AT501212A2 - Thermostataufsatz für ein heizungs- oder kälteventil - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Thermostataufsatz für ein Heizungsoder Kälteventil mit einem Gehäuse, einem Thermostatelement, dessen wirksame Länge sich mit einer Temperatur ändert, und einem in eine Betätigungsrichtung bewegbaren Betätigungselement, wobei das Thermostatelement in einem Betätigungsstrang zwischen dem Gehäuse und dem Betätigungselement angeordnet ist.

Ein derartiger Thermostataufsatz ist beispielsweise aus DE 101 62 608 Al bekannt. Das Thermostatelement stützt sich hierbei mit einem Ende an der inneren Stirnseite des Gehäuses ab. Das Thermostatelement weist eine Dehnzone in Gestalt eines inneren Balgens auf. Dieser Balgen umgibt eine Öffnung, in die ein Betätigungselement eingesetzt ist. Dieses Betätigungselement liegt im montierten Zustand an einem Stößel eines Ventils an. Mit zunehmender Raumtemperatur, die auf das Thermostatelement wirkt, wird das Betätigungselement aus dem Thermostatelement herausgedrückt und drückt dadurch auf den Stößel des Ventils, so daß das Ventil weiter gedrosselt wird. Mit abnehmender Temperatur sinkt das Volumen des Thermostatelements, so daß der Stößel des Ventils, der in Öffnungsrichtung beaufschlagt ist, das Betätigungselement weiter in das Thermostatelement hineindrücken kann.

Aufgrund von Energiesparvorschriften sind heutzutage die überwiegende Anzahl von Heizkörpern mit thermostatisch gesteuerten Ventilen ausgerüstet, wobei zu den meisten dieser Ventile ein entsprechender Thermostataufsatz gehört. Viele derartiger Thermostataufsätze haben auch eine Sollwerteinstellung. Beispielsweise kann die Lage des Thermostatelements im Gehäuse durch Verdrehen eines Drehgriffs geändert werden.

Die Raumtemperaturregelung mit einem derartigen Thermostataufsatz funktioniert im allgemeinen zufriedenstellend, d.h. die vom Benutzer eingestellte oder auf andere Weise vorgegebene Soll-Temperatur wird mit ausreichender Genauigkeit tatsächlich erzielt.

Allerdings kann man beobachten, daß bei unveränderter Sollwert-Vorgabe die Raumtemperatur mit einer Periode von etwa einem Jahr um etwa 1 bis 2°C schwankt. Diese Schwankung wird vielfach nicht bemerkt, weil in vielen Räumen die Sollwert-Einstellung über -2- das Jahr verändert wird. Gleichwohl ist eine derartige Schwankung ungünstig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, langfristige Temperaturschwankungen zu verringern.

Diese Aufgabe wird bei einem Thermostataufsatz der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß im Betätigungsstrang eine Korrektureinrichtung angeordnet ist, deren wirksame Länge mit einer Änderungsgeschwindigkeit veränderbar ist, die kleiner als die Änderungsgeschwindigkeit des Thermostatelements ist.

Das Thermostatelement reagiert mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit auf eine Temperaturänderung und ändert dabei seine wirksame Länge. Diese Längenänderung wird dann über den Betätigungsstrang und das Betätigungselement in eine entsprechende Beaufschlagung eines Stößels oder eines anderen Antriebselements des Heizkörperventils umgesetzt. Dieses bekannte Verhalten des Thermostataufsatzes wird beibehalten, d.h. der Thermostataufsatz reagiert insgesamt praktisch genauso schnell auf Temperaturänderungen, wie ein herkömmlicher Thermostataufsatz auch. Hinzu kommt aber die Reaktion der Korrektureinrichtung. Diese Korrektureinrichtung ändert ebenfalls ihre wirksame Länge, beispielsweise in Abhängigkeit vom Auftreten äußerer Kräfte oder in Abhängigkeit von einer Temperatur, insbesondere der eingestellten Temperatur. Allerdings ist diese Längenänderung relativ langsam. Sie äußert sich also bei einer Temperaturänderung nicht unmittelbar, sondern langfristig. Durch diese langfristige Längenänderung ergibt sich aber die gewünschte Vergleichmäßigung der Temperatur über einen längeren Zeitraum.

