DE102005038068B3

DE102005038068B3 - Thermostatventilaufsatz

Info

Publication number: DE102005038068B3
Application number: DE102005038068A
Authority: DE
Inventors: Bjarne Frederiksen; Arne Markvart; Tom Broecher Jakobsen; Niels Gregersen; Arne Boerge Larsen; Morten H. Christensen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 2005-08-10
Filing date: 2005-08-10
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2025-08-11
Also published as: WO2007016927A1; CN101283320A; CN102999067B; CN102999067A

Abstract

Es wird ein Thermostatventilaufsatz (1) für ein Ventil, insbesondere Heizungs- oder Kälteventil, angegeben mit einem Gehäuse (2-4, 7), einem Thermostatelement (5) und einer in eine Betätigungsrichtung verlagerbaren Betätigungsfläche (21), wobei das Thermostatelement (5) in einem Betätigungsstrang (5, 9, 15) zwischen dem Gehäuse (2-4, 7) und der Betätigungsfläche (21) angeordnet ist. DOLLAR A Man möchte den Raumbedarf vermindern. DOLLAR A Hierzu ist vorgesehen, daß im Betätigungsstrang (5, 9, 15, 16) ein Motor (16) angeordnet ist, dessen wirksame Länge durch seine Inbetriebnahme veränderbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Thermostatventilaufsatz für ein Ventil, insbesondere Heizungs- oder Kälteventil, mit einem Gehäuse, einem Thermostatelement und einer in eine Betätigungsrichtung verlagerbare Betätigungsfläche, wobei das Thermostatelement in einem Betätigungsstrang zwischen dem Gehäuse und der Betätigungsfläche angeordnet ist.
Ein Thermostatventilaufsatz dieser Art dient dazu, in einem Raum eine vorgegebene Solltemperatur einzustellen. Wenn diese Temperatur mit einer Heizfläche erreicht werden soll, dann wirkt der Thermostatventilaufsatz auf ein Ventil ein, das den Durchfluß eines Wärmeträgermediums durch einen Heizkörper steuert. Wenn es sich um eine Kühleinrichtung handelt, dann wirkt der Thermostatventilaufsatz auf ein Ventil ein, das den Durchfluß eines Kältemittels durch einen Wärmetauscher steuert.
Das Thermostatelement wird in vielen Fällen durch einen balgenartigen Körper gebildet, der mit einer Füllung gefüllt ist, deren Volumen sich mit der Temperatur ändert. Diese Volumenänderung, die sich üblicherweise in einer Längenänderung äußert, überträgt sich auf die Betätigungsfläche, die wiederum einen Stößel des Ventils betätigt. Üblicherweise wird beispielsweise ein Heizkörperventil um so stärker gedrosselt, je weiter der Stößel eingeschoben ist.
Thermostatventilaufsätze dieser Art arbeiten im großen und ganzen zufriedenstellend. Man kann den Sollwert beispielsweise durch Verdrehen eines Drehgriffs ändern. In einigen Fällen möchte man jedoch den vorgegebenen Wirkzusammenhang zwischen dem Thermostatelement und dem Betätigungselement ändern, beispielsweise um den vorgegebenen Sollwert nachts abzusenken. In vielen Fällen reicht es aus, wenn der Sollwert der Raumtemperatur nachts um beispielsweise 4°C abgesenkt wird, weil ein gut isoliertes Haus nachts nur etwa 2 bis 3°C Temperatur verliert. Natürlich sind auch andere Fälle möglich, beispielsweise eine Temperaturabsenkung während eines Urlaubs oder eine Temperaturerhöhung auf eine Komforttemperatur in den Abendstunden im Winter.

Man hat daher in DE 199 09 097 C2 den Thermostatventilaufsatz mit einer Verstelleinrichtung versehen, die zur Änderung eines Wirkzusammenhangs eine wirksame Länge einer Strecke zwischen dem Thermostatelement und der Betätigungsfläche verändert. Hierzu ist ein Getriebe vorgesehen, das mit einem Zahnrad aus dem Gehäuse herausragt. Man kann dann außen an das Gehäuse einen Antrieb ansetzen, der mit dem Zahnrad in Eingriff kommt.

Das Zahnrad wirkt im Innern des Gehäuses auf ein weiteres Zahnrad, das dann ein Element einer Gewindepaarung verdreht, um die wirksame Länge einer Übertragungsstrecke zwischen dem Thermostatelement und der Betätigungsfläche zu verändern. Das den Antrieb aufnehmende Antriebsgehäuse kann vom Gehäuse abgenommen werden, um den Antrieb zu programmieren.

Ein derartiger Aufbau hat sich zwar ebenfalls bewährt. Allerdings benötigt das von außen ansetzbare Antriebsgehäuse einen größeren Bauraum.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Raumbedarf zu verringern.

Diese Aufgabe wird bei einem Thermostatventilaufsatz der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß im Betätigungsstrang ein längenveränderbarer Motor mit mehreren seine wirksame Länge bestimmenden Elementen angeordnet ist, die durch die Inbetriebnahme des Motors relativ zueinander verlagerbar sind.

