DE1935187B2

DE1935187B2 - Regelvorrichtung für Heizungsanlagen o.dgl

Info

Publication number: DE1935187B2
Application number: DE1935187A
Authority: DE
Inventors: Udo 7036 Schoenaich Andreas
Original assignee: Centra-Buerkle & Co 7036 Schoenaich GmbH
Current assignee: Centra-Buerkle & Co 7036 Schoenaich GmbH
Priority date: 1969-07-11
Filing date: 1969-07-11
Publication date: 1979-07-12
Also published as: BE753164A; DE1935187A1; AT298740B; FR2055073A5; NL7010235A; CH513465A; GB1275707A

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung gemilß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine bekannte Regelvorrichtung dieser Art (US-PS 33 507) weist ein thermohydraulisches Ventil auf, in dessen das Ausdehnungsfluidum enthaltenden Raum ein elektrisches Heizelement angeordnet ist, das durch einen Raumthermostaten ein- und ausschaltbar ist. In der elektrischen Zuleitung zu diesem Heizelement ist ein temperaturempfindlicher Fühler in Form eines Bimetallschalters angeordnet, welcher die Temperatur des Heizelementes fühlt und dessen elektrische Verbindung mit dem Thermostaten immer dann unterbricht, wenn das Heizelement eine vorbestimmte maximale Temperatur erreicht hat, die aus Sicherheitsgründen nicht überschritten werden darf. Dieser Bimetallschalter dient also als Temperaturbegrenzer für das elektrische Heizelement und wirkt zu diesem Zweck auf den Ausgang des als Regler dienenden Raumthermostaten durch Unterbrechung der genannten elektrischen Verbindung ein. Dieser Bimetallschalter wirkt jedoch nicht auf den normalen Regelvorgang ein, der bei Temperaturen des Heizelementes unterhalb der Ansprechtemperatur des Bimetaiischaiters stattfindet.

bewirkt also keine Stellungsrückführung des Ventils zum Regler.

Es ist auch bekannt das Rsgelverhalten von Regelvorrichtungen für Heizungsanlagen oder dergl. dadurch zu verbessern, indem man dem Regler eine Rückführgröße aufschaltet die ein Maß für die jeweilige Ventilstellung ist Es ist bekannt diese Stellungsrückführung des Ventils mittels eines mit seinem beweglichen Ventilglied gekoppelten Potentiometers zu erzeugen.

Diese Stellungsrückführung ist jedoch baulich aufwendig, teuer und störanfällig. Es ist auch ein thermohydraulisches Ventil bekannt (US-PS 3194 010), dessen Ausdehnungsfluidum mittels eines Peltier-Elementes gekühlt wird, welches über einen Verstärker gespeist wird, dem ein durch die Summe eines elektrischen Steuersignales und eines elektrischen Rückführsignales gebildetes Eingangssignal aufgedrückt wird. Das Rückführsignal wird mittels eines Differentialtransformators, dessen beweglicher Kern starr mit der Kolbenstange

jo des Ventiles verbunden ist und eines diesem Differentialtransformator nachgeschalteten Demodulators erzeugt Der apparative Aufwand für diese Stellungsrückführung ist sehr hoch.

Es ist ferner eine stufenlos einstellbare thermische Rückführung für elektrische Regler bekanm (DE-AS 12 61 584), bei der für jede Laufrichtung des an den Reglerausgarg angeschlossenen Stellgliedes ein eigenes Rückführorgan in der Meßschaltung des Reglers angeordnet ist Jedes dieser beiden Rückführorgane

so weist zwei Heizkörper unterschiedlicher Wärmekapazität auf. Auch diese Rückführung ist apparativ aufwendig. Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, bei einer Regelvorrichtung der eingangs genannten Art die Stellungsrückführung des Ventiles auf baulich äußerst

)-> einfache betriebssichere und kostengünstige Weise durchzuführen.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Regelvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, daß der temperaturempfindliche Fühler

4(i ein elektrisches Temperaturmeßglied ist, das in wärmeleitender Verbindung mit dem Ausdehnungsfluidum des Ventils angeordnet ist, so daß die von ihm gefühlte Temperatur ein Maß für die jeweilige Ventilstellung ist und daß die Ausgangsgröße dieses Temperaturmeßgliedes dem Meßzweig des Reglers direkt oder unter Zwischenschaltung eines Zeitgliedes als Rückführgröße aufgeschaltet ist.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme gelingt die das Regelverhalten des Reglers verbessernde Stellungsrückführung des Ventiles auf äußerst einfache, kostensparende und betriebssichere Weise.

