CN102999067A - 恒温器阀盖 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于阀、尤其供暖或制冷阀的恒温器阀盖(1)，其包括外壳(2-4、7)、恒温器元件(5)和可沿操纵方向移动的操纵面(21)，其中，恒温器元件(5)设在外壳(2-4、7)与操纵面(21)之间的操纵链(5、9、15)内。希望减少空间需求。为此规定，在操纵链(5、9、15、16)内设电动机(16)，它的有效长度可以通过其投入运行改变。

Description

恒温器阀盖

本申请是申请日为2006年8月9日、申请号为200680037550.4、发明名称为“恒温器阀盖”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于阀、尤其供暖或制冷阀的恒温器阀盖，包括一个外壳、一个恒温器元件和一个可沿操纵方向移动的操纵面，其中，恒温器元件设在外壳与操纵面之间的操纵链内。

背景技术

这种类型的恒温器阀盖用于在室内调整预定的额定温度。若此温度应借助加热面达到，则恒温器阀盖作用在一个控制载热介质通过加热器流量的阀上。当它涉及制冷装置时，恒温器阀盖作用在一个控制致冷剂通过换热器流量的阀上。

恒温器元件在许多情况下通过波纹体构成，它充填一种其体积随温度变化的填料。通常表现为长度改变的体积变化传递到操纵面上，操纵面又操纵阀的挺杆。通常例如挺杆推入越多，加热器阀节流越强。

这种类型的恒温器阀盖的工作是十分令人满意的。可以例如通过旋转一个转柄改变额定值。然而在有些情况下人们希望改变恒温器元件与操纵元件之间预定的工作关系，例如为了在夜间降低预定的额定值。在许多情况下室温的额定值在夜间降低如4℃就足够了，因为良好隔热的房屋在夜间只损失大约2℃至3℃的温度。当然也可能是另一些情况，例如在休假期间的温度下降或在冬季的晚上温度升高到一个舒适的温度。

因此在DE19909097C2中采用具有调整装置的恒温器阀盖，为了改变工作关系，调整装置改变恒温器元件与操纵面之间距离的有效长度。为此设一个减速器，它以一个齿轮从外壳伸出。因此可在外壳外部安装一个与齿轮啮合的驱动器。所述齿轮在外壳内部作用在另一个齿轮上，后者则旋转一个螺纹配合的一个元件，以改变在恒温器元件与操纵面之间传输距离的有效长度。容纳驱动器的驱动器壳体可以从外壳取出，以便为驱动器编程。

这种结构虽然同样经过考验。但显然可从外部安装的驱动器壳体需要较大的结构空间。

发明内容

本发明要解决的技术问题是减少空间需求。

上述技术问题在本文开头所述类型的恒温器阀盖中是这样得以解决的，即，在所述操纵链内设长度可变的电动机，所述电动机带有多个元件可决定该电动机的有效长度，当所述电动机投入运行时，所述多个元件可相对彼此位移。

在这种情况下可以完全取消从外部安装的驱动器。确切地说在外壳内部自主地实现改变恒温器元件与操纵元件之间的工作关系。这种改变通过电动机当它投入运行时改变其沿操纵方向的有效长度造成。电动机构成操纵链的一部分。电动机的长度变化促使改变操纵链的长度。在这里术语电动机应广泛地理解。所述电动机还包括操纵链的相邻部分。这种设计除了减小结构空间外还有另一些优点：首先驱动器的功率需求降低。也就是说不需要包括许多齿轮的减速器和没有为了从电动机向驱动链传输造成的相应的传输损失。这还影响到噪声水平，由此可将其保持为低水平。例如在卧室使用此恒温器阀盖时较低的噪声水平是十分有利的。另一方面也改善了可控性。在有许多齿轮的减速器中总会有某些必须承受的扭矩。因为在这种恒温器阀盖中涉及一些大批生产的零件并因而希望尽可能采用价廉物美的构件，所以在这里持续存在磨损的危险，磨损会降低恒温器阀盖的调整精度。若现在使用在外壳内部的电动机，则所述的长度改变实际上只在驱动链内部进行，不必从外部引入其些扭矩或力。也可以将间隙保持得很小，因为有少量传输元件便足够了。但除此之外不仅仅可以实施夜间降低等调整。确切地说可以在整个“正常”工作范围实施调整。

