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Die
Erfindung betrifft einen Ventilaufsatz für ein Ventil, insbesondere
ein Heizungs- oder Kälteventil,
mit einem Gehäuse
in einer Betätigungseinrichtung
verlagerbaren Betätigungselement
und einem elektrischen Motor, der über einen Spindeltrieb auf
das Betätigungselement
wirkt.
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Ein
derartiger Ventilaufsatz ist beispielsweise aus
DE 100 44 898 A1 bekannt.
Das Ventilelement ist an einem stangenförmigen Stellorgan befestigt, das
drehfest mit dem Rotor eines Elektromotors verbunden ist und an
seinem dem Rotor durchragenden Ende eine Spindel aufweist, die mit
einer Gewindemutter in Eingriff steht. Wenn sich der Rotor des Elektromotors
dreht, dann verändert
sich die Position des Ventilelements gegenüber dem zugeordneten Ventil selbst.
Die Spindelmutter ist an einem Träger gehalten, der von einer
Feder unter stützt
ist, wobei ein Hochmagnet vorgesehen ist, um den Träger abzusenken
und damit das Ventil schnell zu öffnen.
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Die
Erfindung wird im folgenden in Verbindung mit einem Heizkörperventil
beschrieben. Sie ist aber in entsprechender Weise auch bei einem
Ventil anwendbar, das den Strom eines Kältemittels durch eine Kühlfläche oder
einen zum Kühlen
verwendeten Wärmetauscher
steuert.
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Heizkörperventile
werden üblicherweise durch
einen thermostatisch arbeitenden Thermostatventilaufsatz gesteuert.
Der Thermostatventilaufsatz enthält
ein Thermostatelement, dessen Ausdehnung sich mit der Temperatur ändert. Wenn
die vom Thermostatelement gemessene Temperatur hoch ist, dann nimmt
die Ausdehnung des Thermostatelements zu. Dies wirkt dann drosselnd
auf das Heizkörperventil
ein. Wenn die Temperatur niedrig ist, dann nimmt die Ausdehnung
des Thermostatelements entsprechend ab und es wird ein größerer Strom
von Wärmeträgermedium
durch das Heizkörperventil
freigegeben.
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Derartige
Ventilaufsätze
haben sich bewährt. Sie
erlauben jedoch in der Regel nur eine lokale Beeinflussung des Heizkörpers.
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Eine
andere Art von Ventilaufsätzen
verwendet einen Motor, um das Ventil zu steuern. Ein derartiger
Ventilaufsatz ist beispielsweise aus
DE 34 01 154 A1 bekannt. In dem Ventilaufsatz
befindet sich ein elektrischer Rotationsmotor, der über ein
Getriebe mit einer Vielzahl von großen und kleinen Zahnrädern eine
Scheibe verstellt, die eine geneigte Betätigungsfläche aufweist.
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Die
Betätigungsfläche wiederum
wirkt auf einen Ventilstößel. Letztendlich
darf sich die Betätigungsfläche maximal
einmal drehen, um den vollen Hub des Ventilstößels ausnutzen zu können. Dies macht
die Ansteuerung schwierig. Das Getriebe setzt den Wirkungsgrad herab,
so daß ein
derartiger Ventilaufsatz relativ viel Leistung erfordert und auch
relativ groß baut.
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Ein
weiterer Ventilaufsatz ist aus
US 5 137 051 A bekannt. Hier wirkt der Motor über ein
Getriebe auf eine Spindel, die sich in einer drehfest gehaltenen Mutter
dreht. Bei einer Drehung verschiebt sich die Mutter und wirkt über eine Überlastsicherung,
die eine Druckfeder enthält,
auf einen Ventilstößel. Auch hier
baut der Ventilaufsatz relativ groß. Das Getriebe setzt den Wirkungsgrad
des Ventilaufsatzes herab, so daß man eine relativ hohe Leistungsaufnahme
bei einer Verstellbewegung hat. Darüber hinaus verursacht ein Getriebe
in der Regel Geräusche,
die insbesondere dann unerwünscht
sind, wenn ein derartiger Ventilaufsatz im Wohnbereich oder im Schlafbereich
eingesetzt werden soll.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrisch steuerbaren
Ventilaufsatz anzugeben, der kompakt aufgebaut ist.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Ventilaufsatz der eingangs genannten Art
dadurch gelöst,
dass der Motor als Piezomotor ausgebildet ist, wobei der Stator
des Motors im Gehäuse
stationär
gehalten ist und der Rotor und der Stator des Motors mit einer vorbestimmten
Axialkraft zusammengespannt sind, wobei eine Federanordnung in Axialrichtung
auf den Motor wirkt.
