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Die
Erfindung betrifft ein Ventilelement sowie ein thermostatische Regeleinrichtung
zur Regelung eines Massenstromes.
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Aus
der
DE 298 05 473
U1 geht ein thermostatisches Ventil als Rücklaufbegrenzung
für eine Fußbodenheizung hervor, welches an einem
Gehäuse eine Einlass- und Auslassöffnung für
ein zu regelnden Massenstrom umfasst. Der Einlassöffnung ist
eine Durchtrittsöffnung in eine Kammer zugeordnet, an der
ein Ventilsitz ausgebildet ist, so dass die Durchlassöffnung
durch ein in dem Ventilsitz angeordneten Ventilschließglied
verschließbar ist. In der Kammer des Gehäuses
ist eine Feder angeordnet, die in Strömungsrichtung des
Massenstromes wirkt. Das Ventilschließglied wird durch
einen Dehnstoffkörper angesteuert. Hierbei handelt es sich
um sogenannte Wachsdehnelemente, welche Paraffin enthalten. Ab einer
bestimmten Temperatur ändert sich der Aggregatzustand des
Paraffins von fest in flüssig, wodurch eine Stellbewegung
auf das Ventilschließglied ausgeübt wird. Dadurch
wird das Rücklauftemperaturbegrenzungsventil geschlossen,
sobald der Massenstrom eine vorbestimmte Temperatur übersteigt.
Solche Rücklauftemperaturbegrenzungsventile werden bevorzugt
in Heizungsanlagen eingesetzt, bei denen sowohl eine Fußbodenheizung
als auch ein Radiatorheizkörper bzw. ein Flächenheizkörper durch
einen gemeinsamen Vor- und Rücklauf versorgt werden. Durch
die Rücklauftemperaturbegrenzer soll erzielt werden, dass
die Fußbodenheizung nicht mit einer erhöhten Vorlauftemperatur
durchströmt wird. Des Weiteren soll dadurch sichergestellt werden,
dass eine maximal zulässige Estrichtemperatur nicht überschritten
wird.
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Solche
Rücklauftemperaturbegrenzungsventile sind einem Fußbodenheizkreislauf
nachgeschalten und regeln dadurch die Temperatur des Massenstromes
am Ende der Heizschlangen der Fußbodenheizung ohne dass über
die Temperaturverhältnisse am Eingang zur Fußbodenheizung
eine Aussage über die Temperatur getroffen werden kann. Darüber
hinaus weisen solche Rücklauftemperaturbegrenzungsventile
den Nachteil auf, im Einsatz nur auf diesen speziellen Anwendungsfall
beschränkt zu sein.
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Im
modernen Heizungsbau besteht insbesondere bei Mehrfamilienhäuser
der Bedarf an einer flexibel aufbaubaren Heizungsanlage, d. h.,
dass erst zu einem späten Zeitpunkt der Bauphase eine durch den
Eigentümer erfolgende Festlegung für die einzubauende
Heizung in dem jeweiligen Raum erfolgen kann. Darüber hinaus
besteht bei bereits vorhandenen thermostatischen Regeleinrichtungen
der Bedarf an einer Umrüstung oder Sanierung durch neue
Ventilelemente.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Ventilelement
sowie eine thermostatische Regeleinrichtung zur Regelung eines Massenstromes
vorzuschlagen, welche eine flexible Anpassung zur Regelung einer
Flächenheizung zumindest in einem Raum ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Ventilelement
gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Durch das erfindungsgemäße Ventilelement mit einem
thermischen Stellglied, welches eine temperaturabhängige
Stellbewegung auf das Ventilschließglied bewirkt, wird
ermöglicht, dass die Temperatur im Vorlauf als maßgebliche
Stellgröße erfasst wird. Somit kann das erfindungsgemäße
Ventilelement zur Niedrigtemperaturregelung eines Massenstromes
eingesetzt werden, insbesondere zur Ansteuerung einer Flächenheizung,
wie beispielsweise einer Wand-, Decken- oder Fußbodenheizung, bei
welcher die Vorlauftemperatur üblicherweise in einem Bereich
zwischen 30 und 45°C des Massenstromes liegt. Durch dieses
Ventilelement wird ermöglicht, dass beispielsweise bei
einer bestehenden Installation, bei der Radiatorheizungen vorgesehen waren,
eine Flächenheizung nachträglich vorgesehen werden
kann. Durch den Austausch des bisherigen Ventilelementes durch das
erfindungsgemäße Ventilelement kann eine Niedrigtemperaturregelung erzielt
werden. Darüber hinaus weist dieses Ventilelement den Vorteil
auf, dass bzgl. dem Gehäuseabschnitt, dem Übertragungsstift
und dem Ventilschließglied baugleich zu bereits eingesetzten
Ventilelementen ist, welche zur Raumtemperaturregelung bei Radiatorheizungen
eingesetzt werden, so dass ohne weitere bauliche Maßnahmen
oder einer Änderung des Grundaufbaus der thermostatischen
Regeleinrichtung eine Umrüstung auf eine Niedrigtemperaturregelung
ermöglicht ist. Des Weiteren weist das erfindungsgemäße
Ventilelement den Vorteil auf, dass die Heizungsinstallation während
der Rohbauphase zu einem Großteil fertiggestellt werden
kann und erst bei dem beginnenden Innenausbau bedarfsmäßig
eine Festlegung für die in dem jeweiligen Raum vorzusehende
Heizung erfolgen kann, da durch die Verwendung eines herkömmlichen
Ventilelementes oder dem erfindungsgemäßen Ventilelement
eine einfache und schnelle Anpassung auf die jeweilige Anforderung
für die zur regelnden Temperaturen ermöglicht
ist. Dadurch wird ein Zeitgewinn während der Bauphase und
auch eine Vereinfachung in der Ausschreibung für Heizungsanlagen
erzielt.