优选地，电动机设计为步进电动机。步进电动机可以步进式控制。若人们得知已实施步骤的数量，便也能知道电动机处于什么位置。在这种情况下人们还得知操纵链有多长。可以将这一长度直接与已有的开启以及进而与预定的温度挂钩。

优选地，电动机设计为压电电动机。也就是说，电动机有至少一个压电元件，它在施加电压时膨胀，以及在负的或减小电压时收缩。现在可以利用压电元件的膨胀-收缩运动驱动电动机。另一种表述是表面置于振动之中，从而形成一种类型的载波。借助此载波可以通过计算振动数并因而计算步骤数来确定电动机的位置。

在这里特别优选地，电动机有第一电动机部分和第二电动机部分，在它们之间沿操纵方向看设压电元件装置。此压电元件装置可以有一个或多个压电元件。现在例如可以通过对压电元件装置相应的加载造成期望的纵向膨胀。

在这里特别优选地，第一电动机部分和第二电动机部分各有一个直径扩展段，压电元件装置设在直径扩展的区域内。通过直径扩展段为压电元件装置提供更大的表面，压电元件装置可以支承在此表面上。

按一项特别优选的设计规定，第一电动机部分构成转子和第二电动机部分构成定子，以及，这两个电动机部分通过螺纹配合互相连接。所述的连接也可以间接进行，例如通过与定子和/或转子防旋转地连接的中间段实现。在这种情况下压电元件装置不仅用于通过膨胀或收缩造成操纵链有效长度的调整。此压电元件装置在例如正弦形激励时用于使转子和定子彼此相对旋转。这种旋转运动可以通过相应的螺纹配合转换为电动机的长度改变。取决于对压电元件装置的控制，转子可相对于定子沿一个方向，例如沿顺时针方向，或沿相反方向，亦即逆时针方向旋转，从而既可以朝加长电动机有效长度的方向也可以朝缩短电动机有效长度的方向相应地改变长度。

优选地，电动机设在恒温器元件与操纵面之间。也就是说电动机构成在恒温器元件与操纵面之间的心轴的一部分。在这里转子轴线优选地与恒温器元件的轴线一致。定子围绕心轴或心轴的延伸段。这样造成一种机械上极其稳定的结构，尽管如此仍能迅速和有效地改变操纵链的长度。

优选地，操纵面设计在电动机上。可以相应地设计电动机，从而不再需要附加的构件。

按另一项设计可以规定，电动机设在恒温器元件与外壳之间，其中恒温器元件可以在外壳内沿操纵方向移动。在这里恒温器元件恰当地直接或间接通过弹簧支承，所以始终保持支承在电动机上。恒温器元件填料体积改变时淀积的温度影响因而可以直接传给阀。

优选地，外壳具有转柄，借助转柄可沿操纵方向调节恒温器元件的支承面，其中，转柄与转角传感器配合作用。可以借助转柄传感器确定，转柄相对于一个基础部分处于何种角向位置。所述角向位置可以是有关支承面位置的唯一说明，亦即有关恒温器元件或电动机位置的说明。现在可以利用这些信息比较准确地调整为阀规定的额定值。

优选地，电动机可以无线控制。因此不需要通过导线控制电动机。确切地说，在这里可以利用无线电波，例如按所谓“蓝牙”技术。也可以是其他类型的传输，例如采用红外线或超声波。

优选地，电动机的定子稳定地固定在外壳内。由此避免会对连接电线造成不利影响的运动。从而显著降低这种导线断裂或损坏的危险。

也有利的是，电动机的转子和定子以预定的轴向力夹紧在一起。这种设计尤其对于压电电动机有突出的优点。若转子和定子将压电元件装置夹紧在它们之间，则电动机可以最有效地工作。

在这方面优选地，一个弹簧装置沿轴向作用在电动机上。采用弹簧装置可以方便地获得预定的夹紧力。

在这方面优选地，弹簧装置有一个作用在转子上的弹簧盘。采用弹簧盘可以通过比较短的行程产生必要的力。因此弹簧盘需要比较小的结构空间。此外它能比较方便地装配。可以在弹簧盘与电动机之间再设一个减小摩擦的例如由陶瓷或塑料、尤其由PTFE制成的层。