Vorzugsweise weist die Korrektureinrichtung zwei durch eine Drossel miteinander verbundene, längenveränderbare Druckräume auf, die mit einem Fluid gefüllt sind, das durch die Drossel verlagerbar ist, wobei sich die beiden Druckräume in ihrem wirksamen Querschnitt unterscheiden. Mit dieser Ausgestaltung wird eine besonders effektive Form der Korrektureinrichtung zur Verfügung gestellt. Wenn die Korrektureinrichtung beispielsweise durch eine thermische bedingte Ausdehnung des Thermostatelements mit einer Kraft beaufschlagt wird, dann wird der Druckraum mit der größeren wirksamen Querschnittsfläche (im folgenden "größerer Druckraum" genannt) sich verkleinern und das in ihm befindliche -3-

Fluid in den Druckraum mit der kleineren wirksamen Querschnittsfläche (im folgenden "kleinerer Druckraum" genannt) verdrängen. Diese Verdrängung wird zu einer Verlängerung der Korrektureinrichtung führen, weil sich durch die unterschiedlichen wirksamen Querschnitte der beiden Druckräume eine Art Druckübersetzer ergibt. Allerdings kann dieser Ausgleich nicht plötzlich erfolgen, weil zwischen den beiden Druckräumen die Drossel angeordnet ist, die lediglich eine bestimmte Fluidmenge pro Zeit durchläßt. Für den Ausgleich benötigt man also eine entsprechend längere Zeit. Dementsprechend behält man die schnelle Reaktion des Thermostatelements bei, ermöglicht aber gleichzeitig eine langsame Reaktion der Korrektureinrichtung.

Vorzugsweise wirkt eine Feder auf eine Begrenzung des größeren Druckraums mit einer Kraft in Richtung auf eine Verkleinerung des größeren Druckraums. Dies ist eine einfache Möglichkeit, dafür zu sorgen, daß die Korrektureinrichtung wieder zurückgestellt werden kann.

Vorzugsweise ist zumindest ein Druckraum durch ein Balgenelement begrenzt. Balgen werden vielfach in Thermostatelementen verwendet. Sie ermöglichen es, einen Raum mit einer flexiblen und damit längenveränderbaren Wand zu umgeben.

Bevorzugterweise verzögert die Drossel einen Druckausgleich zwischen den beiden Druckräumen um einen Zeitraum im Bereich von 2 bis 25 Stunden. Damit ist einerseits sichergestellt, daß die Längenänderung keinen unmittelbaren, also sofortigen Einfluß auf die Regelung der Temperatur mit Hilfe des Thermostatelements hat. Andererseits ist die Zeitverzögerung so gewählt, daß sich der gewünschte langfristige Temperaturausgleich ergibt.

Bevorzugterweise grenzen die beiden Druckräume aneinander an. Dies hat bauliche Vorteile. Der Thermostataufsatz kann in Betätigungsrichtung kleingehalten werden. Auch die Abdichtung beim Übergang von einem Druckraum zum anderen Druckraum wird konstruktiv einfach, weil keine Leitungen nach außen geführt werden müssen.

Auch ist von Vorteil, wenn die beiden Druckräume ineinander geschachtelt sind. Dies hält den Bedarf an zusätzlicher Baulänge für die Korrektureinrichtung klein. -4-

Vorzugsweise ist einer der Druckräume im Innern des Thermostatelements ausgebildet. Auch dies verringert weiter den Bedarf an Baulänge.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß der größere Druckraum durch das Thermostatelement gebildet ist. Man verwendet also den ohnehin im Innern des Thermostatelementen vorhandenen Raum, der mit einem wärmeausdehnbaren Fluid gefüllt ist, als größeren Druckraum.

Vorzugsweise weist das Thermostatelement einen inneren Balgen auf, in dem ein Betätigungsstift hineinragt, der sich am Gehäuse abstützt, wobei das Thermostatelement im Gehäuse in Betätigungsrichtung beweglich ist. Das Thermostatelement wird also gegenüber herkömmlichen Thermostataufsätzen umgedreht, d.h. der Betätigungsstift ragt nicht mehr in Richtung auf das Ventil vor. Die Beaufschlagung des Ventils erfolgt vielmehr nun über das bewegliche Thermostatelement, wobei zwischen dem Thermostatelement und dem Ventil die Korrektureinrichtung oder ein Teil davon vorgesehen sein kann.

Bevorzugterweise stehen die beiden Druckräume über ein Kapillarrohr miteinander in Verbindung. Um den Druckausgleich zwischen den beiden Druckräumen über einen größeren Zeitraum zu verzögern, muß die Drossel zwischen den beiden Druckräumen einen relativ großen Strömungswiderstand aufweisen. Den Strömungswiderstand kann man beispielsweise über eine größere Länge der Drosselstrecke erhöhen. Eine derartige Länge läßt sich in einem Kapillarrohr leicht bereitstellen.

In einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß zwischen den beiden Druckräumen eine Membran angeordnet ist, die für das Fluid diffusions-durchlässig ist. Die Membran läßt zwar das Fluid von dem einen Druckraum in den anderen durchtreten. Dieser Durchtritt erfolgt jedoch langsam, nämlich in Form einer Diffusion, also nicht in Form einer Strömung.

Auch ist es möglich, daß zwischen den Druckräumen mindestens eine Trennplatte angeordnet ist, in der ein Verbindungskanal ausgebildet ist, dessen Länge ein Mehrfaches der Dicke der Trennplatte beträgt. Der Kanal kann beispielsweise durch eine spiralförmige durch eine Wand oder Platte abgedeckte Nut an der Oberfläche der Trennplatte gebildet sein, die vom kleineren Druckraum abgewandt -5- ist und an einer Stelle mit dem größeren Druckraum in Verbindung steht. Auch hierdurch wird eine relativ große Drosselwirkung erreicht.

