DE2133812A1 - Anordnung zum elektrischen einwirken auf stellglieder oder dergleichen - Google Patents

Description

Dipl. Ing. Robed Meier

6 i^:.'c;<i.;f.j;i am Main

Auf dem Mühlborg 16
Telefon 60 2070

Professor Dr₀ 65 M a i η ζ

Gerhard Fricke . 30» Juni 1971

Me/di

Anordnung sura elektrischen Einwirken auf Stellglieder oder dergleichen·

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum elektrischen Einwirken auf Stellglieder oder dergleichen in Regel- oder Steueranlagen·

Bekannt geworden sind beispielsweise elektrisch betriebene Stelimotore zum Fernsteuern von Durchflussquerschnitten in Forder leitungen«,

Obawar hierdurch eine relativ einfache kontinuierliche Einwirkung auf Stellglieder, beispielsweise in Regel- bzw., Steueranlagen möglich istg die gegebenenfalls auch mittels Verstärker von nur schwachen Regelanstössen abgeleitet werden kann, sind Stelimotore wegen ihrer Grosse» aber auch wegen ihrer Kosten nicht in allen Fällen einsetzbar. Oft sind auch die Steuereinrichtungen aufwendig, wenn nämlich die Stelimotore bei Präzisionsreglern gegebenenfalls nur um geringe Stellwinkel weitergedreht werden sollen·

Als elektrisch beeinflussbare Stellglieder sind auch Magnetventile bekannt geworden« die jedoch beim Verstellen beträchtliche Geräusche verursachen« Zudem ist ihr Einsatz beschränkt« weil sie keine kontinuierliche Verstellung gestatten, sondern nur die Zustände "Auf" und "Zu" einstellen können und somit den sog» Zweipunktreglern zuzuordnen sind·

Bekannt geworden ist schliesslich auch ein elektrisch betätigtes

209884/110 3

Ventil ζνχ Steuerung ciss Duz*'chflus2;es eines in Röhren strömenden Mediums» insbesondere für Warmwasser^Heisanlagen, mit einer elektrothermisch arbeitenden Steuereinrichtung., die eine ein Ver= schlussorgan tragende Ventilstange steuerte Im einzelnen ist als elektrothermisch© Steuereinrichtung eine elektrisch beheizbare Bimstallbatterie vorgesehen,, die unmittelbar auf die mit einer elektrothermisch gesteuerten Rückfallsperre zusammenwirkende Vontilstange eiswirkt und einen bei Ventilöffnung die Bimetallheisung abschaltenden Kontakt betätigt oder eine Entklinkung der Ventilstange bewirkt (DAS 1 l60 251).

Mit diesem elektrothermisch gesteuerten Ventil sollte der Ein~ fluss der Aufheiz- und Abkühlseiten der Antriebseinrichtung fast vollständig ausgeschaltet werden, tun den elektrischen Steuerbefehl praktisch verzögerungsfrei aus —führen zu können. Die Bimetallbatterie erzeugt tregen der sich addierenden Auslenkwege beim Ventilöffnungsbefehl vsrhältnismässig schnell einen grossen Hub, so dass das Ventil kurz .nach Einschaltung der Beheizung schon voll geöffnet ist« Andererseits wird die lange Abkühlzeit der Bimställbatterie«, die wesentlich langer als die Aufheizzeit ist, durch das Zusammenwirken von Abschaltkontakt bzw» Entklinkungsoiechanisinus und Rückfällsperre unwirksam gemacht, da unmittelbar nach Erreichen der vollen Öffnungsstellung schon der Schliessvorgang durch Abschalten der Beheizung bzw« Entklinkung der Ventilstange vorbereitet,, jedoch durch die Rückfall sperre zunächst noch verhindert wird.

Dieses bekannte elektrothermisch betätigte Ventil arbeitet daher als Zweipunktreglerο -

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine preiswerte» überall einsetzbare, auch nachträglich mit nur geringem Aufwand in eine vor~-handene Anlage einbaubare An-Ordnung zur elektrischen Einwirkung auf Stellglieder oder dergleichen in Regel- bzw. Steueranlagen zu schaffen, mit der sich sowohl eins Auf- und Zuverstellung (Zweipunktreglung) eines Stellgliedes als auch - kontinuierlich - jede Zwischenlage

■■■■-. 209884/1103

innerhalb eines Hegelbereiches_φ vorzugsweise durch Fernsteuerung, einstellen lässte 2udem sollte eine einfaches sowohl hinsichtlich der Ansciiaf'fangs=_s Verlegungs~ als auch der Betriebskosten preiswerte und raumsparende Möglichkeit einer zentral gesteuerten,, voneinander unabhängigen Sollwertverstellung an vielen Eiiiselaggrsgaten₈ beispielsweise an Heizkörpern in einer Zentralheizungsanlage s geschaffen -werden«

Ε» wurde gefunden, dass sich diese Aufgabe in einfacher Weise durch wenigstens einen reversiblen Ausdehnungskörper,, der mit einem der Stellglieder oder dergleichen in Wirkverbindung steht, und eine damit kombinierte steuerbare elektrische Wärmequelle lösen lasstp mit der sich beliebige Stellgrössen innerhalb der Stellbereiche einstellen lassen·