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Damit
spart man sich ein Getriebe zwischen dem Motor und dem Spindeltrieb
ein. Der Motor wirkt also übersetzungsfrei
auf den Spindeltrieb. Damit erreicht man mit einem relativ einfachen
Aufbau, daß der
Ventilaufsatz bei einer Verstellung des Ventils mit einem sehr guten
Wirkungsgrad arbeiten kann. Die Geräuschentwicklung bleibt klein,
weil es weniger bewegte Teile gibt. Im Grunde handelt es sich nur
um den Motor und den Spindeltrieb, bei dem ein Element rotiert und
ein anderes Element aufgrund der Rotation translatorisch verlagert
wird. Weitere Teile, die bewegt werden müssen, entfallen. Der Motor
ist als Piezomotor ausgebildet. Der Motor weist also mindestens
ein Piezoelement auf, das sich bei einer Spannungsbeaufschlagung
ausdehnt und bei einer negativen oder verminderten Spannung zusammenzieht. Man
kann nun diese Expansions- und Kontraktions-Bewegungen des Piezoelements ausnutzen,
um den Motor zu betreiben. Anders ausgedrückt wird eine Oberfläche in Schwingung
versetzt, so daß eine Art
Trägerwelle
entsteht. Mit Hilfe dieser Trägerwelle ist
es möglich,
die Position des Motors durch Zählen der
Schwingungen und damit der Schritte zu bestimmen. Ein Piezomotor
ist vom Prinzip her selbstsperrend. Damit ergibt sich die Möglichkeit,
die Selbsthemmung oder Selbstsperrung ausschließlich über den Piezomotor zu bewirken,
so daß alle
anderen Übertragungselemente
auf andere Vorgaben hin optimiert werden können. Der Stator des Motors
ist im Gehäuse
stationär
gehalten. Damit vermeidet man eine Bewegung, die sich negativ auf
elektrische Verbindungsleitungen auswirken könnte, die man zur Leistungsversorgung
des Motors benötigt.
Die Gefahr, daß derartige
Leitungen zerrissen oder beschädigt
werden, wird damit erheblich vermindert. Der Rotor und der Stator
des Motors sind mit einer vorbestimmten Axialkraft zusammengespannt
sind. Eine derartige Ausbildung ist insbesondere bei Piezomotoren
von erheblichem Vorteil. Wenn Rotor und Stator die Piezoelementanordnung
zwischen sich einspannen, dann kann der Motor optimal wirken. Mit
der Federanordnung läßt sich
auf einfache Weise die vorgegebene Spannkraft erreichen.
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Vorzugsweise
ist der Motor als Schrittmotor ausgebildet. Ein Schrittmotor läßt sich
schrittweise ansteuern. Wenn man die Zahl der durchgeführten Schritte
kennt, dann weiß man
auch, welche Verlagerung der Spindeltrieb durchgeführt hat.
In diesem Fall weiß man
auch, welche Position das Betätigungselement
hat. Man kann diese Position direkt mit einer gegebenen Öffnung und
damit auch einer vorbestimmten Temperatur verketten.
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Hierbei
ist besonders bevorzugt, daß der
Motor ein erstes Motorelement und ein zweites Motorelement aufweist,
zwischen denen in Betätigungsrichtung
gesehen eine Piezoelementanordnung angeordnet ist. Man kann nun
beispielsweise durch ein entsprechendes Beaufschlagen der Piezoelementanordnung
die gewünschte
Längenausdehnung
bewirken. Die Piezoelementanordnung kann ein oder mehrere Piezoelemente
aufweisen.