Vorzugsweise ist der Druckraum mit der kleineren wirksamen Querschnittsfläche durch eine fluiddichte Membran begrenzt. Da man beim kleineren Druckraum keine größeren Längenänderungen benötigt, sondern eine zusätzliche Ausdehnung im Bereich von etwas über 0 bis etwa 5 mm, insbesondere 0,5 bis 2,5 mm ausreicht, reicht der Ausschlag aus, den eine Membran bei Druckbeaufschlagung leisten kann.

Hierbei ist bevorzugt, daß die fluiddichte Membran einen Zylinder stirnseitig begrenzt, in dem ein Kolben angeordnet ist, wobei die fluiddichte Membran auf den Kolben wirkt. Dadurch wird die Beanspruchung der Membran kleingehalten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Thermostataufsatzes, Fig. 2 eine schematische Darstellung des Wirkprinzips der Korrektureinrichtung, Fig. 3 eine zweite Ausführungsform eines Thermostataufsatzes, Fig. 4 eine dritte Ausführungsform eines Thermostataufsatzes, Fig. 5 eine vierte Ausführungsform eines Thermostataufsatzes mit einer Einzelheit in vergrößerter Darstellung, Fig. 6 eine fünfte Ausführungsform eines Thermostataufsatzes und Fig. 7 eine sechste Ausführungsform eines Thermostataufsatzes mit Einzelheiten in vergrößerter Darstellung.

Ein Thermostataufsatz 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in dem ein Thermostatelement 3 angeordnet ist. Das Thermostatelement 3 stützt sich an einer Stirnwand 4 des Gehäuses 2 ab. Die Stirnwand ist an einem Einsatz 5 ausgebildet, der mit Hilfe eines Drehgriffs 6 in -6-

Axialrichtung verlagert werden kann, um ein Temperatur-Sollwert vorzugeben.

Das Thermostatelement 3 weist einen Innenraum 7 auf, der mit einer wärmedehnbaren Flüssigkeit (oder einem Gas) gefüllt ist, deren Volumen sich mit der Temperatur ändert. Dieser Innenraum 7 ist an seiner Innenseite durch einen Faltenbalg 8 begrenzt. In dem Faltenbalg 8 ist ein Betätigungsstift 9 angeordnet, der mit einem Fortsatz 10 zusammenwirkt. Im Innern des Betätigungsstiftes 9 ist eine Überdruckfeder 11 angeordnet.

Bis dahin entspricht der Aufbau des Thermostataufsatzes 1 demjenigen eines herkömmlichen Thermostatventilaufsatzes. Wenn die Raumtemperatur ansteigt und das Thermostatelement 3 beeinflußt, dann dehnt sich die Füllung im Innenraum 7 aus und verdrängt den Betätigungsstift 9 nach unten, bezogen auf die Darstellung der Fig. 1. Der Betätigungsstift 9 wirkt dann mit dem Fortsatz 10 auf einen Stößel 13 eines nicht näher dargestellten Ventils, wodurch dieses gedrosselt wird. Dadurch wird die Zufuhr von Wärmeträgerflüssigkeit vermindert. Die Temperatur sinkt. Dadurch verringert die Füllung des Innenraums 7 ihr Volumen. Der Betätigungsstift 9 kann weiter in das Thermostatelement 3 eingedrückt werden, weil der nicht näher dargestellte Ventilstößel in der Regel durch eine Öffnungsfeder in Öffnungsrichtung belastet ist. Die Zufuhr von Wärmeträgerflüssigkeit wird vergrößert. Dieser Vorgang wiederholt sich solange, bis ein stabiler Zustand erreicht ist. Das Thermostatelement 3 bewirkt also sozusagen eine P-Regelung (proportionale Regelung).

Man kann nun beobachten, daß sich bei ansonsten unveränderter Einstellung des Sollwerts des Thermostataufsatzes 1 die Temperatur im Laufe eines Jahres um 1 bis 2 °C verändert. In den wärmeren Sommermonaten drosselt das durch den Thermostataufsatz 1 gesteuerte Ventil zwar stärker. Der gedrosselte Volumenstrom führt aber dennoch zu einer beispielsweise um 1 °C oder 2 °C höheren Temperatur.

Um diese langfristigen Temperaturschwankungen zu verringern oder sogar ganz zu vermeiden, wirkt der Fortsatz 10 nun nicht mehr direkt auf den Stößel des Ventils. Vielmehr ist zwischen dem Thermostataufsatz 3 und seinem Fortsatz 10 und einem Betätigungselement 12, das auf den schematisch dargestellten Stößel 13 des Ventils -7- wirkt, eine Korrektureinrichtung 14 angeordnet. Diese Korrektureinrichtung 14 kann als Zubehörteil ausgebildet sein, das zwischen den Thermostataufsatz 3 und das Ventil eingesetzt wird und somit nachgerüstet werden kann. Anstelle eines derartigen losen Teils kann natürlich die Korrektureinrichtung 14 als fest eingebautes Teil ausgebildet werden.

