DE102005045432A1

DE102005045432A1 - Anordnung zum Verstellen eines Ventils

Info

Publication number: DE102005045432A1
Application number: DE102005045432A
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl.-Ing. Geburek; Christian Seelmann
Original assignee: Moehlenhoff Waermetechnik GmbH
Current assignee: Moehlenhoff GmbH
Priority date: 2005-09-23
Filing date: 2005-09-23
Publication date: 2007-03-29
Also published as: CN101283209B; DK1926928T3; ATE479039T1; WO2007036285A1; EP1926928A1; DE502006007743D1; EP1926928B1; US8939427B2; US20090189100A1; CN101283209A

Abstract

Es wird eine Anordnung zum Verstellen eines Ventils angegeben, das einen unter der Wirkung einer Rückstellfeder stehenden Stößel aufweist. In einem am Ventil anzubringenden Gehäuse (9) ist ein temperaturabhängiges, mit einem Arbeitskolben (13) zusammenwirkendes Stellelement (11) angeordnet. Das Stellelement ist ein aus einer Legierung bestehendes metallisches Bauteil (11) mit eingeprägtem Formgedächtnis, das sich im wesentlichen quer zur Bewegungsrichtung des Stößels des Ventils erstreckt. Es ist einschließlich Arbeitskolben (13) in Bewegungsrichtung des Stößels zwischen zwei Endstellungen verstellbar, welche der Offenstellung des Ventils einerseits und dessen Schließstellung andererseits entsprechen. Das metallische Bauteil (11) nimmt bei Erwärmung in seiner ersten Endstellung eine dem eingeprägten Formgedächtnis entsprechende Form ein. In dem Gehäuse (9) ist eine auf das metallische Bauteil (11) einwirkende Druckeinheit angebracht, durch welche dasselbe bei Fortfall der Erwärmung in seiner zweiten Endstellung gehalten ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Verstellen eines Ventils, das einen unter der Wirkung einer Rückstellfeder stehenden Stößel aufweist, bei welcher in einem am Ventil anzubringenden Gehäuse ein temperaturabhängiges, mit einem Arbeitskolben zusammenwirkendes Stellelement angeordnet ist und bei welcher in Montageposition des Gehäuses der Stößel des Ventils durch axiale Bewegung des Arbeitskolbens in seiner Achsrichtung verstellbar ist ( DE 31 40 472 C2 ).

Eine derartige Anordnung wird beispielsweise in der Heizungs- und Lüftungstechnik eingesetzt. Sie kann grundsätzlich überall dort verwendet werden, wo durch ein Ventil eine Verstellbewegung durchgeführt werden soll. Es können dadurch beispielsweise Klappen bewegt oder lichte Rohrquerschnitte verändert werden, wodurch auch die Durchflußmenge eines durch ein entsprechendes Rohrsystem strömenden bzw. fließenden Mediums verändert werden kann. Ein solches Medium ist beispielsweise Wasser oder Luft.

Bei der durch die eingangs erwähnte DE 31 40 472 C2 bekannten Anordnung werden der Arbeitskolben eines temperaturabhängigen Dehnkörpers und dadurch auch der Stößel eines Ventils durch die Wirkung von elektrischem Strom bewegt. Ein solcher Dehnkörper besteht aus einem hermetisch dichten metallischen Topf, in dem ein sein Volumen temperaturabhängig änderndes Material angeordnet ist. In dieses Material ragt unter Beibehaltung des hermetisch dichten Verschlusses der Arbeitskolben hinein, der bei Erwärmung aus dem Topf herausgedrückt und bei Abkühlung durch eine Gegenkraft wieder in denselben hinein gedrückt wird. An dem Topf des temperaturabhängigen Dehnkörpers ist bei dieser Anordnung ein elektrischer Widerstand als Heizelement angebracht. Ein beispielsweise von einem Thermostat geliefertes Signal bewirkt, daß der Widerstand mit Strom versorgt wird. Durch die dann erzeugte Wärme wird der Arbeitskolben des Dehnkörpers verstellt. Der Stößel des in Ruhestellung beispielsweise geschlossenen Ventils wird dadurch entlastet und durch eine Rückstellfeder in Richtung „Öffnung des Ventils" bewegt. Entsprechend aufgebaute Anordnungen arbeiten in der Regel zufriedenstellend. Sie haben wegen der relativ großen axialen Länge des Dehnkörpers aber oft störend große Abmessungen. Der Dehnkörper ist außerdem ein aufwendiges und daher teures Bauteil.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Anordnung so zu gestalten, daß ihre Abmessungen auf einfache Weise vermindert werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,

