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Heizkörperventil
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-Die Erfindung betrifft ein Heizkörperventil zur temperaturabhängigen
Steuerung von flüssigkeits- oder gasdurchströmten Heizkörpern der im Oberbegriff
des Hauptanspruchs angegebenen Art.
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Zur Energieeinsparung ist es bei Zentralheizungen allgemein üblich,
die Heizkörpertemperatur während der Nachtzeiten abzusenken. Die Absenkung wird
zentral gesteuert und erfolgt für alle Heizkörper gemeinsam.
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Es besteht ferner das Bedürfnis, zur weiteren Energieeinsparung die
Heiztemperatur in einzelnen Räumen. z.B.
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Schlaf-, Bade- und Arbeitszimmern, die nur zeitweise benutzt werden,
während der übrigen Zeit abzusenken. In der Mehrzahl der Fälle wird die Temperaturabsenkung
durch manuelle Verstellung der einzelnen Heizkörperventile bewirkt.
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Für diesen Zweck sind bereits automatisch arbeitende zeituhrgesteuerte
Heizkörperventile bekannt, die jedoch bislang wenig Eingang in die Praxis gefunden
haben.
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Nach einer ersten Lösung wird dem Raumthermostaten mittels einer elektrischen
Heizung, welche zeituhrgesteuert intervallweise eingeschaltet wird, eine höhere
Raumtemperatur vorgetäuscht, wodurch bewirkt wird, daß das thermostatisch gesteuerte
Durchflußventil trotz geringerer Raumtemperatur geschlossen wird. Für diese Steuerung
ist wegen des relativ hohen Strombedarfs ein Netzanschluß in Heizkörpernähe erforderlich,
wodurch abgesehen vom Sicherheitsrisiko die Montagekosten erhöht werden. Außerdem
führt die Wärmeträgheit zu Schaltungenauigkeiten, die insbesondere bei den aus wirtschaftlichen
Gründen geforderten ceringen Differenzen zwischen Arbeits- und Absenktemperatur
untragbar sind.
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Daneben sind vollelektronisch arbeitende Regelgeräte erforderlich,
welche das Heizkörperventil motorisch steuern.
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Auch diese Regelgeräte, die aufwendig und damit kostspielig sind,
erfordern pro Regelstelle, also pro Heizkörper, einen eigenen Netzanschluß.
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Bekannt ist ferner eine Thermostatsteuerung, bei welcher der vorgegebene
Temperatursollwert des Raumthermostates dadurch verändert wird, daß ein Distanzglied
zwischen den Stellbolzen des Thermostaten und den Ventilstößel des Heizkörperventils
während der Zeit der gewünschten Temperaturabsenkung eingebracht wird. Hierdurch
wird durch unmittelbare Beeinflussung des Durchflußquerschnittes im Ventil die Heizkörpertemperatur
um einen einmal festgelegten Betrag reduziert. Nachteilig ist bei dieser Lösung,
daß
die Absenktemperatur vom Benutzer nicht frei wählbar ist. Außerdem sind erhebliche
Stellkräfte notwendig, um das Distanzglied zwischen Ventilstößel und Stellbolzen
einzuführen, da die entgegenwirkenden Kräfte der Uberhubfeder im Thermostaten und
der Rückholfeder im Ventil überwunden werden müssen. Um dies zu ermoglichen, ist
ein relativ aufwendiges Untersetzungsgetriebe sowie wegen des hohen Stromverbrauchs
ein Netzanschluß oder eine sehr leistungsfähige Batterie notwendig.
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Diese Nachteile werden bei der Lösung nach der DE-OS 30 18 274 dadurch
vermieden, daß ein Heizkörperventil mit wenigstens zwei Durchflußkanälen unterschiedlichen
Querschnitts vorgesehen ist , die je nach gewünschter Raumtemperatur anzusteuern
sind, wobei zweckmäßigerweise jedem Kanal ein eigener individuell einstellbarer
Thermostat zugeordnet ist. Die Umschaltung von einem Thermostaten auf den anderen
erfordert relativ wenig Kraft, so daß die Ansteuerung mittels einer einfachen batteriegespeisten
Zeituhr möglich ist.