In diesem Fall kann man auf den von außen angesetzten Antrieb vollständig verzichten. Die Änderung des Wirkzusammenhangs zwischen dem Thermostatelement und der Betätigungsfläche erfolgt vielmehr autonom innerhalb des Gehäuses. Bewirkt wird sie dadurch, daß ein Motor seine wirksame Länge in Betätigungsrichtung ändert, wenn er in Betrieb genommen wird. Der Motor bildet einen Teil des Betätigungsstranges. Die Längenänderung des Motors bewirkt, daß sich die Länge des Betätigungsstranges ändert. Der Begriff des Motors ist hier weit zu verstehen. Der Motor umfaßt auch benachbarte Teile des Betätigungsstranges. Diese Ausgestaltung hat neben der Verringerung des Bauraums weitere Vorteile: Zum ei nen wird der Leistungsbedarf des Antriebs gesenkt. Man benötigt nämlich kein Getriebe mit mehreren Zahnrädern und entsprechenden Übertragungsverlusten, um die Übertragung vom Motor auf den Antriebsstrang zu bewirken. Dies hat auch Einfluß auf das Geräuschniveau, das damit niedrig gehalten werden kann. Ein niedriges Geräuschniveau ist vielfach von Vorteil, beispielsweise bei einer Verwendung des Thermostataufsatzes in einem Schlafzimmer. Zum anderen wird auch die Ansteuermöglichkeit verbessert. Bei einem Getriebe mit mehreren Zahnrädern gibt es immer irgendwelche Momente, die aufgenommen werden müssen. Da es sich bei derartigen Thermostatventilaufsätzen um Teile aus einer Massenfertigung handelt und man daher möglichst preisgünstige Bauelemente verwenden möchte, besteht hier auf Dauer die Gefahr eines Verschleißes, der die Regelgenauigkeit des Thermostatventilaufsatzes herabsetzen könnte. Wenn man nun den Motor im Innern des Gehäuses verwendet, dann kann man die Längenänderung praktisch ausschließlich innerhalb des Antriebsstranges vornehmen, ohne daß man irgendwelche Momente oder Kräfte von außen zuführen muß. Auch kann man ein Spiel wesentlich kleiner halten, da man mit weniger Übertragungselementen auskommt. Darüber hinaus ist es aber nicht nur möglich, eine Nachtabsenkung oder dergleichen vorzunehmen. Man kann vielmehr im gesamten "normalen" Arbeitsbereich eine Justierung vornehmen.

Vorzugsweise ist der Motor als Schrittmotor ausgebildet. Ein Schrittmotor läßt sich schrittweise ansteuern. Wenn man die Zahl der durchgeführten Schritte kennt, dann weiß man auch, welche Position der Motor eingenommen hat. In diesem Fall weiß man auch, welche Länge der Betätigungsstrang hat. Man kann diese Länge direkt mit einer gegebenen Öffnung und damit auch einer vorbestimmten Temperatur verketten.

Bevorzugterweise ist der Motor als Piezomotor ausgebildet. Der Motor weist also mindestens ein Piezoelement auf, das sich bei einer Spannungsbeaufschlagung ausdehnt und bei einer negativen oder verminderten Spannung zusammenzieht. Man kann nun diese Expansions- und Kontraktions-Bewegungen des Piezoelements ausnutzen, um den Motor zu betreiben. Anders ausgedrückt wird eine Oberfläche in. Schwingung versetzt, so daß eine Art Trägerwelle entsteht. Mit Hilfe dieser Trägerwelle ist es möglich, die Position des Motors durch Zählen der Schwingungen und damit der Schritte zu bestimmen.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß der Motor ein erstes Motorelement und ein zweites Motorelement aufweist, zwischen denen in Betätigungsrichtung gesehen eine Piezoelementanordnung angeordnet ist. Die Piezoelementanordnung kann ein oder mehrere Piezoelemente aufweisen. Man kann nun beispielsweise durch ein entsprechendes Beaufschlagen der Piezoelementanordnung die gewünschte Längenausdehnung bewirken.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß das erste Motorelement und das zweite Motorelement jeweils eine Durchmessererweiterung aufweisen, wobei die Piezoelementanordnung im Bereich der Durchmessererweiterung angeordnet ist. Mit der Durchmessererweiterung hat die Piezoelementanordnung eine größere Fläche zur Verfügung, an der sie sich abstützen kann.

In einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das erste Motorelement als Rotor und das zweite Motorelement als Stator ausgebildet sind, wobei die beiden Motorelemente über eine Gewindepaarung miteinander in Verbindung stehen. Die Verbindung kann auch indirekt erfolgen, beispielsweise über Zwischenstücke, die mit dem Stator und/oder dem Rotor drehfest verbunden sind. In diesem Fall wird die Piezoelementanordnung nicht nur dazu ausgenutzt, durch eine Ausdehnung oder ein Zusammenziehen eine Verstellung der wirksamen Länge des Betätigungsstranges zu bewirken. Die Piezoelementanordnung wird bei einer beispielsweise sinusförmigen Anregung dazu verwendet, den Rotor und den Stator gegeneinander zu verdrehen. Diese Drehbewegung kann durch die entsprechende Gewindepaarung in eine Längenänderung des Motors übersetzt werden. Je nach Ansteuerrichtung der Piezoelementanordnung kann der Rotor gegenüber dem Stator in eine Richtung, beispielsweise im Uhrzeigersinn, oder in die entgegengesetzte Richtung, also entgegen dem Uhrzeigersinn, verdreht werden, so daß eine entsprechende Längenänderung sowohl in Richtung auf eine Verlängerung als auch in Richtung auf eine Verkürzung der wirksamen Länge des Motors möglich ist.

