DE3500278A1 - Thermostatsteuerung mit einem dehnstoffelement - Google Patents

Description

• Thermostatsteuerung mit einem Dehnstoffelement
• Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Thermostatsteuerung mit einem Dehnstoffelement, insbesondere für Ventile. Dieser Gattung entsprechende Thermostatsteuerungen sind für sogenannte Zonenventile bekannt, durch die der Warmwasserfluß insbesondere bei Fußleistenheizungen in Abhängigkeit von einer Bezugstemperatur, meist Raumtemperatur oder Außentemperatur, gesteuert wird. Es sind verschiedene Arten der Steuerung bekannt. In jedem Fall wird, nachdem die Bezugstemperatur durch einen mit elektrischen Mitteln arbeitenden Thermostaten gemessen wurde, dessen elektrische Ausgangsgröße entweder dem elektrischen Heizkörper des Dehnstoffelementes direkt zugeführt oder vorher durch das Programm eines elektronischen Steuergerätes gewandelt.
• Wenn als Bezugsgröße die Raumtemperatur dienen soll, werden derartige Zonenventile dann eingesetzt, wenn entweder über eine Temperaturmeßstelle mehrere, meist Konvektorheizkörper gesteuert werden sollen oder wenn bei vorgesehener Einzelsteuerung eines Heizkörpers ein übliches, ebenfalls mit einem Dehnstoffelement arbeitendes Thermostatventil deshalb nicht einsetzbar ist, weil die erforderliche Luftzirkulation selbst bei Dehnstoffelementen mit entferntem Fühler nicht in ausreichendem Maße vorhanden ist oder wenn der Zugang zum Ventil selbst, wie er auch bei Thermostatventilen mit entferntem Fühler zur Temperaturwahl erforderlich ist, nicht gegeben ist.
• Der elektrische Heizkörper besteht bei diesen bekannten Thermostatsteuerungen aus einer Widerstandsheizspule, die über den zylindrischen Abschnitt des Dehnstoffelementes geschoben ist und diesen nach außen hin abdeckt, so daß die Umgebungsluft schlecht an die temperatursensible Oberfläche des Dehnstoffelementes gelangen und die gezielt elektrische Steuerung stören kann. Der Nachteil dieser bekannten Thermostatsteuerung besteht darin, daß bei Ausfall des die Bezugstemperatur erfassenden Thermostaten,beispielsweise bei einem elektrischen Fehler, auch die Heizkörpersteuerung beeinträchtigt ist und normalerweise das Heizkörperventil bei nicht geheiztem elektrischen Heizelement öffnet.
• Vorteile der Erfindung Die gattungsgemäße Thermostatsteuerung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Temperatursteuerung entweder nur über die das Dehnstoffelement umgebende Lufttemperatur erfolgt, so daß auch bei Ausfall der elektrischen Anlage die Heizung in Betrieb bleibt, oder daß die Steuerung durch die Überlagerung von Umgebungslufttemperatur mit vom elektrischen Heizelement ausgehender Temperatur bestimmt wird. Über die Durchbrüche im Käfig gelangt die Umgebungsluft unmittelbar an die Oberfläche des zylindrischen Abschnitts des Dehnstoffelements, wobei der durch die Heizelemente gegebene Strömungswiderstand zu Luftwirbeln der strömenden Umgebungsluft führt, was einen besseren Wärmeübergang von der Luft zum Dehnstoffgehäuse bewirkt.
• Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Käfig mehrere mit Abstand voneinander möglichst dicht am Gehäuse angeordnete Heizelemente auf, die durch vorzugsweise elektrisch leitende Verbindungsmittel zu einem Ring zusammengeschlossen sind, wobei die unbedeckten Flächen des zylindrischen Abschnitts der Umgebungsluft ausgesetzt sind. Hierbei sind die Heizelemente vorzugsweise länglich augebildet und mit ihrer Achse parallel zur Achse des zylindrischen Abschnitts des Gehäuses angeordnet, wobei an den Längsenden der Heizelemente Anschlußdrähte vorhanden sind, von denen je einer mit einem von zwei koaxial zur Gehäuseachse verlaufenden Anschlußringen verbunden ist. Durch diesen konstruktiven Aufbau ist der Heizkörper äußerst günstig herstellbar, wobei zudem vorteilhafterweise auf Grund der geringen Abmessungen ein derartiger Heizkörper auch nachträglich auf bereits im Betrieb befindliche Dehnstoffelemente montierbar ist. Die Maßtoleranzen können deshalb bereits bei der Herstellung der Heizkörper sehr eng gehalten werden, weil die Abmessungen des Dehnstoffelements genormt sind, so daß im Betrieb ein optimaler Wärmeübergang zwischen Heizelement und Dehnstoffelement stattfindet bei einem Minimum an Wärmeverlusten und so daß vorteilhafterweise bei Änderung des Heizstroms durch die zirkulierende Umgebungsluft ein sich schnelles Einstellen auf die geänderte Temperatur des Heizelementes stattfindet. Dies wirkt sich besonders vorteilhaft beim Einsatz an Thermostatheizkörperventilen einer Warmwasserheizung aus. Dadurch, daß das Dehnstoffelement im Heizkörperventil als Temperaturregler mit der Umgebungsluft als Regelgröße arbeitet und daß eine Änderung der Regelebene dieser Temperaturregelung durch Steuerung der Stromstärke in den Heizelementen erfolgt, kann durch sehr einfaches bezugstemperaturabhängiges Variieren der Stromstärke eine stufenlose Regelung erfolgen. Als Bezugstemperatur kann irgend eine Solltemperatur dienen, beispielsweise in Form einer angestrebten Absenkung der Raumtemperatur oder einer von einem Zentralgerät vorgegebenen, von der Nutzung des Raumes abhängigen Temperatur, wie es in Hotels bei nur zeitweiser Nutzung der Räume wünschenswert ist.
• Die Bezugstemperatur kann dabei als Regelgröße dienen, so daß eine Analogsteuerung besteht. Die Steuerung kann aber auch unabhängig zentral vorgenommen werden. Sie kann nicht zuletzt auch digital erfolgen, beispielsweise in Form einer Nachtabsenkung der Temperatur.
• Erfindungsgemäß weist ein für diese Temperatursteuerung verwendbares Kenngrößen verarbeitendes elektronisches Steuergerät ausgangsseitig einen Verstärker, vorzugsweise Operationsverstärker, mit einem Halbleiterregler(Transistor) auf, mit dem eine unterschiedliche Stromstärke für die Heizelemente steuerbar ist und mit dem auch mehrere Heizelemente aufweisende Heizkörperventile ansteuerbar sind.
• Weitere Vorteile sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
• Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
• Es zeigen: Fig. 1 ein Heizkörperthermostatventil im Längsschnitt; Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II - II in Fig.1 und Fig. 3 einen einfachen elektrischen Schaltplan für die Erfindung.
• Beschreibung des Ausführungsbeispiels Das bewegliche Ventilglied 10 eines Heizkörperventils 11 wird durch ein Dehnstoffelement 12 entgegen der Kraft einer in Öffnungsrichtung wirkenden Rückstellfeder 13 betätigt.
• Das Dehnstoffelement 12 ist in einem Verstellknauf 14 untergebracht, der über ein Gewinde 15 mehr oder weniger in eine Zwischenbuchse 16 schraubbar ist, die über eine Überwurfmutter 17 fest an den Ventilkörper 18 gespannt ist.
• Ein Betätigungskolben 19 des Dehnstofelementes 12 wirkt über eine aus zwei ineinander verschraubten Teilen bestehende und in einer Innenbohrung 21 des Knaufs 14 geführte Verschraubung 22 auf einen mit dem beweglichen Ventilglied 10 verbundenen Ventilbolzen 23. Das Dehnstoffelement 12 stützt sich mit einem Bund 24 an einem Federteller 25 einer Einspannfeder 26 ab.
• Um einen zylindrischen Abschnitt 27 des Dehnstoffelements 12 sind gleichmäßig einen Käfig bildende elektrische Heizelemente 28 angeordnet, die an ihren Anschlußdrähten 29 aufgehängt sind. Die Anschlußdrähte 29 von jedem Heizwiderstand 28 führen jeweils zu Anschlußringen 30, die wiederum jeweils mit einer Anschlußleitung 31 für die Stromzuleitung und 32 für die Stromableitung verbunden sind. Wie aus Fig.2 ersichtlich ist, liegen diese Heizelemente 28 verhältnismäßig dicht am Gehäuse 33 des Dehnstoffelementes 12, ohne dieses zu berühren. Innerhalb des Gehäuse 33 ist eine ihr Volumen mit der Temperatur stark ändernde Dehnstoffüllung 34 vorhanden, so daß bei zunehmender Temperatur der Betätigungskolben 19 aus dem Gehäuse 33 herausgedrückt wird und bei abnehmender Temperatur wieder in das Gehäuse 33 hereingezogen wird.