Das Heizelement kann vorzugsweise ein elektrischer Heizwiderstand sein. Wenn ein Kühlelement vorgesehen ist, kann dieses zweckmäßig ein Peltier-Element sein.

Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung eignet sich insbesondere für die Zonenregelung, hat jedoch auch andere Anwendungsmöglichkeiten.

In den Unteranspüchen sind Weiterbildungen der

bo Erfindung beschrieben.

Mit besonderem Vorteil kann gemäß Anspruch 2 das elektrische Temperaturmeßglied als temperaturabhängiger Widerstand, vorzugsweise als Thermistor, ausgebildet sein. Ein solcher Widerstand unterliegt keinem

b¹) Verschleiß, da er mechanisch nicht beansprucht wird. Dabei reagiert er sehr rasch auf Temperaturänderungen und zeigt daher die jeweilige Ventilstellung recht genau an. Dieses TeiriperaiunTießg'ied kann ohne weiteres

auch im Inneren des Ausdehnungsfluidums von diesem ϊ hiidum vollständig umspült angeordnet werden, so daß es dessen Temperatur stets sehr genau fühlt

Der Regler kann übliche Ausbildungen haben und die Rückführung kann dem Regler in irgendeiner geeigneten Weise aufgeschaltet sein. Besonders geringer baulicher Aufwand läßt sich gemäß Anspruch 3 dadurch erreichen, daß das Temperaturmeßglied einem Zweig einer elektrischen Brücke aufgeschaltet ist, wobei der elektrischen Biticke auch ein als Raumtemperaturfühler ·ο dienender temperaturabhängiger Widerstand und ein Sollwerteinsteller zugeordnet sind.

Bevorzugt ist gemäß Anspruch 4 vorgesehen, daß die Rückführung eine proportionale (starre) Rückführung ist, die entsprechend dem Regler ein P-Verhalten aufdrückt Falls erwünscht, kann dem Regler durch ein Zeitglied auch ein /- und/oder D-Verhalten aufgedrückt werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt Es zeigt 21)

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Heizungsanlage mit einer Regelvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch ein thermohydraulisches Ventil in teilweise schematisierter Darstellung, wie es bei der Regelvorrichtung nach F i g. 1 vorgesehen ist,

F i g. 3 ein Blockschaltbild einer elektrischen Brücke der in F i g. 1 dargestellten Regelvorrichtung.

Das in F i g. 2 dargestellte thermohydraulische Ventil 10 hat ein Gehäuse 11 mit je einem Zu- und Abflußkanal 23 bzw. 24 sowie einen Ventilsitz 12 und ein bewegliches Ventilglied 13, das an einer Stange 14 befestigt und als Ventilkegel ausgebildet ist Die Stange 14 ist in einer öffnung 15 des Gehäuses 11 verschiebbar gerade geführt und mit einem Kolben 16 verbunden, der in dem Innenraum 17 ein^s Zylinders 18 axial verschiebbar abgedichtet geführt ist

Nach unten ist der Zylinder 18 durch ein Formstück 19 abgeschlossen, das von der Stange 14 durchdrungen wird und das den Zylinder 18 mit dem Gehäuse 11 verbindet. Zwischen dem Kolben 16 und dem Formstück 19 ist eine Druckfeder 22 angeordnet, die bestrebt ist, das Ventilglied 13 an seinen Ventilsitz 12 anzudrücken und damit das Ventil 10 zu schließen.