Bevorzugterweise ist der Motor zwischen dem Thermostatelement und der Betätigungsfläche angeordnet. Der Motor bildet also einen Teil einer Spindel zwischen dem Thermostatelement und der Betätigungsfläche. Die Rotorachse stimmt hierbei vorzugsweise mit der Achse des Thermostatelements überein. Der Stator umgibt die Spindel oder einen Fortsatz davon. Dies ergibt eine mechanisch außerordentlich stabile Konstruktion, die dennoch eine schnelle und wirksame Längenänderung des Betätigungsstranges ermöglicht.

Vorzugsweise ist die Betätigungsfläche am Motor ausgebildet. Man kann den Rotor entsprechend ausgestalten, so daß man kein zusätzliches Bauelement mehr benötigt.

In einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß der Motor zwischen dem Thermostatelement und dem Gehäuse angeordnet ist, wobei das Thermostatelement in Betätigungsrichtung im Gehäuse verlagerbar ist. Das Thermostatelement ist hierbei zweckmäßigerweise direkt oder indirekt über eine Feder abgestützt, so daß es immer in Anlage am Motor gehalten wird. Die Temperatureinflüsse, die sich in einer Änderung des Volumens der Füllung des Thermostatelementes niederschlagen, können dann unmittelbar an das Ventil weitergegeben werden.

Bevorzugterweise weist das Gehäuse einen Drehgriff auf, mit dessen Hilfe eine Widerlagerfläche für das Thermostatelement in Betätigungsrichtung verstellbar ist, wobei der Drehgriff mit einem Drehwinkelsensor zusammenwirkt. Man kann mit Hilfe des Drehwinkelsensors ermitteln, welche Winkellage der Drehgriff gegenüber einem Basisteil eingenommen hat. Diese Winkellage erlaubt eine eindeutige Aussage über die Lage der Widerlagerfläche, also eine Aussage über die Position des Thermostatelements bzw. des Motors. Man kann nun diese Informationen benutzen, um den Sollwert, der dem Ventil vorgegeben wird, relativ genau einzustellen.

Vorzugsweise ist der Motor leitungslos ansteuerbar. Man benötigt also keine Leitungen, um den Motor anzusteu ern. Vielmehr kann man hier Funk-Wellen nutzen, beispielsweise nach der sogenannten "bluetooth"-Technik. Auch andere Arten der Übertragung, beispielsweise mit Infrarot-Strahlen oder Ultraschall, sind möglich.

Bevorzugterweise ist der Stator des Motors im Gehäuse stationär gehalten. Damit vermeidet man eine Bewegung, die sich negativ auf elektrische Verbindungsleitungen auswirken könnte. Die Gefahr, daß derartige Leitungen zerrissen oder beschädigt werden, wird damit erheblich vermindert.

Auch ist von Vorteil, wenn der Rotor und der Stator des Motors mit einer vorbestimmten Axialkraft zusammengespannt sind. Eine derartige Ausbildung ist insbesondere bei Piezomotoren von erheblichem Vorteil. Wenn Rotor und Stator die Piezoelementanordnung zwischen sich einspannen, dann kann der Motor optimal wirken.

Hierbei ist bevorzugt, daß eine Federanordnung in Axialrichtung auf den Motor wirkt. Mit einer Federanordnung läßt sich auf einfache Weise die vorgegebene Spannkraft erreichen.

Hierbei ist bevorzugt, daß die Federanordnung eine auf den Rotor wirkende Federscheibe aufweist. Mit einer Federscheibe läßt sich auf relativ kurzem Weg die notwendige Kraft erzeugen. Eine Federscheibe benötigt daher relativ wenig Bauraum. Außerdem läßt sie sich relativ leicht montieren. Man kann zwischen der Federscheibe und dem Rotor auch eine reibungsvermindernde Schicht anordnen, beispielsweise aus Keramik oder Kunststoff, insbesondere PTFE.

Bevorzugterweise ist die Federscheibe an einem im Gehäuse gehaltenen Verschlußring abgestützt. Dies ist eine einfache Möglichkeit, um die Federscheibe im Gehäuse festzuhalten.

Alternativ dazu kann die Federscheibe an einem Vorsprung im Gehäuse abgestützt sein oder in eine Gehäusenut eingreifen. In diesem Fall ist eine Ausformung am Gehäuse erforderlich, die zur Abstützung der Federscheibe verwendet wird.