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Hierbei
ist besonders bevorzugt, daß das erste
Motorelement und das zweite Motorelement jeweils eine Durchmessererweiterung
aufweisen, wobei die Piezoelementanordnung im Bereich der Durchmessererweiterung
angeordnet ist. Mit der Durchmessererweiterung hat die Piezoelementanordnung
eine größere Fläche zur
Verfügung,
an der sie sich abstützen
kann.
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In
einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das erste
Motorelement als Rotor und das zweite Motorelement als Stator ausgebildet
sind, wobei die beiden Motorelemente über eine Gewindepaarung miteinander
in Verbindung stehen. Die Verbindung kann auch indirekt erfolgen,
beispielsweise über
Zwischenstücke,
die mit dem Stator und/oder dem Rotor drehfest verbunden sind. In
diesem Fall wird die Piezoelementanordnung nicht nur dazu ausgenutzt,
durch eine Ausdehnung oder ein Zusammenziehen eine Verlagerung des
Betätigungselements
zu bewirken. Die Piezoelementanordnung wird bei einer beispielsweise
sinusförmigen
Anregung dazu verwendet, den Rotor und den Stator gegeneinander
zu verdrehen. Diese Drehbewegung kann durch die entsprechende Gewindepaarung
in eine Verlagerung des Betätigungselements übersetzt
werden. Je nach Ansteuerrichtung der Piezoelementanordnung kann
der Rotor gegenüber
dem Stator in eine Richtung, beispielsweise im Uhrzeigersinn, oder
in die entgegengesetzte Richtung, also entgegen dem Uhrzeigersinn,
verdreht werden, so daß eine
entsprechende Verlagerung sowohl in Richtung zum Ventil hin als
auch in Richtung vom Ventil weg möglich ist.
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Vorzugsweise
weist der Spindeltrieb ein nicht rotierendes Element auf, das sich
an einer Stirnwand des Gehäuses
abstützt.
Der Motor bildet also eine Art Spreizeinrichtung, die auf einen
Ventilstößel wirkt,
indem sich der Motor zwischen der Stirnseite des Gehäuses und
dem Ventilstößel spreizt
oder zusammenzieht. Mit anderen Worten ändert die Einheit aus Motor
und Spindel ihre axiale Länge.
Damit ist in jedem Fall eine ausreichende Gegenkraft vorhanden, um
einen Betätigungsstift
des Ventils in ausreichendem Maße
in das Ventil einzudrücken,
um das Ventil zu schließen
oder zu öffnen.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß die
Stirnwand verlagerbar ist. Damit läßt sich ein Referenzpunkt für den Ventilaufsatz
einstellen.
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Vorzugsweise
bildet die Stirnwand einen Teil eines Drehgriffs. Mit dem Drehgriff
läßt sich
dann, wenn dies gewünscht
ist, die Wirkung des Motors übersteuern.
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Bevorzugterweise
ist der Spindeltrieb in einem Bereich angeordnet, der zumindest
auf einem Teil seiner axialen Länge
vom Rotor umgeben ist. Damit erreicht man, daß der Aufsatz vergleichsweise kurz
bauen kann. Der Ventilaufsatz weist normalerweise einen Außendurchmesser
auf, der an die menschliche Hand angepaßt ist. Dementsprechend steht
auch im Innern des Ventilaufsatzes ein ausreichender Raum zur Verfügung, um
auch einen Motor mit einem größeren Durchmesser
unterzubringen. Damit läßt sich
ein ausreichendes Drehmoment erzeugen. Die Krafterzeugung auf einen
kleineren Radius des Motors ist hingegen vernachlässigbar,
so daß man
hier den Spindeltrieb unterbringen kann.
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Vorzugsweise
ist der Motor leitungslos ansteuerbar. Man benötigt also keine Leitungen,
um den Motor anzusteuern. Vielmehr kann man hier Funkwellen nutzen,
beispielsweise nach der sogenannten "bluetooth"-Technik. Auch andere Arten der Übertragung,
beispielsweise mit Infrarot-Strahlen oder Ultraschall, sind möglich.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß die
Federanordnung eine auf den Rotor wirkende Federscheibe aufweist.