Die Korrektureinrichtung 14 weist einen ersten Druckraum 15, der von einem ersten Faltenbalg 16 in Umfangsrichtung begrenzt ist und einen zweiten Druckraum 17, der von einem zweiten Faltenbalg 18 in Umfangsrichtung begrenzt ist auf. Die beiden Druckräume 15, 17 sind durch eine Trennwand 19 voneinander getrennt. In der Trennwand 19 ist eine Drossel 20 angeordnet.

Eine Druckfeder 21 wirkt über eine Halterung 22 auf die Trennwand 19 und zwar in eine Richtung, in der der erste Druckraum 15 verkleinert würde. Auf das Betätigungselement 12 wirkt der Stößel 13 ebenfalls mit einer Kraft, die so gerichtet ist, daß sie den zweiten Druckraum 17 verkleinert. Der Stößel 13 wird üblicherweise von einer nicht näher dargestellten Ventilfeder in Öffnungsrichtung beaufschlagt. Die Feder 21 ist dabei so dimensioniert, daß ihre Kraft größer ist als die Kraft der Ventilfeder, beispielsweise ein Mehrfaches davon beträgt. Wenn also die Korrektureinrichtung 14 nach unten (bezogen auf die Fig. 1) bewegt wird, muß die Feder 21 eine größere Kraft leisten als die Ventilfeder, so daß der Druck in der Kammer 15 größer wird als der Druck in der Kammer 17.

Der erste Druckraum 15 weist einen größeren wirksamen Querschnitt als der zweite Druckraum 17 auf. Der erste Druckraum 15 wird deswegen auch als "größerer Druckraum" bezeichnet, während der zweite Druckraum 17 auch als "kleinerer Druckraum" bezeichnet wird. Tatsächlich können die Volumina beider Druckräume 15, 17 aber gleich sein. Der Querschnittsunterschied bewirkt, daß sich bei der Verlagerung eines Fluids von einem Druckraum 15 zum anderen Druckraum 17 im Druckraum 17 eine Verlängerung ergibt, die größer ist als eine durch die Verlagerung bewirkte Verkürzung des ersten Druckraums 15.

Dies soll anhand von Fig. 2 näher erläutert werden. Fig. 2 zeigt schematisch die Korrektureinrichtung 14 in verschiedenen Phasen einer Verstellung. Gleiche Teile wie in Fig. 1 sind mit den gleichen -8-

Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zu Fig. 1 sind die beiden Druckräume 15, 17 jedoch nicht von Faltenbalgen 16, 18, sondern von Kolben 16a, 18a begrenzt.

Der größere Druckraum 15 hat dabei einen Querschnitt A, der beispielsweise 2,5 mal so groß ist wie der Querschnitt B des zweiten Druckraums 17.

In den beiden Druckräumen 15, 17 kann irgendein inkompressibles Medium angeordnet sein, also eine Flüssigkeit, wie Wasser, Öl oder dergleichen.

Fig. 2a zeigt den Ausgangspunkt. Um die Situation mit späteren Zuständen vergleichen zu können, ist eine obere Linie 23 und eine untere Linie 24 eingezeichnet, die einen Abstand C zueinander aufweisen. Die obere Linie 23 gibt die Lage des oberen Endes des Kolbens 16a an, während die untere Linie 24 die Lage des unteren Ende des Kolbens 18a angibt.

Wenn nun beispielsweise die Temperatur ansteigt, dann wird der Betätigungsstift 9 aus dem Thermostatelement 3 (Fig. 1) verdrängt und drückt den oberen Kolben 16a nach unten. Da aufgrund der Drossel 20 das Fluid aus dem ersten Druckraum 15 nicht in den zweiten Druckraum 17 entweichen kann, wird die gesamte Halterung 22 gegen die Kraft der Feder 21 nach unten gedrückt. Dementsprechend verlagert sich auch der untere Kolben 18a, so daß der Stößel 13 (Fig. 1) des Ventils eingedrückt wird, um das Ventil weiter zu drosseln. Wenn die Temperatur absinkt, dann wird die gesamte Halterung 22 durch die Kraft der Feder 21 wieder angehoben, so daß sich der Zustand der Fig. 2a wieder einstellt. Die gesamte in Fig. 2a und 2b dargestellte Korrektureinrichtung 14 verhält sich also im Kurzzeitbereich wie ein massiver Block, dessen Länge in Betätigungsrichtung (Wirkrichtung des Betätigungsstiftes 9) unverändert ist.