• Bei dem in Fig.3 dargestellten Schaltplan für die Erfindung führt die Stromzuleitung 31 zu einer nicht dargestellten Stromversorgungsquelle, deren Strom ungeregelt sein kann und gleichgerichtet ist. Die Stromableitung 32 ist mit dem Drain eines Feldeffekttransistors (FET) 35 verbunden, dessen Source über eine Leitung 36, in der ein Widerstand 37 vorgesehen ist, mit Masse verbunden ist.
• Die Schaltstellung dieses FET 35 hängt von dessen Potential ab, das wiederum über einen Operationsverstärker (OPAMP) 38 geregelt und an dessen mit dem FET 35 verbundenen Ausgang 39 bestimmt wird. Der OPAMP 38 bezieht sein Eingangspotentialvom Analogausgang 40 eines D/A-Wandlers (DAC) 41, dessen Digitalinformation den Pegel am Analogausgang 40 bestimmt.
• Statt eines Digitaleingangs kann natürlich auch ein Analogeingang vorgesehen sein, beispielsweise in Form eines mit einem Potentiometer arbeitenden Thermostaten. In jedem Fall wird durch die am Ausgang 40 herrschende Sollgröße bewirkt, daß am GATE des FET 35 ein entsprechendes Potential anliegt, der ein Maß für den Stromfluß durch die Heizelemente 28 ist.
• Der Sollwert wird über ein nicht dargestelltes Bit-Muster eingegeben, das beispielsweise ferngesteuert sein kann und dessen Code die gewünschte Position des Thermostatventils berücksichtigt.
• Wie Fig.3 entnehmbar ist, können durch einen DAC 41 und OPAMP 38 mehrere FET's 35 und damit mehrere Heizkörperventile angesteuert werden, sofern dieses erwünscht ist.

Claims (11)

1. Ansprüche 1. Thermostatsteuerung mit einem Dehnstoffelement, insbesondere für Ventile, mit einem den Dehnstoff aufnehmenden und einen Betätigungskolben tragenden Gehäuse und einem nahe dem Gehäuse angeordneten steuerbaren elektrischen Heizkörper des Dehnstoffelements, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper aus einem das Gehäuse (27) mindestens teilweise umgebenden und Durchbrüche für den Zugang der Umgebungsluft zum Gehäuse (27) aufweisenden Käfig besteht.
2. 2. Thermostatsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse einen länglichen, vorzugsweise zylindrischen Abschnitt aufweist und daß der Käfig mehrere, mit Abstand voneinander möglichst nahe dem Gehäuse (32) angeordnete Heizelemente (28) aufweist, die durch vorzugsweise elektrisch leitende Verbindungsmittel (29,30) zu einem 1 Käfigring zusammengeschlossen sind, wobei die von den Heizelementen (28) unbedeckten Flächen des länglichen Abschnitts (27) der Umgebungsluft ausgesetzt sind.
3. 3. Thermostatsteuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (28) länglich ausgebildet und mit ihrer Achse parallel zur Achse des länglichen Abschnitts (27) des Gehäuses (33) angeordnet sind.
4. 4. Thermostatsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Längsenden ddr Heizelemente (28) Anschlußdrähte (29) vorhanden sind und daß je einer derselben mit je einem von zwei koaxial zur Gehäuseachse verlaufenden Anschlußringen (30) verbunden ist.
5. 5. Thermostatsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anwendung an Heizkörperventilen (11).
6. 6. Thermostatsteuerung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Heizkörperventile (11) mit ihren Heizelementen (28) parallelgeschaltet sind.
7. 7. Thermostatsteuerung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dehnstoffelement im Heizkörperventil (11) als Temperaturregler mit der Umgebungsluft als Regelgröße arbeitet und daß eine Änderung der Regelebene dieser Temperaturregelung durch Steuerung der Stromstärke in den Heizelementen (28) erfolgt.
8. 8. Thermostatsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke der die Heizelemente (28) versorgenden Stromquelle stufenlos steuerbar ist.
9. 9. Thermostatsteuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromsteuerung durch Schaltung der Heizelemente (28) mittels eines Transistors, insbesondere Feldeffekttransistors (FET) (35) erfolgt, die durch die Ausgangsgröße eines Verstärkers, insbesondere Operationsverstärkers (OPAMP) (38) bestimmt wird, der durch einen Wandler, insbesondere D/A-Wandler (DAC) (41) die Sollwerteingabe erhält, so daß je nach Sollwerteingabe und Istwertvergleich der Strom variiert werden kann.
10. 1O.Thermostatsteuerung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Digitaleingang und eine analoge Stellgröße.
11. 11.Thermostatsteuerung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Reglers vervielfältigt werden kann, so daß über nur einen Wandler (41) und Verstärker (38) mehrere Transistoren (35) und damit mehrere Heizkörperventile ansteuerbar sind.