Auch ist von Vorteil, wenn der Motor eine Entkopplungseinrichtung aufweist, die vom Thermostatelement erzeugte Axialkräfte vom Rotor fernhält. Wie oben ausgeführt, ist es vorteilhaft, wenn man bei Piezomotoren mit einer gewissen Kraft so auf den Motor einwirkt, daß die Piezoelementanordnung zwischen Rotor und Stator eingespannt wird. Gleichzeitig ist es dabei wichtig, daß die Kraft nicht über das vorbestimmte Maß hinaus ansteigt. Dementsprechend ist es auch günstig, wenn die vom Ventil zurückwirkende Federkraft nicht auf den Motor einwirkt. Dies könnte dazu führen, daß er nicht mehr so frei drehen kann, wie dies gewünscht ist. Damit ergibt sich eine größere Reibung und ein erhöhter Verschleiß. Wenn man nun darauf achtet, daß die Axialkräfte vom Rotor ferngehalten werden, dann erhält man in dieser Hinsicht ideale Betriebsbedingungen, ohne daß man ansonsten Abstriche an der Funktionalität machen müßte.

Hierbei ist bevorzugt, daß der Rotor drehfest mit einem axial gegenüber dem Rotor verschiebbaren Mitnehmer in Verbindung steht, der mit der Betätigungsfläche in Eingriff steht und in Gewindeeingriff mit einem mit dem Thermostatelement in Wirkverbindung stehenden Konus steht. Der Mitnehmer ist dann der Bestandteil des Motors, der die Längenänderung bewirkt. Da er nur in Rotationsrichtung mit dem Rotor in Eingriff steht, in Axialrichtung hingegen verschiebbar ist, können Axialkräfte vom Rotor ferngehalten werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
1 eine erste Ausgestaltung eines Thermostatventilaufsatzes,
2 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts aus 1,
3 eine zweite Ausführungsform eines Thermostatventilaufsatzes,
4 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts aus 3 und
5 eine dritte Ausführungsform eines Thermostatventilaufsatzes.
Ein Thermostatventilaufsatz 1 nach 1 weist ein Gehäuse auf, das unter anderem durch einen Träger 2, einen Drehgriff 3 und ein Basisteil 4 gebildet ist, wobei der Drehgriff 3 gegenüber dem Basisteil 4 verdrehbar ist.
Im Träger 2 ist ein Thermostatelement 5 angeordnet, das mit seiner Stirnseite 6 an einer Stirnwand 7 des Trägers 2 anliegt. In nicht näher dargestellter Weise kann man dafür sorgen, daß durch Verdrehen des Drehgriffs 3 gegenüber dem Basisteil 4 die Entfernung des Thermostatelements 5 zum Basisteil 4 verändert wird.
Das Thermostatelement 5 weist in an sich bekannter Weise in seinem Inneren eine Balgenwand 8 auf, in die eine Spindel 9 eingesetzt ist. Die Spindel 9 steht aus dem Thermostatelement 5 in Richtung auf das Basisteil 4 vor. Die Balgenwand 8 begrenzt flexibel einen Innenraum 10, der mit einer wärmedehnbaren Füllung erfüllt ist, beispielsweise einer Flüssigkeit, deren Volumen sich mit der Temperatur ändert. Anstelle einer Flüssigkeit kann auch ein Feststoff, wie z.B. Wachs, oder ein Gas verwendet werden. Je höher die Temperatur ist, desto stärker dehnt sich die Füllung aus und desto weiter wird die Spindel 9 aus dem Thermostatelement 5 herausgeschoben.
Durch unterschiedliche Positionen des Thermostatelements 5 gegenüber dem Basisteil 4 können unterschiedliche Sollwerte eingestellt werden. In manchen Fällen ist der Thermostatventilaufsatz 1 auch nur für einen bestimmten Sollwert vorgesehen.
Die Spindel 9, die im übrigen noch mit einer Übertemperatur-Feder 11 als Sicherheitselement versehen ist, wirkt auf einen Käfig 12, der durch eine Feder 13 in Richtung auf das Thermostatelement 5 gedrückt wird. In den Käfig 12 ist eine Halterung 14 eingeschraubt, die einen Konus 15 trägt, der bei herkömmlichen Thermostat ventil-Aufsätzen auf einen nicht näher dargestellten Stößel eines ebenfalls nicht näher dargestellten Ventils wirkt. Der Konus 15 wird aus Gründen der Anschaulichkeit als solcher bezeichnet. Er muß aber nicht unbedingt die geometrische Form eines Konus haben.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Konus 15 jedoch mit einem Motor 16 verbunden, wie dies in vergrößerter Darstellung aus 2 hervorgeht. 2 zeigt die Einzelheit "X" aus 1.
Der Motor 16 weist einen Stator 17 auf, der drehfest mit dem Konus 15 verbunden ist. Hierzu weist der Motor 16 eine mit dem Konus 15 verbundene Verzahnung 18 an einem Verzahnungselement 24 auf, in die der Stator 17 eingreift. Das Verzahnungselement 24 des Motors 16 ist mit dem Konus 15 verbunden. Der Stator 17 ist also drehfest mit dem Konus 15 verbunden, aber axial dazu verschiebbar.
Ferner weist der Motor 16 einen Rotor 19 auf, der über eine Gewindepaarung 20 im Verzahnungselement 24 mit dem Stator 17 verbunden ist. Die Verbindung erfolgt dabei über den Konus 15 und die Verzahnung 18 des Motors. Auf der der Gewindepaarung 20 gegenüberliegenden Seite weist der Rotor 19 eine Betätigungsfläche 21 auf.
