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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Regler zur Steuerung eines Heiz- oder Kühlmediums mit einem Zugmittelgetriebe, dass eine rotatorische Kopplung zwischen einem Antrieb und einem Stellelement zum Öffnen und Schließen eines Ventils, z. B. eines Heizkörperventils herstellt. Ein Regler zur Steuerung eines Heiz- oder Kühlmediums wird vielfach eingesetzt, um die Temperatur eines Heizkörpers automatisch zu regulieren. Darüber hinaus kann ein solcher Regler in analoger Weise in Verbindung mit einem Kühlaggregat verwendet werden.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Regler zur Steuerung eines Heiz- oder Kühlmediums bekannt, bei denen die translatorische Bewegung eines Thermostats auf ein Ventil übertragen wird. Die Patentschrift
EP 0 923 013 B1 „Thermostat head for a valve” (Danfoss A/S, Nordborg, DK) beschreibt beispielsweise einen solchen Regler zur Steuerung eines Heiz- oder Kühlmediums. Hierbei befindet sich ein Stellelement zwischen einem Bimetallelement und dem Ventil. Das Stellelement überlagert bei Bedarf die Bewegungen des Bimetallelements, so dass mittels eines auf das Stellelement wirkenden elektrischen Antriebs die Raumtemperatur geregelt werden kann.
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Weiterhin sind aus dem Stand der Technik Regler zur Steuerung eines Heiz- oder Kühlmediums bekannt, die statt eines mechanischen Thermostats einen elektrischen Temperaturfühler aufweisen. Das Ausgangssignal des Temperaturfühlers steuert in Abhängigkeit der gewünschten Raumtemperatur einen Elektromotor, der über ein Zahnradgetriebe auf ein Stellelement wirkt. Das Stellelement ist mit dem Ventil gekoppelt. Es wandelt die rotatorische Bewegung der Abtriebswelle des Getriebes in eine translatorische Bewegung zum öffnen bzw. schließen des Ventils um. Regler zur Steuerung eines Heiz- oder Kühlmediums mit einem Zahnradgetriebe werden etwa in den Druckschriften
DE 197 06 736 C1 „Betätigungsvorrichtung für ein Heizkörperventil” (Honeywell AG, Offenbach, DE),
DE 3642113 A1 „Betätigungsvorrichtung für ein Heizkörperventil” (Centra-Bürkle GmbH, Schönaich, DE),
DE 35 15 590 A1 „Regelventil” (Schrack Elektronik-AG, Wien, AT),
DE 34 01 154 A1 „Regelventil für Heizkörper” (Schrack Elektronik-AG, Wien, AT),
DE 31 34 183 A1 „Vorrichtung zur Temperatursteuerung eines Heizkörpers” (Kersten, Peter, München, DE) und
DE 29 26 723 A1 „Automatische Heizkörperventilsteuerung” (Kümmel, Karl-Wilhelm, Lauterbach, DE) beschrieben.
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Problematisch beim Einsatz von Zahnradgetrieben in Reglern zur Steuerung eines Heiz- oder Kühlmediums ist die Geräuschentwicklung durch die gegeneinander abrollenden Zahnflanken.
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Darüber hinaus sind Zahnradgetriebe sensibel gegenüber Maßabweichungen, beispielsweise verursacht durch Fertigungstoleranzen und Verschleiß. Infolge von Maßabweichungen zwischen ineinandergreifenden Zahnflankenpaaren nehmen die Geräuschemissionen weiter zu. Bei zu großen Maßabweichungen kommt es zum Versagen des Getriebes.
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Aufgabe
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen geräuscharmen und kostengünstig herzustellenden Regler zur Steuerung eines Heiz- oder Kühlmediums mit einer hohen Lebensdauer anzugeben.
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Lösung
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Diese Aufgabe wird durch die Erfindung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht. Die Erfindung umfasst auch alle sinnvollen und insbesondere alle erwähnten Kombinationen von unabhängigen und/oder abhängigen Ansprüchen.
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Der beanspruchten Erfindung liegt die Idee zu Grunde, zur Untersetzung des rotatorischen Antriebs eines Reglers zur Steuerung eines Heiz- oder Kühlmediums, insbesondere eines Heizkörperreglers, mindestens ein Zugmittelgetriebe zu verwenden.