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Einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass an
einem dem Ventilsitz gegenüberliegenden Ende des Übertragungsstiftes eine
Betätigungsvorrichtung anbringbar ist. Diese Betätigungsvorrich tung
kann bspw. eine Temperaturregeleinrichtung mit einem Temperaturfühler
sein, die durch ein Kapillarrohr miteinander verbunden sind. Entsprechend
der erfassten Temperatur durch den Temperaturfühler wird
eine Stellbewegung bewirkt, die die Temperaturregeleinrichtung auf
den Übertragungsstift überträgt und somit
die Öffnungs- und Schließposition des Ventilschließgliedes
in Abhängigkeit der erfassten Temperatur, beispielsweise
Umgebungs- oder Raumtemperatur bestimmt wird. Ebenfalls kann auch
ein Thermokopf mit einer Gasfüllung vorgesehen sein.
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Das
Ventilelement weist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
in dem Gehäuseabschnitt eine Kammer auf, welche von dem Übertragungsstift durchquert
ist. In der Kammer ist bevorzugt ein Kraftspeicherelement vorgesehen,
welches mit einem Ende an einem Kammerboden anliegt und mit dem gegenüberliegenden
Ende am Übertragungsstift sich abstützt. Dadurch
wird der Übertragungsstift und somit das Ventilschließglied
in einer Ausgangslage gehalten. Diese Ausgangslage kann durch eine
Einstellung der Betätigungsvorrichtung überlagert
sein, welche durch eine Voreinstellung des Benutzers erfolgt. Dadurch
kann in der Ausgangslage ein konstanter Drosselquerschnitt freigegeben
sein. Sobald die Temperatur des zu regelnden Massenstromes über einen
Grenzwert ansteigt, wird über das thermische Stellglied
eine Stellbewegung eingeleitet, wodurch das Ventilelement durch
das Ventilschließglied einen Ventilsitz schließt
oder die Durchflussmenge des Massenstroms reduziert.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
ist vorgesehen, dass der Gehäuseabschnitt zumindest zweiteilig
ausgebildet ist. Dadurch wird eine einfache Montage des Übertragungsstiftes
und dem zumindest einen in der Kammer des Gehäuseabschnittes
angeordneten Kraftspeicherelementes ermöglicht. Bevorzugt
ist zwischen dem ersten und zweiten Teil des Gehäuseabschnitts
eine Schraubverbindung oder lösbare Klemmverbindung vorgesehen.
Alternativ kann auch eine unlösbare Verbindung durch einen
Presssitz, eine Klemmung oder eine Rastverbindung vorgesehen sein.
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Der
Gehäuseabschnitt des Ventilelementes weist bevorzugt Führungsöffnungen
zur verschiebbaren Aufnahme des Übertragungsstiftes auf,
wobei die Führungen vorzugsweise zumindest ein Dichtungs-
oder Gleitelement umfassen. Dadurch wird eine leichtgängige
Anordnung und Führung des Übertragungsstiftes
zum Gehäuseabschnitt ermöglicht. Gleichzeitig
wird verhindert, dass der zu regelnde Massenstrom in die Kammer
des Gehäuseabschnittes eintritt, insbesondere das in der
jeweiligen Führungsöffnung angeordnete Führungselement gleichzeitig
auch eine Dichtfunktion übernimmt.
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Des
Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass auf dem Gehäuseabschnitt
eine Einstellhülse vorgesehen ist, welche in axialer Richtung
zum Gehäuseabschnitt einstellbar ist. Dadurch kann beim Einbau
des Ventilelementes in die thermostatische Regeleinrichtung eine
Voreinstellung des Ventilelementes zum Ventilsitz zur Drosselung
eines Massenstromes erfolgen, so dass beispielsweise ein hydraulischer
Ausgleich im Heizungssystem ermöglicht ist. Darüber
hinaus kann eine Feinjustierung und exakte Einstellung des Ventilelementes
zur Einstellung der thermostatischen Regeleinrichtung vorgesehen
sein. Ein solches Ventilelement mit einem thermischen Stellglied
und einer Einstellhülse ermöglicht gleichzeitig
eine Vorlauftemperaturregelung und einen hydraulischen Abgleich
in Heizungsanlagen. Ein solches Ventilelement kann in einer thermostatischen Regeleinrichtung
mit einem Thermostatventil zum Einsatz gelangen, welche zur Raum-
bzw. Umgebungstemperaturregelung vorgesehen ist.
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Das
erfindungsgemäße Ventilelement bildet bevorzugt
eine Baueinheit, die als Einbaupatrone ausgebildet ist. Diese Einbaupatrone
umfasst den Gehäuseabschnitt, das Ventilschließglied,
den Übertragungsstift, das in dem Gehäuseabschnitt
angeordnete Kraftspeicherelement sowie das thermische Stellglied.
Somit kann eine solche Einbaupatrone in einfacher Weise an einem
Anschlusselement einer thermostatischen Regeleinrichtung befestigt
werden, bspw. über ein an einen Außenumfang des
Gehäuseabschnitts vorgesehenes Gewinde, wodurch bevorzugt
auch eine stufenlose Voreinstellung ermöglicht ist. Die
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ventilelementes
als Einbaupatrone weist des Weiteren den Vorteil auf, dass bestehende
thermostatische Regeleinrichtungen nachgerüstet und auch
umgerüstet werden können, so dass eine Anpassung
an den jeweiligen Regelungsbedarf in Abhängigkeit der Umrüstung
oder Sanierung von beispielsweise der Heizungsanlage gegeben ist.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass ein an dem Übertragungsstift oder dem Ventilschließglied
angeordnetes Spannelement lösbar zum Übertragungsstift
oder Ventilelement vorgesehen ist. Dieses Spannelement dient zur
Positionierung des thermischen Stellgliedes zwischen dem Gehäuseabschnitt
und dem Ventilschließglied, um eine Stellbewegung des Ventilschließgliedes
in Abhängigkeit der erfassten Temperatur des anliegenden
Massenstromes zu ermöglichen. Durch die lösbare
Anordnung des Spannelementes kann das Ventilelement in einfacher
Weise auf ein herkömmliches Ventilelement umgerüstet werden,
indem das Spannelement von dem Übertragungsstift oder Ventilschließglied
entfernt und anschließend das thermische Stellglied abgenommen wird.
Somit ist das Ventilelement in einfacher Weise auf verschiedene
Anwendungen anpassbar.
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Des
Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass am Übertragungsstift
zwischen dem Gehäuseabschnitt und dem Ventilschließglied
ein Spannelement vorgesehen ist, an der das thermische Stellglied
anliegt und dass das Spannelement in axialer Richtung entlang des Übertragungsstifts
im Abstand zum Ventilschließglied einstellbar ist. Dadurch
kann eine Vorspannung auf das thermische Stellglied aufgebracht
werden, so dass ein vorbestimmter Arbeitspunkt oder Schaltzeitpunkt
eingestellt werden kann. Dies bedeutet, dass eine Ausdehnungsbewegung des
thermischen Stellgliedes bzw. eine Stellbewegung des thermischen
Stellgliedes erst ab einer vorbestimmten Temperatur des Massenstromes
erfolgt. Diese Voreinstellung wird bevorzugt auf die Rückstellkraft
des Kraftspeicherelementes abgestimmt, um ein gewünschtes
Regelverhalten zu erzielen.
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch die
Merkmale des Anspruchs 11 gelöst. Die thermostatische Regeleinrichtung
ermöglicht durch die wahlweise Anordnung eines Ventilelementes,
insbesondere eines Ventilelementes nach einem der Ansprüche
1 bis 10, einen flexiblen Aufbau der thermostatischen Regeleinrichtung.
Somit kann in eine Leitungsanordnung der thermostatischen Regeleinrichtung
in Abhängigkeit des Einsatzfalles zur Regelung einer Radiator-
oder Flächenheizung bestückt und angepasst werden.
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Nach
einer bevorzugten Ausgestaltung der thermostatischen Regeleinrichtung
ist vorgesehen, dass das Ventilelement mit dem thermischen Stellglied
und mit einer Betätigungseinrichtung einen Durchgang im
ersten Rohrabschnitt und ein Ventilelement für einen hydraulischen
Abgleich ein Durchgang im zweiten Rohrabschnitt ansteuert. Dadurch kann
eine thermostatische Regeleinrichtung geschaffen werden, bei der
eine Regelung der Raumlufttemperatur über die Vorlauftemperatur
erfolgt und durch eine Voreinstellung des Ventilelementes im zweiten
Rohrabschnitt der hydraulischen Abgleich ermöglicht ist.
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Nach
einer alternativen Ausgestaltung der thermostatische Regeleinrichtung
ist vorgesehen, dass ein Thermostatventil zur Regelung einer Raumtemperatur
einen Durchgang im ersten Rohrabschnitt steuert und das Ventilelement
mit dem thermischen Stellglied und einer am Gehäuseabschnitt
angeordneten Einstellhülse einen Durchgang im zweiten Rohrabschnitt
steuert. Durch die Einstellhülse kann die Funktion des
hydraulischen Abgleichs eingestellt werden und gleichzeitig durch
das thermische Stellglied des Ventilelementes eine Vorlauftemperaturregelung
gegeben sein, wobei im ersten Rohrabschnitt ein herkömmliches
Thermostatventil für die Raumluftregelung eingesetzt werden
kann.
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Nach
einer weiteren alternativen Ausgestaltung der thermostatischen Regeleinrichtung
ist vorgesehen, dass das Ventilelement mit dem thermischen Stellglied
eine Betätigungseinrichtung zur Regelung einer Raumtemperatur
aufweist, welche zwischen dem Gehäuseabschnitt und dem Übertragungsstift
wirkt und dass dieses Ventilelement mit einer Einstellhülse
am Gehäuseabschnitt ausgebildet und am Anschlusselement
des ersten oder zweiten Rohrabschnitt anordenbar ist. An dem anderen
Rohrabschnitt ist ein Verschlussstopfen an dessen Anschlusselement
vorgesehen. Dadurch kann die bisher bestehende thermostatische Regeleinrichtung bzw.
deren Leitungsanordnung mit nur einem Ventilelement nachgerüstet
werden, um die in dem jeweiligen Raum erforder liche Vorlauftemperatur
zur Versorgung der Flächenheizung zu ermöglichen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
die zwischen einem Vorlauf bzw. Rücklauf in der Leitungsanordnung
sich befindliche Temperatur des Massenstromes die Stellbewegung
des thermischen Stellgliedes bewirkt. Dadurch, dass das thermische
Stellglied des Ventilelementes unmittelbar mit dem Massenstrom in
Kontakt steht, der in der Leitungsanordnung vorliegt, wird eine
exakte Ansteuerung des Ventilelementes und somit der thermostatischen
Regeleinrichtung sichergestellt.
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Eine
weitere alternative Ausgestaltung einer thermostatischen Regeleinrichtung
zur Regelung eines Massenstromes ermöglicht durch den Einsatz des
erfindungsgemäßen Ventilelementes die Verwirklichung
von zumindest einer, insbesondere zwei, Sicherheitsfunktionen. Bei
der Ausgestaltung einer thermostatischen Regeleinrichtung mit einem
Gehäuse, welche eine Querbohrung eines Rohrabschnittes
umgibt, kann durch den Einsatz des Ventilelementes sowohl eine Frostschutzsicherung
als auch eine Überdrucksicherung realisiert werden. Sobald
eine Umgebungstemperatur unterhalb eines Gefrierpunktes absinkt,
wird dieser Abfall der Temperatur durch das thermische Stellglied
erfasst, wodurch das Ventilschließglied des Ventilelementes
die Querbohrung in dem Rohrabschnitt der Leitungsanordnung öffnet,
so dass das noch nicht gefrorene Medium, insbesondere Wasser, aus
der Leitungsanordnung abfließen kann. Somit ist die Frostschutzsicherung
gegeben. Bei einem auftretenden Überdruck in der Leitungsanordnung,
beispielsweise bei kochendem Wasser, kann der Überdruck
das Ventilelement abheben, so dass die Querbohrung des Rohrabschnittes
der Leitungsanordnung freigegeben wird, so dass über diese
Querbohrung wiederum ein Druckabfall erzielt werden kann. Bei dieser
bevorzugten Ausführungsform ist das Ventilelement in dem die
Querbohrung 91 umgebenden Gehäuse derart angeordnet,
dass das Ventilschließglied 14 die Querbohrung öffnet
und schließt. Dadurch erfasst das thermische Stellglied
vorzugsweise über eine Ablassöffnung im Gehäuse
die Umgebungstemperatur.
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Eine
weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Temperaturregelventils
sieht ebenfalls die Realisierung von zumindest einer Sicherheitsfunktionen
vor. Diese thermostatische Regeleinrichtung, welche bezüglich
einer Querbohrung im Rohrabschnitt einer Leitungsanordnung und einem
dazu angeordneten Gehäuse analog zur vorstehenden thermostatischen
Regeleinrichtung aufgebaut ist, weicht lediglich dahingehend ab,
dass das Ventilelement eine Ablassöffnung im Gehäuse öffnet
und schließt. Dadurch liegt im Innenraum des Gehäuses
der Druck und die Temperatur des Mediums in der Leitungsanordnung
vor. Sobald jedoch die Temperatur unterhalb des Gefrierpunktes abfällt,
wird dieser Temperaturabfall vom thermischen Stellglied erfasst,
und das Ventilelement öffnet die Ablassöffnung
im Gehäuse, um ein Abfließen des Mediums zu ermöglichen.
Bei dieser Ausführungsform ist bevorzugt vorgesehen, dass der
das Kraftspeicherelement aufnehmende Gehäuseabschnitt an
einem Ende eine Druckmembran aufweist. Dadurch kann ein Überdruck
erfasst und ein öffnen des Ventilelementes angesteuert
werden, um den Überdruck über die Ablassöffnung
abströmen zu lassen, und somit eine weitere Sicherheitsfunktion realisiert
werden.
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Die
Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen
und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in
den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben
und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen
zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder
zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt
werden. Es zeigen:
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1 eine
schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen
Ventilelements für eine thermostatische Regeleinrichtung,
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2 eine
alternative Ausführungsform des Ventilelementes zu 1,
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3 eine
schematische Ansicht einer Einbausituation von thermostatischen
Regeleinrichtungen und
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4a eine
schematisch vergrößerte Ansicht gemäß einer
ersten Ausführungsform einer thermostatischen Regeleinrichtung
mit dem Ventilelement,
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4b eine
schematisch vergrößerte Ansicht gemäß einer
zweiten Ausführungsform einer thermostatischen Regeleinrichtung
mit dem Ventilelement,
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4c eine
schematisch vergrößerte Ansicht gemäß einer
dritten Ausführungsform einer thermostatischen Regeleinrichtung
mit dem Ventilelement,
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5 eine
schematische Ansicht von oben auf eine alternative Ausführungsform
einer thermostatischen Regeleinrichtung mit dem Ventilelement,
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6 eine
schematische Seitenansicht der thermostatischen Regeleinrichtung
gemäß 5 und
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7 eine
schematische Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform
einer thermostatischen Regeleinrichtung zu 6.
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In 1 ist
eine schematische Schnittdarstellung eines Ventilelementes 11 dargestellt.
Dieses Ventilelement 11 ist bevorzugt als Einbaupatrone ausgebildet
und für den Einsatz in thermostatischen Regeleinrichtungen 12 vorgesehen,
welche bzgl. deren Einbauort in 3 und bzgl.
deren Aufbau beispielhaft in den 4a bis
c näher dargestellt und beschrieben wird.