Zwischen dem Stator 17 und dem Rotor 19 ist ein Piezoelement 22 angeordnet, also eine Piezokeramik, deren Ausdehnung sich mit einer Spannungsbeaufschlagung verändert. Man kann auch mehrere Piezoelemente 22 verwenden. Aus Gründen der Vereinfachung erfolgt die nachfolgende Erläuterung aber mit einem Piezoelement 22. Die Ausdehnungsänderung des Piezoelements 22 hat dabei eine Komponente in Umfangsrichtung des Stators 17, so daß man durch eine entsprechende Spannungsbeaufschlagung des Piezoelements 22 den Rotor 19 gegenüber dem Stator 17 verdrehen kann. Da der Stator 17 über die Verzahnung 18 drehfest am Konus 15 gehalten ist, bewirkt eine Drehung des Rotors 19 gegenüber dem Stator 17, daß sich der Rotor 19 weiter aus dem Konus 15 heraus oder weiter in den Konus 15 hineinschraubt und damit den Abstand der Betätigungsfläche 21 von der Spindel 9 verändert.
Das Piezoelement 22 wird impuls- oder taktweise mit Spannungsimpulsen beaufschlagt. Bei jedem Spannungsimpuls ergibt sich dann ein vorbestimmtes Winkelinkrement, um das der Rotor 19 gegenüber dem Stator 17 verdreht wird. Der Motor 16 ist also als Schrittmotor ausgebildet. Man "weiß" dann anhand der Anzahl von Impulsen (oder anderer Versorgungsdaten), in welcher Winkelstellung sich der Rotor 19 gegenüber dem Stator 17 befindet und dementsprechend wie weit der Rotor 19 aus dem Konus 15 bzw. dem Verzahnungselement 24 herausgeschraubt oder in den Konus 15 bzw. das Verzahnungselement 24 hineingeschraubt worden ist. Dementsprechend läßt sich für eine vorbestimmte Temperatur, also für einen vorbestimmten Zustand des Thermostatelements 5, mit hoher Zuverlässigkeit sagen, welche Länge der Betätigungsstrang aufweist, der zwischen der Stirnwand 7 und der Betätigungsfläche 21 ausgebildet ist.
Wenn der Drehgriff 3 eine Änderung des Abstandes des Thermostatelements 5 vom Basisteil 4 bewirkt, ist es zweckmäßig, einen Winkelsensor 23 vorzusehen, der schematisch in 1 eingezeichnet ist. Mit dem Winkelsen sor 23 kann man die Drehwinkel des Drehgriffs 3 gegenüber dem Basisteil 4 bestimmen und dementsprechend die "Höhenlage" des Thermostatelements 5, also den Abstand des Thermostatelements 5 vom Basisteil 4.
Man kann einen derartigen Thermostatventilaufsatz natürlich auch ohne Drehgriff ausführen, da die Temperaturverstellung letztendlich ausschließlich über den Motor erfolgen kann. Damit entfällt zwar die manuelle Eingriffsmöglichkeit am Thermostataufsatz direkt. Der Thermostataufsatz kann aber kostengünstiger gefertigt werden und die Regelung von außen über eine eigene Steuereinrichtung wird einfacher.
Wie aus 2 zu erkennen ist, ist der Stator 17 auf der Verzahnung 18 in Betätigungsrichtung verschiebbar geführt. Man kann also dafür sorgen, daß der Stator 17, das Piezoelement 22 und der Rotor 19 immer flächig aneinander anliegen. Durch entsprechend groß gewählte Durchmesser kann das Piezoelement 22 ausreichend große Kräfte entwickeln.
Der Motor 16 kann über eine nicht näher dargestellte und im Thermostatventilaufsatz 1 angeordnete Batterie mit elektrischer Leistung versorgt werden. Da der Motor 16 nur gelegentlich in Betrieb genommen werden muß, um einen Sollwert zu verändern, ist der Leistungsverbrauch des Motors 16 relativ gering. Dies ergibt sich daraus, weil das Thermostatelement, wie üblich, für die Temperaturregelung verantwortlich ist. Nur bei der Verstellung des Sollwerts muß der elektrische Motor betrieben werden, so daß er nur zu diesen Vorgängen Energie verbraucht.
Eine Ansteuerung kann von außen erfolgen, beispielsweise über eine nicht näher dargestellte Zentraleinheit.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Thermostataufsatzes. Gleiche und einander entsprechende Funktionselemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Im Gegensatz zu der Ausführungsform nach 1 und 2 befindet sich der Motor 16 nun zwischen der Stirnseite 6 des Thermostatelements 5 und der Stirnwand 7 des Gehäuses. 4 zeigt die Einzelheit Y aus 3.
Die Betätigungsfläche 21 ist nun unmittelbar am Konus 15 angeordnet.
Das Verzahnungselement 24 des Motors 16 ist drehfest mit der Stirnwand 6 des Thermostatelements 5 verbunden. Dieses Verzahnungselement 24 ist bei der Ausgestaltung nach den 1 und 2 mit dem Konus 15 verbunden oder einstückig mit dem Konus ausgeführt.
Auch hier steht der Rotor 19 über eine Gewindepaarung 20 mit dem Verzahnungselement 24 in Verbindung, so daß er aus dem Verzahnungselement heraus oder in das Verzahnungselement 24 hineingeschraubt wird, wenn er sich gegenüber dem Stator 17 dreht, der über die Verzahnung 18 drehfest am Verzahnungselement 24 gehalten ist.