Wenn jedoch die erhöhte Temperatur länger anhält und dementsprechend der Betätigungsstift 9 länger auf den Kolben 16a wirkt, dann wird Fluid aus dem ersten Druckraum 15 in den zweiten Druckraum 17 verdrängt. Der Übertritt des Fluids erfolgt langsam, da er durch die Blende 20 gedrosselt wird. Dabei dehnt sich der zweite Druckraum 17 in Betätigungsrichtung um das Verhältnis der Querschnitte der beiden Druckräume 15, 17 stärker aus, als die -9- axiale Erstreckung des ersten Druckraums 15 sinkt. Wenn also die erhöhte Temperatur über einen längeren Zeitraum anhält, dann bekommt die Korrektureinrichtung 14 eine größere Länge D. Dabei kann die gesamte Korrektureinrichtung 14 wieder etwas nach oben verschoben werden und zwar solange, bis ein Kräftegleichgewicht besteht zwischen den Kräften, die vom Thermostatelement auf den oberen Kolben 16a ausgeübt werden, den Kräften, die vom Druck im ersten Druckraum 15 auf den Kolben 16a ausgeübt werden, den Kräften, die vom Druck im zweiten Druckraum 17 auf den zweiten Kolben 18a ausgeübt werden und der Kraft der Feder 21.

Bei einer dauerhaft erhöhten mittleren Temperatur bekommt die Korrektureinrichtung 14 also eine größere Länge in Betätigungsrichtung. Die Kennlinie des Thermostataufsatzes 1 wird verschoben, so daß das Ventil schon bei einer niedrigeren Temperatur stärker gedrosselt wird. Dies läßt sich bei einem Vergleich der Fig. 2a und 2c erkennen. In beiden Figuren ist die Betätigung durch das Thermostatelement 3 gleich, es herrscht also die gleiche Temperatur. Das Ventil ist jedoch in Fig. 2c stärker gedrosselt.

Der mit einer Korrektureinrichtung 14 versehene Thermostataufsatz 1 bildet also nicht nur einen P-Regler, sondern einen PI-Regler, wobei der P-Anteil im wesentlichen vom Thermostatelement 3 verursacht wird, während der I-Anteil im wesentlichen von der Korrektureinrichtung 14 beeinflußt wird.

Der I-Anteil des Reglers wird dabei ohne externe Hilfsenergien, beispielsweise eine zugeführte elektrische Energie oder eine Verstellung eines Stößels von außen mit Hilfe eines Motors, bewirkt. Vielmehr ergibt sich der I-Anteil intern durch die beiden Druckräume 15, 17 und ihre Verbindung durch die Drossel 20.

Es ist auch möglich, daß der Faltenbalg 18 mit seiner Stirnseite direkt auf den Stößel 13 wirkt. In diesem Fall ist das Betätigungselement 12 sozusagen in den Faltenbalg 18 integriert und als separates Bauteil entbehrlich.

Die Verwendung der in Fig. 1 und 2 dargestellten Korrektureinrichtung 14 hat allerdings den Nachteil, daß die Baugröße des Thermostataufsatzes 1 in erheblichem Maße vergrößert wird. -10-

Fig. 3 zeigt daher eine abgewandelte zweite Ausführungsform, bei der gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen sind.

Im Unterschied zu Fig. 1 ist die Korrektureinrichtung 14 nun durch zwei Balgenelemente gebildet, die ineinander geschachtelt sind. Der Balgen 16 umgibt also den ersten Druckraum 15. In dem ersten Druckraum 15 ist die Trennwand 19 mit der Drossel 20 angeordnet. Die Trennwand 19 ist in diesem Fall becherförmig ausgebildet, wobei ihre Öffnung nach unten weist. Innerhalb der Trennwand 19 ist der zweite Faltenbalg 18 angeordnet, wobei sich der zweite Druckraum 17 zwischen der Trennwand 19 und dem Faltenbalg 18 befindet. Der Boden des zweiten Faltenbalgs 18 wirkt dann auf das Betätigungselement 12.

Auch hier ist eine Sollwertverstellung durch Verdrehen eines Drehgriffs 6 möglich.

Fig. 4 zeigt eine weiter abgewandelte Ausführungsform, bei der gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 und 3 versehen sind.

Der erste Druckraum 15 ist in dieser Ausführungsform durch den Innenraum 7 des Thermostatelements 3 gebildet. Das Medium in den beiden Druckräumen 15, 17 ist hier als ein wärmeempfindliches Medium, dessen Volumen sich mit der Temperatur ändert, ausgebildet. Das Thermostatelement 3 ist hier über Kopf in das Gehäuse 2 eingesetzt, d.h. die vom Faltenbalg 8 umgebene Ausnehmung öffnet sich nach oben, also zur Stirnwand 4 des Gehäuses 2 hin. In den Faltenbalg 8 ist eine Stange 25 eingesetzt, die sich an der Stirnwand 4 abstützt. Das Thermostatelement 3 ist axial, d.h. in Betätigungsrichtung, beweglich im Gehäuse 2 gelagert, wobei es durch eine Feder 21 entgegen der Betätigungsrichtung unterstützt wird.