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Das
Ventilelement 11 umfasst ein Ventilschließglied 14,
welches relativ zu einem Ventilsitz in der thermostatischen Regeleinrichtung 12 zur
Regelung eines Massenstromes bewegbar ist. Das Ventilschließglied 14 umfasst
bspw. ein Übertragungsstift 16, der durch einen
Gehäuseabschnitt 18 axial verschiebbar geführt
ist. Bevorzugt durchdringt der Übertragungsstift 16 eine
Kammer 19 im Gehäuseabschnitt 18 und
wird auf der gegenüberliegenden Seite aus dem Gehäuseabschnitt 18 herausgeführt. Der
Gehäuseabschnitt 18 weist ein erstes bevorzugt U-förmig
ausgebildetes Teil 21 und ein zweites Teil 22 auf,
das durch eine lösbare Verbindung, insbesondere eine Schraubverbindung,
zueinander befestigt sind. Alternativ kann auch eine unlösbare
Verbindung, wie beispielsweise ein Presssitz oder eine Rastverbindung,
vorgesehen sein. Im ersten Teil 21 ist eine Führungsöffnung 24 vorgesehen,
die einer Führungsöffnung 24 im zweiten
Teil gegenüberliegt. Die Führungsöffnungen 24 nehmen
bevorzugt ein Dichtungs- und/oder Führungselement 26 auf,
um den Übertragungsstift 16 leichtgängig
zu führen und bevorzugt die Kammer 19 abzudichten.
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Zur
Anordnung des Ventilschließgliedes 14 in einer
Ausgangslage 28 ist in der Kammer 19 ein Kraftspeicherelement 29,
insbesondere eine Druckfeder, vorgesehen. Diese liegt mit ihrem
einen Ende an einem Kammerboden 31 an, der bspw. als Lochscheibe
ausgebildet ist und sich an einer Schulter des Teils 21 abstützt.
Alternativ kann sich das Kraftspeicherelement 29 auch unmittelbar
am Teil 21 abstützen. Gegenüberlilegend
ist ein Anschlag 33 vorgesehen, der an dem Übertragungsstift 16 angreift. Bspw.
ist dieser Anschlag 33 in einer U-förmigen Vertiefung
des Übertragungsstiftes 16 fixiert und als Scheibe
ausgebildet. Ebenso kann ein Stift quer zum Übertragungsstift 16 eingebracht
sein, um als Anschlag 33 zu dienen. Des Weiteren kann alternativ vorgesehen
sein, dass der Übertragungsstift 16 einen einstückig
daran angeformten oder aufgepressten Anschlag 33 umfasst.
Des Weiteren liegt der Anschlag 33 an dem Teil 22 an,
wodurch die eine Bewegungsrichtung des Ventilschließgliedes 14,
die durch das Kraftspeicherelement 29 erzeugt wird, begrenzt ist.
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An
einem dem Ventilschließglied 14 gegenüberliegenden
Ende des Übertragungsstiftes 16 greift eine nur
schematisch dargestellte Betätigungsvorrichtung 36 an,
welche bspw. als Temperaturregeleinrichtung ausgebildet ist. Dies
kann ein Thermokopf als auch ein Temperaturfühler sein,
der mit einem Temperaturregler eine Hubbewegung des Übertragungsstiftes 16 ansteuert.
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Außerhalb
des Gehäuseabschnittes 18 und bevorzugt den Übertragungsstift 16 umgebend
ist ein thermisches Stellglied 41 vorgesehen, welches sich an
einem Ende an einer Abstützfläche 42 des
Gehäuseabschnittes 18 abstützt und gegenüberliegend
an einem Spannelement 44, welches am Übertragungsstift 16 lösbar
befestigt ist. Dieses Spannelement 44 kann alternativ auch
an dem Ventilschließglied 14 lösbar befestigt
sein, so dass nach dem Abnehmen des Spannelementes 44 von
dem Übertragungsstift 16 oder dem Ventilschließglied 14 ein
Herausnehmen des thermischen Stellgliedes 41 als auch ein Austausch
des thermischen Stellgliedes 41 ermöglicht ist.
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Durch
die Einstellung eines Abstandes zwischen der Spannplatte 44 und
dem Ventilschließglied 14 bzw. der Abstützfläche 42 des
Gehäuseabschnitts 18 wird das thermische Stellglied 41 vorgespannt,
so dass deren Arbeitspunkt erst ab einer vorbestimmten Temperatur
beginnt.
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Das
thermostatische Stellglied 41 ist aus einer sogenannten
Formgedächtnislegierung hergestellt. Solche Formgedächtnislegierungen,
die auch als SMA-Legierungen (shape memory alloy) bezeichnet werden,
bestehen bspw. aus einer TiNi-Legierung, aus einer Legierung auf
Cubasis, Fe-Basis oder aus einem Memory-Kunststoff. Solche Formgedächtnislegierungen
ermöglichen ab einem bestimmten Temperaturwert eine Stellbewegung.
Solche Formgedächtnislegierungen ändern ihren
Aggregatzustand im Vergleich zu Wachsdehnelementen nicht. Dadurch
ist eine schnelle Reaktionszeit gegeben. Darüber hinaus
weisen solche Formgedächtnislegierung den Vorteil auf,
dass hohe Schließkräfte bewirkt werden können,
so dass auch ab einem vorbestimmbaren Temperaturwert das thermische
Stellglied 41 eine Rückstellkraft des Kraftspeicherelementes 29 überwindet,
welches das Ventilschließglied 14 in einer Ausgangslage 28 anordnet,
sofern ein bestimmter Temperaturwert nicht erreicht ist und das
thermische Stellglied 41 inaktiv ist. Durch die Anordnung gemäß dem
Ausführungsbeispiel ist bevorzugt ein platzsparender Aufbau
gegeben.