Bei dieser Ausgestaltung ergibt sich darüber hinaus der Vorteil, daß keine mit elektrischen Leitungen versehenen Teile des Motors 16 bewegt werden müssen, wenn sich aufgrund von Temperaturänderungen der Balgen 8 bewegt.
Der Motor 16 nach 3 und 4 kann, wie dies bereits im Zusammenhang mit den 1 und 2 erwähnt worden ist, über eine externe Zentraleinheit 25 ferngesteuert werden. Die Zentraleinheit 25 kann auch mehrere Aufsätze 1 steuern, wenn dies gewünscht ist. Hierzu weist die Zentraleinheit 25 einen Sender 26 und der Thermostataufsatz 1 einen Empfänger 27 auf, die hier lediglich durch Funkwellen schematisch dargestellt sind. Wenn eine Rückmeldung erwünscht ist, dann kann der Empfänger 27 auch eine Sendefunktion beinhalten und der Sender 26 eine Empfangsfunktion.
In beiden Ausführungsformen kann man nun mit Hilfe des Motors 16 eine Sollwertverstellung vornehmen, ohne daß man den Drehgriff 3 betätigen muß.
Bei der Ausgestaltung nach 1 und 2 ergibt sich bei der Inbetriebnahme des Motors 16 sozusagen eine Verlängerung der Spindel 9. Diese Verlängerung muß nicht groß sein. Sie wird in der Regel nur wenige Millimeter, also 0 bis 5 mm, bevorzugt 1 oder 2 mm, betragen. Bei der Ausgestaltung nach 3 und 4 wird durch eine Betätigung des Motors 16 das Thermostatelement 5 innerhalb des Trägers 2 axial, also in Betätigungsrichtung, verlagert. Auch dies führt zu einer Veränderung des Sollwerts.
Der Motor 16, der in dem Thermostatventilaufsatz verwendet werden kann, kann relativ klein sein. Insbesondere kann es sich um einen zylindrischen Motor handeln, bei dem Stator und der Rotor im Querschnitt kreisrund sind. Der Durchmesser beträgt maximal 30 mm, vorzugs weise weniger als 20 mm. Die Höhe des Motors beträgt weniger als 10 mm, vorzugsweise weniger als 5 mm.
Wie im Zusammenhang mit der Ausführungsform der 3 erläutert, gibt es eine Motorsteuerung, die beispielsweise über Funkwellen oder andere leitungslose Signalübertragungsmittel angesteuert werden kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, hier eine Leitung zur Übertragung der Ansteuerbefehle zu verwenden. Auch kann eine komplette Steuereinrichtung in den Thermostatventilaufsatz eingebaut werden. Allerdings vermindert der Einbau eines Empfängers für drahtlose Signalübertragung die Baugröße erheblich, macht also den Thermostatventilaufsatz sehr kompakt. Auch die Ansprüche an die Antennenverhältnisse werden erheblich reduziert.
5 zeigt eine dritte Ausgestaltung eines Thermostatventilaufsatzes. Gleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den 1 bis 4 bezeichnet.
Geändert hat sich im wesentlichen der Motor 16. Auch hier umfaßt der Motor 16 den Stator 17 und den Rotor 19, zwischen denen das Piezoelement 22 angeordnet ist. Ferner weist der Motor 16 einen Mitnehmer 33 auf, der über die Verzahnung 18 drehfest mit dem Rotor 19 verbunden ist. Die Verzahnung 18 läßt jedoch eine axiale Verlagerung des Mitnehmers 33 gegenüber dem Rotor 19 zu.
Schließlich gehört zum Motor 16 auch noch der Konus 15, der über den Käfig 14 mit der Spindel 9 in Wirkverbin dung steht. Der Konus 15 steht über die Gewindepaarung 20 mit dem Mitnehmer 33 in Verbindung.
Der Motor 16, genauer gesagt sein Stator 17 ist im Basisteil 4 des Gehäuses in Axialrichtung abgestützt und in Radialrichtung gehalten. Damit ist der Motor 16 im Gehäuse festgelegt.
Wenn sich nun der Rotor 19 dreht, dann wird der Mitnehmer 33 in der Gewindepaarung 20 gegenüber dem Konus 15 verlagert. Dadurch ändert sich die axiale Länge des Motors 16, so daß die Betätigungsfläche 21 gegenüber dem nur schematisch dargestellten Ventilstößel eine andere Position einnimmt, auch wenn sich ansonsten die Temperatur nicht geändert hat und die wirksame Länge des Thermostatelements 5 gleichgeblieben ist.
Wirken hingegen vom Ventil Federkräfte zurück, die sich auf den Mitnehmer 33 auswirken, dann werden diese Kräfte vom Rotor 19 ferngehalten. Auswirkungen können sich allenfalls dadurch ergeben, daß der Mitnehmer 33 in Axialrichtung gegenüber dem Rotor 19 verlagert wird.
Der Stator 17 und der Rotor 19 werden durch eine Federscheibe 30 zusammengedrückt. Diese Federscheibe 30 ist im Basisteil 4 durch einen Verschlußring 31 gehalten (links).
Die Federscheibe 30 kann auch in eine Nut 32 eingesetzt sein, die im Basisteil 4 des Gehäuses ausgebildet ist (rechts). Anstelle einer Nut kann man natürlich auch einen Vorsprung verwenden, der radial nach innen vorsteht.