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Zugmittelgetriebe dienen der Wandlung von Drehzahlen und Drehmomenten zwischen einer Antriebswelle und mindestens einer zu der Antriebswelle nicht-koaxialen Abtriebswelle. Als Zugmittel finden üblicherweise endlose Flachriemen, Keilriemen, Synchronriemen oder Ketten Verwendung, welche ein auf der Antriebswelle fixiertes Antriebsrad und ein auf der Abtriebswelle fixiertes Abtriebsrad umschlingen und dabei Umfangsgeschwindigkeiten und Umfangskräfte übertragen.
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Die Antriebswelle des mindestens einen erfindungsgemäß verwendeten Zugmittelgetriebes wird durch den rotatorischen Antrieb des Reglers zur Steuerung eines Heiz- oder Kühlmediums angetrieben. Die Abtriebswelle des mindestens einen Zugmittelgetriebes betätigt erfindungsgemäß ein Stellelement zum Öffnen und Schließen eines Ventils, z. B. eines Heizkörperventils in einem Heizkörperregler.
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Somit verläuft ein Kraftfluss von dem rotatorischen Antrieb über die Antriebswelle, von dort über das Antriebsrad des mindestens einen Zugmittelgetriebes, von dort über das Zugmittel des mindestens einen Zugmittelgetriebes, von dort über das Abtriebsrad des mindestens einen Zugmittelgetriebes, und von dort über die Abtriebswelle zu dem Stellelement. Das Stellelement ist vorzugsweise so ausgebildet, dass es die rotatorische Bewegung der Abtriebswelle in eine translatorische Bewegung eines Stifts wandelt, der auf das Ventil wirkt. Infolgedessen führt eine Drehung des rotatorischen Antriebs in Abhängigkeit von der Drehrichtung zum Öffnen oder Schließen des Ventils.
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Da das Zugmittel mehr oder weniger flexibel ist, wird eine gewisse Entkopplung des rotatorischen Antriebs von den übrigen Komponenten des Antriebsstrangs, d. h. von den Komponenten des Reglers zur Steuerung eines Heiz- oder Kühlmediums, die sich im Kraftfluss befinden, erreicht. Dies führt zu einer Geräuschdämmung. Darüber hinaus vermag das Zugmittel aufgrund seiner Flexibilität, sowohl Form- als auch Lagetoleranzen der Komponente des Antriebsstrangs auszugleichen. Insbesondere gilt das für Toleranzen, die infolge von Bauteilverschleiß auftreten, und für Fertigungstoleranzen. Die Verwendung eines Zugmittelgetriebes kann somit die Lebensdauer des Reglers zur Steuerung eines Heiz- oder Kühlmediums erhöhen. Da in der Herstellung gröber toleriert werden kann, sinken zudem die Fertigungskosten.
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In einer bevorzugten Ausführungsform verläuft die Drehachse der Antriebswelle parallel zu der Drehachse der Abtriebswelle. Dies ermöglicht einen einfachen Aufbau des Zugmittelgetriebes und eine sichere Führung des Zugmittels.
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Um dabei den etwa im Umfeld eines Heizkörperflansches zur Verfügung stehenden Bauraum möglichst optimal zu nutzen, befinden sich das der rotatorische Antrieb und das Stellelement bevorzugt auf der gleichen Seite einer Ebene, die senkrecht zu den Drehachsen der Antriebswelle und der Abtriebswelle verläuft und das Antriebsrad sowie das Abtriebsrad schneidet.
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In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform verläuft die Drehachse der Antriebswelle antiparallel zu der Drehachse der Abtriebswelle verläuft. Hierdurch lassen sich der rotatorische Antrieb, das Zugmittelgetriebe und das Stellelement so zueinander anordnen, dass eine kompakte Bauform des Reglers zur Steuerung eines Heiz- oder Kühlmediums resultiert.
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Um zu verhindern, dass das Zugmittel von dem Antriebsrad oder dem Abtriebsrad abgleitet, kann dass das Zugmittel über mindestens eine Umlenkrolle geführt werden. Vorzugsweise wird das Zugmittel über zwei Umlenkrollen geführt.
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Vorzugsweise schneidet dabei die Drehachse der Antriebswelle die Drehachse der Abtriebswelle. Der Schnittpunkt teilt die Drehachsen jeweils in zwei Achsenabschnitte, d. h. Halbgerade, die durch den Schnittpunkt begrenzt werden. Bevorzugt verlaufen die beiden Drehachsen senkrecht zueinander. Alternativ, stehen die Achsenabschnitte, die durch das An- oder das Abtriebsrad verlaufen in einem spitzen Winkel, d. h. in einem Winkel von weniger als 90° zueinander.