Der Raum zwischen der von der Stange 14 abgewendeten Seite des Kolbens 16 und der Decke des Zylinders 18 ist mit einer Ausdehnungsflüssigkeit 25 ausgefüllt, die sich bei Erwärmung stark ausdehnt. In ihr is? als Heizelement 26 ein elektrischer Widerstand angeordnet, dessen Anschlußleitungen 27 nach außen durch den Zylinder 18 hindurchgeführt sind. Dieser Widerstand erwärmt bei Zufuhr elektrischen Stromes die Ausdehnungsflüssigkeit 25, so daß der Kolben 16 gegen die Kraft der Feder 22 nach unten verschoben γ, wird und der Durchlaß zwischen dem Ventilsitz 12 und dem Ventilglied 13 geöffnet wird. Das Ventilgiied 13 ist so zwischen einer unteren maximalen Offenstellung und der oberen Geschlossenstellung stufenlos verstellbar, wobei es in Abhängigkeit seiner Stellung den Durchfluß bo von Heizmittel durch das Ventil stufenlos steuert.

In dem die Ausdehnungsflüssigkeit aufweisenden Raum des Zylinders 18 ist ein elektrisches Temperaturmeßglied 28 so angeordnet, daß es allseitig von der Ausdehnungsflüssigkeit umspült ist. Dieses Temperatur- ω meßglied 28 ist hier als Thermistor ausgebildet. Die beiden Anschlußleitungen 29 dieses Temperaturmeßg'iiedes 28 Sii'id ebenfalls aus ueiii ZyiiiiuenimcMiauin

abgedichtet nach außen hindurchgeführt Das Temperaturmeßglied 28 fühlt die jeweilige Temperatur der Ausdehnungsflüssigkeit und damit indirekt die Stellung des bewegfichen Ventilgliedes 13, da dessen Stellung unabhängig von der Temperatur der Ausdehnungsflüssigkeit ist Der momentane Widerstandswert des Temperaturmeßgliedes 28 dient der Stellungsrückführung des Ventils 10 zu einem Regler 36. Die Zeitverzögerung, mit der das Temperaturmeßglied 28 die jeweilige Temperatur der Ausdehnungsflüssigkeit 25 annimmt, ist sehr gering und kann bei Regelvorrichtungen dieser Art vernachlässigt werden.

F i g. 1 zeigt eine Regelvorrichtung zur Raumtemperaturregelung unter Verwendung eines thermohydraulisehen Ventils 10 nach F i g. 2. Es ist hier lediglich ein einziger Gebäuderaum 30 mit einem Wärmetauscher 31 dargestellt, doch versteht es sich, daß an die Vorlaufleitung 32 gegebenenfalls parallel und/oder in Reihe auch mehrere Wärmetauscher angeschlossen sein können, vorzugsweise die Wärmetauscher einer sogenannten Heizungszone, der eine Mehrzahl von Räumen des betreffenden Gebäudes zugeordnet sind, wobei diese Räume denselben äußeren Umweltbedingungen ausgesetzt sind. Einer solchen Wärmetausehergruppe ist eine einzige Vorlaufleitung 32 mit einem Ventil 10, einem Regler 36 und einem Raumtemperaturfühler zugeordnet wobei der Raumtemperaturfühler in einem der betreffenden Räume angeordnet ist In diesem Ausführungsbeispiel ist der Raumtemperaturfühler in einem Gehäuse 34 zusammen mit dem Sollwerteinsteller angeordnet

Die Rücklaufleitung der Heizungsanlage, welche zum Heizkessel zurückführt ist mit 33 bezeichnet

Der in Fig. 1 dargestellte Regler 36 weist eine elektrische Brücke 37 auf, die von irgendeiner geeigneten, bekannten Bauart sein kann, in die über die Kabel 29 und 35 auch der Raumtemperaturfühler 40 and das Temperaturmeßglied 28 des Ventils 10 gemäß F i g. 3 zwischengeschaltet ist. Auch der Sollwerteinsteller 41 ist Bestandteil dieser elektrischen Brücke.

In F i g. 3 ist eine für vorliegende Regelvorrichtung besonders vorteilhafte Ausführungsform der Brücke 37 der F i g. 1 dargestellt. Es handelt sich hier um eine elektrische Brücke mit einer Spannungsquelle 42, die beispielsweise eine Gleichstromspannungsquelle sein kann, welche drei parallel geschaltete Brückenwege 42a, 426 und 42c speist. Der Brückenweg 42a weist zwei in Reihe geschaltete Brückenzweige 45 und 46, der Brückenweg 42i> die in Reihe geschalteten Brückenzweige 43 und 44 und der Brückenweg 42c die in Reihe geschalteten Brückenzweige 51 und 52 auf. Die Brückenwege 42b und 42a bilden im Prinzip eine Wheatstone-Brücke, in deren Brückenzweigen 44 und 45 feste Widerstände 53, 54 angeordnet sind. In dem Brückenzweig 43 ist der Raumtemperaturfühler 40 und in dem Brückenzweig 46 das die Stellungsrückführung des Ventils 10 bewirkende Temperaturmeßglied 28 angeordnet. Durch diese Anordnung können der Raumtemperaturfühler, welcher ebenfalls zweckmäßig ein Thermistor ist, und das Temperaturmeßglied 28 gleichgerichtete oder sogar gleiche Temperaturkoeffiziente" aufweisen. Der zwischen den Brückenpunkten 55 und 56 auftretende Spannungsabfall wird mittels des Nullzweiges 47 dem Verstärker 38 aufgedrückt. Der Brückenweg 42c dient in Verbindung mit einem als Sollwerteinsteller dienenden Potentiometer 41, dessen verstellbarer Abgriff 50 über einen Widerstand 49 an ucFi DfüCKcnpürifCi J.3 ängcSCiuOSScfi i5t, iicF LLiriäiciiüng

des Raumtemperatur-Sollwertes, wie sich ohne weiteres aus der dargestellten Schaltung ergibt.

Der Ausgang des Verstärkers 38 wird gemäß F i g. 1 einer Schaltstufe (Trigger) 39 zu deren Betätigung aufgeschaltet.

Der Ausgang der Schaltstufe 39 wird dem Heizelement 26 aufgedrückt. Je nach Ausbildung der Schaltstufe 39 wird die dem Heizelement 26 aufgedrückte Spannung entweder stufenweise oder stetig verstellt. Im einfachsten Fall wird das Heizelement 26 lediglich abwechselnd ein- oder ausgeschaltet. Es kann jedoch auch eine stetige Verstellung der dem Heizelement 26 aufgedrückten Spannung in Abhängigkeit der Regelabweichung vorgesehen sein.

Infolge der vernachlässigbaren Zeitkonstanten der Rückführung ist der Widerstandswert des Temperaturmeßgliedes 28 praktisch starr rückgeführt, so daß dem Regler 36 hierdurch ein P-Verhalten erteilt wird. Es versteht sich, daß den Regler, falls erwünscht, auch ein /- und/oder D-Verhalten aufgedrückt werden kann, beispielsweise kann durch Differentiation des Rückführsignales ein /-Anteil erhalten werden und durch Überlagerung des P- und /-Anteiles eine nachgebende Rückführung mit P /-Verhalten des Reglers erhalten werden. Durch Integration des Rückführsignales kann ein D-Anteil erhalten werden usw.

Die dargestellte Regelvorrichtung arbeitet wie folgt:

Es sei angenommen, daß das Heizelement 26 mittels der Schaltstufe 39 abwechselnd voll ein- und ausgeschaltet werden kann.

Ferner sei angenommen, daß sich die in F i g. 3 dargestellte elektrische Brücke im Gleichgewicht befindet und der vom Raumtemperaturfühler 40 gemessene Istwert der Raumtemperatur dem mittels des Abgriffes 50 eingestellten Sollwert entspricht. Das Heizelement 26 sei abgeschaltet. Die Folge ist, daß sich die Ausdehnungsflüssigkeit 25 etwas abkühlt und damit das Ventilglied 13 in der Stellung nach F i g. 2 nach oben bewegt wird und so den Durchfluß für das Heizmittel geringfügig verkleinert. Die Abkühlung der Ausdehnungsflüssigkeit 25 wird durch das Temperaturmeßglied 28 erfaßt und in Form einer Widerstandsänderung in die elektrische Brücke eingegeben. Hierdurch tritt am Eingang des Verstärkers 38 eine Spannung auf, die nach Verstärkung durch den Verstärker 38 über die Schaltstufe 39 das Heizelement 26 wieder einschaltet. Hierdurch wird die Ausdehnungsflüssigkeit 25 erwärmt und das Ventilglied 13 nach unten bewegt und so der Durchfluß des Heizmittels wieder vergrößert. Das Ansteigen der Temperatur der Ausdehnungsflüssigkeit 25 wird ebenfalls wieder durch das Temperaturmeßglied 28 in die Brücke gemeldet, was ein Abschalten des Heizelementes 26 zur Folge hat Das Temperaturmeßglied 28 bewirkt also eine proportionale oder starre Rückführung der Temperatur der Ausdehnungsflüssigkeit und damit der Stellung des Ventilgliedes 13 auf den Eingang des Reglers 36, wodurch diesem Regler 36 ein P-Verhalten erteilt wird. Wie zu erkennen ist, pendelt