优选地，弹簧盘支承在一个固定在外壳内的固定环上。这是使弹簧盘固定在外壳内的一种简便的方法。

与之不同，弹簧盘可以支承在外壳内的凸台上或卡入外壳槽内。在这种情况下需要在外壳上有一个用于支承弹簧盘的构型。

也有利的是，电动机具有一个脱开装置，它使转子避开由恒温器元件产生的轴向力。如上面已详细说明的那样，有利的是对于压电电动机将一定的力以这样的方式作用在电动机上，即将压电元件装置夹紧在转子与定子之间。与此同时在这里重要的是，所述的力不增大到超过预定的量。与之相应地也有利的是，由阀反作用的弹簧力不作用在电动机上。要不然会导致电动机不再能如期望的那样自由旋转。由此造成更大的摩擦和更严重的磨损。若现在注意到使转子避开此轴向力，则在这方面获得理想的工作条件，人们不必对功能作其他削减。

在这方面优选地，转子与一个可沿轴向相对于转子移动的传动件防旋转地连接，传动件与操纵面啮合以及与一个与恒温器元件作用连接的圆锥体螺纹啮合。因此所述传动件是电动机的组成部分，它促使长度改变。因为传动件只沿旋转方向与转子啮合，而沿轴向是可以移动的，所以转子可以避开这种轴向力。

附图说明

下面结合附图借助优选的实施例说明本发明。其中：

图1表示恒温器阀盖第一种设计；

图2表示图1中的一个局部的放大图；

图3表示恒温器阀盖第二种实施方式；

图4表示图3中的一个局部的放大图；以及

图5表示恒温器阀盖第三种实施方式。

具体实施方式

按图1的恒温器阀盖1有一个外壳，它主要由支座2、转柄3和基础部分4构成，其中转柄3可以相对于基础部分4旋转。

在支座2内装一个恒温器元件5，它将其端侧6贴靠在支座2的端壁7上。按这种未详细表示的方式可以保证，通过转柄3相对于基础部分4旋转，改变恒温器元件5与基础部分4的距离。

恒温器元件5在其内部按已知的方式有一个波纹管壁8，心轴9插入其中。心轴9从恒温器元件5朝基础部分4的方向伸出。波纹管壁8弹性地构成内腔10的边界，内腔中充填一种可受热膨胀的填料，例如一种其体积随温度改变的液体。取代液体也可以采用一种固体，例如蜡，或气体。温度越高，填料膨胀越多以及心轴9从恒温器元件5移出越远。

通过恒温器元件5相对于基础部分4不同的位置，可以调整不同的额定值。在有些情况下，恒温器阀盖1只针对一个规定的额定值设置。

除此之外还设有过热弹簧11作为安全元件的心轴9作用在外罩12上，外罩12通过弹簧13朝恒温器元件5的方向加压。在外罩12内旋入带一个圆锥体15的支座14，在传统的恒温器阀盖中圆锥体作用在图中没有表示的阀的一个同样没有详细表示的挺杆上。圆锥体15为了明显起见所以画成这样。但它并不一定必须有圆锥体的几何形状。

在本实施例中圆锥体15与电动机16连接，如图2的放大图中所示。图2表示图1中的局部“X”。

电动机16有一个与圆锥体15防旋转地连接的定子17。为此电动机16在一个制齿部分24上有与圆锥体15连接的制齿18，定子17啮合在制齿中。电动机16的制齿部分24与圆锥体15连接。因此定子17与圆锥体15防旋转地连接，但可相对于它轴向移动。

此外，电动机16有转子19，它通过制齿部分24内的螺纹配合20与定子17连接。在这里所述的连接通过圆锥体15和电动机的制齿18进行。转子19在与螺纹配合20的相对置侧有操纵面21。

在定子17与转子19之间设一个压电元件22，亦即压电陶瓷，它的膨胀率随施加的电压改变。也可以使用多个压电元件22。但为了简化的原因下面用一个压电元件22进行说明。在这里压电元件22膨胀率的改变有一个沿定子17周向的分量，所以通过压电元件22相应地施加电压可以使转子7相对于定子6旋转。因为定子17通过制齿18防旋转地固定在圆锥体15上，所以促使转子19相对于定子17旋转，使转子19进一步从圆锥体15中旋出或进一步旋入圆锥体15内，并由此改变操纵面21离心轴9的距离。