Mit einer Federscheibe läßt sich
auf relativ kurzem Weg die notwendige Kraft erzeugen. Eine Federscheibe
benötigt
daher relativ wenig Bauraum. Außerdem
läßt sie sich
relativ leicht montieren. Man kann zwischen der Federscheibe und
dem Rotor auch eine reibungsvermindernde Schicht anordnen, beispielsweise
aus Keramik oder Kunststoff, insbesondere PTFE.
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Bevorzugterweise
ist die Federscheibe an einem im Gehäuse gehaltenen Verschlußring abgestützt. Dies
ist eine einfache Möglichkeit,
um die Federscheibe im Gehäuse
festzuhalten.
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Alternativ
dazu kann die Federscheibe an einem Vorsprung der Stirnwand abgestützt sein.
In diesem Fall ist eine Ausformung am Gehäuse erforderlich, die zur Abstützung der
Federscheibe verwendet wird.
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Auch
ist von Vorteil, wenn der Motor eine Entkopplungseinrichtung aufweist,
die Axialkräfte, die
vom Ventil auf das Betätigungselement
wirken, vom Rotor fernhält.
Wie oben ausgeführt,
ist es vorteilhaft, wenn man bei Piezomotoren mit einer gewissen
Kraft so auf den Motor einwirkt, daß die Piezoelementanordnung
zwischen Rotor und Stator eingespannt wird. Gleichzeitig ist es
dabei wichtig, daß die Kraft
nicht über
das vorbestimmte Maß hinaus
ansteigt. Dementsprechend ist es auch günstig, wenn die vom Ventil
zurückwirkende
Federkraft nicht auf den Motor einwirkt. Dies könnte dazu führen, daß er nicht mehr so frei drehen
kann, wie dies gewünscht ist.
Damit ergibt sich eine größere Reibung
und ein erhöhter
Verschleiß.
Wenn man nun darauf achtet, daß die
Axialkräfte
vom Rotor ferngehalten werden, dann erhält man in dieser Hinsicht ideale
Betriebsbedingungen, ohne daß man
ansonsten Abstriche an der Funktionalität machen müßte.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß der
Rotor drehfest mit einem axial gegenüber dem Rotor verschiebbaren
Mitnehmer in Verbindung steht, der mit der Betätigungsfläche in Eingriff steht. Der
Mitnehmer ist dann der Bestandteil des Motors, der die Längenänderung bewirkt.
Da er nur in Rotationsrichtung mit dem Rotor in Eingriff steht,
in Axialrichtung hingegen verschiebbar ist, können Axialkräfte vom
Rotor ferngehalten werden.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
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1 eine
erste Ausführungsform
eines Ventilaufsatzes in aufgeschnittener perspektivischer Darstellung,
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2 eine
abgewandelte Ausführungsform des
Ventilaufsatzes mit Drehgriff,
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3 eine
dritte Ausführungsform
eines Ventilaufsatzes im schematischen Längsschnitt und
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4 eine
Abwandlung der Ausführungsform
nach 3.
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1 zeigt
einen Ventilaufsatz 1 in schematischer Darstellung. Der
Ventilaufsatz 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das mit
einer Befestigungseinrichtung 3 versehen ist. Das Gehäuse ist
im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet. Es weist eine Stirnwand 4 auf.
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Im
Gehäuse 2 ist
ein Motor 5 angeordnet, der einen Stator 6 und
einen Rotor 7 aufweist. Im Betrieb dreht sich der Rotor 7 und
bewegt dabei einen Mitnehmer 8, der ein Innengewinde 9 aufweist.
Das Innengewinde 9 ist auf ein Außengewinde 10 aufgeschraubt,
das auf einem Fortsatz 11 des Stators angeordnet ist, der
sich wiederum an der Stirnwand 4 des Gehäuses 2 abstützt.