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Der
Gehäuseabschnitt 18 weist an seinem Außenumfang,
insbesondere am ersten Teil 21, einen Gewindeabschnitt 46 oder
einen Befestigungs abschnitt auf, um das Ventilelement 11 in
einer Einbaulage zum Ventilsitz zu fixieren.
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In 2 ist
eine vorteilhafte Weiterbeildung des Ventilelementes 11 gemäß 1 dargestellt.
Im Hinblick auf die übereinstimmenden Merkmale wird auf 1 Bezug
genommen. Bei dieser Ausführungsform ist zusätzlich
vorgesehen, dass der Gehäuseabschnitt 18, insbesondere
das Teil 21, durch eine Einstellhülse 49 zumindest
abschnittsweise umgeben ist. Diese Einstellhülse 49 greift
bevorzugt an dem Gewindeabschnitt 46 an und ist dadurch
in seiner axialen Position gegenüber dem Gehäuseabschnitt 18 veränderbar.
Ein Außenumfang der Einstellhülse 49 weist
wiederum einen Gewindeabschnitt 51 oder einen Befestigungsabschnitt
auf, um das Ventilelement 11 in der thermostatischen Regeleinrichtung 12 zu
fixieren. Durch diese Einstellhülse 49 kann ein
hydraulischer Abgleich eingestellt werden, in dem bspw. das Ventilelement 11 derart
positioniert wird, dass bei der Anordnung des Ventilschließgliedes 14 in
einer Ausgangslage 28 ein konstanter Durchflussquerschnitt
für einen Massenstrom durch den Ventilsitz hindurch freigegeben
ist.
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In 3 ist
schematisch eine Einbausituation der thermostatischen Regeleinrichtung 12 dargestellt.
Bspw. wird in einem Mehrfamilienhaus eine Steigleitung 53 installiert,
wobei in jeder Etage und für jeden Raum ein Abzweig 54 von
der Steigleitung 53 vorgesehen ist, der als Zulauf 64 zur
thermostatischen Regeleinrichtung 12 führt. Die
thermostatische Regeleinrichtung 12 umfasst einen Ablauf 74 der
zur Radiatorheizung oder zur Flächenheizung führt.
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In 4a ist
schematisch vergrößert eine Leitungsanordnung 61 der
thermostatischen Regeleinrichtung 12 dargestellt. Diese
Leitungsanordnung 61 umfasst einen ersten Rohrabschnitt 62,
dessen eine Ende 63 mit einem Zulauf 64 in Verbindung steht.
Am gegenüberliegenden Ende 65 ist ein Anschlusselement 66 an
dem ersten Rohrleitungsabschnitt 61 vorgesehen. Die Leitungsanordnung 61 umfasst
des weiteren einen zweiten Rohrabschnitt 72, an dessen
einen Ende 73 ein Ablauf 74 anschließbar
ist, der bspw. zu einer Fußbodenheizung oder zu einer Radiatorheizung
führt. Diesem Ende 73 gegenüberliegend
weist das Ende 75 ein Anschlusselement 76 auf.
Zwischen dem ersten und dem zweiten Rohrleitungsabschnitt 62, 72 ist
ein Verbindungsstück 78 vorgesehen, welches ein
Absperr- oder Entlüftungsventil 79 aufweisen kann.
Bevorzugt wird dadurch eine H-förmige Leitungsanordnung 61 ausgebildet.
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Zur
Regelung der Vorlauftemperatur für eine Flächenheizung
mit beispielsweise einer Wand-, Decken- oder Fußbodenheizung
wird gemäß 4a in den
ersten Rohrleitungsabschnitt 72 das Ventilelement 11 mit
dem thermischen Stellglied eingesetzt und am Anschlusselement 66 befestigt.
Am zweiten Rohrabschnitt 72 ist ein herkömmliches
Drosselventil 61 für den hydraulischen Abgleich
vorgesehen. Das Ventilelement 11 umfasst des Weiteren eine
Betätigungseinrichtung 36 zur Raumtemperaturregelung. Durch
diese Betätigungseinrichtung 36 stellt der Benutzer
bedarfsmäßig die gewünschte Raumtemperatur
ein. Dadurch wrid die Ausgangslage 28 des Ventilschließgliedes 14 verändert
und somit ein entsprechender konstanter Drosselquerschnitt freigegeben. Durch
das erfindungsgemäße Ventilelement 11 und deren
Anordnung im Rohrabschnitt 62 wird die Schließ-
und Öffnungsbewegung des Ventilelementes 11 über
das thermische Stellglied 41 angesteuert, welche die Temperatur
des Massenstromes sieht, welche im Rohrabschnitt 62 bzw.
im Verbindungsstück 78 und/oder im zweiten Rohrabschnitt 72 vorliegt.
Sofern bspw. die Vorlauftemperatur für eine Flächenheizung
geregelt werden soll, wird eine Stellbewegung des thermischen Schließgliedes 41 dann
erfolgen, wenn die Temperatur des Massenstromes größer
40°C ist. Somit wird der Zulauf 64 bzw. ein im ersten
Rohrabschnitt 62 vorgesehener Ventilsitz 83, der
mit dem Ventilschließglied 14 zusammenwirkt, geschlossen.
Sobald die Temperatur absinkt, nimmt die Druckkraft des thermischen
Stellgliedes 41 ab und ein erhöhter Durchfluss
wird ermöglicht.
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Dieses
Ventilelement 11 kann zur Nachrüstung oder Umrüstung
einer Heizungsanlage von einer Radiatorheizung auf eine Flächenheizung
eingesetzt werden. Sofern eine Erneuerung des Ventilelementes 11 bei
weiterhin bestehende Radiatorheizung erfolgen soll, kann das thermische
Stellglied 41 entfernt werden und das Ventilelement 11 wiederum
in die thermostatische Regeleinrichtung 12 eingesetzt werden.
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In 4b ist
eine alternative Ausgestaltung einer thermostatischen Regeleinrichtung 12 dargestellt.
Die bislang bei solchen Leitungsanordnungen 61 verwendeten
Thermostatventile zur Regelung der Raumluft verbleiben auf dem Rohrleitungsabschnitt 62.
Das erfindungsgemäße Ventilelement 11 wird
am zweiten Rohrleistungsabschnitt 72 über das
Anschlusselement 76 befestigt. Zur Befestigung des Ventilelementes 11 in
dem zweiten Rohrleitungsabschnitt 72 ist auf dem Gehäuseabschnitt 18 die
Einstellhülse 49 vorgesehen, so dass das Ventilelement 11 neben
der Vorlauftemperaturregelung auch gleichzeitig die Funktion des
hydraulischen Abgleichs übernimmt und das Ventilschließglied 14 zum Ventilsitz 83 über
die Einstellhülse 49 derart positionierbar ist,
dass der hydraulische Abgleich eingestellt ist.
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In 4c ist
eine weitere alternative Ausgestaltung der thermostatischen Regeleinrichtung 12 dargestellt.
Bspw. wird auf das zweite Ende 65 des ersten Rohrleitungsabschnitt 62 ein
Verschlussstopfen 85 aufgebracht, um dieses Ende 65 zu
schließen. Am zweiten Ende 75 des zweiten Rohrleitungsabschnitt 72 ist
ein Ventilelement 11 vorgesehen, welches bspw. in 2 dargestellt
ist und eine Betätigungseinrichtung 36 umfasst,
um eine Regelung der Raumlufttemperatur, die Einstellung des hydraulischen
Abgleichs durch die Einstellhülse 49 und die Regelung
der Vorlauftemperatur durch das thermische Stellglied 41 zu
ermöglichen.
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Der
Einsatz der erfindungsgemäßen Ventilelemente 11 sowie
den erfindungsgemäßen thermostatischen Regeleinrichtungen 12 ist
nicht auf den Heizungsbau in Gebäuden beschränkt.
Vielmehr können die thermostatische Regeleinrichtung 12 sowie
das Ventilelement 11 zum Frostschutz in verschiedenen Anwendungsbereichen
eingesetzt werden. Bspw. kann die Regeleinrichtung 12 als
Frostschutz in Waschwasserbehälter für Kraftfahrzeuge oder
in Wassertanks, insbesondere Frischwassertanks, vorgesehen sein.
Solche Frischwassertanks können bspw. bei der Tierhaltung
Einsatz finden, so dass nicht nur ein Frostschutz in den Wassertanks sondern
auch bei Tiertränken auf der Weide oder in Ställen
vorgesehen ist. Bspw. kann der Frostschutz auch bei Pferdetränken
gegeben sein, welche in jeder Box für ein Pferd oder für
mehrere Pferde vorgesehen sind.
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Beim
Einsatz des Ventilelementes 11 als Frostschutzregelventil
ist der Arbeitspunkt des thermischen Stellgliedes 41 derart
eingestellt, dass bei einem Abfall der Temperatur unter bspw. 4°C
eine Stellbewegung des thermischen Stellgliedes 41 angesteuert
wird, um ein Abfließen der Flüssigkeit zu ermöglichen
und um ein Gefrieren von der Flüssigkeit, vorzugsweise
Wasser, in den Leitungen und/oder im Tank zu verhindern.
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Ein
vorstehend beschriebener Anwendungsfall wird nachfolgend beispielhaft
näher beschrieben. In 5 ist eine
schematische Ansicht von oben auf eine Leitungsanordnung 61 dargestellt,
welche in einer schematischen Seitenansicht gemäß 6 ergänzend
das Ventilelement 11 zeigt. Die Leitungsanordnung 61 gemäß 5 weist
einen Zulauf 64 auf, der über einen geradlinigen
Rohrabschnitt 62 in einen Ablauf 74 übergeht.
Zwischen dem Zulauf 64 und dem Ablauf 74 ist eine
Querbohrung 91 vorgesehen, welche beispielsweise mit dem
Rohrabschnitt 62 des Zu- und Ablaufes 64, 74 ein
T-förmiges Leitungsstück bildet. Um die Querbohrung 91 herum
ist ein Gehäuse 92 angeordnet, welches eine Ablassöffnung 94 aufweist.
In dem Gehäuse 92 ist das Ventilelement 11 angeordnet,
wobei das Ventilschließglied 14 des Ventilelementes 11 einen
Ventilsitz 83 an der Querbohrung 91 öffnet
und schließt. Das Ventilelement 11 umfasst den Übertragungsstift 16,
der das Ventilschließglied 14 aufnimmt, und durchquert
die Kammer 19 des Gehäuseabschnittes 18,
wobei in der Kammer 19 das Kraftspeicherelement 29 angeordnet ist.
Außerhalb des Gehäuseabschnitts 18 ist
das thermische Stellglied 41 angeordnet. An dem Ventilelement 11 ist
bei diesem Ausführungsbeispiel keine Betätigungseinrichtung 36 vorgesehen.
Sofern diese Betätigungseinrichtung 36 vorgesehen
ist, kann das thermische Stellglied 41 entfallen.
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Das
in den 5 und 6 dargestellte Ausführungsbeispiel
ermöglicht einen Frostschutz in Leitungen und in Behältern
zur Aufnahme von flüssigen Medien. Insbesondere kann eine
solche Regeleinrichtung 12 bei Wohnwägen oder
dergleichen vorgesehen sein. Über den Zulauf 64 wird
Wasser entlang dem Rohrleitungsabschnitt 62 zum Ablauf 74 geführt.
Bei Temperaturen oberhalb des Gefrierpunktes von beispielsweise
Wasser schließt das Ventilelement 14 die Querbohrung 91 und
sitzt im Ven tilsitz 83. Sobald die Umgebungstemperatur
unterhalb des Gefrierpunktes abfällt, wird diese Temperatur
durch das thermische Stellglied 41 erfasst, da die Temperatur über
die Ablassöffnung 94 auch in einem Innenraum des
Gehäuses 92 vorherrscht. Die Druckkraft des thermischen
Stellgliedes 41 nimmt ab, und die Rückstellkraft
des Kraftspeicherelementes 29 überwiegt, so dass
das Ventilschließglied 14 die Querbohrung 91 öffnet
und ein in dem Rohrleitungsabschnitt 62 geführtes
Wasser in den Innenraum des Gehäuses 92 und von
dort aus über die Ablassöffnung 94 beispielsweise
ins Freie gelangen kann. Dadurch wird sichergestellt, dass das in
den Leitungen sich befindliche Wasser nicht gefriert.
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Diese
Anordnung weist neben der Sicherheitsfunktion „Frostschutz"
eine weitere Sicherheitsfunktion „Überdruck" auf.
Sofern beispielsweise in einem Leitungssystem sich kochendes Wasser
befindet und dadurch ein Überdruck über einen
vorbestimmten Leitungsdruck einstellt, kann dieser Überdruck
gegen das thermische Stellglied 41 wirken und öffnet
das Ventilschließglied 11, so dass wiederum ein
Austreten des Wassers aus der Leitungsanordnung 61 über
die Ablassöffnung 94 ermöglicht ist.
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Die
vorstehende Anordnung kann auch in Wasserbehältern für
weitere Anwendungsbereiche eingesetzt werden.
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In 7 ist
eine alternative Ausführungsform zu 6 dargestellt.
Bei der in 7 dargestellten Ausführungsform
wird die Sicherheitsfunktion „Frostschutz" ermöglicht.
Abweichend zu der Ausführungsform in 6 ist
das Ventilelement um 90° gedreht angeordnet und schließt
die Ablassöffnung 94 bei Umgebungstemperaturen
oberhalb des Gefrierpunktes. Das Ventilelement 11 ist bei
dieser Ausführungsform dahingehend modifiziert, dass anstelle
des zweiten Teils 22 des Gehäuseabschnitts 18 eine Druckmembran 96 vorgesehen
ist, um bei einem Abfall der Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes zu
ermöglichen, dass das Kraftspeicherelement 29 den Übertragungsstift 16 soweit
abhebt, dass das Ventilschließglied 14 sich aus
dem Ventilsitz 83 löst, um ein Abfließen
des Mediums, insbesondere Wassers, aus dem Rohrabschnitt 82 über
die Querbohrung 91 und Ablassöffnung 94 zu
ermöglichen.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 kann
auch zusätzlich für die Sicherheitsfunktion „Überdruck"
realisiert werden. In diesem Fall ist die wirksame Druckfläche
der Druckmembran 96 größer ausgebildet
als die Schließfläche des Ventilglieds 14 und
der Gehäuseabschnitt 18 derart ausgebildet, dass
der Überdruck im Gehäuse 92 gleichzeitig
auch im Gehäuseabschnitt 18 vorliegt. Aufgrund
der größeren Druckfläche der Druckmembran 96 als
der des Ventilschließgliedes 14 kann bei einem Überdruck ebenfalls
ein Öffnen des Ventilelementes 11 ermöglicht
sein, dass bei einem vorliegenden Überdruck das Medium,
insbesondere Wasser, über die Ablassöffnung 94 abströmen
kann.
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Bei
beiden vorstehenden Ausführungsformen ist ermöglicht,
dass die Ventilelemente 11 zum Gehäuse 92 durch
einen schnell lösbaren Verschluss befestigt sind. Beispielsweise
kann ein Bajonettverschluss oder Dreh- oder Rastverschluss vorgesehen sein.
Alternativ ist vorgesehen, dass der Gehäuseabschnitt 18 zum
Gehäuse 92 über eine Einstellvorrichtung
in seiner Lage veränderbar ist. Beispielsweise kann eine
Gewindeanordnung vorgesehen sein, um eine Einstellung des Ventilelementes 11 zur
Querbohrung 91 beziehungsweise Ablassöffnung 94 zu ermöglichen
und zum anderen, um das Ventilelement 11 von Hand zu bedienen.
Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn eine Entleerung zum
Wasserwechsel oder für Reinigungszwecke erfolgen soll.
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Alle
vorbeschriebenen Merkmale sind jeweils für sich erfindungswesentlich
und können beliebig miteinander kombiniert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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