压电元件22脉冲式或节拍式地被施加电压脉冲。因此在每次电压脉冲时造成预定的角增量，从而使转子19相对于定子17旋转。也就是说电动机16设计为步进电动机。因此借助脉冲的数量(或其他供电数据)人们“知道”转子19相对于定子17正处于何种角向位置，以及与之相应地转子19从圆锥体15或制齿部分24旋出多远或在圆锥体15或制齿部分24内旋入多远。与之相应地，对于预定的温度，亦即对于恒温器元件5预定的状态，可以以高的可靠度判断，设计在端壁7与操纵面21之间的操纵链有多长。

若转柄3促使改变恒温器元件5离基础部分4的距离，相宜地设一个角传感器23，它示意性表示在图1中。借助角传感器23可以确定转柄3相对于基础部分4的转角，以及相应地确定恒温器元件5的“高度位置”，亦即恒温器元件5离基础部分4的距离。

当然也可以将这种恒温器阀盖设计为没有转柄，因为温度的调整最终可以仅通过电动机实现。更确切地说，由此取消直接手动干预恒温器阀盖的可能性。但这种恒温器阀盖可以便宜地生产，并使从外部借助适用的控制装置的调整更加简单。

由图2可以看出，定子17可沿操纵方向移动地在制齿18上导引。由此可以保证，定子17、压电元件22和转子19彼此始终面接触。通过相应地选择大的直径，压电元件22可以产生足够大的力。

电动机16可以通过没有进一步表示的装在恒温器阀盖1内的电池供电。因为电动机16只须为了改变额定值偶然投入运行，所以电动机16的功率消耗比较少。这是因为恒温器元件如常见的那样负责温度调整。只是在调整额定值时电动机才必须运行，所以电动机只为了这些过程消耗能量。

可以从外部实施控制，例如借助一个没有详细表示的中央处理机。

图3表示恒温器阀盖第二种实施方式。相同和互相对应的功能元件采用同样的附图标记。

与按图1图和2的实施方式不同，电动机16现在处于恒温器元件5的端侧6与外壳的端壁7之间。图4表示图3中的局部Y。

操纵面21现在直接设在圆锥体15上。

电动机16的制齿部分24与恒温器元件5的端侧6防旋转地连接。在按图1和2的设计中制齿部分24与圆锥体15连接或与圆锥体设计为一体。

在这里转子19也通过螺纹配合20与制齿部分24连接，所以，当转子相对于通过制齿18防旋转地固定在制齿部分24上的定子17旋转时，它从制齿部分旋出或旋入制齿部分24内。

此外，按此设计带来的优点是，当基于温度变化使波纹管8运动时，电动机16的设有电导线的部分不必运动。

按图3和图4的电动机16，如已结合图1和图2阐述的那样，可以借助一个外部的中央处理机25遥控。中央处理机25若需要也可以控制多个阀盖1。为此中央处理机25有一个发送器26，以及恒温器阀盖1有一个接收器27，它们在这里只通过无线电波示意地表示。若需要反馈，则接收器27也可以含有发送功能以及发送器26有接收功能。

在这两种实施方式中，现在可以借助电动机16从事额定值调整，而不必操纵转柄3。

在按图1和图2的设计中，当电动机16投入运行时可以说造成心轴9加长。这种加长必须不大。它通常只有几个毫米，亦即0至5mm，优选地1或2mm。在按图3和图4的设计中，通过操纵电动机16使恒温器元件5在支座2内部沿轴向、亦即沿操纵方向移动。这同样导致改变额定值。

能在恒温器阀盖内使用的电动机16应当比较小。尤其是，它可以涉及圆柱形电动机，此时定子和转子横截面是圆形。直径最大为30mm，优选地小于20mm。电动机的高度小于10mm，优选地小于5mm。