Die auf den Motor 16 wirkenden Kräfte werden ausschließlich durch die Federscheibe 30 bestimmt. Kräfte, die vom Ventil herrühren, wirken nur auf den Mitnehmer 33. Dies hat den Vorteil, daß der Motor 16 immer unter genau definierten Bedingungen betrieben wird. Jeder elektrische Impuls, der an den Motor 16 gelangt, bewirkt dann die Verstellung des Rotors 19 um ein vorbestimmtes Winkelinkrement. Das Anlaufen des Motors 16 wird nicht durch zu hohe Kräfte erschwert. Ein "Durchrutschen" des Rotors 19 gegenüber dem Piezoelement aufgrund zu geringer Kräfte wird vermieden. Die axiale Trennung von Rotor 19 und Mitnehmer 33 hat auch den Vorteil, daß man unterschiedliche Materialien für Rotor 19 und Mitnehmer 33 verwenden kann. Der Rotor 19 kann so gestaltet werden, daß er eine große Reibung zum Piezoelement 22 aufweist. Je größer diese Reibung ist, desto geringer kann die Vorspannung gewählt werden. Der Mitnehmer 33 kann hingegen so gestaltet werden, daß er mit dem Käfig 14 reibungsarm zusammenwirkt.
Zwischen der Federscheibe 30 und dem Rotor 19 kann in nicht näher dargestellter Weise noch eine reibungsvermindernde Schicht angeordnet sein, beispielsweise aus Keramik oder aus Kunststoff, insbesondere PTFE.
Die Federkraft ist auf ein optimales Betriebsverhalten des Motors 16 hin optimierbar. Dadurch läßt sich Energie einsparen.
Eine weitere Feder 35 ist unterhalb des Stators 17 zu erkennen. Die Feder 35 dient hauptsächlich dazu, einen Auslösering 34 vorzuspannen, der eine Schnappkopplung auslöst, wenn das Thermostatelement 1 auf dem zugehörigen Heizkörperventil montiert werden soll.
Die Regelung der Heizung erfolgt in allen Ausführungsformen beispielsweise mit Hilfe einer Anzeige, die an einer Wand in dem Raum angeordnet sein kann, dessen Temperatur man regeln möchte. In dieser Anzeigeeinheit kann man die gewünschte Raumtemperatur einstellen, wobei die Anzeigeeinheit natürlich auch einen Temperaturmesser enthalten kann. Die Anzeigeeinheit kennt dann die augenblickliche Raumtemperatur. Wenn ein Anstieg um eine vorbestimmte Temperaturdifferenz erwünscht ist, wird dies in eine Anzahl von Schritten am zugehörigen Motor oder an den zugehörigen Motoren (bei mehreren Heizkörperthermostaten) umgesetzt und ein Signal für die Bewegung wird an die einzelnen Heizkörperthermostatelemente gesandt. Danach wird die Anzeigeeinheit nach einem vorgegebenen Zeitraum eine neue Temperaturmessung vornehmen und eventuell die einzelnen Thermostatventilaufsätze wieder korrigieren.
Man kann die Anzeigeneinheit als adaptive Einheit ausbilden. Wenn ein vorbestimmter Temperaturanstieg in eine bestimmte Anzahl von Schritten umgesetzt wird und es sich bei einer nachfolgenden Kontrollmessung herausstellt, daß die gewünschte Temperatur nicht erreicht worden ist, dann kann die Anzeigeneinheit dies selbständig lernen. Wenn das nächste Mal die gleiche Temperaturänderung gewünscht wird, ist dies dann in der Anzeigeneinheit gespeichert.
Natürlich gilt das gleiche auch für eine Temperaturabsenkung. Die Anzeigeneinheit kann lernen, wann sie die Heizung ausschalten soll, um zu einem bestimmten Zeitpunkt die vorgegebene Absenktemperatur zu erreichen oder zu einem vorbestimmten Zeitpunkt (nach der Nachtabsenkung) die gewünschte Tagestemperatur. Motoren, die für einen derartigen Thermostatventilaufsatz in Frage kommen, können ausgebildet sein wie in WO 03/010879 A2, US 6798 118 B1 oder US 5 402 030 A , In Verbindung mit der Steuerung des beschriebenen Systems gibt es außerdem die folgenden Vorteile: Mit heute bekannten Lösungen mißt man die Temperatur am Heizkörper oder in seiner unmittelbaren Nähe (Thermostat am Heizkörperventil). Hingegen kann man mit der hier beschriebenen Lösung die Temperatur mit Hilfe eines Temperaturmessers im Raum messen, also dort, wo man erwartet, daß die eingestellte Temperatur auch tatsächlich besteht. Dadurch werden sogenannte P-Bandfehler (die Solltemperatur entspricht nicht der am Heizkörper gemessene Temperatur) und sogenannte FTA-Fehler (FTA = Vorlauftemperatur-Abhängigkeit) verhindert, weil sie durch den Motor 16 korrigiert werden können. Diesen Fehler wird es fast immer geben, weil die Wärme des durch das Ventil strömende Medium die Temperatur des Thermostatelements 5 beeinflussen wird.
Das oben erwähnte Meß-/Regelungsprinzip bedeutet wiederum, daß man mit dem hier beschriebenen Aufbau im Prinzip ebenso gut den Thermostaten mit zugehörigem Ventil in der Rücklaufleitung des einzelnen Heizkörpers anbringen könnte.
Die Energieversorgung des Motors 16 kann auch mit Hilfe eines Versorungsmoduls vorgenommen werden, das eine thermoelektrisches Element in Verbindung mit Solarzellen erhält. In diesem Fall ist man von einer Zufuhr elektrischer Energie von außen unabhängig und benötigt im Grunde auch keine Batterie.