An der geschlossenen Stirnseite des Thermostatelements 3, also an der dem Faltenbalg 8 abgewandten Seite, ist der zweite Druckraum 17 angeordnet, der vom Balgen 18 umgeben ist. Der erste Druckraum 15 und der zweite Druckraum 17 stehen über die Drossel 20 miteinander in Verbindung.

Der zweite Faltenbalg 18 wirkt über einen Käfig 26 auf das Betätigungselement 12. -11-

Die Funktion dieser Ausführungsform ist ähnlich wie in den Fig. 1 bis 3. Allerdings erfolgt hier eine Verlängerung der Korrektureinrichtung 14 mit der Erhöhung der Temperatur auf direktem Weg.

Wenn sich die Temperatur erhöht, dann wird im Kurzzeitbereich die Stange 25 aus dem Thermostatelement 3 herausgedrückt. Das Thermostatelement 3 wird nach unten gedrückt (alle Richtungsangaben beziehen sich auf die Darstellung der Fig. 4) und das Betätigungselement 12 wird entsprechend nach unten gedrückt, um den Stößel 13 (in Fig. 4 nicht dargestellt) zu betätigen und das Ventil stärker zu drosseln. Auch hier kann der kleine Faltenbalg 18 die Ventilspindel (nicht dargestellt) direkt beaufschlagen. Der kleine Faltenbalg 18 kann auch dadurch gebildet sein, daß die Wellung in der Stirnseite angeordnet ist. Dies macht die Konstruktion noch kompakter.

Mit der Erhöhung der Temperatur ist auch eine Erhöhung des Drucks im ersten Druckraum 15, d.h. im Innenraum 7 des Thermostatelements 3 verbunden. Diese Druckerhöhung bewirkt, daß sich die Flüssigkeit oder das Gas aus dem Innenraum 7 durch die Drossel 20 in den zweiten Druckraum 17 verlagert. Da der zweite Druckraum 17 eine wesentlich kleinere wirksame Querschnittsfläche als der erste Druckraum 15 hat, wird der zweite Faltenbalg 18 stärker verlängert als der Faltenbalg 8 des Thermostatelements 3 verkürzt wird. Insgesamt ergibt sich also mit steigender Temperatur eine stärkere Verlängerung der aus Thermostatelement 3 und Faltenbalg 18 zusammengesetzten Korrektureinrichtung 14. Die Verlängerung ist größer als eine entsprechende Verlängerung des Faltenbalgs 3 alleine.

Bei der Ausgestaltung nach Fig. 4 kann man praktisch einen herkömmlichen Thermostatventilaufsatz mit Standardelementen verwenden. Hinzu kommt lediglich der zusätzliche Faltenbalg. Die Faltenbälge können aus Metall oder Kunststoff oder einer Kombination daraus gebildet sein. Im letzteren Fall stellt der Kunststoff (Gummi wird in diesem Fall ebenfalls als Kunststoff angesehen) die elastische Funktion und das Metall die Dichtigkeit sicher.

Als Thermostatelement 3 kann man theoretisch auch ein Wachselement verwenden. -12-

Damit sich das Kurzzeit-Verhalten des Thermostataufsatzes ausreichend vom Langzeit-Verhalten unterscheidet, muß die Drossel 20 so dimensioniert werden, daß zu einem Druckausgleich zwischen den beiden Druckräumen 15, 17 tatsächlich ein längerer Zeitraum notwendig ist. Dieser Zeitraum sollte mindestens eine Stunden betragen. Er kann jedoch auch deutlich länger sein, beispielsweise 8 Stunden oder sogar 25 Stunden oder eine Woche oder mehr betragen. Insbesondere bei einer Verzögerungszeit, die etwa einem Kalendertag entspricht, kann man die langfristigen Einflüsse der Umgebungstemperatur besser berücksichtigen, also den Übergang von Winter über Frühling zu Sommer und von Sommer über Herbst zu Winter.

Damit die Drossel 20 die entsprechende Zeitverzögerung bewirken kann, muß sie relativ genau dimensioniert werden. Dies erfordert einen teilweise erheblichen Aufwand in der Fertigung. Um diesen Aufwand zu vermindern, ist in Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform vorgesehen. Diese Ausführungsform entspricht im wesentlichen der Ausführungsform von Fig. 4. Gleiche Elemente sind dementsprechend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Der zweite Druckraum 17 ist bei dieser Ausführungsform nicht von einem Faltenbalg begrenzt, sondern von einer elastischen Membran 27, die mit einem Zylindergehäuse 28 verbunden ist, das an die Kapsel des Thermostatelements 3 angeschweißt ist. Eine Schweißverbindung 29 ist schematisch dargestellt. Man kann das Zylindergehäuse 28 auch an die Kapsel 30 des Thermostatelements 3 ankleben. Auf jeden Fall muß die Verbindung gegenüber dem Fluid im Innenraum 7 des Thermostatelements 3 dicht sein. Die Membran 27 muß natürlich ebenfalls gegenüber diesem Fluid dicht sein. Deswegen wird sie auch als "fluiddichte Membran" 27 bezeichnet.