Durch die erfindungsgemässe Kombination einer steuerbaren elek~ trischen !Wärmequelle mit wenigstens einem reversiblen Ausdehnungskörper ist man in der Lage« mit nur geringem technischen und kostenmässigen Aufwand jede gewünschte Stellgrösse innerhalb eines Stellbereiches einzustellen· Als reversibler Ausdehnungskörper kann z.B_o eine Bimetallanordnung_s mit besonderem Vorteil jedoch hydraulisches und/oder pneumatisches Medium), verwendet werden«

Dabei ergeben sich Vorteile', wenn der reversible Ausdehnungskörper innerhalb eines Ausdehnungskörpers angeordnet wird« welcher zugleich die steuerbare elektrische Wärmequelle umschliesst. Die Abmessungen einer solchen Anordnung können kleingehalten werden· Die von der steuerbaren Wärmequelle entwickelte Wärme kann sich praktisch verlustlos dem reversiblen Ausdehnungskörper mitteilen. Erfindungsgemäsa ist es beispielsweise möglich₉ einen als pro- portionalen Spannuixgs- bzx*. Strorawert vorliegenden Messwert über jede Entfernung hinweg in eine Erwärmung und damit in eine entsprechende Verschiebung eines Stellorgans umzuwandeln.

Die steuerbare Wärmequelle schliesst wenigstens eine elektrische ein. Diese kann,, ohne thermische Isolierung» in dem

-4

2 09884/1103

reversiblen Ausdehnungskörper₉ etwa einem Gas oder einer nichtleitenden Flüssigkeit? angeordnet sein. Als Stellglieder kommen Ventile» Hähne, Klappen, Leitschaufeln» Mehrstufenschalter, Drehtransformatoren„ Balgfühler oder dergleichen infrage·

Die Beeinflussung der erfindungsgemässen Wärmequelle und damit die exakte Verstellung eines Stellgliedes kann durch eine Steuereinheit mit einem Signalgeber wie Hygrometer, CO„-Messgeräte, Foto~Dioden₉ Drehzahlmesser, Thermometer oder dergleichen wesentlich einfacher erfolgen ale beispielsweise die Schaltung von Stellmotoren bzw· Magnetventilen«

Ausser einer direkten Beeinflussung von Stellgliedern kann mit fe der erfindungsgemässen Anordnung auch eine einfache Überlagerung oder Korabination von Regeleinwirkungen erzielt werden« Das Ausdehnung sgefäss kann beispielsweise mit einem Wärme- bzw· Temperaturfühler, vorzugsweise einem an sich bekannten Raumthermostat, in Wirkverbindung stehen· Mit Vorteil wird diese Anordnung in Heizungsanlagen verwendet, deren Einzelaggregate beispielsweise durch an sich bekannte Raurathermostate gesteuert werden. Je nachdem, wie die Anordnung in Bezug auf das Stellglied angeordnet ist, kann man hierdurch im Sinne eines Schliessvorganges bzw» im Sinne eines Öffnungsvorganges auf das Stellglied einwirken· Dies geschieht«, idle bei jedem anderen Einsatz der Erfindung, mit einer ausserordentlich geringen elektrischen Steuerleistung» .

Erfindungsgemäss können voneinander abweichende Heizspiralen in Heizpatronen mit gleichen Aussenabmessungen untergebracht werden, um Regelorgane durch einfaches Auswechseln dieser Heizpatro« nen schnell an unterschiedliche Gegebenheiten anzupassen·

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Stellglieder elektrothermostatische Regelventil©₉ deren individuelle Heizspiralen an eine zentrale Programmlereinheit angeschlossen sind· Mit den Ventilen lassen sich in vorteilhafter Weise z.B, die Kinzel-Heizkörper eines Einfamilienhauses - raumindividuell durch den an sieh bekannten Thermostateffekt regeln, andererseits

209 884/1103

können den Einsslventilen von der Programmiereinh«it her zeitlich bestimmte Steuerbefehle bzwo andere Sollwerte überlagert

In einem Ausführungsbeispiel können die zentral gesteuerten Regelventile mit einer von Hand betätigbaren Vorrangschaltung kombiniert sein· Diese Schaltung wird mit Vorteil in Krankenhäusern oder fernbeheizten Hochhäusern eingesetzt·

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das Regelventil an einen Heizkörper mit einer elektrischen Heizpatrone angeschlossen» die mit einem Schaltorgan am Regelventil in Schaltverbindung steht· Hiermit lässt sich eine sogenannte Mischbeheizung aus Elektro- und Warmwasser-Heizung betreiben·

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert·

Bs zeigt»

Figur 1 eine schematische Darstellung der Erfindung,

Figur la eine Abwandlung der Anordnung nach Fig. 1,

Figur 2 eine weitere Abwandlung der Anordnung nach Figur I₈

Figur 3 eine Anwendungsmöglichkeit der Erfindung,

Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Figur 5 ein Prinzipschaltbild einer Programmsteuerung, Figur 6 eine Zeitgebereinheit, Figur 7 Temperaturkurven,

Figur 8 eine weitere Anwendungsmöglichkeit der Erfindung und

Figur 9 eine Konstruktionseinzelheit.

- 6 209884/1103-

Figur 1 lässt wesentliche Merkmale dar Erfindung in schematischer Darstellung erkennen» Ein Regelorgan 1 beeinflusst den Durchsatz eines Mediums zwischen einem Zufluss 5 und einem Abfluss 4· Zu diesem Zweck tfird ein Ventilkegel 7 auf einen Ventilsitz 8 zn- und von ihm *regbewegt„ Der Ventilkegel 7 steht einerseits unter dem Einfluss einer Feder 5 und andererseits unter der Wirkung eines reversiblen Ausdehnungskörpers lh innerhalb eines Ausdehnungsgefässes 15p welches über einen Balg 10 und eine Ventilstange 9 an den Ventilkegel 7 angeschlossen ist· Zusätzlich kann eine Regulierschraube 6 vorgesehen sein,, mit der sich die Spannung der Feder 5 beeinflussen und auch eine Endsteilung des Ventilkegels 7 festlegen lässt«

Innerhalb des Au3dehnung3gefässes 13 ist eine Heizwicklung 12 angeordnet, die an eine Spannungsquelle 15 angeschlossen ist, welche eine konstante oder regelbare Gleich- bzw« Wechselspannung abgibt« Im Stromkreis der Heizwicklung 12 liegt eine beliebige» durch Signalgeber beeinflussbare Steuereinheit 16. Die Heizwicklung 12 bildet zusammen mit der Spannungsquelle 15« gegebenenfalls in Verbindung mit der Steuereinheit l6_t eine Steuer- bzw. regelbare Wärmequelle 2 für den Ausdehnungskörper l4o Der Kaum ausserhalb des Balges 10 ist» wenn nötige mittels einer Wärmeisolierung 11 vom Regelorgan 1 abgeschirmt·

. Die Feder 5 und der Balg 10 lassen sich unter Berücksichtigung * des reversiblen Ausdehnungskörpers l4, der ein hydraulisches und/oder pneumatisches Medium sein kann» so aufeinander abstimmen« dass normalerweise ein ganz bestimmter Durchsatz durch das Regelorgan 1 vorgegeben wird*

Durch die Heizwicklung 12 lässt sich der reversible Ausdehnungskörper Ik beeinflussen* Nach ihrem Einschalten nimmt seine Temperatur und sein Volumen zu„ wodurch <- mehr oder weniger rasch <eine Verstellung des Ventilkegele 7 im Sinne einer Öffnung er· folgt« Nach dem Abschalten der Heizwicklung 12 geht die Verstellung des Ventilkegels 7 zurück·

209884/1103

Die Zeitspannen sswischen dem Ein— bEtfe Abschalten d&r Heizwicklung 12 und der Auf- ba%r_t, Suvesrs te llung dea Regs !organs I können beeinflusst werden» Erzeugt die Wärmequelle 2 eine hohe Tempera» tur₈ so wird der Ausdehnungskörper schnell erhitst und es erfolgt daher eine rasche öffnung des Durchflusses. Hierbei kann eine Abwandlung der Anordnung nach 1-äassgabe der Figur la eingesetzt -werden· An den Ventilkegel 7 ist eine Zahnstange 18 ange-

di,g
schlossen,/über ein Zahnrad 20 auf ein Schaltorgan« etwa ein Potentiometer 21, einwirkt, welches beispielsweise im Stromkreis der Heizwicklung 12 liegt und diese zurückregelt, wenn eine bestimmte Öffnung des Regelorgans 1 erreicht ist· Anstelle des Potentiometers 21 kann auch ein Ausschalter für die Heizwicklung 12 oder eine andere Rückmeldung bzw. Rückkopplung vorgesehen werden» · Λ ' -

Eine rasche Abkühlung des reversiblen Ausdehnungskörpers 1% ergibt eich beispielsweise durch in Figur 1»nicht dargestellte Wärraeableitflachen am Ausdehnungsgefäss 13 oder dadurch, dass der Ausdehnungskörper 14 mit einem besonderen Kühlmittel in Wärmeaustauschbeziehung gebracht wird·

Das Maß der Verstellung des Regelorgans 1 lässt sich jdurch stufenweise oder kontinuierliche Veränderung der Spannung an der Spannungsquelle 15 vorgeben· Wird das Regelorgan 1 beispielsweise als Heizkörperventil in einer Warmwaeser-heizanlage eingesetzt, können durch stufenweise Veränderung der Spannung im Bedarfsfall beliebig wählbare Temperatursprünge im beheizten Raum um z.B. 3°, 5° oder 8° C ausgelöst werden.

Das Regelorgan 1 ist schematisch als Ventil mit einem Ventilkegel 7 und einem Ventilsitz 8 dargestellt. Die Etfindung kann auch mit anderen Regelorganen,, z.B« Hähnen» Klappen, Leitschaufeln, Mehrstufenschaltern, Dr eh trans forma tor en, Balgfühlern, Mischventilen oder dergleichen erfolgreich gekoppelt werden*

Ganz allgemein dient die Regulier schraube 6 in Verbindung mit der Feder 5 &vlt Einstellung eines Sollwertes« Die Schraube 6

20 9 884/1 103 - 8 -

kann beispielsweise auch mit einem Handrad gekoppelt sein« Ohne am Kern der Erfindung etwas zu ändern, kann die Schraube 6 ganz entfallen»

Bine andere« mechanische Möglichkeit zur Einstellung des Sollwertes bietet das Stellgewinde 17»

Die Steuereinheit ΐβ arbeitet mit unterschiedlichen Signalgebern zusammenj deren Messgrössen mit einfachen Mitteln in ,entsprechende Verstellungen des Regelorgans 1 verwandelt werden« Die Heizspirale 12 gibt dabei die elektrische Energie praktisch verlustlos an den reversiblen Ausdehnungskörper Ik ab· Bei Nieder-VoIt- W Spannung können die Leitungen ohne Schwierigkeiten verlegt werden« die Anlage arbeitet wartungsfrei»

Die Steuereinheit 16 enthält beliebige elektronische Anlagen oder Geräte der elektronischen Datenverarbeitung« vermittels der die Heizenergie auch aus sehr schwachen Messgrössen abgeleitet werden kann» In Einzelfällen wird das Ausdehnungsgefäss 13 mit einem in Figur 1 nicht dargestellten Mantel aus Wärmeisoliermaterial umgeben·

Als Signalgeber für die Steuereinheit 16 können Hygrometer, Pyrometer* Abgas-« Hauchgas- bzw« CO_-Messe-r, Temperaturfühler, Strahlungsmesser oder dergleichen in Betracht kommen·

Die Wärmequelle 2 braucht nicht mit einer üblichen Heizspirale 12 ausgerüstet zu sein» Zur Beeinflussung des reversiblen Ausdehnungskörpers 14 kommen auch Anordnungen infrage_p die beispielsweise den Peltier-Effekt ausnutzen· Bei geeigneter konstruktiver Durchbildung wird dann der Ausdehnungskörper in Abhängigkeit von der Stromrichtung entweder erwärmt oder abgekühlt.

Die Heizspirale ist nicht immer innerhalb eines Ausdehnungsgefässes angeordnet« Sie kann - etwa aus konstruktiven oder wärmetechnischen Gründen - auch aus serhalb des reversiblen Ausdehnungskörpers vorgesehen werden«

209884/1103 ~ ⁹

Figur 2 zeigt schematisch eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Figur 1. Der Ventilkegel 7 ist über die Ventilstange 9 und ein Anschlussgelenk 23 an eine Bimetallanordnung 24, 25 angeschlossen« die mit der Heizwicklung 12 in Wirkverbindung steht. Die voll ausgezogenen Linien deuten die Stellung: "offen" des Hegelorgans 1 an, wohingegen die gestrichelten Linien die Stellung: "geschlossen" darstellen» Beliebige Zwischenstellungen sind einstellbar· Der Sollwert lässt sich mittels des Stellgewindes 17 vorgeben·

Im abgewandelten Aueführungsbeispiel nach Figur 2 bewirkt eine Erwärmung der Heizwicklung eine Bewegung des Hegelorgans im

Sinne eines Schliessvorgangs« Normalerweise ist das Hegelorgan j

bei abgeschalteter Heizwicklung voll geöffnet· Hieraus ist erkennbare dass der Sollwert des Hegelorgans 1 auch mittels der Heizwicklung in Verbindung mit einer Steuereinheit 16 vorgegeben werden kann·

Für das abgewandelte Ausführungsbeispiel nach Figur 2 gelten sinngemäss alle Ausführungen, die vorstehend zu den Anordnungen nach den Figuren 1 und la gemacht worden sind·

Eine Anwendungsmöglichkeit der Erfindung zur Ferneinstellung eines Sollwertes bzwo zur Fernsteuerung eines Regelorgans zeigt Figur 3· Bin Strahlrohr 30 1st mittels eines Ölzuflusses 32 ver- ' schwenkbar in einem Gehäuse gelagert, an das ein Messumformer 31 ( angeschlossen ist, der das Strahlrohr 30 in an sich bekannter Weise nach Massgabe des Druckunterschiedes an seiner Membran be-, elnflusst· Der Druckunterschied kann beispielsweise durch zwei Medien wie Wasser bzw· Luft verursacht werden· Das Strahlrohr 30 steht zudem unter dem Einfluss einer Sollwerteinstellung 33, der eine Feder 34 und einen Verstellkolben 38 in einem Ausdehnungsgefäss 35 mit Wärraeableitflachen 36 enthält· Innerhalb des Ausdehnungsgefässes 35 sind ein reversibler Ausdehnungskörper 37 sowie eine Heispatron· 39 angeordnet· Für eine Voreinstellung des Sollwertes von Hand ist ein Stellgewinde 40 vorgesehen»

- 10 -209 88A/1103

Elektrisch lässt sich jeder beliebige andere Sollwert innerhalb der Stellbereiche ferneinstellen. Die Heizpatrone 39_V kann dafür etwa von einer in Figur 5 dargestellten Schaltuhr nach einem Zeitprogramm oder von einer anderen Steuereinheit beheizt werden» Die Anordnung nach Figur 3 eignet sich im Prinzip auch zu einer Beeinflussung des Strahlrohres 30 durch Überlagerungsgrössen. Verstellt beispielsweise der.Messumformer 31 das Strahlrohr 30 in Abhängigkeit von zwei Messgrössen, so lässt sich dieser Prozess durch Werte überlagern, die elektrisch in die Heizpatrone 39 eingegeben werden· Hierbei kann es sich auch um Rückmeldungen bzw« Rückkopplungawerte handeln·

Anstelle des Strahlrohrs 30 kann mit der Anordnung flach Figur 3 auch eine Luftklappe oder jedes andere Stellglied direkt beeinflusst werden· ^^

Figur 4 zeigt Einzelelemente eines Regelventils 4l, welches beispielsweise im Zu- oder Ablauf von Heizkörpern in Warmwasser-Heizungsanlagen eingesetzt wird· Der Mengendurchsatz zwischen einem Zufluss 42 und einem Abfluss 43 wird vom Abstand zwischen einem Ventilsitz 44 und einem Ventilkegel 45 bestimmt, der über eine Ventilstange 46 und eine Platte 49 «ait einem Balg 48 in Wirkverbindung steht· Dieser ist fest mit einem Balggehäuse 50 verbunden, dessen Stellgewinde 47 zwecks mechanischer Vorgabe eines Sollwertes mehr oder weniger tief in das Gehäuse des Regelventils 41 eingeschraubt werden kann· Zu diesem Zweck ist das herausragende Ende des Balggehäuses 50 als Handrad 51 ausgebildet, mit dem sich das Ventil 4l von Hand auch voll öffnen oder fest schliessen lässtο

An das Balggehäuse 50 sehliesst sich über einen Einsatz 52 ein beliebig langer Kanal 53 an₉ der die Verbindung zu einem Ausdehnungsgefäss 55 herstellt, welches mit Warraeleitflachen 56 verbunde» ist· Das Ausdehnungsgef äss wirkt als Temperaturfühler und würde das kegelventil 41 zu einem sog· Thermostatventil machen, wenn keine weiteren Vorke-hrungen getroffen wären«

- 11 -

209 884/1103

Xm Ausführungsbeispiel nach Figur 4 enthält das Ausdehnungsgefäss 55 nicht nur einen reversiblen Ausdehnungskörper 58» beispielsweise ein hydraulisches und/oder pneumatisches Medium, sondern auch eine Heizpatrone 57, die eine Heizspirale 59 aufnimmt» Sie besitzt eine Anzapfung 52, die neben den Endanschlüssen 60, 6l an einen Zwischensnschluss 63 herausgeführt ist« der über einen Schalter 64 hz\r_o ein Potentiometer 65 oder dergleichen mit einem der Endanschlüsse in Schaltverbindung steht«

Figur 4 zeigt die Einzelelemente der Anordnung in einer schematischen Zusammenstellung, die die Erfindung keinesfalls auf die dargestellte Ausbildungsform allein beschränken«. Denkbar ist, alle dargestellten Teile in nur einem von Hand betätigbaren Stellorgan unterzubringen· In diesem Fall wäre der Kanal 53 entbehrliehe Andererseits sind Anordnungen mit einem relativ langen Ka- ' nal 53 immer" dort von: ¥^>rteil, wo der Thermostat an einem günstigen Ort im Haum₉ etwa aussorhälb des Strahlungsbereiches eines Heizkörpers, angeordnet werden soll« Auch die Länge der elektrischen Leitungsverbindung zwischen dem Ausdehnungsgefäss 45 und dem Schalter 64 bzw« dem Potentiometer 65 kann frei gewählt werden« Beide Element© können direkt am Heizkörper oder aber - relativ weit davon entfernt - etwa an einem Krankenbett angeordnet sein«

Zn der - auswechselbaren - Heizpatrone 57 ist jede Aufteilung der Heizspirale 59 denkbar. Je nach Verwendungszweck liegen Wicklungsteile parallel oder in Reihe zueinander und können durch Schalter jj 64 oder Potentiometer 65 beliebig miteinander kombiniert werden· Auswechselbare Heizpatronen ermöglichen im Bedarfsfall eine rasche Anpassung der Regelorgane an jeden gewünschten Verwendungszweck·

In einem Au3führungsbeispie1 enthält eine Heizpatrone 57 voneinander unabhängige Heizspiralen» die aus verschiedenen Spannungsquellen gespeist und/oder von unterschiedlichen Signalgebern, etwa einem Hygrometer und einen Thermometer« beeinflusst werden·

- 12 -

2 0 9884/1103

Nach der Erfindung lassen sich die Sollwerte für das Regelventil 4l über die Heizspirale 59 auch elektrisch einstellen, so dass gegebenenfalls das Stellgewinde entbehrlich wird·

Xn einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind das Ausdehnungsgefäss 55 und ein entsprechendes Gefäss« welches die Heizspirale 57 aufnimmt, an einander gegenüberliegenden Seiten des Ventilkegels 45 angeordnet·

Bine mögliche Arbeitsweise des Regelventils 4l wird nachfolgend in Verbindung mit den Figuren 5« 6 und 7 erläutert, wobei zunächst angenommen wird, die Schalter 64 bzw· das Potentiometer seien nicht vorhanden·

Die beiden Endanschlüsse 60, 6l sind an einen Netztransformator 68 angeschlossen, dessen Sekundärwicklung verschiedene Anzapfungen, beispielsweise für Spannungen von 24, 20, l6„ 12 V aufweist, die zum prinzipiellen Arbeiten der Anordnung jedoch nicht erforderlich sind, sondern lediglich eine zusätzliche Regelmöglichkeit bieten. Über eine Auswählverbindung, beispielsweise eine Steckverbindung 69» ist eine Zuführleitung ?2 an den einen Endanschluss 60 der Heizspirale 59 anschliessbar· Der andere Endanschluss 6l steht direkt mit der Endklemme der Sekundärwicklung in Verbindung«

m In der Zuleitung ?2 1st ein Schaltorgan, gemäss Figur 5 ein "Ein-Aus"-Schalter, vorgesehen, das yon einer Zeitseheibe 71 geschaltet wird, die ihrerseits von einer Sehaltuhr 74 angetrieben ist· Die Zeitscheibe 71 ist als' 24-Stunden-Scheibe ausgebildet und beispielsweise mit Steckern zum Schalten des ^W5±a- Aus "-Schalters 70 versehen· Jeweils ein Stecker schaltet den Schalter 70 ein und der folgende Stecker schaltet ihn aus· Anstelle des "Ein-Aus"-Schalters 70 kann auch ein normaler Schalter in Verbindung mit einem Schrittrelais oder eine entsprechende Schaltvorrichtung ' verwendet werden·

- 13 -

209884/1103,

Für jedes Regelventil 4l In einer Heizungsanlage ist eine zugehörige individuelle Zeitscheibe 71, eine gesonderte Zuleitung 72 mit einem Schaltorgan 7® und eine individuelle Steckverbindung vorgesehen· Üblicherweise treibt die Schaltuhr 74 so viele Zeitscheiben 71 an vie Regelventile 41 in einer Anlage geregelt werden sollen« Aus diesem Grunde können auf einer Welle der Schaltuhr 74 steckbare Zeitscheiben 73 gemäss Figur 6 aufgesteckt werden _t die ein leichtes Auswechseln bzw. Erweitern oder Ergänzen einer Anlage zulassen·

Mit einem Elektro-Therraostatventil 4l nach Figur 4 lässt sich normalerweise die Temperatur eines Raumes selbsttätig auf einen - beispielsweise mittels des Stellgewindes 47 - eingestellten Sollwert einregeln· Bs sei angenommen, dass dieser Sollwert für ein Schlafzimmer 20° beträgt· Durch die eingeschaltete Heizwicklung 59 jedoch lässt sich diesem, von Hand eingestellten Sollwert ein anderer Sollwert von etwa 15° C Überlagern (gemäss Figur 4 bewirkt eine Einschaltung der Heizspirale 59 eine Schliessbewegung des Ventilkegels 45)· Dadurch kann für das Schlafzimmer ein in Figur 7a gezeigter Temperaturverlauf gefahren werden: normalerweise liegt, infolge des von der eingestellten Heizspirale 59 vorgegebenen Sollwertes die Temperatur im Schlafzimmer konstant auf 15°· Gegen 6*30 schaltet die jeweils verwendete Zeitscheibe 71 bzw· 73 den Schalter 70 auf "aus¹¹ und damit die Heizspirale 59 von der Spannung ab· Infolgedessen sinkt die Temperatur des rever" siblen Ausdehnungekörpers 58 auf die kühlere JRaumteperatur ab, der Ventilkegel 45 bewegt sich im Sinne einer Ventilöffnung und , vergrössert den Durchlassquerschnitt zwischen dem Zufluss 42 und dem Abfluss 43« Der Heizkörper wird von einer grösseren Menge warmen Wassers durchsetzt und erhöht die Zimmertemperatur, bis der normale Sollwert von 20° sich einstellt· Der nächste Reiter auf der Zeitscheibe ist nun so gesteckt, dass diese Temperatur etwa bis 9 uhr erhalten bleibt· Dann wird der Schalter 70 wieder auf "ein¹¹ gestellt und die Heizwicklung 59 angeschaltet, woraufhin der Ventilkegel 45 sich im Sinne der Schliessung bewegt und sich der Sollwert 15° einregelt·

- 14 -

209 884/1 103

Bine entsprechende Aufwärmung des kühlen Schlafzimmers kann - wie Figur 7a erkennen lässt - zwischen 22 und 24 Uhr wiederholt werden, Entsprechend lässt sich die thermostatisch auf einem Soll» wert gehaltene Temperatur in einem Kinderzimmer (Figur 7b) zu bestimmten Zeiten von der Zentrale her verändern· Zwischen 7,30 und 9 Uhr und von 12.30 bis 20 Uhr wird eine Temperatur von 20° eingeregelte wohingegen in den anderen Zeiten die Temperatur auf 15° C gehalten wird·

Figur 7c zeigt die Regelung für ein Arbeitszimmer, welches in der Zeit sswischen 16*30 und 24 Uhr bei einer Raumtemperatur von 20° C benutzt werden soll_t wohingegen in den übrigen Zeiten die Temperatur thermostatisch auf 17° gehalten wird«

Wesentlich dabei ist, dass die jeweiligen Raumtemperaturen individuell und unabhängig voneinander einstellbar sind, ohne dass eine Regelung des zentralen Heizungskessels oder der zentralen Warmwasserversorgung durch eine Fernheizung mit den bisher üblichen Mitteln beeinflusst werden muss·