Claims

Thermostatventilaufsatz für ein Ventil, insbesondere Heizungs- oder Kälteventil, mit einem Gehäuse, einem Thermostatelement und einer in eine Betätigungsrichtung verlagerbare Betätigungsfläche, wobei das Thermostatelement in einem Betätigungsstrang zwischen dem Gehäuse und der Betätigungsfläche angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Betätigungsstrang (5, 9, 15, 16) ein längenveränderbarer Motor (16) mit mehreren seine wirksame Länge bestimmenden Elementen (15, 17) angeordnet ist, die durch die Inbetriebnahme des Motors relativ zueinander verlagerbar sind.
Thermostatventilaufsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (16) als Schrittmotor ausgebildet ist.
Thermostatventilaufsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (16) als Piezomotor ausgebildet ist.
Thermostatventilaufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (16) ein erstes Motorelement (19) und ein zweites Motorelement (17) aufweist, zwischen denen in Betätigungsrichtung gesehen eine Piezoelementanordnung (22) angeordnet ist.
Thermostatventilaufsatz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Motorelement (19) und das zweite Motorelement (17) jeweils einen Durchmessererweiterung aufweisen, wobei die Piezoelementanordnung (22) im Bereich der Durchmessererweiterung angeordnet ist.
Thermostatventilaufsatz nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Motorelement (19) als Rotor und das zweite Motorelement (17) als Stator ausgebildet sind, wobei die beiden Motorelemente (19, 17) über eine Gewindepaarung (20) miteinander in Verbindung stehen.
Thermostatventilaufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (16) zwischen dem Thermostatelement (5) und der Betätigungsfläche (21) angeordnet ist.
Thermostatventilaufsatz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsfläche (21) am Motor (16) ausgebildet ist.
Thermostatventilaufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (16) zwischen dem Thermostatelement (5) und dem Gehäuse (2, 7) angeordnet ist, wobei das Thermostatelement in Betätigungsrichtung im Gehäuse (2, 7) verlagerbar ist.
Thermostatventilaufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2, 7) einen Drehgriff (3) aufweist, mit dessen Hilfe eine Widerlagerfläche (7) für das Thermostatelement (5) in Betätigungsrichtung verstellbar ist, wobei der Drehgriff (3) mit einem Drehwinkelsensor (23) zusammenwirkt.
Thermostatventilaufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (16) leitungslos ansteuerbar ist.
Thermostatventilaufsatz nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (17) des Motors (16) im Gehäuse (4) stationär gehalten ist.
Thermostatventilaufsatz nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (19) und der Stator (17) des Motors (16) mit einer vorbestimmten Axialkraft zusammengespannt sind.
Thermostatventilaufsatz nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Federanordnung (30) in Axialrichtung auf den Motor (16) wirkt.
Thermostatventilaufsatz nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnung eine auf den Rotor (19) wirkende Federscheibe (30) aufweist.
Thermostatventilaufsatz nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Federscheibe (30) an einem im Gehäuse (4) gehaltenen Verschlußring (31) abgestützt ist.
Thermostatventilaufsatz nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Federscheibe (30) an einem Vorsprung im Gehäuse (4) abgestützt oder in eine Gehäusenut (32) eingreift.
Thermostatventilaufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (16) eine Entkopplungseinrichtung aufweist, die vom Thermostatelement (5) erzeugte Axialkräfte vom Rotor (19) fernhält.
Thermostatventilaufsatz nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (19) drehfest mit einem axial gegenüber dem Rotor (19) verschiebbaren Mitnehmer (33) in Verbindung steht, der mit der Betätigungsfläche (21) in Eingriff steht und in Gewindeeingriff mit einem mit dem Thermostatelement (5) in Wirkverbindung stehenden Konus (15) steht.