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Um Schlupf im Antriebsstrang des Reglers zur Steuerung eines Heiz- oder Kühlmediums zu verhindern, kann das Zugmittel formschlüssig über das Antriebsrad und das Abtriebsrad geführt werden, so dass zwischen dem Antriebsrad und dem Zugmittel sowie zwischen dem Zugmittel und dem Abtriebsrad ein Formschluss besteht. Hierdurch wird das Zugmittel jeweils in Umfangrichtung auf dem Antriebsrad und auf dem Abtriebsrad formschlüssig fixiert. In einer entsprechenden Ausführungsform wird ein Zahnriemenantrieb als Zugmittelgetriebe mit einem Zahnriemen bzw. Synchronriemen als Zugmittel verwendet. Alternativ ist das Zugmittelgetriebe als Kettengetriebe und das Zugmittel als Kette ausgebildet.
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Weiterhin kann das Zugmittel kraftschlüssig über das Antriebsrad und das Abtriebsrad geführt, so dass zwischen dem Antriebsrad und dem Zugmittel sowie zwischen dem Zugmittel und dem Abtriebsrad ein Kraftschluss besteht. Hierdurch wird das Zugmittel jeweils in Umfangrichtung auf dem Antriebsrad und auf dem Abtriebsrad formschlüssig fixiert. Ausführungsbeispiele für kraftschlüssige Zugmittelgetriebe sind Flachriemengetriebe mit einem Flachriemen als Zugmittel, Keilriemengetriebe mit einem Keilriemen als Zugmittel und Rundriemengetriebe mit einem Rundriemen als Zugmittel. Um die Herstellungskosten zu minimieren, werden bevorzugt Rundriemengetriebe verwendet. Diese ermöglichen auch die Verwendung handelsüblicher O-Ringe als Zugmittel.
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Das Verhältnis der Geschwindigkeiten (Winkel- bzw. Umfangsgeschwindigkeiten) der Drehungen von Antriebsrad und Abtriebsrad ist ebenso wie das Verhältnis der auf die Antriebswelle und die Abtriebswelle wirkenden Drehmomente abhängig von dem Verhältnis der Durchmesser von Antriebsrad und Abtriebsrad. Um die zum Betätigen des Stellelements mittels des rotatorischen Antriebs notwendige Untersetzung zu realisieren, ist Durchmesser des Antriebsrads vorzugsweise geringer als der Durchmesser des Abtriebsrads. Infolgedessen liegt an der Abtriebswelle ein größeres Drehmoment als an der Antriebswelle an, so dass auch vergleichsweise klein dimensionierte rotatorische Antriebe verwendet werden könne. Weiterhin ist die Geschwindigkeit des Abtriebsrades geringer als die Geschwindigkeit des Antriebsrades. Dies verbessert die Regelgüte. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Durchmesser des Antriebsrads von nicht mehr als der Hälfte, insbesondere von nicht mehr als einem Viertel, des Durchmessers des Abtriebsrads erwiesen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Zugmittelgetriebe das einzige in dem Regler zur Steuerung eines Heiz- oder Kühlmediums enthaltene Getriebe, d. h. der Regler zur Steuerung eines Heiz- oder Kühlmediums weist neben dem Zugmittelgetriebe keine weiteren Getriebestufen, insbesondere keine Zahnradgetriebe, auf. Dies bedeutet, dass eine Antriebswelle des rotatorischen Antriebs mit der Antriebswelle des Zugmittelgetriebes gekuppelt ist, und dass die Abtriebswelle des Zugmittelgetriebes mit einer Eingangswelle des Stellelements gekuppelt ist.
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Zwischengetriebe in Ergänzung zu dem Zugmittelgetriebe können aber verwendet werden, um beispielsweise eine günstige Einbaulage des Zugmittelgetriebes und/oder des rotatorischen Antriebs zu erreichen oder um den erforderlichen Durchmesser des Abtriebsrads zu verringern.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Möglichkeiten, die Aufgabe zu lösen, sind nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. So umfassen beispielsweise Bereichsangaben stets alle – nicht genannten – Zwischenwerte und alle denkbaren Teilintervalle.