Der Käfig 26 weist einen Kolbenvorsprung 31 auf, der in eine Zylinderbohrung 32 des Zylindergehäuses 28 hineinragt. Die fluiddichte Membran 27 wirkt auf den Kolbenvorsprung 31. Wenn also der Druck im zweiten Druckraum 17 erhöht wird, dann wird der Kolbenvorsprung 31 aus dem Zylindergehäuse 28 verdrängt und damit der Käfig 26 mit dem Betätigungselement 12 nach unten verlagert.

Die Kapsel 30 weist in ihrer Stirnseite eine Öffnung 33 auf, durch die Fluid aus dem ersten Druckraum in einen Zwischenraum 34 gelangen kann. Der Zwischenraum 34 ist vom zweiten Druckraum 17 durch eine steife Membran 35 getrennt. Die Membran 35 ist so steif, -13- daß sie sich unter dem Druck des Fluids nicht nennenswert durchbiegt. Sie ist aber für das Fluid durchlässig. Allerdings ist diese Durchlässigkeit sehr begrenzt. Sie beruht beispielsweise auf Diffusion. Alternativ dazu kann die steife Membran mit Mikroöffnungen versehen sein, die beispielsweise durch Ätzen hergestellt werden können. Erst im Laufe der Zeit stellt sich durch die Membran 35 ein Druckausgleich zwischen dem Zwischenraum 34 und dem zweiten Druckraum 17 her, wobei der dann erzeugte höhere oder niedrigere Druck im zweiten Druckraum 17 dazu führt, daß der Kolbenvorsprung 31 mehr oder weniger weit aus dem Zylindergehäuse 28 verdrängt wird.

Die Zeitkonstante des I-Gliedes des Reglers wird also durch die Durchlässigkeit der Membran 35 bestimmt.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Man kann die beiden Druckräume 15, 17 auch durch eine flexible Wand voneinander trennen, so daß man sie mit unterschiedlichen Medien füllen kann. Eine derartige Wand kann beispielsweise als Kuppel ausgebildet sein, die die Öffnung 33 überspannt. Wenn die Kuppel (nicht dargestellt) durch die Druckerhöhung im ersten Druckraum zusammengedrückt wird, wird ein entsprechendes Medium auf der anderen Seite der Wand verdrängt.

Die beiden Druckräume 15, 17 sind hier über ein Kapillarrohr 36 miteinander verbunden. Das Kapillarrohr 36 kann eine Vielzahl von Windungen 37 aufweisen, so daß man das Kapillarrohr 36 mit einer entsprechenden Länge ausbilden kann. Diese Länge bewirkt dann die gewünschte Drosselung des Fluids beim Übergang zwischen den beiden Druckräumen 15, 17. Zusätzlich kann das Kapillarrohr 36 eine nicht näher dargestellte Engstelle aufweisen. Das Kapillarrohr 36 weist auf jeden Fall mindestens eine Windung 37 auf, um Längenänderungen aufnehmen zu können, die sich durch die Bewegung des Druckraums 17 bzw. des ihn umgebenden Gehäuses ergeben.

Der Druckraum 17 ist wiederum von einer Membrane 27 abgeschlossen, die auf einen Kolbenvorsprung 31 wirkt. Diesbezüglich ist die Ausgestaltung ähnlich wie in Fig. 5. Die Membrane kann aus sehr unterschiedlichen Materialien bestehen, z.B. Metall, Gummi, Kunststoff, usw. Die Membrane 27 kann auch mit einer Beschichtung, -14- beispielsweise aus Metall, versehen sein, um eine Diffusion durch die Membran 27 zu verhindern. Auch eine Schicht an der Membran aus einem reinbungsvermindernden Material wäre möglich.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Thermostataufsatzes, der im wesentlichen der von Fig. 5 entspricht. Gleiche Elemente sind daher mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Zwischen der Membrane 27 und der Kapsel 30 ist eine Trennplatte 38 angeordnet, die an ihrer der Kapsel 30 zugewandten Seite eine spiralförmig ausgebildete Nut 39 aufweist, die in einer Öffnung 40 endet, die die Trennplatte 38 durchsetzt. Durch die Öffnung 40 kann daher Fluid aus dem ersten Druckraum 15, d.h. aus dem Inneren des Thermostatelements 3, in den Druckraum 17 gelangen (in Fig. 7b nicht dargestellt). Bevor das Fluid durch die Öffnung 40 treten kann, muß es allerdings den Kanal durchströmen, der durch die Nut 39 und die Kapsel 30 gebildet ist. Auch dadurch läßt sich eine ausreichende Zeitverzögerung beim Druckausgleich zwischen den beiden Druckräumen 15, 17 erzeugen.