如结合图3的实施方式说明的那样，存在电动机控制装置，它例如可以通过无线电波或其他无线信号传输装置控制。当然这里也可以采用导线传输控制指令。也可以在恒温器阀盖内装入全套控制装置。当然装入用于无线信号传输的接收器可显著降低结构尺寸，因此使恒温器阀盖的结构非常紧凑。也显著降低对天线状况的要求。

图5表示恒温器阀盖第三种设计。相同的部分用与图1至4中相同的附图标记表示。

主要是电动机16作了改变。在这里电动机16也包括定子17和转子19，在它们之间设压电元件22。此外，电动机16有一个传动件33，它通过制齿18与转子19防旋转地连接。但制齿18允许传动件33相对于转子19轴向移动。

最后，属于电动机16的还有圆锥体15，它通过外罩14与心轴9有效连接。圆锥体15通过螺纹配合20与传动件33连接。

电动机16，更准确地说它的定子17，沿轴向支承在外壳的基础部分4内以及沿径向固定。由此将电动机16固定在外壳内。

若现在转子19旋转，则传动件33在螺纹配合20内相对于圆锥体15移动。由此改变电动机16的轴向长度，从而即使除此之外温度不改变以及恒温器元件5的有效长度保持不变，仍使操纵面21相对于仅示意表示的阀挺杆处于另一个不同位置。

若另一方面由阀反作用弹簧力以及这些弹簧力作用在传动件33上，则使这些力避开转子19。所述的作用效果必要时可以通过传动件33沿轴向相对于转子19移动造成。

定子17和转子19通过弹簧盘30压紧。此弹簧盘30通过固定环31固定在基础部分4内(左边)。

弹簧盘30也可以插入设计在外壳基础部分4上的槽32内(右边)。当然也可以取代槽使用沿径向向内伸出的凸台。

作用在电动机16上的力仅由弹簧盘30决定。源自于阀的力只作用在传动件33上。这样做的优点是，电动机16始终以准确规定的条件运行。因此每一次到达电动机16的电脉冲导致转子19调整一个预定的角增量。不用过大的力将难以起动电动机16。避免基于过小的力使转子19相对于压电元件“滑转”。转子19与传动件33沿轴向分离也是有优点的，此时人们可以为转子19和传动件33使用不同的材料。转子19可以设计为，它对于压电元件22有大的摩擦。这一摩擦越大，预紧力可以选择得越小。另一方面传动件33可以设计为，它与外罩14低摩擦地配合作用。

在弹簧盘30与转子19之间还可以按没有进一步表示的方式设一个例如由陶瓷或由塑料，尤其PTFE制成的减小摩擦的层。

弹簧力可以朝电动机16的有最佳工作特性的方向优化。由此可以节省能量。

可以看到在定子17下方的另一个弹簧35。该弹簧35主要用于预紧释放环34，当恒温器元件1应安装在配属的加热器阀上时它释放卡扣连接。

供暖的调整在所有的实施方式中均例如借助一个可以装在室内墙壁上的指示器进行，人们希望调整房间的温度。可以在指示器上调整为期望的室温，指示器中当然也可以包含一个测温计。指示器知道当前的室温。若希望提高一个预定的温度差，则将它转换为附属的一台或(在多个加热器恒温器的情况下)附属的多台电动机的步骤数，以及给各个加热器恒温器元件发送运动信号。在指示器经过预定的时间后进行新的温度测量并可能重新修正各个恒温器阀盖。

可以将指示器设计为适应性装置。当预定的温度升高转换为规定的步骤数，以及在随后的检查测量时表明没有达到期望的温度，则指示器可以自动学会。若下一次期望相同的温度改变，则将此储存在指示器内。

当然这同样适用于温度下降。指示器可以学会，它何时应关闭供暖设备，以便在规定的时刻达到预定的降温，或在规定的时刻(在夜间降温后)达到期望的白天温度。考虑用于这种恒温器阀盖的电动机可以与在WO03/01879A2、US6798118B1或US5402030中同样设计。