– daß das Stellelement ein aus einer Legierung bestehendes metallisches Bauteil mit eingeprägtem Formgedächtnis ist, das sich im wesentlichen quer zur Bewegungsrichtung des Stößels des Ventils erstreckt,
– daß das Stellelement einschließlich Arbeitskolben in Bewegungsrichtung des Stößels zwischen zwei Endstellungen verstellbar ist, welche der Offenstellung des Ventils einerseits und dessen Schließstellung andererseits entsprechen,
– daß das metallische Bauteil bei Erwärmung in seiner ersten Endstellung eine dem eingeprägten Formgedächtnis entsprechende Form einnimmt und
– daß in dem Gehäuse eine auf das metallische Bauteil einwirkende Druckeinheit angebracht ist, durch welche dasselbe bei Fortfall der Erwärmung in seiner zweiten Endstellung gehalten ist.

Das bei dieser Anordnung eingesetzte metallische Bauteil besteht aus einer an sich bekannten Formgedächtnislegierung, wie sie beispielsweise aus der DE 198 10 640 C2 bekannt ist. Sie hat beispielsweise die Komponenten Nickel, Titan und Kupfer. Ein Bauteil aus einer solchen Legierung erhält mit einer speziellen Behandlung unterhalb einer kritischen Temperatur mit bleibender Verformung ein Formgedächtnis mit der Maßgabe eingeprägt, daß es nach einer Verformung aus seiner eingeprägten Form heraus in eine andere Form bei Erwärmung in die eingeprägte Form zurückgeht, und zwar mit erheblicher Kraftentwicklung. Dabei können solche Bauteile bei unterschiedlichen Temperaturen reagieren, und zwar in Abhängigkeit von den zu ihrem Aufbau verwendeten Legierungsbestandteilen.

Ein solches Bauteil ist bei dieser Anordnung im Gehäuse derselben so angeordnet, daß sich seine wesentlichen Abmessungen quer zur Bewegungsrichtung des Stößels erstrecken. Es kann dazu beispielsweise als rechteckiger Streifen ausgebildet sein, vergleichbar mit einer Blattfeder. Das Bauteil trägt dadurch nur wenig zur axialen Bauhöhe des Gehäuses und damit der gesamten Anordnung bei. Da der Weg, den das metallische Bauteil zwischen seinen beiden Endstellungen überbrückt, relativ klein ist, wird für den Verstellweg ebenfalls nur wenig Platz benötigt. Die Abmessungen der Anordnung, insbesondere deren Höhe, können gegenüber bekannten Anordnungen daher insgesamt wesentlich reduziert werden. Die Anordnung kann außerdem wirtschaftlicher aufgebaut und hergestellt werden.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen:
1 in schematischer Darstellung eine an einem Ventil befestigte Anordnung nach der Erfindung.
2 einen auf einem Ventil montierten Halter.
3 und 4 Schnitte durch eine Anordnung nach 1 in zwei unterschiedlichen Positionen in vergrößerter Darstellung.
5 eine gegenüber 4 abgewandelte Ausführungsform der Anordnung.
Gemäß 1 ist in einer Rohrleitung 1, in der beispielsweise Heizungswasser geführt wird, ein Ventil 2 angeordnet. An dem Ventil 2 ist eine Anordnung 3 angebracht, mit der die Stellung des Ventils 2 temperaturabhängig gesteuert werden kann. Das Ventil 2 hat gemäß 2 einen in Richtung des Doppelpfeils 4 durch eine nicht dargestellte Rückstellfeder beaufschlagten Stößel 5, der zwischen zwei Endstellungen verstellbar ist. Konzentrisch zum Stößel 5 kann ein Gewindestutzen 6 angebracht sein, auf den hier ein aus Kunststoff bestehender Halter 7 aufgeschraubt ist. Er hat an seiner Umfangsfläche eine in bevorzugter Ausführungsform umlaufende, nutförmige Vertiefung 8, in welche in Montageposition einrastende Verriegelungselemente der Anordnung 3 eingreifen können. Die Anordnung 3 kann aber auch auf andere Art und Weise am Ventil 2 befestigt werden.
Die Anordnung zum Verstellen des Ventils 2 weist gemäß den 3 bis 5 ein vorzugsweise aus einem stabilen Kunststoff bestehendes Gehäuse 9 auf, das auf das Ventil 2 wie beschrieben aufgesetzt werden kann. In dem Gehäuse 9 ist ein Einsatz 10 mit einem metallischen Bauteil 11 als Stellelement und einer Druckfeder 12 als Druckeinheit angeordnet. Die Druckfeder 12 ist in den 3 und 4 als Zylinderfeder dargestellt. Sie kann auch als Kegelfeder ausgeführt sein. Als Druckeinheit kann aber auch jedes andere Element eingesetzt werden, mit dem auf das Bauteil 11 ein ausreichender Druck ausgeübt werden kann. Das kann beispielsweise gemäß 5 auch ein anderes metallisches Element mit eingeprägtem Formgedächtnis sein.
Das Bauteil 11 erstreckt sich im wesentlichen quer zur Bewegungsrichtung des Stößels 5 des Ventils 2. Es kann mit Vorteil als rechteckiger Streifen ausgebildet sein, vergleichbar mit einer Blattfeder. Das Bauteil 11 benötigt somit – bis auf einen für seine noch zu schildernde Bewegung benötigten Raum – innerhalb des Einsatzes 10 nur wenig Platz, so daß es zur Bauhöhe der gesamten Anordnung nur wenig beiträgt. Am Bauteil 11 ist gemäß den 3 bis 5 ein durch dasselbe in seiner Achsrichtung verstellbarer Arbeitskolben 13 angebracht. Auf der gegenüberliegenden Seite des Bauteils 11 befindet sich bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ein als Heizelement dienender elektrischer Widerstand 14, vorzugsweise ein PTC-Widerstand, der über eine Zuleitung 15 an eine Strom- bzw. Spannungsquelle anschließbar ist. Zwischen dem Bauteil 11 und dem Widerstand 14 kann beispielsweise eine aus der DE 102 20 682 A1 bekannte, wärmeleitende Zwischenlage 16 aus Isoliermaterial angebracht sein.
Zum Einsatz 10 gehört auch ein Grundkörper 17 zum Aufsetzen des Gehäuses 9 auf das Ventil 2, in dem der Arbeitskolben 13 geführt ist und auf dem das Bauteil 11 abgestützt ist. Es liegt im dargestellten Ausführungsbeispiel mit seinen Enden auf zwei Gleitstücken 18 und 19 aus Kunststoff auf, die am Grundkörper 17 anliegen und auf demselben gleiten können. Die Druckfeder 12 liegt einerseits am Einsatz 10 selbst und andererseits an einem Federteller 20 an, der im Einsatz 10 in Richtung der Achse der Druckfeder 12 verschiebbar geführt ist und selbst am Bauteil 11 anliegt. Der Federteller 20 besteht aus einem mechanisch stabilen Kunststoff, wie beispielsweise Polyphenylsulfon. Der Widerstand 14 kann insbesondere feuchtigkeitsdicht im Federteller 20 integriert sein.
Die Anordnung nach der Erfindung in der Ausführungsform der 3 und 4 arbeitet beispielsweise wie folgt:
Die Anordnung mit Gehäuse 9 und Inhalt ist auf ein Ventil 2 aufgesetzt, welches bei der Position der Anordnung nach 3 geschlossen ist. Dabei ist das Bauteil 11 von der Druckfeder 12 mittels des Federtellers 20 nach unten gedrückt worden. Das Bauteil 11 hat dabei den Arbeitskolben 13 mitgenommen, durch welchen der Stößel 5 des Ventils 2 (2) in Schließstellung gebracht worden ist. Die Federkraft der Druckfeder 12 muß also größer als die Federkraft der Rückstellfeder des Ventils 2 zuzüglich der Kraft sein, die zur Verformung des Bauteils 11 erforderlich ist. Der Widerstand 14 erzeugt in dieser Position keine Wärme.
Zum Öffnen des Ventils 2 wird der Widerstand 14 an eine Strom- bzw. Spannungsquelle angeschlossen und dadurch erwärmt. Durch die vom Widerstand 14 abgegebene Wärme wird das Bauteil 11 erwärmt, das daraufhin in seine aus 4 ersichtliche eingeprägte Gedächtnisform zurückgeht. Es entwickelt dabei eine ausreichende Kraft, um die Federkraft der Druckfeder 12 zu überwinden und diese zusammenzudrücken. Unterstützt wird die Bewegung des Bauteils 11 durch die in der gleichen Richtung wirkende Rückstellfeder des Ventils 2, dessen Stößel 5 gegen den Arbeitskolben 13 drückt. Wenn das Ventil 2 wieder geschlossen werden soll, braucht nur die Stromzufuhr an den Widerstand 14 abgebrochen zu werden. Die Druckfeder 12 drückt das Bauteil 11 einschließlich Arbeitskolben 13 dann in seine aus 3 ersichtliche Lage zurück.
Die gleiche Arbeitsweise wie für die Anordnung nach den 3 und 4 gilt für die Anordnung nach 5, bei welcher die Druckfeder 12 durch ein metallisches Element 21 als Druckeinheit ersetzt ist, das ebenso wie das Bauteil 11 ein eingeprägtes Formgedächtnis hat. 5 zeigt die Anordnung bei geöffnetem Ventil 2, analog zu 4. Wenn die Erwärmung des Bauteils 11 abgeschaltet wird, dann drückt bei dieser Ausführungsform der Anordnung das Element 21 das Bauteil 11 mit dem Arbeitskolben 13 in die Schließstellung des Ventils 2. Die Komponenten der Legierung des Elements 21 sind dabei so eingestellt, daß dasselbe bereits bei einer gegenüber dem Bauteil 11 wesentlich niedrigen Temperatur in seine dem eingeprägten Formgedächtnis entsprechende gebogene Form zurückgeht.
Die beschriebene Arbeitsweise des Bauteils 11 gilt auch dann, wenn dasselbe mit Anschlüssen zum Verbinden mit einer Stromquelle ausgerüstet ist und nach deren Einschalten direkt erwärmt wird. In diesem Fall kann auf das separate Heizelement 14 verzichtet werden.
Wie schon erwähnt, erstreckt sich das Bauteil 11 im wesentlichen quer zur Bewegungsrichtung des Stößels 5 des Ventils 2. Es kann in diesem Sinne neben der beschriebenen rechteckigen Streifenform auch jede andere sinnvolle geometrische Gestalt haben. Der Stößel 5 des Ventils 2 braucht zwischen dessen Schließstellung nach 3 und seiner Offenstellung nach 4 nur um eine kurze Strecke von maximal 4 mm bewegt zu werden. Dieser Hubweg kann durch das Bauteil 11 grundsätzlich direkt überbrückt werden. Wenn dasselbe zwischen seinen beiden Endstellungen aber einen geringeren Weg zurücklegen soll, dann können an sich bekannte mechanische Übersetzungen zur Wegverlängerung zwischen Bauteil 11 und Federteller 20 angeordnet werden.