Die Trennplatte 38 ist zweckmäßigerweise mit der Kapsel 30 verklebt, so daß sie von der Kapsel 30 nicht abheben kann. Dies verhindert einen Kurzschluß zwischen benachbarten Abschnitten der Spiralnut 39.

Wenn man einen stärker drosselnden Kanal wünscht, kann man ihn auch länger ausbilden und dafür mehrere Trennplatten verwenden. Man kann auch mehrere Spiralnuten 39 verwenden, um den Kanal anders zu drosseln.

Grundsätzlich ist auch vorstellbar, den Widerstand beim Übertritt von einem Druckraum zum anderen von außen verstellbar zu machen. Dies ist beispielsweise bei einer Drossel 20 ohne weiteres möglich.

Die Erfindung wurde am Beispiel eines Heizkörper-Ventilaufsatzes beschrieben. Sie ist aber in ähnlicher Weise bei einem Kälteventil für Kältedecken oder ähnliche Wärmetauscher anwendbar. In diesem Fall ist üblicherweise zwischen dem Thermostataufsatz 3 und dem Betätigungselement 12 noch eine Wirk-Umkehreinrichtung (nicht dargestellt).

Claims (15)

1. -15- Patentansprüche 1. Thermostataufsatz für ein Heizungs- oder Kälteventil mit einem Gehäuse, einem Thermostatelement, dessen wirksame Länge sich mit einer Temperatur ändert, und einem in eine Betätigungsrichtung bewegbaren Betätigungselement, wobei das Thermostatelement in einem Betätigungsstrang zwischen dem Gehäuse und dem Betätigungselement angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Betätigungsstrang eine Korrektureinrichtung (14) angeordnet ist, deren wirksame Länge mit einer Änderungsgeschwindigkeit veränderbar ist, die kleiner als die Änderungsgeschwindigkeit des Thermostatelements (3) ist.
2. 2. Thermostataufsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung (14) zwei durch eine Drossel (20) miteinander verbundene, längenveränderbare Druckräume (15, 17) aufweist, die mit einem Fluid gefüllt sind, das durch die Drossel verlagerbar ist, wobei sich die beiden Druckräume (15, 17) in ihren wirksamen Querschnitt unterscheiden.
3. 3. Thermostataufsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (21) auf eine Begrenzung (19, 30) des größeren Druckraums (15) mit einer Kraft in Richtung auf eine Verkleinerung des größeren Druckraums (15) wirkt.
4. 4. Thermostataufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Druckraum (15) durch ein Balgenelement (8, 16, 18) begrenzt ist.
5. 5. Thermostataufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (20) einen Druckausgleich zwischen den beiden Druckräumen (15, 17) um einen Zeitraum im Bereich von 2 bis 25 Stunden verzögert.
6. 6. Thermostataufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Druckräume (15, 17) aneinander angrenzen.
7. 7. Thermostataufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Druckräume (15, 17) ineinander geschachtelt sind.
8. 8. Thermostataufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Druckräume im Innern des Thermostatelements (3) ausgebildet ist.
9. 9. Thermostataufsatz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der größere Druckraum (15) durch das Thermostatelement (3) gebildet ist.
10. 10. Thermostataufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermostatelement (3) einen inneren Balgen (8) aufweist, in den ein Betätigungsstift (25) hineinragt, der sich am Gehäuse (2, 4) abstützt, wobei das Thermostatelement (3) im Gehäuse (2, 4) in Betätigungs richtung beweglich ist.
11. 11. Thermostataufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Druckräume (15, 17) über ein Kapillarrohr (36) miteinander in Verbindung stehen.
12. 12. Thermostataufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Druckräumen (15, 17) eine Membran (35) angeordnet ist, die für das Fluid dif-fusions-durchlässig ist.
13. 13. Thermostataufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Druckräumen (15, 17) mindestens eine Trennplatte (38) angeordnet ist, in der ein Verbindungskanal (39) ausgebildet ist, dessen Länge ein Mehrfaches der Dicke der Trennplatte (38) beträgt.
14. 14. Thermostataufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (17) mit der kleineren wirksamen Querschnittsfläche durch eine fluiddichte Membran (27) begrenzt ist.
15. 15. Thermostataufsatz nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die fluiddichte Membran (27) einen Zylinder (32) stirnseitig begrenzt, in dem ein Kolben (31) angeordnet ist, wobei die fluiddichte Membran (27) auf den Kolben (31) wirkt. 7 ) 2005 12 22 // Patentanwär Dipl.-lng. Mag. Michael Sabelul» A-1150 Wie”, Misnahiitfcf Gurtei 39/1/ Tel.: (+43 1) 832 SS 33Ό te (+43 1) 892 89 333 a-maii: