Il a rectangular and the flow opening 36 in the control range III a triangular. In industrial practice, the adjustment ranges are of similar geometric shape. The flowing through an inlet 43 and an outlet 45 of a pipe 42 medium 38 is characterized by an arrow.
Der nicht dargestellte Antriebsmotor wählt vorerst den Stellbereich I, Il oder III und rotiert dann den Drosselkörper 30, bis der Betriebspunkt erreicht ist. Die beiden Bewegungen können durch denselben oder durch zwei verschiedene Antriebsmotoren ausgeführt werden. Die Form der Kennlinien in den Stellbereichen I, Il und III wird durch die geometrische Form der Durchflussöffnungen 32, 34, 36 und den Durchflussquerschnitt 78 (Fig. 13, 14) im Ventil bestimmt.The drive motor, not shown, initially selects the setting range I, II or III and then rotates the throttle body 30 until the operating point is reached. The two movements can be performed by the same or by two different drive motors. The shape of the characteristic curves in the setting areas I, II and III is determined by the geometric shape of the flow openings 32, 34, 36 and the flow cross section 78 (FIGS. 13, 14) in the valve.
Fig. 6b entspricht im wesentlichen Fig. 6a, es ist jedoch ein feiner Kanal 30 ausgebildet, welcher in axialer Richtung A verläuft und die Stellbereiche I, Il und III verbindet. Die Funktion des Ventils bleibt unverändert, es hat jedoch nur noch eine Durchflussöffnung. In Fig. 7 und 8 ist der Drosselkörper 10 kugelförmig ausgebildet, welcher vom nicht dargestellten Antriebsmotor frei um die Drehachse A drehbar und positionierbar ist.Fig. 6b substantially corresponds to Fig. 6a, but it is a fine channel 30 is formed, which extends in the axial direction A and the control areas I, II and III connects. The function of the valve remains unchanged, but it only has one flow opening. In Fig. 7 and 8, the throttle body 10 is spherical, which is freely rotatable about the rotational axis A and positionable by the drive motor, not shown.
Ein Durchflussrohr 42 gemäss Fig. 7 mit einem Einlauf 43 und einem Auslauf 45 für das fliessende Medium 38 bildet zugleich das Ventilgehäuse 44, welches gegen eine Antriebswelle 46 abgedichtet ist. Der halb offene kugelförmige Drosselkörper 10 hat eine spaltenförmige grosse Durchflussöffnung 47 und eine ebenfalls spaltenförmige kleineA flow tube 42 according to FIG. 7 with an inlet 43 and an outlet 45 for the flowing medium 38 at the same time forms the valve housing 44, which is sealed against a drive shaft 46. The semi-open spherical throttle body 10 has a column-shaped large flow opening 47 and a likewise columnar small
Durchflussöffnung 49 mit einer Symmetrieebene E. Die grosse Durchflussöffnung 47 bildet den Stellbereich I, die kleine Durchflussöffnung 49 den Stellbereich II. Die Dichtpartie 48 des kugelförmigen Drosselkörpers 10 gegen das Ventilgehäuse 44 ist ringförmig und mit einer gestrichelten Linie dargestellt. Die Kugel wird in beiden Richtungen um 90° gedreht.Flow opening 49 with a plane of symmetry E. The large flow opening 47 forms the control range I, the small flow opening 49 the control range II. The sealing part 48 of the spherical throttle body 10 against the valve housing 44 is annular and shown with a dashed line. The ball is rotated in both directions by 90 °.
Fig. 8 zeigt einen Schnitt entlang der Ebene E in Fig. 7, wobei im kugelförmigen Drosselkörper 10 die grosse Durchflussöffnung 47 und die kleine Durchflussöffnung 49 im Wesentlichen prismatisch ausgebildet sind. Die Kugel wird nur um 60° in die eine oder andere Richtung gedreht. Es ist eine Aussparung 50 für den Antriebsstutzen 46 (Fig. 7) erkennbar.Fig. 8 shows a section along the plane E in Fig. 7, wherein in the spherical throttle body 10, the large flow opening 47 and the small flow opening 49 are formed substantially prismatic. The ball is only rotated by 60 ° in one direction or the other. It is a recess 50 for the drive port 46 (Fig. 7) recognizable.
In Fig. 9 ist eine der zahlreichen Verwendungen des erfindungsgemässen Ventils 66 dargestellt. Die Vorlauftemperatur in einer Fernheizungsleitung 56 ist im Winter wesentlich höher als im Sommer. Dies ergibt ganz andere Betriebspunkte für die direkte Temperaturregelung des Brauchwarmwassers in einem Gebäude 64 mit einem Hahn 68. Dabei wird über eine Leitung 54 kaltes Wasser aus der Trinkwasserversorgung direkt durch einen Wärmetauscher 62 auf Solltemperatur gebracht. Durch den stark schwankenden Warmwasserbedarf wird die Regelung zusätzlich erschwert. Bei zu starken Regelschwingungen kann sich der Benutzer beispielsweise bei einer Dusche Verbrennungsverletzungen zuziehen. Zur Verbesserung der Regelqualität, insbesondere bei hoher Vor- lauftemperatur und geringem Warmwasserbedarf, ist ein erfindungsgemässes Ventil 66 eingebaut, vorliegend ein Zweiwegeventil in Drosselschaltung.FIG. 9 shows one of the numerous uses of the valve 66 according to the invention. The flow temperature in a district heating line 56 is much higher in winter than in summer. This results in completely different operating points for the direct temperature control of domestic hot water in a building 64 with a tap 68. In this case, cold water from the drinking water supply is brought directly to a desired temperature via a heat exchanger 62 via a line 54. Due to the strongly fluctuating hot water demand, the regulation is made even more difficult. If the control vibration is too strong, the user may contract burn injuries in a shower, for example. To improve the control quality, in particular at high flow temperature and low hot water requirement, a valve 66 according to the invention is installed, in the present case a two-way valve in throttle circuit.
Fig. 10 und Fig. 1 1 beschreiben Umschaltbedingungen von einem Stellbereich I mit grosser Durchflussöffnung auf einen Stellbereich Il mit kleiner Durchflussöffnung und zurück. Dargestellt ist der zeitliche Verlauf des Positionssollwertes S für ein Ventil, der sich aufgrund einer Raumtemperaturregelung ergeben kann.Fig. 10 and Fig. 1 1 describe switching conditions of a control range I with a large flow opening on a control range Il with small flow opening and back. Shown is the time course of the position setpoint S for a valve, which may result from a room temperature control.
In Fig. 10 arbeitet das Ventil zunächst in Stellbereich I. Unterschreitet der Positionssollwert S den Schwellenwert Sk und bleibt für eine einstellbare Zeitperiode Δt darunter, dann wird der Drosselkörper in den Stellbereich Il geführt. Die Steuerung kann so eingestellt werden, dass nicht nur die Zeitperiode Δt relevant ist, sondern der Antriebsmotor auch eine minimale Anzahl N von Bewegungen ausführen muss, beispielsweise N= 10. Das Ventil arbeitet nun in Stellbereich Il bis allenfalls die Bedingungen gemäss Fig. 1 1 erfüllt werden.In FIG. 10, the valve initially operates in setting range I. If the position setpoint S falls below the threshold value S k and remains below it for an adjustable time period Δt, the throttle body is guided into the setting range II. The control can be set so that not only the time period .DELTA.t is relevant, but the drive motor also has to execute a minimum number N of movements, for example N = 10. The valve now operates in adjustment range II to at most the conditions according to FIG be fulfilled.
In Fig. 1 1 ist der umgekehrte Fall dargestellt, die Regelung arbeitet zunächst im kleinen Stellbereich II. Sobald der Positionssollwert S den Schwellenwert Sg überschreitet, wechselt der Drosselkörper unverzüglich in den grossen Stellbereich I, da sonst der zu regelnde Verbraucher unterversorgt würde. Das Ventil arbeitet nun in Stellbereich I bis die Bedingungen gemäss Fig. 10 allenfalls wieder erfüllt werden.In Fig. 1 1, the opposite case is shown, the control operates initially in the small control range II. As soon as the position setpoint S exceeds the threshold S g , the throttle body changes immediately in the large control range I, otherwise the consumer to be controlled would be under-supplied. The valve now works in setting range I until the conditions according to FIG. 10 are at most met again.
Fig. 12 bis 14 zeigen eine weitere Variante eines Drosselkörpers 10, welcher eine feste erste Platte 70 mit einer rechteckigen Durchflussöffnung 74 und eine längs und quer, in x- und y-Richtung, verschiebbare zweite Platte 72 mit einer vorliegend deckungsgleichen Durchflussöffnung 76 umfasst. Die Durchflussöffnungen müssen jedoch weder gleich gross noch von gleicher geometrischer Form sein. Die beiden dichtend übereinander gelegten Platten 70, 72 bilden je nach Position der verschiebbaren Platte 72 einen einstellbaren Durchflussquerschnitt 78. In einem Stellbereich I gemäss Fig. 13 liegt die verschiebbare Platte 72 so auf der festen Platte 70, dass in der Stellung 0 kein Durchfluss erfolgt. Bei einer Verschiebung der Platte 72 in x-Richtung wird der maximale Durchflussquerschnitt 78 bei 100% erreicht, dort liegen die beiden Durchflussöffnungen 74, 76 deckungsgleich aufeinander. In der in Fig. 13 gezeigten Position beträgt der Durchflussquerschnitt 78 etwa 30% des maximal möglichen Wertes.12 to 14 show a further variant of a throttle body 10 which comprises a fixed first plate 70 with a rectangular flow opening 74 and a longitudinally and transversely, in the x and y direction, displaceable second plate 72 with a presently congruent flow opening 76. However, the flow openings do not have to be the same size or the same geometric shape. The two sealingly superimposed plates 70, 72 form depending on the position of the displaceable plate 72 an adjustable flow cross-section 78. In a control range I according to FIG. 13, the displaceable plate 72 is located on the fixed plate 70, that in the position 0 no flow occurs , When the plate 72 is displaced in the x direction, the maximum flow cross section 78 is reached at 100%, where the two flow openings 74, 76 are congruent to one another. In the position shown in Fig. 13, the flow area 78 is about 30% of the maximum possible value.
In der Position gemäss Fig. 14 hat der Antriebsmotor in den Stellbereich Il umgeschaltet. Der maximale Durchflussquerschnitt 78 beträgt nur noch etwa 35% des Maximalwertes bei 100 % gemäss Fig. 13. Die Regelung in x-Richtung kann im Stellbereich Il wesentlich exakter erfolgen, wenn der Durchflussquerschnitt 78 unter einen vorgegebenen Wert sinkt.In the position according to FIG. 14, the drive motor has switched over into the setting range II. The maximum flow cross section 78 is only about 35% of the maximum value at 100% as shown in FIG. 13. The control in the x-direction can be performed much more accurately in the adjustment range II if the flow cross-section 78 drops below a predetermined value.
Fig. 15 zeigt eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung. Ein Ventilmodul 80 regelt den Durchfluss durch die Leitung 82. An einer gewünschten Stelle des Leitungssystems wird mit einem Sensor 84 z.B. die Temperatur gemessen. Das Signal des Sensors geht an die zentrale Regelschaltung 86, welche in einer hier nicht weiter interessierenden Weise das sog. System-Stellsignal V(t) erzeugt. Dieses ist das Eingangssignal für die erfindungs- gemässe Steuerschaltung 88 des Ventilmoduls 80. Die Steuerschaltung beinhaltet einen Rechenalgorithmus, welcher die geeignete Kennlinie des Ventils 92 und die Position x des Drosselkörpers bestimmt. Mit diesen beiden Parametern wird der Antriebsmotor 90 gesteuert, welcher den Drosselkörper in diejenige Position fährt, die den erwünschten hydraulischen Querschnitt erzielt.Fig. 15 shows a circuit arrangement according to the invention. A valve module 80 regulates the flow through the conduit 82. At a desired location of the conduit system, a sensor 84, e.g. the temperature measured. The signal from the sensor is sent to the central control circuit 86, which generates the so-called system control signal V (t) in a manner not of further interest here. This is the input signal for the control circuit 88 according to the invention of the valve module 80. The control circuit contains a calculation algorithm which determines the suitable characteristic of the valve 92 and the position x of the throttle body. With these two parameters, the drive motor 90 is controlled, which drives the throttle body in the position which achieves the desired hydraulic cross section.
Das Modul kann als in sich geschlossenes Produkt auf den Markt gebracht werden. Es ist aber auch möglich, das Ventil, den Motor und die Steuerschaltung als separate Einheiten zu implementieren.The module can be marketed as a self-contained product. But it is also possible to implement the valve, the motor and the control circuit as separate units.
Fig. 16a bis 16e zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform. Der Drosselkörper ist durch eine mit einem Kanal 102 zentral durchdrungenen Kugel 100 gebildet, welche in einem Kugelventilgehäuse sitzt, wie es z. B. in Fig. 7 schematisch dargestellt ist. Der Kanal 102 bildet an zwei gegenüberliegenden Oberflächenbereichen der Kugel 100 je eine Mündungsöffnung 104 bzw. 106. Jede dieser Mündungsöffnungen 104, 106 hat einen Randbereich 105, 107 mit einer Kontur, welche (in Verbindung mit dem kreisrunden Ein- oder Auslauf des Ventilgehäuses) eine Kennlinie für den drehpositionsabhängigen freien (bzw. hydraulischen) Querschnitt bildet. Der freie Querschnitt des Kanals 102 als solcher ist ausreichend gross, so dass bei geeigneter Drehposition der maximale Durchfluss (u = 100%) möglich ist.FIGS. 16a to 16e show a further preferred embodiment. The throttle body is formed by a centered with a channel 102 ball 100, which sits in a ball valve housing, as it is z. B. is shown schematically in Fig. 7. The channel 102 forms on each of two opposite surface areas of the ball 100 each a mouth opening 104 and 106, respectively. Each of these mouth openings 104, 106 has an edge region 105, 107 with a contour which (in conjunction with the circular inlet or outlet of the valve housing) Characteristic curve for the rotational position-dependent free (or hydraulic) cross-section forms. As such, the free cross section of the channel 102 is sufficiently large so that the maximum flow rate (u = 100%) is possible with a suitable rotational position.
Zwischen den beiden Mündungsöffnungen 104, 106 ist ein (vorzugsweise bezüglich der Äquatorebene E-E symmetrisch angeordneter) Oberfläehenschliessbereich 108 vorhanden (vgl. insbesondere Äquatorialschnitt gemäss Fig. 16d), der ausreichend gross ist, so dass er den Ein- bzw. Auslauf des Ventilgehäuses verschliessen kann. Das heisst, der Ober- flächenschliessbereich 108 beinhaltet in geometrischer Hinsicht einen Kreis entsprechend dem Durchmesser des Ein- bzw. Auslasses. (Ist der Ein- bzw. Auslass nicht kreisrund sondern anders begrenzt, hat der Oberflächenschliessbereich entsprechend eine andere geometrische Form zu beinhalten, so dass er zumindest die Querschnittsfläche des Ein- bzw. Auslasses verschliessen kann.) Durch die Anordnung des Oberflächenschliessbe- reichs 108 ist somit die Schliessstellung des Ventils definiert.Between the two mouth openings 104, 106 there is a surface closing area 108 (preferably arranged symmetrically with respect to the equatorial plane EE) (compare, in particular, the equatorial section according to Figure 16d), which is sufficiently large so that it can close the inlet and outlet of the valve housing , This means that the supervisor Area closing region 108 includes a circle in geometric terms corresponding to the diameter of the inlet and outlet. (If the inlet or outlet is not circular but otherwise limited, the surface closure area must accordingly contain a different geometric shape so that it can close at least the cross-sectional area of the inlet or outlet.) The arrangement of the surface closure area 108 thus defining the closed position of the valve.
Die für den kleinen Stellbereich (Regelbereich 0 - u %, u<100%) vorgesehene Kontur des Randbereiches 105 umschliesst einen zuerst streifenförmigen und daran anschliessend sich keilförmig erweiternden ersten Flächenbereich. Der genannte Flächenbereich ist im vorliegenden Beispiel symmetrisch bezüglich der Äquatorebene E-E der Kugel.The contour of the edge region 105 provided for the small adjustment range (control range 0 - u%, u <100%) encloses a first surface area which is first strip-shaped and then widens wedge-shaped thereafter. Said area is symmetrical in the present example with respect to the equatorial plane E-E of the ball.
Die für den grossen Stellbereich (Regelbereich 0 - 100 %) vorgesehene Kontur des Randbereichs 107 umschliesst einen kreisabschnittartigen zweiten Flächenbereich. Auch dieser Flächenbereich ist im vorliegenden Beispiel symmetrisch bezüglich der Äquatorebene der Kugel.The contour of the edge region 107 provided for the large adjustment range (control range 0-100%) encloses a circle-like second surface region. Also, this surface area is symmetrical in the present example with respect to the equatorial plane of the sphere.
Die Kugel 100 weist am "Nordpol" eine Ausnehmung 1 10 auf, in welcher ein (nicht dargesteller) Kupplungsteil einer Ventilachse verdrehsicher eingreifen kann.The ball 100 has at the "north pole" on a recess 1 10, in which a (not dargesteller) coupling part of a valve axis can engage against rotation.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele lassen sich in vielfältiger Weise abwandeln, ohne dass der Grundgedanke der Erfindung aufgegeben werden müsste. So können die Stellbereiche durch unterschiedlich grosse Drehwinkelbereiche des Drossel körpers ver- wirklicht sein. Sie können getrennt sein oder auch unmittelbar aneinander anschliessen. Zwischen den beiden Stellbereichen kann die Nullstellung vorgesehen sein, das heisst die Stellung, in welcher das Ventil sperrt.The described embodiments can be varied in many ways without the basic idea of the invention having to be abandoned. Thus, the adjustment ranges can be realized by differently sized rotation angle ranges of the throttle body. They can be separated or connected directly to each other. The zero position can be provided between the two control ranges, that is the position in which the valve blocks.
Es können z. B. zwei Kugelkörper (Fig. 7, 8) über eine Welle verbunden werden, so dass ein "hanteiförmiger" Drosselkörper gebildet wird. Die in Fig. 7, 8 und 16 gezeigten Aus- führungsformen können statt sphärisch auch kreiszylindrisch ausgeführt sein. It can z. B. two ball bodies (Fig. 7, 8) are connected via a shaft, so that a "dumbbell" throttle body is formed. The embodiments shown in FIGS. 7, 8 and 16 can also be circular-cylindrical instead of spherical.

Claims

Patentansprüche claims
1. Ventil (66) für flüssige und/oder gasförmige, strömende Medien (38), mit einem Ventilgehäuse (44), welches eine mit wenigstens je einem Einlauf (43) und Auslauf (45) versehene Ventilkammer bildet, und einem darin beweg- und positionierbaren Drosselkörper (10) zur Regelung des hydraulischen Querschnitts (78), wobei wenigstens ein Durchflusspfad gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkörper (10) beim Bewegen in der Ventilkammer pro Durchflusspfad alternativ wenigstens zwei unterschiedliche Kennlinien bildet.A valve (66) for liquid and / or gaseous, flowing media (38), comprising a valve housing (44) which forms a valve chamber provided with at least one respective inlet (43) and outlet (45), and one therein moving and positionable throttle body (10) for controlling the hydraulic cross section (78), wherein at least one flow path is formed, characterized in that the throttle body (10) alternately forms at least two different characteristics during movement in the valve chamber per flow path.
2. Ventil (66) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Drosselkörper (10 mindestens zwei Durchflussöffnungen vorgesehen sind, wobei wenigstens ein Teil der2. Valve (66) according to claim 1, characterized in that in the throttle body (10 at least two flow openings are provided, wherein at least a part of
Durchflussöffnungen (18, 20, 22, 32, 34, 36, 47, 49) mit einem Kanal (30) untereinander verbunden sind.Flow openings (18, 20, 22, 32, 34, 36, 47, 49) with a channel (30) are interconnected.
3. Ventil (66) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkörper (10) aus einer am Ventilgehäuse (44) befestigten oder darin integrierten ersten Scheibe (12) mit wenigstens einer in einem Kreissektor angeordnete3. Valve (66) according to claim 1 or 2, characterized in that the throttle body (10) of a valve housing (44) fixed or integrated therein first disc (12) arranged with at least one arranged in a circular sector
Durchflussöffnung (16, 24) und einer dichtend aufliegenden, frei drehbaren zweiten Scheibe (14) mit wenigstens zwei unterschiedlichen Durchflussöffnungen (18, 20, 22) zur Bildung von Stellbereichen (I, II, III) besteht, wobei diese Durchflussöffnungen im gleichen peripheren Bereich wie die Durchflussöffnungen (16, 24) der ersten Scheibe (12) angeordnet und unter Ausbildung von unterschiedlichen DurchflussquerschnittenFlow opening (16, 24) and a sealingly resting, freely rotatable second disc (14) having at least two different flow openings (18, 20, 22) for forming control areas (I, II, III), said flow openings in the same peripheral area as the flow openings (16, 24) of the first disc (12) and arranged to form different flow cross-sections
(78) übereinander bewegbar und positionierbar sind.(78) are movable over one another and positionable.
4. Ventil (66) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Zweiwegeventil in der ersten fest montierten Scheibe (12) eine Durchflussöffnung (16), bei einem Dreiwegeventil (15) zwei derartige Durchflussöffnungen (16, 24), vorzugsweise um 120° - 150° gegeneinander versetzt, angeordnet sind. 4. Valve (66) according to claim 3, characterized in that in a two-way valve in the first fixed disc (12) has a flow opening (16), in a three-way valve (15) has two such flow openings (16, 24), preferably by 120 ° - 150 ° offset from each other, are arranged.
5. Ventil (66) nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussöffnungen (18, 20, 22) in der von einem Antriebsmotor positionierbaren zweiten Scheibe (14) sich in tangentialer Richtung verändernd ausgebildet sind.5. Valve (66) according to claim 3, characterized in that the flow openings (18, 20, 22) in the positionable by a drive motor second disc (14) are formed in the tangential direction changing.
6. Ventil (66) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkörper (10) aus einer am Ventilgehäuse (44) befestigten ersten Platte (70) mit wenigstens einer6. Valve (66) according to claim 1, characterized in that the throttle body (10) of a valve housing (44) fixed to the first plate (70) with at least one
Durchflussöffnung (16, 24) und einer dichtend aufliegenden, in x- und y-Richtung längs- und/oder querverschiebbaren zweiten Platte (72) mit wenigstens zwei unterschiedlich grossen Durchflussöffnungen (18, 20, 22) zur Bildung von Stellbereichen (I, II, III) besteht, wobei diese Durchflussöffnungen im Bereich der Durchflussöffnungen (16, 24) der befestigten ersten Platte angeordnet und unterThrough-flow opening (16, 24) and a sealingly resting, in the x- and y-direction longitudinally and / or transversely displaceable second plate (72) having at least two different sized flow openings (18, 20, 22) for forming parking areas (I, II , III), said flow openings in the region of the flow openings (16, 24) of the attached first plate and under
Ausbildung von unterschiedlichen Durchflussquerschnitten (78) übereinander bewegbar und positionierbar sind.Training of different flow cross-sections (78) can be moved over one another and positioned.
7. Ventil (66) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussöffnungen (18, 20, 22) der verschiebbaren zweiten Platte (72) sich in der/den Bewegungs- richtung/en verändernd ausgebildet sind.7. Valve (66) according to claim 6, characterized in that the flow openings (18, 20, 22) of the displaceable second plate (72) are formed in the / the direction of movement / s changing.
8. Ventil (66) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Scheibe (14) bzw. die zweite Platte (72) am Ventilgehäuse (44) befestigt oder darin integriert und die erste Scheibe (12) drehbar bzw. die erste Platte bewegbar ausgebildet ist.8. Valve (66) according to one of claims 2 to 7, characterized in that the second disc (14) or the second plate (72) attached to the valve housing (44) or integrated therein and the first disc (12) rotatable or The first plate is designed to be movable.
9. Ventil (66) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkörper (10) als in Axialrichtung positionierbarer, frei drehbarer Zylinder ausgebildet ist, welcher in Axial- und/oder Tangentialrichtung unter Bildung der Stellbereiche (I, II, III) stufenweise unterschiedliche Durchflussöffnungen (32, 34, 36) aufweist.9. Valve (66) according to claim 1, characterized in that the throttle body (10) is formed as positionable in the axial direction, freely rotatable cylinder, which in the axial and / or tangential direction to form the control ranges (I, II, III) gradually having different flow openings (32, 34, 36).
10. Ventil (66) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkörper (10) als frei drehbare Kugel mit wenigstens zwei, im wesentlichen keilförmigen, unterschied- liehen Drosselspalten (47, 49) oder zwei abgewinkelten, prismatischen Durchstichen durch die Kugelmitte ausgebildet ist.10. Valve (66) according to claim 1, characterized in that the throttle body (10) as a freely rotatable ball with at least two, substantially wedge-shaped, different lain throttle gaps (47, 49) or two angled, prismatic punctures through the ball center is formed.
1 1. Ventil (66) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselspalten (47, 49) eine gemeinsame Symmetrieebene (E) haben, oder die prismatischen Durchstiche etwa 60° abgewinkelt sind.1 1. Valve (66) according to claim 10, characterized in that the throttle gaps (47, 49) have a common plane of symmetry (E), or the prismatic punctures are angled approximately 60 °.