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Diese Lösung ist allerdings insbesondere für die Nachrüstung schon
vorhandener Heizkörper zu aufwendig, da das im Heizmittelkreislauf befindliche Ventil
ausgewechselt werden muß, was teuer und aufwendig ist. Außerdem ist der etwa vorhandene
Thermostat nicht wieder verwendbar.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizkörperventil
zu schaffen, das auch diese Nachteile nicht besitzt, bei welchem also wie bei den
eingangs geschilderten bekannten Lösungen die Steuerung im Trockenbereich
ohne
unmittelbaren Eingriff in das Durchflußventil erfolgt, wobei jedoch die Temperatursollwerte
während aller Intervalle , also z.B. während der Tag-und während der Nachzeit,vom
Benutzer individuell einstellbar sind und schließlich der erforderliche Leistungsbedarf
der Steuerung so gering ist, daß für die Steuerung eine einfache, vorzugsweise batteriegespeiste
Zeitschaltuhr geeignet ist.
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Nach vorliegender Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß
wenigstens zwei Raumthermostate, mit welchen unterschiedliche Temperatursollwerte
einstellbar sind, wahlweise mit dem Durchflußventil in Abhängigkeit von einer dritten
Steuergröße mechanisch verbindbar sind.
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Die Realisierung dieser Lösung,insbesondere auch bei Nachrüstung vorhandener
Heizkörpersteuerungen, ist besonders preisgünstig, da das vorhandene Durchflußventil
sowie ein etwaig vorhandener Raumthermostat weiter verwendet werden können.
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Für die Umschaltung sind nur sehr geringe Schaltleistungen erforderlich,
da bei der Umschaltung im wesentlichen die entgegenwirkende Kraft der Ventilrückholfeder
zu überwinden ist.
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Erfolgt die Umschaltung, wie ferner vorgeschlagen wird, in einem Zeitpunkt,
in dem sich das Ventil ohnehin in Schließstellung befindet, ist auch diese Kraft
nicht vorhanden, so daß in diesem Fall nur Reibungswiderstände zu überwinden sind.
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Zum Zwecke der Umschaltung ist die Wirkverbindung zwischen dem Raumthermostaten
und dem Durchflußventil zu beeinflussen.
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Dies kann durch Veränderung der relativen Lage der Raumthermostaten
zum Ventil, also vorzugsweise durch Verschieben der Raumthermostaten gegenüber dem
Ventil, erreicht werden.
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Konstruktiv einfacher ist jedoch die Anordnung eines steuerbaren Stellgliedes
zwischen dem Raumthermostaten und dem Ventil, mit welchem wahlweise die mechanische
Verbindung zwischen dem Ventil und einem der Thermostaten hergestellt und mit dem
oder den anderen gleichzeitig unterbrochen wird.
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Diese grundsätzlich auch manuell beeinflußbare Stellglied ist nach
einem weiteren Vorschlag der Erfindung zeitlich gesteuert, wobei die Steuerung vorzugsweise
mittels einer batteriegespeisten Zeituhr,jedoch auch zentral über Fernsteuerleitungen,erfolgen
kann. Ist nur eine Umschaltung zwischen zwei Thermostaten erforderlich, wie dies
in der Mehrzahl der Fälle zum Beispiel zur Erzielung der Nachtabsenkung gewünscht
ist, kann das Stellglied nach einem ersten Vorschlag aus einer zweiarmigen,verschwenkbaren
Wippe bestehen, welche auf den Ventilstößel wirkt und je nach Stellung die Wirkverbindung
zu einem der beiden Raumthermostaten herstellt.
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Die Stellung der Wippe läßt sich entweder durch Verschieben des Drehpunktes
in Vorschubrichtung des Ventilstößels oder durch Querverschiebung senkrecht zu den
Stellbolzen der Raumthermostate verstellen.
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Zur weiteren konstruktiven Vereinfachung der Lösung kann hier-bei
einer der beiden Thermostate über ein verschiebbares Zwischenglied unmittelbar auf
das Ventil wirken, während der andere Thermostat über die Wippe das Zwischenglied
beeinflußt, wobei das Zwischenglied außerdem gegenüber der Wippe in Ventilstößelrichtung
frei verschiebbar ist. Durch diese Maßnahme wird ein sogenanntes "Override"-Prinzip
verwirklicht, nach welchem der jeweils angesteuerte Thermostat den anderen wirkungslos
macht, ihn "überholt".
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Zur Verstellung der Wippe eignen sich von einem Servo-Motor angetriebene
Nockenscheiben oder dgl. Steuerkurven.
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Als Steuerantriebe sind jedoch auch Schraubspindel-, Schnecken-, Zahnrad-
oder Zahnstangentriebe möglich.