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Der
Mitnehmer 8 ist mit einem Betätigungselement 13 verbunden,
das eine Betätigungsfläche 14 aufweist,
an der im montierten Zustand ein Stößel 15 (3)
eines im übrigen
nicht näher
dargestellten Ventils anliegt. Üblicherweise
steht der Stößel 15 in Öffnungsrichtung
unter der Vorspannung einer Feder. Wenn sich der Mitnehmer 8 und
damit auch das Betätigungselement 13 bewegen,
dann wird der Stößel 15 mehr
oder weniger weit in das Ventil eingedrückt, um es zu schließen oder
zu öffnen.
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2 zeigt
eine abgewandelte Ausgestaltung, bei der gleiche Elemente mit gleichen
Bezugszeichen versehen sind.
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Die
Halterung 12, von der der Fortsatz 11 vorsteht,
ist Bestandteil eines Drehgriffs 16, der auf ein Außengewinde 17 des
Gehäuses 2 aufgeschraubt
ist. Wenn der Drehgriff 16 verdreht wird, dann wird auch
die Position des Motors 5 verändert, weil der Stator 6 des
Motors 5 an dem Träger 12 anliegt.
Damit läßt sich
die Wirkung des Motors 5 übersteuern. Alternativ dazu
läßt sich
ein anderer Null- oder Ausgangspunkt einstellen.
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3 zeigt
im Schnitt schematisch eine weitere Ausgestaltung, bei der die Stirnwand 4 im
Gehäuse 2 ebenfalls
verlagert werden kann. Hierzu ist die Stirnwand 4 in ein
Innengewinde des Gehäuses 2 eingeschraubt.
Die Stirnwand 4 weist zweckmäßigerweise nicht näher dargestellte
Drehmomentangriffsflächen
auf, damit die Stirnwand 4 gegenüber dem Gehäuse 2 verdreht werden
kann.
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Aus 3 ist
der Aufbau des Motors 5 besser zu erkennen. Der Stator 6 des
Motors liegt ortsfest im Gehäuse 2.
Hierzu ist er auf einer Stufe 19 des Gehäuses axial
gesichert und vom Gehäuse 2 in Umfangsrichtung
eng umschlossen, so daß er
auch in radialer Richtung festgelegt ist.
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Der
Rotor 7 weist zum Stator 6 einen kleinen Abstand 20 auf,
in dem ein Piezoelement 21 angeordnet ist. Man kann auch
mehrere Piezoelemente 21 verwenden. Aus Gründen der
Vereinfachung erfolgt die nachfolgende Erläuterung aber mit einem Piezoelement 21.
Das Piezoelement 21 ist durch eine Piezokeramik gebildet,
deren Ausdehnung sich mit einer Spannungsbeaufschlagung verändert. Die
Ausdehnungsänderung
des Piezoelements 21 hat dabei eine Komponente in Umfangsrichtung
des Stators 6, so daß man
durch eine entsprechende Spannungsbeaufschlagung des Piezoelements 21 dem
Rotor 7 gegenüber
den Stator 6 verdrehen kann.
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Das
Piezoelement 21 wird impuls- oder taktweise mit sinusförmigen Spannungsimpulsen
beaufschlagt. Bei jedem Spannungsimpuls ergibt sich dann ein vorbestimmtes
Winkelinkrement, um das der Rotor 7 gegenüber dem
Stator 6 verdreht wird. Der Motor 5 ist also als
Schrittmotor ausgebildet. Man "weiß" dann anhand der
Anzahl von Impulsen (oder anderer Versorgungsdaten), in welcher
Winkelstellung sich der Rotor 7 gegenüber dem Stator 6 befindet
und, da die Winkelposition des Rotors 7 gegenüber dem
Stator 6 immer auch eine Aussage über die Längenänderung des durch den Fortsatz 11 und
den Mitnehmer 8 gebildeten Spindeltriebes erlaubt, eine Aussage
darüber,
wie weit die Betätigungsfläche 14 von
der Stirnwand 4 des Gehäuses 2 entfernt
ist (siehe 1). Dementsprechend läßt sich
auch genau sagen, welchen Öffnungsgrad
das vom Ventilaufsatz 1 gesteuerte Ventil hat.