12. Ventil (66) insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkörper (10) eine einzige Durchflussöffnung (16, 18, 74, 76) mit wenigstens zwei, vorzugsweise mittels wenigstens eines Antriebsmotors anwählbaren Stellbereichen (I, II, III) aufweist.12. Valve (66) in particular according to one of claims 1 to 1 1, characterized in that the throttle body (10) has a single flow opening (16, 18, 74, 76) with at least two, preferably by means of at least one drive motor selectable control ranges (I , II, III).
13. Ventil (66) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkörper (10) aus einer am Ventilgehäuse (44) befestigten oder darin integrierten ersten Scheibe (12) und einer dichtend aufliegenden, motorisch frei drehbaren zweiten Scheibe (14) besteht, wobei die zweite Scheibe (14) auch in radialer Richtung verschiebbar ist.13. Valve (66) according to claim 12, characterized in that the throttle body (10) consists of a valve housing (44) fixed or integrated therein first disc (12) and a sealingly resting, motor-freely rotatable second disc (14), wherein the second disc (14) is also displaceable in the radial direction.
14. Ventil (66) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkörper (10) aus einer am Ventilgehäuse (44) befestigten oder darin integrierten ersten Platte (70) und einer dichtend aufliegenden, motorisch in x- und y-Richtung frei verschiebbaren zweiten Platte (72) besteht.14. Valve (66) according to claim 12, characterized in that the throttle body (10) of a valve housing (44) fixed or integrated therein first plate (70) and a sealingly resting, motor freely displaceable in the x and y direction second plate (72) consists.
15. Ventil (66) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkörper (10) in zwei Stellbereichen auf einem ersten Stellbereich (I) einen Durchflussquerschnitt (78) von 0 bis 100 % der grössten Durchflussöffnung (18, 34,15. Valve (66) according to one of claims 1 to 14, characterized in that the throttle body (10) in two control ranges on a first control range (I) a flow cross section (78) from 0 to 100% of the largest flow opening (18, 34 .
47) und auf einem zweiten Stellbereich einen Durchflussquerschnitt (78) von 0 bis u % der grössten Durchflussöffnung einstellbar ist, wobei vorzugsweise u = 1 bis 50.47) and a flow area (78) can be set from 0 to u% of the largest flow opening on a second setting range, wherein preferably u = 1 to 50.
16. Ventil (66) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet dass der Drosselkörper (10) in drei Stellbereichen auf einem ersten Stellbereich einen Durchflussquerschnitt (78) von 0 bis 100% der grössten Durchflussöffnung (18, 34, 47), auf einem zweiten Stellbereich einen Durchflussquerschnitt (78) von 0 bis v % der grössten Durchflussöffnung und auf einem dritten Stellbereich einen Durchflussquerschnitt (78) von 0 bis w % der grössten Durchflussöffnung einstellbar ist, wobei vorzugsweise v = 30 bis 60 und w = 1 bis 20.16. Valve (66) according to one of claims 1 to 14, characterized in that the throttle body (10) in three control ranges on a first control range a Flow cross-section (78) from 0 to 100% of the largest flow opening (18, 34, 47), on a second adjustment range, a flow area (78) from 0 to v% of the largest flow opening and on a third adjustment range, a flow area (78) from 0 to w% of the largest flow opening is adjustable, wherein preferably v = 30 to 60 and w = 1 to 20.
17. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Antriebsmotor (90) aufweist und eine Steuerschaltung (88), welche mit einem System- Stellsignal beaufschlagbar ist.17. Valve according to one of claims 1 to 16, characterized in that it comprises a drive motor (90) and a control circuit (88) which can be acted upon by a system control signal.
18. Ventil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung so ausgebildet ist, dass für eine Auswahl eines Betriebspunktes der Drosselkörper (10) durch den Antriebsmotor autonom in einen anderen Stellbereich (I, II, III) geführt wird, um die passende Kennlinie (K) einzustellen.18. Valve according to claim 17, characterized in that the control circuit is designed so that for a selection of an operating point of the throttle body (10) by the drive motor autonomously in a different adjustment range (I, II, III) is performed to the appropriate characteristic (K).
