DE102007041019A1

DE102007041019A1 - Temperaturregelanordnung

Info

Publication number: DE102007041019A1
Application number: DE102007041019A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. Behse
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2009-03-12
Also published as: WO2009026901A2; WO2009026901A3

Abstract

Eine Temperaturregelanordnung für einen Heizkörper besteht aus einem an einem Heizkörperventil angeordneten thermomechanischen Stellglied, das einen mit einem flüssigen oder gasförmigen Medium gefüllten und mit einem Ventilbetätigungsstift gekoppelten Dehnkörper umfasst, einem mit dem Dehnkörper über ein Kapillarrohr verbundenen Fernfühler und einem seriell zum Betätigungsweg des Dehnkörpers geschalteten elektromechanischen Aktor, dessen Steuereingang mit dem Steuerausgang eines durch Soll- und Istwertgeber gesteuerten Steuergerätes verbunden ist. Der Fernfühler ist als Stellenergiequelle ausgebildet, die ihre Primärenergie durch thermische Kopplung mit der Heizfläche des Heizkörpers unmittelbar aus dem Heizkörper bezieht und über das Mediuist mit einem Steuergang des Steuergerätes gekoppelt und ein Raumtemperaturfühler ist ebenfalls mit einem Steuereingang des Steuergerätes gekoppelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperaturregelanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 197 54 837 A1 ist ein Thermostataufsatz für ein Ventil bekannt. Der Thermostataufsatz umfasst ein Thermostatelement mit einem durch Wärme dehnbaren Füllmedium und dient gleichzeitig als Istwertfühler. Seriell zum Thermostatelement befindet sich ein Stellglied. Thermostatelement und Stellglied wirken zusammen auf das Ventil. Das Stellglied wird durch eine Steuerschaltung gesteuert, die Eingabesignale von einer abgesetzten Eingabevorrichtung erhält.
Der bekannte Thermostataufsatz arbeitet ähnlich einem üblichen Thermostatventil mit manueller Einstellung eines Sollwertes durch Drehen des Gehäuses, nutzt aber ein elektromechanisches Stellglied, das von einem abgesetzten Sollwertgeber betätigt wird.
Da der Istwertfühler in unmittelbarer Nähe des Heizkörpers angeordnet ist, misst er nicht die Raumtemperatur, sondern eine von der Wärmeabstahlung des Heizkörpers beeinflusste höhere Temperatur. Die Differenz zwischen der in der Nähe des Heizkörpers auftretende Temperatur und der tatsächlichen Raumtemperatur ist von der Wärmeisolierung des Raumes, der Anordnung des Heizkörpers im Raum und der Differenz zwischen der Außentemperatur und der gewünschten Raumtemperatur abhängig. So müsste zur Erzielung einer gleichen Raumtemperatur der Sollwert an kalten Tagen höher als an milden Tagen eingestellt werden. Dies führt zu erhöhten Stellvorgängen des Stellgliedes und damit zu einem Energieverbrauch der Energiequelle des Stellgliedes. Wegen der Verzögerung zwischen Öffnung des Heizkörperventils und Erwärmung des Istwertfühlers über die vom Heizkörper erwärme Luft ergeben sich außerdem starke Regelschwingungen beim Thermostatelement.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Temperaturregelanordnung für einen Heizkörper zu schaffen, die bei Vorgabe eines Sollwertes diesen mit hoher Genauigkeit einhält und weniger Regelschwingen verursacht.
Diese Aufgabe wird bei einer Temperaturregelanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merkmale dieses Anspruchs gelöst.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei der Erfindung sind sowohl der der Sollwertgeber als auch der Raumtemperaturfühler abgesetzt angeordnet, so dass die Raumtemperatur mit hoher Genauigkeit auf den eingestellten Sollwert geregelt wird und keine unterschiedlichen Sollwerteingaben für unterschiedliche Außentemperaturen nötig sind.