Claims

Anordnung zum Verstellen eines Ventils, das einen unter der Wirkung einer Rückstellfeder stehenden Stößel aufweist, bei welcher in einem am Ventil anzubringenden Gehäuse ein temperaturabhängiges, mit einem Arbeitskolben zusammenwirkendes Stellelement angeordnet ist und bei welcher in Montageposition des Gehäuses der Stößel des Ventils durch axiale Bewegung des Arbeitskolbens in seiner Achsrichtung verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, – daß das Stellelement ein aus einer Legierung bestehendes metallisches Bauteil (11) mit eingeprägtem Formgedächtnis ist, das sich im wesentlichen quer zur Bewegungsrichtung des Stößels (5) des Ventils (2) erstreckt, – daß das Stellelement einschließlich Arbeitskolben (13) in Bewegungsrichtung des Stößels (5) zwischen zwei Endstellungen verstellbar ist, welche der Offenstellung des Ventils (2) einerseits und dessen Schließstellung andererseits entsprechen, – daß das metallische Bauteil (11) bei Erwärmung in seiner ersten Endstellung eine dem eingeprägten Formgedächtnis entsprechende Form einnimmt und – daß in dem Gehäuse (9) eine auf das metallische Bauteil (11) einwirkende Druckeinheit angebracht ist, durch welche dasselbe bei Fortfall der Erwärmung in seiner zweiten Endstellung gehalten ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (11) eine gebogene Form als eingeprägtes Formgedächtnis hat.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Bauteil (11) und der Druckeinheit ein Federteller (20) aus mechanisch stabilem Kunststoff angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Federteller (20) auf der dem Bauteil (11) zugewandten Seite ein elektrisches Heizelement (14) integriert ist.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (14) feuchtigkeitsdicht im Federteller (20) angebracht ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (11) mit Anschlüssen zum Verbinden mit einer Stromquelle ausgerüstet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckeinheit eine Zylinderfeder (12) bzw. eine Kegelfeder ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckeinheit ein aus einer Legierung bestehendes metallisches Element (21) mit eingeprägtem Formgedächtnis ist, das gegenüber dem Bauteil (11) bei niedrigeren Temperaturen reagiert.