19. Ventil nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung so ausgebildet ist, dass der Drosselkörper (10) durch den Antriebsmotor autonom in einen niedrigeren Stellbereich geführt wird, wenn die Steuerschaltung, vorzugsweise durch eine Frequenzanalyse wie Wavelet-, Fourier- oder Min/Max-Analyse, eine Oszillation erkennt.19. Valve according to claim 17 or 18, characterized in that the control circuit is designed such that the throttle body (10) is guided by the drive motor autonomously in a lower control range, when the control circuit, preferably by a frequency analysis such as wavelet, Fourier or Min / Max analysis, detects an oscillation.
20. Ventil nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung so ausgebildet ist, dass der Drosselkörper (10) durch den Antriebsmotor autonom in einen niedrigeren Stellbereich (I, II, III) geführt wird, wenn ein Positionssollwert (S) des20. Valve according to claim 17 or 18, characterized in that the control circuit is formed so that the throttle body (10) is guided by the drive motor autonomously in a lower control range (I, II, III) when a position setpoint (S) of the
Ventils (66) während einer vorgegebenen Zeitperiode (Δt) und vorzugsweise einer minimalen Anzahl (N) Bewegungen des Antriebsmotors einen ebenfalls vorgegebenen ersten Schwellenwert (Sk) nicht überschreitet.Valve (66) during a predetermined period of time (.DELTA.t) and preferably a minimum number of (N) movements of the drive motor does not exceed a predetermined first threshold value (S k ).
21. Ventil nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung so ausgebildet ist, dass der Drosselkörper (10) durch den Antriebsmotor autonom in einen höheren Stellbereich (I, II) geführt wird, wenn ein Positionssollwert (S) des Ventils (60) einen vorgegebenen zweiten Sollwert (Sg) überschreitet.21. Valve according to claim 17 or 18, characterized in that the control circuit is formed so that the throttle body (10) by the drive motor autonomously in a higher control range (I, II) is performed when a position setpoint (S) of the valve (60) exceeds a predetermined second setpoint (S g ).
22. Verfahren zum Eliminieren von Schwingungen (S) in einem Regelkreis unter Verwendung eines Ventils (66) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Drosselkörper (10) zur Auswahl des eines geeigneten Betriebspunktes durch den prozessgesteuerten Antriebsmotor autonom in einen anderen Stellbereich (I, II, III) geführt und die passende Kennlinie (K) motorisch eingestellt wird.22. A method for eliminating vibrations (S) in a control loop using a valve (66) according to any one of claims 1 to 21, characterized in that the throttle body (10) for selecting the appropriate operating point by the process-controlled drive motor autonomous in another range (I, II, III) out and the appropriate characteristic (K) is adjusted by motor.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahl der passenden Kennlinie (K) durch einen externen Regler oder ein Steuerelement erfolgt.23. The method according to claim 22, characterized in that the selection of the appropriate characteristic curve (K) by an external controller or a control takes place.
24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahl der passenden Kennlinie (K) programmgesteuert erfolgt, vorzugsweise durch einen ASIC oder Mikroprozessor.24. The method according to claim 22 or 23, characterized in that the selection of the appropriate characteristic curve (K) is program-controlled, preferably by an ASIC or microprocessor.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Antriebs gleich bleibt.25. The method according to any one of claims 22 to 24, characterized in that the speed of the drive remains the same.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkörper (10) vom Antriebsmotor autonom in einen niedrigeren Stellbereich (II, III) geführt wird, wenn der Positionssollwert (S) des Ventils (66) während einer vorgegebenen Zeitperiode (Δt) und vorzugsweise einer minimalen Anzahl (N) Bewegungen des Antriebsmotors einen ebenfalls vorgegebenen ersten Schwellenwert (Sk) nicht überschreitet.26. The method according to any one of claims 22 to 25, characterized in that the throttle body (10) is guided by the drive motor autonomously in a lower control range (II, III) when the position setpoint (S) of the valve (66) during a predetermined period of time (.DELTA.t) and preferably a minimum number (N) movements of the drive motor does not exceed a likewise predetermined first threshold value (S k ).
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkörper (10) vom Antriebsmotor autonom in einen höheren Stellbereich (I, II) geführt wird, wenn der Positionssollwert (S) des Ventils (60) einen vorgegebenen zweiten Sollwert (Sg) überschreitet. 27. The method according to any one of claims 22 to 26, characterized in that the throttle body (10) from the drive motor autonomously in a higher control range (I, II) is performed when the position setpoint (S) of the valve (60) has a predetermined second setpoint (S g ) exceeds.
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