此外，与所介绍系统的控制相结合，还有下列优点：可以采用目前已知的方案在加热器上或在其附近(在加热器阀的恒温器上)测量温度。另一方面也可以用这里所说明的方案在室内借助测温计测量温度，也就是在人们期望实际存在已调整温度的地方测量温度。由此防止P带误差(额定温度与在加热器上测量的温度不一致)和所谓的FTA误差(FTA=Vorlauftemperatur-Abhaengigkeit：固有温度相关性)，因为它们可以通过电动机16修正。几乎总是有这种误差，因为流过阀的介质热量影响恒温器元件5的温度。

上面提及的测量/调整原理的意义还在于，采用这里介绍的结构原则上可以同样好地将恒温器与相关的阀安装在各加热器的回流管内。

电动机16的供电也可以借助电源模件进行，它具有与太阳能电池连接的热电元件。在这种情况下与从外部的电能供给无关以及原则上也不需要任何电池。

Claims (19)

1.一种用于阀、尤其供暖或制冷阀的恒温器阀盖，其包括外壳、恒温器元件和可沿操纵方向移动的操纵面，其中，恒温器元件设在外壳与操纵面之间的操纵链内，其特征为：在所述操纵链(5、9、15、16)内设长度可变的电动机(16)，所述电动机带有多个元件(15，17)可决定该电动机的有效长度，当所述电动机投入运行时，所述多个元件(15，17)可相对彼此位移。

2.按照权利要求1所述的恒温器阀盖，其特征为，电动机(16)设计为步进电动机。

3.按照权利要求1或2所述的恒温器阀盖，其特征为，电动机(5)设计为压电电动机。

4.按照权利要求1至3之一所述的恒温器阀盖，其特征为，电动机(16)有第一电动机部分(19)和第二电动机部分(17)，在它们之间沿操纵方向看设压电元件装置(22)。

5.按照权利要求4所述的恒温器阀盖，其特征为，第一电动机部分(19)和第二电动机部分(17)分别有一个直径扩展段，压电元件装置(22)设在直径扩展的区域内。

6.按照权利要求4或5所述的恒温器阀盖，其特征为，第一电动机部分(19)构成转子以及第二电动机部分(17)构成定子，以及，这两个电动机部分(19、17)通过螺纹配合(20)互相连接。

7.按照权利要求1至6之一所述的恒温器阀盖，其特征为，电动机(16)设在恒温器元件(5)与操纵面(21)之间。

8.按照权利要求7所述的恒温器阀盖，其特征为，操纵面(21)设计在电动机(16)上。

9.按照权利要求1至6之一所述的恒温器阀盖，其特征为，电动机(16)设在恒温器元件(5)与外壳(2、7)之间，其中恒温器元件可以在外壳(2、7)内沿操纵方向移动。

10.按照权利要求1至9之一所述的恒温器阀盖，其特征为，外壳(2、7)具有转柄(3)，借助转柄可沿操纵方向调节恒温器元件(5)的支承面(7)，其中，转柄(3)与转角传感器(23)配合作用。

11.按照权利要求1至10之一所述的恒温器阀盖，其特征为，电动机(16)可以无线控制。

12.按照权利要求11所述的恒温器阀盖，其特征为，电动机(16)的定子(17)稳定地固定在外壳(4)内。

13.按照权利要求11所述的恒温器阀盖，其特征为，电动机(16)的转子(19)和定子(17)以预定的轴向力夹紧在一起。

14.按照权利要求13所述的恒温器阀盖，其特征为，弹簧装置(30)沿轴向作用在电动机(16)上。

15.按照权利要求14所述的恒温器阀盖，其特征为，弹簧装置具有作用在转子(19)上的弹簧盘(30)。

16.按照权利要求15所述的恒温器阀盖，其特征为，弹簧盘(30)支承在一个固定在外壳(4)内的固定环(31)上。

17.按照权利要求15所述的恒温器阀盖，其特征为，弹簧盘(30)支承在外壳(4)的凸台上或卡入外壳槽(32)内。

18.按照权利要求1至17之一所述的恒温器阀盖，其特征为，电动机(16)具有脱开装置，它使由恒温器元件(5)产生的轴向力避开转子(7)。

19.按照权利要求18所述的恒温器阀盖，其特征为，转子(19)与可沿轴向相对于转子(19)移动的传动件(33)防旋转地连接，该传动件(33)与操纵面(21)啮合以及与一个与恒温器元件(5)作用连接的圆锥体(15)螺纹啮合。

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