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Ggf. kann das Stellglied selbst z.B. nach Art einer Glockenscheibe
mit der Steuerkurve kombiniert werden, wobei die Nocken bzw. Erhöhungen der Steuerkurve
auf die Stellbolzen der Thermostate wirken und hierdurch die Zuschaltung des gewünschten
Thermostat auf das Ventil herstellen.
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Weitere konstruktive Merkmale der erfindungsgemäßen Lösungen sind
mit den Ansprüchen gekennzeichnet sowie beispielsweise nachstehend anhand der Schemazeichnungen
im einzelnen erläutert.
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In diesen Zeichnungen zeigen Fig. 1 bis 4 teilweise geschnittene seitliche
Teilansicht einer erfindungsgemäßen Heizkörperventilanordnung in vier verschiedenen
Schaltpositionen, Fig. 5 perspektivische Teildarstellung einer erfindungsgemäßen
Heizkörperventilanordnung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, Fig. 5a Schnitt
längs der Linie Va-Va in Fig. 5 (Teildarstellung), Fig. 6 Heizkörperventilanordnung
nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung in perspektivischer Darstellung,
Fig. 7 teils geschnittene, teils perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Heizkörperventilanordnung nach einem vierten Ausführungsbeispiel, Fig. 8 vergrößerte
Schnittdarstellung eines Teiles des bei der erfindungsgemäßen Heizkörperventilanordnung
benutzten Durchflußventiles und Fig. 9 Schaltalgebra-Tabelle zur Veranschaulichung
der Schaltpositionen in den Fig. 1 bis 4.
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In den stark schematisierten Zeichnungen sind identische Bauteile
mit den gleichen Ziffern und einander entsprechende Bauteile mit den einander entsprechenden
Einerstellen der
Dekaden 0 bis 10, 11 bis 20, 21 bis 30 und 31
bis 40 bezeichnet.
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Bei allen Ausführungsbeispielen--sind Durchflußventile vorgesehen,
deren genauerer Aufbau in Fig. 8 wiedergegeben ist.
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Bei allen Ausführungsbeispielen dient jeweils der Raumthermostat 4
beispielsweise der Temperatursteuerung während des Tages und der Raumthermostat
5 der Temperatursteuerung während der Nacht.
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Wie auch anhand der Tabelle gem. Fig. 9 veranschaulicht ist, entsprechen
die Darstellungen in den Fig. 1 bis 4 folgenden Schaltsituationen Fig. 1 Stellung:Tag
wirksamer Thermosatat : 4 Raumtemperatur größer als Temperatursollwert folglich
: Ventil 1 mittels Thermostat 4 geschlossen.
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Fig; 2 Stellung:Tag wirksamer Thermosatat : 4 Raumtemperatur kleiner
als Temperatursollwert folglich : Ventil mittels Thermostat 4 geöffnet.
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Fig. 3 Stellung: Nacht wirksamer Thermostat : 5 Raumtemperatur größer
als Temperatursollwert folglich : Ventil mittels Thermostat 5 geschlossen.
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Fig. 4 Stellung:Nacht wirksamer Thermostat : 5 Raumtemperatur kleiner
als Temperatursollwert folglich : Ventil mittels Thermostat 5 geöffnet.
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Die Raumthermostaten 4 und 5 sind in bekannter Weise so ausgebildet,
daß deren Stellbolzen 4a bzw. 5a bei einer Temperaturerhöhung axial verschoben werden.
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Die Thermostaten 4 und 5 können, wie dargestellt, mit einem handgerechten
Stellknopf versehen sein.
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Es ist jedoch auch denkbar, aus Kostengründen bei einem der Thermostate
, z.B. bei dem für die Nachtsteuerung bestimmten Thermostat 5,einen einfacheren
mit einem Werkzeug, z.B. einem Schraubenzieher oder einem Geldstück, verstellbaren
Kopf zu verwenden.
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Da für die Realisierung der erfindungsgemäßen Vorschläge handelsübliche
Raumthermostate beliebiger Herkunft benutzt werden können, ist es möglich, für den
anderen Raumthermostaten 4 beim Umrüsten den evtl. bereits verhandenen Thermostaten
mit zu verwenden.
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Bei der Anordnung nach den Fig. 1 und 3 ist ein Durchflußventil 1
vorgesehen, dessen Ventilstößel 1a wahlweise vom Thermostaten 4 bzw. dem Thermostaten
5 steuerbar ist.