Außerdem ist der mit dem thermomechanischen Stellglied verbundene Fernfühler als Stellenergiequelle ausgebildet, die ihre Primärenergie durch thermische Kopplung mit der Heizfläche des Heizkörpers unmittelbar aus dem Heizkörper bezieht und über das Medium auf das Stellglied überträgt. Das Stellglied spricht so direkt auf Temperaturänderungen der Heizfläche des Heizkörpers an und nutzt die thermische Energie zur nahezu verzögerungsfreien Betätigung des Heizkörperventils. Regelschwingungen werden erheblich reduziert. Ferner werden beim Aufheizen die gewünschte Raumtemperatur und anschließend ein eingeschwungener stabiler Zustand schneller erreicht. Der elektromechanische Aktor muss hierbei wesentlich weniger Korrekturen vornehmen, wodurch dessen Energiebedarf reduziert wird.
Der Sollwertgeber kann mit einem ersten Steuereingang des Steuergerätes und der Raumtemperaturfühler mit einem zweiten Steuereingang des Steuergerätes verbunden sein.
Bei dieser Ausführung werden Eingabewerte gesondert zum Steuergerät übermittelt und dieses veranlasst bei einer eventuellen Regelabweichung eine Betätigung des elektromechanischen Aktors.
Alternativ kann der Sollwertgeber mit einem ersten Steuereingang und der Raumtemperaturfühler mit einem zweiten Steuereingang eines Differenzwertgebers verbunden sind und ein Steuerausgang des Differenzwertgebers mit einem Steuereingang des Steuergerätes verbunden sein.
Bei jener Ausführung wird nur eine eventuelle Regelabweichung zum Steuergerät übermittelt in welchem Falle dieses eine Betätigung des elektromechanischen Aktors veranlasst.
Gemäß einer Weiterbildung kann eine Heizkörpertemperaturerfassungsvorrichtung mit einem weiteren Steuereingang des Steuergerätes verbunden sein.
Dadurch wird eine Regelkaskade geschaffen, die eine eventuell noch vorhandene Schwingneigung des thermomechanischen Stellglieds weiter reduziert.
Die Heizkörpertemperaturerfassungsvorrichtung kann einen Fernfühler oder einen thermisch mit der Heizfläche des Heizkörpers gekoppelten Heizkörperfühler umfassen.
Der Heizkörperfühler liefert unabhängig vom mit dem Dehnkörper des thermomechanischen Stellglieds über ein Kapillarrohr verbundenen Fernfühler einen Temperaturwert des Heizkörpers und kann so unmittelbar als Eingangsgröße des Steuergerätes genutzt werden.
Bei Unterschreitung einer von der Heizkörpertemperaturerfassungsvorrichtung erfassten Mindesttemperatur des Heizkörpers kann der Steuerausgang des Steuergerätes deaktiviert werden.
Dadurch wird verhindert, dass der elektromechanische Aktor unnötig betätigt wird, wenn die Heizkörper aufgrund einer wie auch immer veranlassten zu geringen Vorlauftemperatur ohnehin nicht eine eingestellte Raumtemperatur erreichen kann.
Weiterhin kann mittels einer Schließstellungserfassungsvorrichtung des Heizkörperventils bei Schließstellung der Steuerausgang des Steuergerätes deaktiviert werden.
Auch dadurch wird verhindert, dass der elektromechanische Aktur unnötig betätigt wird, wenn das Heizkörperventil aufgrund einer Übertemperatur geschlossen ist.
Die Heizkörpertemperaturerfassungsvorrichtung kann alternativ einen Positionsgeber zur Erfassung der Position des mit dem Aktur gekoppelten Dehnkörpers umfassen.
Bei dieser Ausführung wird der Fernfühler des thermomechanischen Stellglieds gleichzeitig als Temperatursensor genutzt, ohne dass eine weitere Signalleitung zwischen dem Heizkörper und dem Ventilbetätigungsgerät benötigt wird. Als temperaturabhängige Messgröße wird die Position des mit dem Aktur gekoppelten Dehnkörpers ausgewertet.
Vorzugsweise ist der Aktor als batteriebetriebener Getriebemotor ausgebildet.