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3 unterscheidet
sich von der Ausgestaltung nach den 1 und 2 insofern,
als der Rotor 7 eine Verzahnung 22 aufweist, über die
der Rotor 7 mit dem Mitnehmer 8, der hier gleichzeitig
als Betätigungselement
wirkt, in Verbindung steht. Der Mitnehmer 8 ist also gegenüber dem
Rotor 7 in Axialrichtung frei verlagerbar. Lediglich in
Drehrichtung ist er mit dem Rotor 7 fest verbunden. Dies
führt dazu, daß Kräfte, die über den
Stößel 15 auf
den Mitnehmer 8 wirken, sich nicht auf den Rotor 7 übertragen.
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Der
Motor 5 kann über
eine nicht näher
dargestellte und im Ventilaufsatz 1 angeordnete Batterie mit
elektrischer Leistung versorgt werden. Da der Motor 5 nur
gelegentlich in Betrieb genommen werden muß, um einen Öffnungsgrad
des Ventils zu verändern,
ist der Verbrauch des Motors 5 an elektrischer Leistung
relativ gering.
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Alternativ
dazu kann man auch eine Versorgungseinrichtung vorsehen, die ein
thermoelektrisches Element in Verbindung mit Solarzellen enthält. Das
thermoelektrische Element wandelt Wärme, die im Ventil ohnehin
durch zugeführtes
heißes
Wärmeträgerfluid
vorhanden ist, in elektrische Energie um. Wenn derartige Wärme nicht
zugeführt
wird, scheint in der Regel die Sonne, so daß man mit Hilfe von Solarzellen
die notwendige elektrische Energie erhält. In diesem Fall ist man
von einer Zufuhr elektrischer Energie von außen unabhängig und benötigt im Grunde
auch keine Batterie. Eine Batterie kann aus Sicherheitsgründen allerdings
vorhanden sein. Diese kann dann kleiner ausgebildet werden.
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Eine
Ansteuerung kann von außen
erfolgen, beispielsweise über
eine nicht näher
dargestellte Zentraleinheit. Die Ansteuerung kann über Leitungen erfolgen.
Sie kann aber auch leitungslos erfolgen, beispielsweise über Funk,
Infrarot, "Bluetooth-Technik", etc.
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Der
Stator 7 und der Rotor 6 des Motors 5 werden
durch eine Federscheibe 23 axial zusammengedrückt. Diese
Federscheibe 23 wird durch einen Fortsatz 24 der
Stirnwand 4 gehalten. Zwischen der Federscheibe 23 und
dem Rotor 6 kann in nicht näher dargestellter Weise noch
eine reibungsvermindernde Schicht angeordnet sein, beispielsweise
aus Keramik oder aus Kunststoff, insbesondere PTFE. Die Vorspannung,
mit der die Federscheibe 23 den Stator 6 und den
Rotor 7 zusammendrückt,
ist damit einstellbar. Damit ist auch die mechanische Spannung einstellbar,
die auf das Piezoelement 21 wirkt. Die Federkraft ist auf
ein optimales Betriebsverhalten des Motors 5 hin optimierbar.
Dadurch läßt sich
Energie einsparen.
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Der
Mitnehmer 8 weist ein Außengewinde 25 auf,
das in einem Gehäuseelement 27 angeordnet ist.
Das Gehäuseelement 27 stützt sich
an der Stirnwand 4 ab und ist mit der Stirnwand 4 drehfest
verbunden. Wenn das Gehäuseelement 27 von
der Stirnwand 4 getrennt gefertigt werden kann, kann es aus
einem anderen Material bestehen. So ist es beispielsweise möglich, die
Stirnwand 4 auf eine mechanische Stabilität hin zu
optimieren. Für
das Gehäuseelement 27 kann
man hingegen ein Material wählen,
das mit dem Mitnehmer 8 reibungsarm zusammenwirkt.
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Wenn
nun der Motor 5 in Betrieb genommen wird, dann dreht der
Rotor 7 den Mitnehmer 8. Der Mitnehmer 8 wandert
in Abhängigkeit
von der Drehrichtung im Gehäuseelement
nach oben oder nach unten. Dabei verändert sich auch die Position
der Betätigungsfläche 14 und
damit die Anlagefläche
für den
Stößel 15.