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Wie Fig. 8 veranschaulicht, sorgt eine innerhalb des Ventiles 1 vorgesehene,
zwischen Ventilgehäuse und Ringbund 1b des Stößels ia eingespannte Feder 1c für
die Rückstellung des
Stößels 1a in Ruhestellung, in welcher das
Ventil 1 geöffnet ist. Der Stellbolzen 4a des ersten, der Tagsteuerung dienenden
Raumthermostaten 4 wirkt unmittelbar über einen axial verschibbaren Zwischenbolzen
2 auf den Ventilstößel 1a. Er durchsetzt hierbei mit Spiel einen Durchbruch 3f,
der verschwenkbaren Wippe 3.
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Auf den in Fig. 1 rechten Arm der Wippe 3 wirkt der zweite sogenannte
Nachtthermostat 5 mit seinem Stellbolzen 5a, soweit sich die Wippe3 index der Nachtsteuerung
entsprechenden Position gem. Fig. 3 und 4 befindet.
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Zur Umschaltung der Wippe 3 ist eine Nockenscheibe 6 vorgesehen, welche
am in der Zeichnung linken Arm der Wippe 3 kraftschlüssig anliegt. In im einzelnen
nicht dargestellter Weise wird die Nockenscheibe 6 über ein Untersetzungsgetriebe
9 von einem Servo-Motor 7 angetrieben. Der Servo-Motor 7 selbst wird von einer batteriegespeisten
Zeitschaltuhr 8 derart gesteuert, daß der Nockenbereich 6a mit kleinerem Radius
während der Tagsteuerung, der Nockenbereich 6b mit größerem Radius während der Nachtsteuerung
wirksam werden.
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Während der Tagstellung gem. Fig. 1 und 2 wirkt ausschließlich der
Thermostat 4 über das Zwischenglied 2 auf den Ventilstößel la, der je nach Raumtemperatur
geschlossen (Fig. 1) oder geöffnet (Fig. 2) ist. Da die als Stellglied wirkende
Wippe 3 nicht am Stellbolzen 5a des Nachthermostaten 5 anliegt, kann letzterer die
Steuerung nicht beeinflussen.
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Wird über die Schaltuhr 8 der Befehl "Nachtstellung" erteilt, so läuft
die Nockenscheibe in Richtung des eingetragenen
Pfeiles um, bis
die Position Fig. 3 bzw. Fig. 4 erreicht ist. Hierdurch wird die Wippe 3 im Uhrzeigersinn
verschwenkt, so daß der rechte Arm der Wippe -3 an dem Stellbolzen 5a des Thermostaten
5 zur Anlage kommt.
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Soweit im Umschaltzeitpunkt das Ventil 1 noch offen ist, wird gleichzeitig
der Ventilstößel 1a über den Zwischenbolzen 2, der mit seinem Bund 2a an der Wippe
anliegt, in die Schließstellung gebracht. Zweckmäßigerweise erfolgt die Umschaltung
in einem Zeitpunkt, in dem das Ventil 1 ohnehin geschlossen ist, so daß während
der Umschaltung die entgegenwirkende Kraft der Feder 1c (vergl. Fig. 8) nicht überwunden
werden muß. Fällt die Raumtemperatur unter den von dem Thermostaten 5 vorgegebenen
Sollwert, so wird über Wippe 3 Zwischenbolzen 2 und Ventiletößel 1a das Ventil geöffnet,
wie dies mit Fig. 4 veranschaulicht ist.
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Die Tabelle gem. Fig. 9 veranschaulicht die den Fig. 1 bis 4 entsprechenden
Schaltpositionen, wobei die Abkürzungen folgende Bedeutungen haben : T 1 Tag- bzw.
Hochtemperaturthermostat 4 T 2 Nacht- bzw. Niedertemperaturthermostat 5 H Heizventil
t ir Thermostatstellbolzen ausgedehnt iloll Thermostatstellbolzen nicht ausgedehnt
Zu
: Ventil geschlossen Offen : Ventil geöffnet Eine geringfügig abqewandelte, jedoch
in der Funktionsweise identische Variante des Ausführungsbeispieles nach den Fig.
1 bis 4 ist mit Fig. 5 und 5a veranschaulicht.
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Diese unterscheidet sich vom erstgenannten dadurch, daß die Drehpunktverstellung
der Wippe 13 mittels einer motorisch angetriebenen Schraubspindel 16 erfolgt, welche
mit einem am linken Wippenende drehbar angebrachten Gewindestück 13a der Wippe 13
im Eingriff ist.