r> die Temperatur der Ausdehnungsflüssigkeit in engen Grenzen ständig auf und ab, da das Heizelement 26 abwechselnd ein- und ausgeschaltet wird. Wie eng diese Grenzen sind, ist von der Ansprechempfindlichkeit des Reglers 36 auf die Rückführung abhängig. Die Temperatur der Ausdehnungsflüssigkeit 25 ist hierbei im Mittel um so niedriger, je kleiner die zur Aufrechterhaltung des Sollwertes der Raumtemperatur benötigte zeitliche Menge an Heizmittel ist.

Wie aus F i g. 2 zu ersehen ist, sind das Heizelement

^ 26 und das Temperaturmeßglied 28 im Abstand voneinander angeordnet, so daß zwischen ihnen e:n durch die Ausdehnungsflüssigkeit ausgefüllter Bereich vorhanden ist und so eine direkte Beeinflussung des Temperaturmeßgliedes 28 durch das Heizelement 26 verhindert wird. Damit wird die Temperatur des Temperaturmeßgliedes 28 nur durch die Temperatur der Ausdehnungsflüssigkeit beeinflußt.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weisen das Temperaturmeßglied 28 und der Raumtemperaturfühler 40 gleichgerichtete Temperaturkoeffizienten auf, was besonders vorteilhaft ist Haben sie dagegen entgegengesetzt gerichtete Temperaturkoeffizienten, dann muß das Ventilglied mit zunehmender Erwärmung der Ausdehnungsflüssigkeit in Schließrichtung bewegt wer-

■Ό den, d.h. es muß dann in dem Raum oberhalb des Ventilsitzes 12, welcher umgekehrt angeordnet sein muß, angeordnet sein.

Das Ausdehnungsfluidum kann in manchen Fällen auch zumindest zum Teil ein Gas sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Regelvorrichtung für Heizungsanlagen oder dergleichen, insbesondere für die Zonenregelung, mit einem thermohydraulischen Ventil, das einen ein Ausdehnungsfluidum enthaltenden Raum aufweist, dessen Volumen, das von dem Volumen des Ausdehnungsfluidums abhängig ist, mittels eiaes Kolbens oder dergleichen die Stellung des den Durchfluß durch dieses Ventil steuernden beweglichen Ventilgliedes beeinflußt, und mit einem durch einen Regler betätigbaren Heiz- und/oder Kühleilement zum Beeinflussen der Temperatur des Ausdehnungsfluidums, und einem temperaturempfindlich en Fühler, der auf den Ausgang des Reglers wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der tenperaturempfindliche Fühler ein elektrisches Temperaturmeßglied (28) ist, das in wärmeleitender Verbindung mit dem Ausdehnungsfluidum (25) des Ventils (10) angeordnet ist, so daß die von ihm gefühlte Temperatur ein Maß für die jeweilige Ventilstellung ist und daß die Ausgangsgröße dieses Temperaturmeßgliedes (28) dem Meßzweig des Reglers (36) direkt oder unter Zwischenschaltung eines Zeitgliedes als Rückführgröße aufgeschaltet ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Temperaturmeßglied (28) als temperaturabhängiger Widerstand, vorzugsweise als Thermistor, ausgebildet ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperaturmeßglied (218) einem Zweig einer elektrischen Brücke (37) aufgeschaltet ist, wobei der elektrischen Brücke auch ein als Raumtemperaturfühler dienender temperaturabhängiger Widerstand und ein Sollwerteinsteller zugeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung eine proportionale (starre) Rückführung ist, die entsprechend dem Regler ein P-Verhalt.jn aufdrückt.