Bei dieser Lösung ist keine Netzstromversorgung nötig. Durch die vorgenannten erfindungsgemäßen Maßnahmen wird der Energieverbrauch so stark reduziert, dass beim derzeitigen Stand der Batterietechnik bereits eine Lebensdauer von mehreren Jahren zu erwarten ist.
Weiterhin kann das Steuergerät mit dem thermomechanischen Stellglied und dem Aktor in einem am Heizkörperventil angebrachten Ventilbetätigungsgerät und angeordnet sein, der Sollwertgeber, der Raumtemperaturfühler und der optionale Differenzwertgeber in einem von Ventilbetätigungsgerät abgesetzten Bediengerät angeordnet sein und dass das Ventilbetätigungsgerät und das Bediengerät jeweils ein Funkmodul umfassen, über die Steuersignale zwischen dem Sollwertgeber und dem Raumtemperaturfühler oder dem optionalen Differenzwertgeber einerseits und dem Steuergerät andererseits übertragen werden.
Dadurch ist es möglich, die erfindungsgemäße Temperaturregelanordnung ohne Verbindungskabel zu installieren und mehrere Jahre wartungsfrei zu betreiben.
Ergänzend kann zwischen dem Dehnkörper und einem Anschlag eine Sicherheitsfeder angeordnet sein.
Diese Sicherheitsfeder sorgt dafür, dass bei einer Übertemperatur am Fernfühler der Dehnkörper sich weiter ausdehnen kann ohne dass Schäden am Dehnkörper auftreten können.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist.
Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer Temperaturregelanordnung mit einem Vetilbetätigungsgerät im Teilschnitt.
An einem durch eine Feder vorgespannten Heizkörperventil 16 eines Heizkörpers 14 ist ein Vetilbetätigungsgerät 10 befestigt. Das Vetilbetätigungsgerät 10 umfasst ein thermomechanisches Stellglied 20, einen elektromechanischen Aktor 22, ein Steuergerät 24, ein Funkmodul 26 und eine Batterie 28. Ein abgesetztes Bediengerät 12 umfasst einen Sollwertgeber 42, einen Raumtemperaturfühler 44, einen Differenzwertgeber 46 und ein Funkmodul 48.
Das thermomechanische Stellglied 20 besteht aus einem mit einem flüssigen oder gasförmigen Medium gefüllten Dehnkörper 30 und einem mit dem Dehnkörper 30 über ein Kapillarrohr 34 verbundenen Fernfühler 32. Der Fernfühler 32 ist auf der Heizfläche des Heizkörpers 14 angeordnet und thermisch mit dieser gekoppelt. Zwischen dem Dehnkörper 30 und einem Ventilbetätigungsstift 18 ist der elektromechanische Aktor 22 angeordnet, dessen Steuereingang mit dem Steuerausgang des Steuergerätes 24 verbunden ist. Der Aktor 22 besteht aus einer seriell zum Dehnkörper 30 geschalteten Gewindespindel 36 in einer Gewindehülse, einem Getriebe 38 und einem Motor 40.
Ein Steuereingang des Steuergerätes 24 ist über das Funkmodul 26 des Vetilbetätigungsgeräts 10 drahtlos mit dem Funkmodul 48 des Bediengeräts 12 gekoppelt. Im Bediengerät 12 sind Signalausgänge des Sollwertgebers 42 und des Raumtemperaturfühlers 44 mit Signaleingängen des Differenzwertgebers 46 verbunden, während ein Steuerausgang des Differenzwertgebers 46 mit dem Funkmodul 48 des Bediengeräts 12 verbunden ist. Dif ferenzwerte zwischen dem Sollwertgeber 42 und dem Raumtemperaturfühler 44 werden so zum Steuereingang des Steuergeräts 24 übertragen.
Zusätzlich ist noch eine Heizkörpertemperaturerfassungsvorrichtung mit einem weiteren Steuereingang des Steuergerätes 24 verbunden. Für die Heizkörpertemperaturerfassungsvorrichtung sind zwei alternative Ausführungen dargestellt.