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Die
auf den Motor 5 wirkenden Kräfte werden ausschließlich durch
die Federscheibe 23 bestimmt. Kräfte, die vom Ventil herrühren, wirken
nur auf den Mitnehmer 8. Dies hat den Vorteil, daß der Motor 5 immer
unter genau definierten Bedingungen betrieben wird. Jeder elektrische
Impuls, der an den Motor 5 gelangt, bewirkt dann die Verstellung
des Rotors 6 um ein vorbestimmtes Winkelinkrement. Das
Anlaufen des Motors 5 wird nicht durch zu hohe Kräfte erschwert.
Ein "Durchrutschen" des Rotors 6 gegenüber dem
Piezoelement aufgrund zu geringer Kräfte wird vermieden. Die axiale
Trennung von Rotor 6 und Mitnehmer 8 hat auch
den Vorteil, daß man
un terschiedliche Materialien für
Rotor 6 und Mitnehmer 8 verwenden kann. Der Rotor 6 kann
so gestaltet werden, daß er
eine große
Reibung zum Piezoelement 21 aufweist. Je größer diese
Reibung ist, desto geringer kann die Vorspannung gewählt werden.
Der Mitnehmer 8 kann hingegen so gestaltet werden, daß er mit
dem Gehäuseelement 27 reibungsarm
zusammenwirkt.
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Ein
derartiger Ventilaufsatz hat den Vorteil, daß die Messung der Raumtemperatur
an einer Position erfolgen kann, die einen ausreichenden Abstand
zum Heizkörper
hat. Damit werden P-Bandfehler (die Solltemperatur entspricht nicht
der am Heizkörper
gemessenen Temperatur) und sogenannte FTA-Fehler (FTA = Vorlauftemperatur-Abhängigkeit) eliminiert.
Diesen Fehler wird es sonst fast immer geben, wenn die Temperatur
direkt am Ventilaufsatz gemessen wird, weil die Wärme des
durch das Ventil strömenden
Wärmeträgermediums
die Temperatur eines Thermostatelements beeinflussen wird.
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Wenn
der Aufsatz 1 am Ventil montiert wird, kann er selbsttätig einen "Nullpunkt" erfassen. Dies kann
beispielsweise dadurch erfolgen, daß sich der Motor 5 dreht,
bis das Ventil geschlossen ist. Dies wird durch einen Momentanstieg
signalisiert. Man hat dann immer einen sicheren Referenzpunkt für den Öffnungsgrad
des Ventils. Selbstverständlich
kann man diesen Referenzpunkt auch in regelmäßigen Zeitabständen überprüfen.
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Da
der Motor 5 als Piezomotor ausgebildet ist und als Schrittmotor
einen eingebauten "Zähler" hat, kennt man immer
die Position des Stößels 15 und
damit auch den Öffnungsgrad
des Ventils. Dies kann z. B. dazu verwendet werden, die Voreinstellung
in den Ventilaufsatz 1 zu verlegen, so daß eine Hubhöhenbegrenzung
für das
vom Aufsatz 1 gesteuerte Ventil vorliegt. Eine Hubhöhenbegrenzung
ist allgemein bekannt, wird aber normalerweise in Verbindung mit
dem Ventilelement verwendet, also auf mechanische Weise realisiert.
Die Einführung
der Voreinstellung in der hier angegebenen Weise ermöglicht auch
eine relativ einfache Änderung
dieser Voreinstellung, beispielsweise in Abhängigkeit von den Jahreszeiten.
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Die
Justierung des Öffnungsgrads
mit Hilfe des Motors 5, bei dem die Position der Betätigungsfläche 14 genau
bekannt ist und der deswegen auch als "intelligenter Motor" bezeichnet wird, ermöglicht auch
die Erzeugung von vorbestimmten Ventilkurven (S-Kurve, logarithmische
Kurve, etc.).
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Der
Stator 6 kann vorzugsweise mit dem Gehäuse 2 vergossen sein,
er kann also mit dem Gehäuse 2 zusammengegossen
oder in das Gehäuse eingegossen
werden. Da der Motor 5 ohnehin relativ klein ist, ist es
auch möglich,
eine Steuerelektronik (nicht dargestellt) zusammen mit anderen Teilen
einzubauen oder einzugießen.