Der Stromverbrauch der Heizwicklungen ist denkbar gering« Eine normale Heizwicklung für ein Heizkörperventil verbraucht etwa 5 W„ Bei einer Spannung von etwa 10 V flieset ein Strom von etwa 0,5 A. Die sich daraus ergebenden Strom- und Betriebskosten fallen gegenüber den Heizkosten, die ohne die erfinduagsgemässe Anordnung infolge Bequemlichkeit und Achtlosigkeit nutzlos vergeudet würden, überhaupt nicht ins Gewicht·

Hinzu kommt» dass mit den erfindungsgemässen Anordnungen eine sichere und vollkommene Regelung einer gesamten Heizungsanlage erreichbar ist_o Aussenthermostate sowie eine von ihnen bewirkte Regelung des zentralen Heizungskessels bzw· eine Beeinflussung oder Mischung des Vor- und Rücklaufes, wodurch immer eine relativ grosse Anzahl individueller Heizkörper global betroffen werden, lassen sich vermeiden·

- 15 -

209884/1 103

Die einzelnen Regelventile 4l einer Heizungsanlage regeln bei jedem Sollwert₉ eei er von Hand oder elektrisch eingestellt« die Raumtemperatur wie jedes normale« an sich bekannte Thermostatventil. Mit der Wählschaltung 69 In Figur 5 lässt sich in einfacher Weise die gewünschte Temperatur« unabhängig von der jeweiligen Aussentemperatür, einstellen· Der Schalter 64 bzw. das Potentiometer 65 bieten eine zusätzliche individuelle Möglichkeit, die Raumtemperatur - beispielsweise in einem Krankenzimmer - vorrangig von einem Bett aus zu beeinflussen·

Figur 8 zeigt schematisch einen Heizkörper 80, der über ein Regulierventil, beispielsweise ein Hegelventil 4l, an eine übliche Warmwasser-Heizungsanlage angeschlossen ist« Im Heizkörper ist zusätzlich eine an sich bekannte elektrische Heizung 8l - etwa mit einer Leistung von einigen KW - vorgesehen·

Mit einem derartigen Heizkörper kann nach einem Mischverfahren gearbeitet werden· Während der Übergangszeit im Herbst bzw. Frühjahr wird man mit der Elektroheizung auskommen, vor allem, wenn nur bestimmte Räume beheizt werden sollen, ohne dazu die gesamte Heizungsanlage in Betrieb nehmen zu müssen·

Andererseits kann die Elektroheizung bei tiefen Temperaturen als zusätzliche Wärmequelle individuell zugeschaltet werden.

In anderen Fällen wird man mit der Elektroheizung beispielsweise den billigen Nachtstromtarif ausnützen können.

Zur Ausnützung dieser vielfältigen Möglichkeiten bietet sich die erfindungsgemässe Anordnung als vorteilhaftes Regel- bzw» Steuerorgan an. Mit einem Schaltorgan 82 gemäss Figur 9, welches z.B. mit der Ventilstange 46 des Regelventils 4l nach Figur 4 gekoppelt oder an die Zahnstange l8 des Regelorgans 1 gemäss Figur la angeschlossen werden kann, lässt eich die elektrische Heizung 8l na,ch Bedarf zu- oder abschalten. Für Paartaigen bei Mischheizungen kommen elektrische, gasbeheizte bzw. Warmwasserheizungen in be-

209884/1103

- 16 -

liebigex* Variation infra ge _o Erfindungsgemäss kann der Temperatursollwert eines Zimmers durch wahlweise Zu- oder Abschaltung einer Fussbodenheisung oder auch einer Gasheizung erreicht werden·

Xn einem anderen Ausführungsbeispiel kann auch mit einer elektrisch erzeugten Heizwärme-Grundlast gefahren werden. Das Regelventil kl geraäas Figur 8 wurde dann - nach Bedarf - die Warmwasser-Zulast regeln»

Beide Misch-Regelungen lassen eich erfindungsgemäss thermostatisch nach Hassgabe durch die jeweilige Raumtemperatur oder - etwa nach einem Zeitprogramm - von einer Zentrale her durchführen«

Die Erfindung eignet sich gut für eine Verwendung in sog· Einrohr-Heizungssystemen. Mit ihr lässt eich Jede Raumtemperatur konstant halten, ohne dass dazu der bisherige Aufwand mit gesteuerten Mischventilen zur Verbindung von Vor- und Rücklauf bzw· Druck- oder Querschnittsreduzierventilen betrieben werden muss· Durch den Einsatz der Erfindung kann die Raumtemperatur in gewissen Grenzen unabhängig von der Wassertemperatur in dem Einrohr-Heizungssystera gemacht werden· Auch in letzten, an das Einrohr-Heizungssystem angeschlossenen Raum kann die Temperatur konstant gehalten werden, ohne dass darauf die "Zu" oder "Ab"-Stellung davorliegender Heizkörper Einfluss nimmt· Diese Regelung funktioniert selbsttätig auch bei Nachtbetrieb, wenn etwa die Einrohr«Reizung gedrosselt wird« oder wenn das Schaltprogramm einer Schaltuhr die einzelnen Reizkörper individuell drosselt.