Bei einer ersten Alternative ist ein Fernfühler 32 oder ein thermisch mit der Heizfläche des Heizkörpers 14 gekoppelter Heizkörperfühler 50 vorhanden.
Bei einer zweiten Alternative besteht die Heizkörpertemperaturerfassungsvorrichtung aus einem Positionsgeber 52 zur Erfassung der Position des mit dem Aktor 22 gekoppelten Dehnkörpers 30. Der Positionsgeber 52 kann auch Teil einer Schließstellungserfassungsvorrichtung des Heizkörperventils 16 sein, mittels der bei Schließstellung der Steuerausgang des Steuergerätes 24 deaktiviert wird.
Auch dadurch wird verhindert, dass der elektromechanische Aktur unnötig betätigt wird, wenn das Heizkörperventil aufgrund einer Übertemperatur geschlossen ist.
Die Temperaturregelanordnung arbeitet wie folgt: Zunächst wird mit dem Sollwertgeber 42 am Bediengerät 12 die gewünschte Raumtemperatur eingestellt. Die aktuelle Raumtemperatur wird von Raumtemperaturfühler 44 erfasst. Besteht eine Differenz zwischen der gewünschten und der aktuellen Raumtemperatur, übermittelt der Differenzwertgeber 46 ein Steuersignal an das Steuergerät 24 und zwar durch drahtlose Kommunikation über die Funkmodule 48, 26.
Abhängig von Steuer- und Regelparametern des Steuergeräts 24 wird der elektromechanischen Aktur 22 veranlasst, eine Voreinstellung am Ventilbetätigungsstift 18 des Heizkörperventils 16 vorzunehmen, die der zur Erreichung der gewünschten Raumtemperatur erforderlichen Heizenergie entspricht. Je nach Änderungsrichtung dieser Voreinstellung wird über den Ventilbetätigungsstift 18 das Heizkörperventil 16 weiter geöffnet oder weiter geschlossen, wodurch ein Heizwasserstrom von einem Vorlauf VL zu einem Rücklauf RL verändert wird.
Da die vom Heizkörper 14 gelieferte Heizenergie außer von der Voreinstellung des Ventilbetätigungsstifts 18 auch von der Vorlauftemperatur, dem Vorlaufdruck und der Ventilcharakteristik abhängig ist, ist eine permanente Regelung der Ventilöffnung erforderlich, die eine Hilfsenergie erfordert. Für die permanente Regelung der Ventilöffnung wird nicht der Aktor 22 betätigt, sondern ein gesonderter Antrieb genutzt und damit die Batterie 28, die den Aktor 22 speist entlastet.
Der gesonderte Antrieb wird durch den Dehnkörper 30 des thermomechanischen Stellglieds 20 gebildet der über das Kapillarrohr 34 mit dem am Heizkörper 14 angebrachten Fernfühler 32 verbundenen ist. Dadurch ist der Fernfühler 32 als von der Batterie 28 unabhängige Stellenergiequelle ausgebildet, die ihre Primärenergie durch thermische Kopplung mit der Heizfläche des Heizkörpers 32 unmittelbar aus dem Heizkörper 32 bezieht und über das Medium auf den Dehnkörper 30 überträgt. Somit wird die zur permanenten Regelung der Ventilöffnung erforderliche Hilfsenergie direkt aus der Heizenergie entnommen.
Durch die thermische Kopplung des Fernfühlers 32 mit der Heizfläche des Heizkörpers 14 wird eine sehr schnelle Regelung erzielt.
Eine weitere Entlastung der Batterie 28 kann erzielt werden, wenn unnötige Betätigungen des Aktors 22 vermieden werden. So kann bei Unterschreitung einer von der Heizkörpertemperaturerfassungsvorrichtung erfassten Mindesttemperatur des Heizkörpers 14 der Steuerausgang des Steuergerätes 24 deaktiviert werden, da in diesem Fall ohnehin nicht die eingestellte Raumtemperatur erreicht werden kann.