Eventuell können
auch die Batterien eingebaut oder eingegossen werden.
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Die
Steuerelektronik kann auch außerhalb des
Aufsatzes 1 angeordnet sein. In diesem Fall ist sie über Leitungen
oder leitungslos mit dem Motor 5 verbunden.
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Der
Umstand, daß man
einen Motor 5 verwendet, der als Schrittmotor ausgebildet
ist und der tatsächlich
prak tisch ohne zusätzlichen
Platz auskommt, bedeutet wiederum, daß man ohne Probleme einen modulierenden
Betrieb haben kann. Man kann also ohne Probleme einen Öffnungsgrad
des Ventils von beispielsweise 0,65 mm einstellen. Bei einer Fußbodenheizung
bedeutet dies, daß der
Durchfluß genau
dem Bedarf angepaßt
werden kann. Dies ist mit den heute praktisch ausschließlich verwendeten Ein-/Aus-Regelungen,
die mit Fußbodenheizungen verwendet
werden, praktisch nicht möglich.
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Durch
die Ausnutzung der Modulierung und mit Hilfe einer intelligenten
Steuerung des Motors 5 ist es wiederum möglich, einige
Vorteile zu erzielen, die früher
nicht möglich
waren. Wenn man z. B. ein System mit einem Raumtemperaturfühler und
einem Heizkörper
hat, der jeweils von einem Ventilaufsatz 1 gesteuert wird,
dann ist folgendes vorstellbar:
Wenn der Raumthermostat an
einem Tag auf 25° eingestellt
ist und nur 23° mißt, muß der Aufsatz
den Stößel 15 so
justieren, daß die
gewünschte
Raumtemperatur erreicht wird. Wenn man dann eine Nachtabsenkung
hat, wird der Raumthermostat am nächsten Tag wissen, daß er nicht
beim ersten Versuch die gewünschte
Temperatur erreicht hat und er weiß, daß er eine Korrektur einführen muß, so daß die gewünschte Temperatur
ohne eine Zwischenjustierung erreicht wird. Über die Zeit wird dann erreicht, daß der Motor 5 weniger
arbeiten muß und
damit einen kleineren elektrischen Leistungsverbrauch hat. Dies
ermöglicht
die Versorgung durch Batterien ohne Probleme. Das gleiche gilt auch
für eine
Fußbodenheizung,
die einen Fußbodentemperaturfühler aufweist.
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4 zeigt
eine Ausführungsform,
die in wesentlichen Elementen der der 3 entspricht.
Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Die
Stirnwand 4 ist nun nicht mehr über ein Gewinde 18 mit
dem Gehäuse 2 verbunden.
Die Stirnwand 4 weist vielmehr einen umlaufenden Vorsprung 30 auf,
der in eine entsprechende Nut 31 im Gehäuse 2 einrastet. Damit
ist die Stirnwand 4 im Gehäuse 2 verdrehbar,
ohne daß sich
dadurch die axiale Lage des Gehäuseelements 27 ändert.
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Das
Gehäuseelement 27 ist
nach wie vor drehfest mit der Stirnwand 4 verbunden. Der
Motor 5 ist selbsthemmend ausgebildet. Dementsprechend verschiebt
sich bei einer Drehung der Stirnwand 4 der in Drehrichtung
durch den Motor 5 festgehaltene Mitnehmer 8 axial.
Es ist also durch eine Verdrehung der Stirnwand 4 möglich, den
Mitnehmer 8 so zu verlagern, daß er über den Stößel 15 das Ventil
schließt. Damit
kann man manuell den Nullpunkt des Ventils herausfinden und dies
dann der nicht näher
dargestellten Steuereinrichtung mitteilen.
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Darüber hinaus
ist nun eine Schraube 32 durch die Stirnwand 4 geschraubt.
Die Schraube 32 bildet eine mechanische Begrenzung für die Axialbewegung
des Mitnehmers 8 nach oben, bei einem Heizungsventil also
in Öffnungsrichtung.
Mit Hilfe der Schraube 32 kann man also einstellen, wie
weit das Ventil geöffnet
werden kann.