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Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente. Im Einzelnen zeigt:
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1 einen Heizkörper mit einem Regler zur Steuerung eines Heiz- oder Kühlmediums;
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2 die Seitenansicht eines Reglers zur Steuerung eines Heiz- oder Kühlmediums mit einem Zugmittelgetriebe;
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3 die Frontalansicht eines Reglers zur Steuerung eines Heiz- oder Kühlmediums mit einem Zugmittelgetriebe;
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4 einen bauraumoptimierten Regler zur Steuerung eines Heiz- oder Kühlmediums mit einem Zugmittelgetriebe;
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5 eine ausschnittsweise Darstellung eines Regler zur Steuerung eines Heiz- oder Kühlmediumss mit einem Zugmittelgetriebe mit gegeneinander verkippten An- und Abtriebsrädern;
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6 den Verlauf der Drehachsen der An- und Abtriebswellen bei gegeneinander verkippten An- und Abtriebsrädern; und
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7 eine ausschnittsweise Darstellung eines Regler zur Steuerung eines Heiz- oder Kühlmediumss mit einem Zugmittelgetriebe mit gegeneinander verdrehten An- und Abtriebsrädern.
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1 zeigt einen Regler zur Steuerung eines Heiz- oder Kühlmediums 10 in montiertem Zustand, bspw. eines Heizkörperreglers. Der Regler zur Steuerung eines Heiz- oder Kühlmediums 10 lässt sich auf einem gewindeförmigen Flansch eines Ventils 34 anbringen. Das Ventil 34 kann mittels eines vorstehenden, translatorisch verschiebbaren Druckstifts betätigt werden.
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Die in 2 gezeigte Seitenansicht und die in 3 gezeigte Frontalansicht lassen den internen Aufbau des Reglers zur Steuerung eines Heiz- oder Kühlmediums 10 erkennen. Ein rotatorischer Antrieb 12, vorzugsweise ein Elektromotor, der durch Batterien oder Akkus gespeist wird, ist mit der Antriebswelle 14 des Zugmittelgetriebes 26 gekuppelt, treibt diese also an. Die Antriebswelle 14 rotiert um die Drehachse 36. Da das Antriebsrad 28 des Zugmittelgetriebes 26 auf der Antriebswelle 14 fixiert ist, rotiert mit der Antriebswelle 14 auch das Antriebsrad 28 um die Drehachse 36.
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Das Zugmittel 32 des Zugmittelgetriebes 26 ist um das Antriebsrad 28 und das Abtriebsrad 30 des Zugmittelgetriebes 26 geschlungen. Infolgedessen führt eine Drehung des Antriebsrads 28 zu einer Drehung des Abtriebsrads 30. Das Abtriebsrad 30 ist auf der Abtriebswelle 22 des Zugmittelgetriebes 26 fixiert. Somit rotiert das Abtriebsrad 30 zusammen mit der Abtriebswelle 22 um die Drehachse 38 der Abtriebswelle 22.
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Die Abtriebswelle 22 betätigt ein Stellelement 20. Dieses wandelt die rotatorische Bewegung der Abtriebswelle 22 in eine translatorische Bewegung um. Hierzu ist das Stellelement 20 beispielsweise schraubenförmig ausgestaltet. Ein entsprechendes Gewinde im Gehäuse des Reglers zur Steuerung eines Heiz- oder Kühlmediums 10 führt das Stellelement 20 translatorisch in Richtung des Druckstifts zur Betätigung des Ventils 34.
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Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel befinden sich der rotatorische Antrieb 12 und das Stellelement 20 auf unterschiedlichen Seiten einer Ebene 44, die senkrecht zu der Drehachse 36 der Antriebswelle 14 sowie zu der Drehachse 38 der Abtriebswelle 22 verläuft und dabei das Antriebsrad 28 und das Abtriebsrad 30 schneidet. Hierbei bleibt jedoch Bauraum zwischen dem Regler zur Steuerung eines Heiz- oder Kühlmediums 10 und dem Heizkörper 24 ungenutzt. Daher kann der rotatorische Antrieb 12 gemäß den Darstellungen in 2 und 4 stattdessen so angeordnet werden, dass er sich auf der gleichen Seite der genannten Ebene 44 befindet wie das Stellelement 20.
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Bei den in 2, 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen verläuft die die Drehachse 36 der Antriebswelle 22 parallel zu der Drehachse 38 der Abtriebswelle 22. Möglich ist drüber hinaus eine antiparallele, d. h. verkippte oder verdrehte Anordnung der beiden Drehachsen. So zeigt 5 ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Drehachse 36 der Antriebswelle 22 um 90° gegenüber der Drehachse 38 der Abtriebswelle 22 verkippt ist. Das Zugmittel 32 des Zugmittelgetriebes 26 wird über mindestens eine Umlenkrolle 40 geführt, um zu verhindern, dass das Zugmittel 32 von dem Antriebsrad 28 oder dem Abtriebsrad 30 abgleitet.
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Ist die Drehachse 36 der Antriebswelle 22 zu der Drehachse 38 der Abtriebswelle 22 verkippt, schneiden sich beide Achsen in einem Schnittpunkt 46. Dieser unterteilt die Drehachse 36 der Antriebswelle 22 und Drehachse 38 der Abtriebswelle 22 jeweils in zwei Achsenabschnitte. Stehen die beiden Drehachsen, wie in 6 gezeigt, nicht senkrecht aufeinander, so müssen das Antriebsrad 28 mit der Antriebswelle 14 und das Abtriebsrad 30 mit der Abtriebswelle 22 so angeordnet sein, dass der Winkel 42 zwischen dem Achsenabschnitt der Drehachse 36 der Antriebswelle 14, der durch das Antriebsrad 28 verläuft, und dem Achsenabschnitt der Drehachse 38 der Abtriebswelle 22, der durch das Abtriebsrad 30 verläuft, weniger als 90° beträgt. Mit kleinerem Winkel 42 – vorzugsweise beträgt der Winkel 42 nicht mehr als 45°, insbesondere nicht mehr als 25° – verringert sich die Gefahr, dass das Zugmittel 32 von dem Antriebsrad 28 oder dem Abtriebsrad 30 abgleitet. Dies erlaubt einen Verzicht auf die mindestens eine Umlenkrolle 40.
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7. zeigt eine Drehachse 36 der Antriebswelle 14, die um einen Winkel von 90° gegenüber einer Parallelen zu der Drehachse 38 der Abtriebswelle verdreht ist. Auch hier kann durch Führung des Zugmittels 32 über mindestens eine Umlenkrolle 40 verhindert werden, dass das Zugmittel 32 von dem Antriebsrad 28 oder dem Abtriebsrad 30 abgleitet. Mit kleinerem Winkel – vorzugsweise beträgt der genannte Winkel nicht mehr als 45°, insbesondere nicht mehr als 25° – verringert sich die Gefahr, dass das Zugmittel 32 von dem Antriebsrad 28 oder dem Abtriebsrad 30 abgleitet. Dies erlaubt auch hier einen Verzicht auf die mindestens eine Umlenkrolle 40.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Regler zur Steuerung eines Heiz- oder Kühlmediums
- 12
- rotatorischer Antrieb
- 14
- Antriebswelle
- 20
- Stellelement
- 22
- Abtriebswelle
- 24
- Heizkörper
- 26
- Zugmittelgetriebe
- 28
- Antriebsrad
- 30
- Abtriebsrad
- 32
- Zugmittel
- 34
- Ventil
- 36
- Drehachse der Antriebswelle
- 38
- Drehachse der Abtriebswelle
- 40
- Umlenkrolle
- 42
- Winkel
- 44
- Ebene
- 46
- Schnittpunkt
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zitierte Literatur
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zitierte Patentliteratur
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- EP 0 923 013 B1 „Thermostat head for a valve” (Danfoss A/S, Nordborg, DK)
- DE 197 06 736 C1 „Betätigungsvorrichtung für ein Heizkörperventil” (Honeywell AG, Offenbach, DE)
- DE 3642113 A1 „Betätigungsvorrichtung für ein Heizkörperventil” (Centra-Bürkle GmbH, Schönaich, DE)
- DE 35 15 590 A1 „Regelventil” (Schrack Elektronik-AG, Wien, AT)
- DE 34 01 154 A1 „Regelventil für Heizkörper” (Schrack Elektronik-AG, Wien, AT)
- DE 31 34 183 A1 „Vorrichtung zur Temperatursteuerung eines Heizkörpers” (Kersten, Peter, München, DE)
- DE 29 26 723 A1 „Automatische Heizkörperventilsteuerung” (Kümmel, Karl-Wilhelm, Lauterbach, DE)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0923013 B1 [0002]
- DE 19706736 C1 [0003]
- DE 3642113 A1 [0003]
- DE 3515590 A1 [0003]
- AT 3401154 A1 [0003]
- AT 3134183 A1 [0003]
- DE 2926723 A1 [0003]