Außerdem ist zwischen dem Dehnkörper 30 und einem Anschlag eine Sicherheitsfeder 54 angeordnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19754837 A1 [0002]

Claims

Temperaturregelanordnung für einen Heizkörper (14) mit a) einem an einem Heizkörperventil (16) angeordneten thermomechanischen Stellglied (20), das einen mit einem flüssigen oder gasförmigen Medium gefüllten und mit einem Ventilbetätigungsstift (18) gekoppelten Dehnkörper (30) umfasst, b) einem mit dem Dehnkörper (30) über ein Kapillarrohr (34) verbundenen Fernfühler (32), c) einem seriell zum Betätigungsweg des Dehnkörpers (30) geschalteten elektromechanischen Aktor (22), dessen Steuereingang mit dem Steuerausgang eines Steuergerätes (24) verbunden ist und d) einer mit dem Steuereingang des Steuergerätes (24) gekoppelten abgesetzten Eingabevorrichtung (12), dadurch gekennzeichnet, dass e) der Fernfühler (32) als Stellenergiequelle ausgebildet ist, die ihre Primärenergie durch thermische Kopplung mit der Heizfläche des Heizkörpers (14) unmittelbar aus dem Heizkör per (14) bezieht und über das Medium auf das Stellglied (20) überträgt und f) die Eingabevorrichtung (12) einen Sollwertgeber (42) und einen Raumtemperaturfühler (44) umfasst.
Temperaturregelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwertgeber (42) mit einem ersten Steuereingang des Steuergerätes (24) und der Raumtemperaturfühler (44) mit einem zweiten Steuereingang des Steuergerätes (24) verbunden sind.
Temperaturregelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwertgeber (42) mit einem ersten Steuereingang und der Raumtemperaturfühler (44) mit einem zweiten Steuereingang eines Differenzwertgebers (46) verbunden sind und ein Steuerausgang des Differenzwertgebers (46) mit einem Steuereingang des Steuergerätes (24) verbunden ist.
Temperaturregelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizkörpertemperaturerfassungsvorrichtung mit einem weiteren Steuereingang des Steuergerätes (24) verbunden ist.
Temperaturregelanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizkörpertemperaturerfassungsvorrichtung einen Fernfühler (32) oder einen thermisch mit der Heizfläche des Heizkörpers (14) gekoppelter Heizkörperfühler (50) umfasst.
Temperaturregelanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreitung einer von der Heizkörpertemperaturerfassungsvorrichtung erfassten Mindesttemperatur des Heizkörpers (14) der Steuerausgang des Steuergerätes (24) deaktivierbar ist.
Temperaturregelanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Schließstellungserfassungsvorrichtung (56) des Heizkörperventils (16) bei Schließstellung der Steuerausgang des Steuergerätes (24) deaktivierbar ist.
Temperaturregelanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizkörpertemperaturerfassungsvorrichtung einen Positionsgeber (52) zur Erfassung der Position des mit dem Aktor (22) gekoppelten Dehnkörpers (30) umfasst.
Temperaturregelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (22) als batteriebetriebener Motor (40) mit einem Getriebe (38) ausgebildet ist.
Temperaturregelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (24) mit dem thermomechanischen Stellglied (20) und dem Aktor (22) in einem am Heizkörperventil (16) angebrachten Ventilbetätigungsgerät (10) angeordnet sind, dass der Sollwertgeber (42), der Raumtemperaturfühler (44) und der optionale Differenzwertgeber (46) in einem vom Ventilbetätigungsgerät (10) abgesetzten Bediengerät (12) angeordnet sind und dass das Ventilbetätigungsgerät (10) und das Bediengerät (12) jeweils ein Funkmodul (26; 48) umfassen, über die Steuersignale zwischen dem Sollwertgeber (42) und dem Raumtemperaturfühler (44) oder dem optionalen Differenzwertgeber (46) einerseits und dem Steuergerät (24) andererseits übertragen werden.
Temperaturregelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Dehnkörper (30) und einem Anschlag eine Sicherheitsfeder (54) angeordnet ist.