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Bei dem dritten Ausführungsbeispiel gem.Fig. 6 dagegen ist als Stellglied
anstelle der verschwenkbaren Wippe 13 ein um seine Achse verdrehbarer Bolzen 23
vorgesehen.
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Achsparallel jedoch zueinander und zum Bolzen 23 versetzt sind die
Thermostate 4 und 5 angeordnet. Der Bolzen 23 ist mit einer vorspringenden Schaltstufe
23c ausgestattet, in deren Bewegungsbereich die Bolzen 4a und 5a der Thermostate
4 und 5 gelegen sind. Hierbei sind die Stellbolzen 4a und 5a gegenüber der Schaltstufe
23c derart versetzt, daß in den Endschaltpositionen des-Bolzen 23 jeweils nur einer
der Bolzen 4a und 5a an der Stirnfläche der Schaltstufe 23c kraftschlüssig anliegt.
Da der Bolzen 23 andererends mit einem zentralen Stift 23b auf den Ventilstößel
1a des schematisch dargestellten Ventils 1 wirkt, bewirkt eine Längsausdehnung des
Stellbolzens 4a bzw. 5a des jeweils aufgeschalteten Thermostaten 4 bzw. 5 die Ventilschließung.
Zur Umschaltung von einer Stellung in die andere ist der Schaltbolzen 23 um 1800
zu drehen. Diesem Zweck dient das vom Servomotor 27 antreibbare Zahnrad 26, welcheS
in die Verzahnung 23a des Stellbolzens 23 eingreift. Um den Schaltübergang von einem
Thermostaten
auf den anderen zu begünstigen, ist zwischen der hohen Schaltstufe 23c und der niederen
nicht wirksamen 23d eine Schräge 23e vorgesehen, auf welche die Stellbolzen 4a und
5a beim Umschalten auflaufen.
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Eine weitere aus der Ausführungsform gem. Fig. 1 bis 4 und 5 abgeleitete
Variante ist mit Fig. 7 veranschaulicht. Der wesentliche Unterschied dieser Ausführungsform
gegenüber der erstgenannten besteht darin, daß das gleichfalls als Wippe 33 ausgebildete
Stellglied bei Umschaltung von einem Thermostaten 4 auf den anderen nicht verschwenkt
sondern in Richtung des eingezeichneten Pfeiles in einem mit Null angedeuteten Lager
quer verschoben wird. Um dies zu ermöglichen ist der Durchbruch 33f in der Wippe
33 als Längsschlitz auszubilden. Die Querverschiebung wird wiederum mittels einer
in Richtung des eingetragenen Pfeiles umlaufenden Nockenscheibe 36 bewirkt, welche
von einem Servo-Motor 37 angetrieben wird. Der Servo-Motor 37 wird von der schematisch
dargestellten Schaltuhr 38 angesteuert. Befindet sich die Wippe 33 in der gem. Fig.
7 rechten Position, so wird der auf niedere Solltemperaturen eingestellte rechte
Thermostat 5, der nunmehr mit seinem Stellbolzen Sa am rechten Arm an der Wippe
anliegt, wirksam. Der auf einen höheren Temperatursollwert eingestellte linke Thermostat
4 hat in dieser Position keine Steuerwirkung, er wird nach dem Override-Prinzip
überholt bzw. übersteuert. Um die wirksam werdenden Reibungskräfte bei der Querverschiebung
der Wippe 33 klein zu halten, ist diese an ihrem rechten Ende mit einer Schräge
33g versehen. Die Rückführung der Wippe 33 in die in Fig. 7 dargestellte Ausgangslage
erfolgt zweckmäßigerweise mittels einer in der Zeichnung nicht dargestellten Rückstellfeder,
Figuren
legende 1 Heizkörperventil la Ventilstößel b Bund 1c Rückholfede.r 2,12,32 Zwischenbolzen
3,13,33 Wippe 13a Gewindestück
| 3f, |
| 13f, Durchbruch mit Spiel bzw. Langloch |
| 33f |
33g Schaltschräge 4 Raumthermostat 4a Stellbolzen 5 Raumthermostat 5a Stellbolzen
6,36 Nockenscheibe 6a,b Kurvenabschnitte für Tag- bzw. Nachtsteuerung 7,27,37 Servo-Motor
8,38 Zeitschaltuhr
9 Zahnradgetriebe 16 Schraubspindel 23 Bolzen
23a Verzahnung 23b Stift
23e Schaltschräge 0 symbolisierte Gehäuseauflage