209884/1103

Claims (1)

1. Ansprüche:

   1·) Anordnung zum elektrischen Einwirken auf Stellglieder oder dergleichen in Regel- bzw· Steueranlagen, gekennzeichnet durch

   wenigstens einen reversiblen Ausdehnungskörper (14, 24, 37« 58), der mit einem der Stellglieder (7, 30, 45) oder dergleichen in Wirkverbindung steht und eine damit kombinierte« steuerbare elektrische Wärmequelle (12, 39· 57t 64, 65) zur Einstellung beliebiger Stellgrössen innerhalb der Stellbereiche·

   2·) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   dass der reversible Ausdehnungekörper (14, 24, 37,· 38) innerhalb eines Ausdehnungsgefässes (13» 3?· 55) angeordnet ist, das zugleich die steuerbare elektrische Wärmequelle (12, 39# 57) umschliesst·

   3·) Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

   dass die steuerbare Wärmequelle wenigstens eine elektrische Heizspirale (12, 26, 59) einschliesst.

   4·) Anordnung nach den Ansprüchen 1-3· dadurch gekennzeichnet,

   dass der reversible Ausdehnungskörper (14, 37· 58) ein hydraulisches und/oder pneumatisches Medium einschliesst·

   5·) Anordnung nach den Ansprüchen 1-3· dadurch gekennzeichnet,

   209884/1103 - 2 -

   dna3 dor reversible Ausdehnungskörper eine Bimatallnnordnung (24) ist,

   6·) Anordnung nach den Ansprüchen 1-3» dadurch gekennzeichnet,

   dass das Ausdchnungagefäss (55) Bit oinora Wärme- bztr« Tenporaturfühler, vorzugsweise einem Raumthersiostat (56) in Wirkverbindung steht·

   7·) Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet«

   dass das Ausdehnungsgefliss als Temperaturfühler eines Thermo β tat vent ils ausgebildet ist.

   8·) Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche« ^Λ ' . ■ dadurch gekennzeichnet«

   dass die Wärmequelle als Heizpatrone (39* 57) mit wenigstens einer Heizspirale (59) ausgebildet ist·

   9. ) Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche«

   dadurch gekennzeichnet ₉

   dass die Stellglieder Bestandteile von Regelventilen (1, 4l) sind« deren individuelle Heizspiralen (26, 59) an eine Programmierainheit (70, 71« 74) angeschlossen sind·

   10·) Anordnung nach Anspruch 9«

   dadurch gekennzeichnet, .

   und

   dass die Prograssnioreinheit eino Schaltuhr (74)/für jedes Regelventil (1, 4l) Individuolle Zeitgebor (71« 73) zum Vorgeben der Schaltsalt für dio Heizspiralen (26, 59) und des individuellen Sollwertes für die Temperatur enthält·

   11« ) Anordnung nach einest od«r mehreren der vorangehenden Anspruch ο, dadurch gekennzeichnet,

   209884/1103 -3-

   dass die zentral gesteuerten Regolventilo (l, 4l) rait einer von Hand betatigbasrsn Vbrrangschaltung kombiniert sind»

   12a) Anordnung nach Anspruch 11,
   dadurch gekennzeichnet_s

   daas die handbetätigbare Vorrangschaltung Schaltorgane (64₉ 65) einschliesst, die an von den Heizspiralen (59) herausgeführte Anzapfungen (62) angeschlossen sind, mittels dsrer Ab-, Zu- oder Parallelschaltungen von Wicklungsteilen vornehmbar sind·

   13o) Anordnung nach den Ansprüchen 1-12, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelventile (l, kl) mit einer Einrichtung (l8, 20, 21) zum Rückmelden bzw· Rückkoppeln ausgerüstet sind.

   14. ) Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-8, dadurch gokannzoich.net,

   dass die Stellglieder Steuerorgan« (7» 30) sind, deren Heizspiralen (12, 39) an eine Steuereinheit (l6) mit Signalgebern angeschlossen sind·

   15c) Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

   das3 das Ausdehnungsgefäss einen thermischen Isoliermantel trägt. · ,

   16·) Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet,
   dass das Ausdehnungsgefäss (35) Wärmeleitflächen (36) trägt.

   17·) Anordnung nach den Ansprüchen 1 - l6, dadurch gekennzeichnet,

   dass die Regelventile (1, 4l) an Heizkörper (80) angeschlossen sind, die mit einer Zusatsheirung zusammenarbeiten·

   209884/1103

   l8e) Anordnung nach Anspruch dadurch cekennEolchnGt, da3S die Zusatshcisxmg ein© elektrische Heisung (81) innerhalb οines Heizkörpers ist₈ die mit einem Schaltorgan (82) an den Regelventilen (I₉ Ik) in Schaltverbindung etohto

   19ο) Anordnung nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet_v dass die Zusatzhoizung eine beliebige elektrische oder gasbetriebene Heizung, beispielsweise eine Fussbodenheisung₉ ist,

   ' 20_o) AnordnTing nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet _f dass die Regalventile (1„ kl) an Heizkörper eines Einrohr-Heisungssyatams angeschlossen sind·

   209884/1 103

   Leerseite