DE19748548A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verstellung des Stößels eines Ventils - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verstellung des Stößels eines Ventils, der durch eine Rückstellfeder beaufschlagt und in seiner Achsrichtung verstellbar ist, bei welchem auf das Ventil ein fest mit demselben verbindbares Gehäuse aufgesetzt wird, in dem ein mit einem Arbeitskolben ausgerüsteter, temperaturabhängiger Dehnkörper angebracht ist, der von einer Druckfeder mit gegenüber der Rückstellfeder des Ventils größerer Federkraft umgeben ist, und bei welchem am Dehnkörper ein mit einer Spannungsquelle verbindbarer elektrischer Heizwiderstand angebracht wird sowie auf eine entsprechende Vorrichtung (DE 31 40 472 C2).

Ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung wird beispielsweise in der Heizungs- und Lüftungstechnik eingesetzt. Es bzw. sie kann grundsätzlich überall dort verwendet werden, wo durch ein Ventil eine Verstellbewegung durchgeführt werden soll. Es können dadurch beispielsweise Klappen bewegt oder lichte Rohrquerschnitte verändert werden.

Bei dem Verfahren und der Vorrichtung nach der eingangs erwähnten DE 31 40 472 C2 wird der Stößel des Ventils durch elektrischen Strom bewegt. Die Vorrichtung ist dazu mit einem temperaturabhängigen Dehnkörper ausgerüstet, an dem ein elektrischer Heizwiderstand angebracht ist. Ein beispielsweise von einem Thermostat geliefertes Signal bewirkt, daß der Heizwiderstand eingeschaltet wird. Durch die dann erzeugte Wärme wird der Arbeitskolben des Dehnkörpers so verstellt, daß die Druckfeder zusammengedrückt wird. Der Stößel des in Ruhestellung geschlossenen Ventils wird dadurch entlastet und durch die Rückstellfeder in Richtung "Öffnung des Ventils" bewegt. Dieses bekannte Verfahren und die entsprechende Vorrichtung haben sich in der Praxis bewährt. Der Energieaufwand zur Beheizung des Dehnkörpers ist jedoch relativ hoch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs geschilderte Verfahren bzw. die entsprechende Vorrichtung so weiterzubilden, daß der Energieaufwand für ihren Betrieb vermindert werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß nach dem Anschließen des Heizwiderstandes an die Spannungsquelle die Stromzufuhr an denselben unterbrochen wird, sobald der Arbeitskolben des durch den Heizwiderstand erwärmten Dehnkörpers eine vorgegebene Hubbewegung mit einem Hub zurückgelegt hat, der kleiner als der maximal mögliche Hub desselben ist und dem Hub entspricht, den der Stößel des Ventils zwischen der Offenstellung und der Schließstellung desselben durchführt bzw. daß innerhalb des Gehäuses ein Schaltelement zur Begrenzung der Hubbewegung des Arbeitskolben des Dehnkörpers angebracht ist, welches nach dem Verbinden des Heizwiderstandes mit der Spannungsquelle die Stromzufuhr an denselben beim Erreichen einer einem vorgegebenen Hub entsprechenden Position des Arbeitskolbens abschaltet und beim Verlassen dieser Position wieder ein schaltet.

Dieses Verfahren ist einfach durchführbar. Die entsprechende Vorrichtung besteht aus nur wenigen Einzelteilen. Sie ist daher einfach aufgebaut und einfach zu montieren. Durch die Begrenzung des Hubes des vom Dehnkörper bewegten Arbeitskolbens kann der Energieaufwand für den Betrieb der Vorrichtung wesentlich verringert werden. Wenn der Arbeitskolben einen Weg zurückgelegt hat, bei dem das zu betätigende Ventil bereits voll geöffnet bzw. vollständig geschlossen ist, wird die Stromzufuhr an den Heizwiderstand unterbrochen. Es wird dann also keine Energie mehr zugeführt. Dabei wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß der maximal mögliche Hub des Arbeitskolbens bekannter Dehnkörper wesentlich größer als der Weg ist, den der Stößel eines Ventils zwischen seiner Schließstellung einerseits und seiner Offenstellung andererseits zurücklegt. Die Länge dieses Weges des Stößels ist bekannt. Sie wird für die Hubbegrenzung des Arbeitskolbens des jeweiligen Dehnkörpers vorgegeben.

Die begrenzte Stellung des Arbeitskolbens des Dehnkörpers wird bei diesem Verfahren mit entsprechender Vorrichtung sehr genau eingehalten. Wenn der Arbeitskolben infolge Abkühlung des Dehnkörpers entgegen der vorangehenden Hubbewegung zurückbewegt wird, dann wird der Heizwiderstand wieder eingeschaltet, und zwar so lange, bis der Arbeitskolben seine der Hubbegrenzung entsprechende Position wieder erreicht hat. Zur Einhaltung dieser Position wird der Heizwiderstand also im Wechsel von der Spannungsquelle getrennt und wieder mit derselben verbunden.

Neben dem verminderten Energieaufwand ergibt sich bei diesem Verfahren auch eine wesentlich niedrigere Erwärmung des Dehnkörpers. Das führt nicht nur zu einer erhöhten Lebensdauer desselben, sondern insgesamt auch zu einer schnelleren Reaktion der ganzen Vorrichtung. Wenn ein Ventil beispielweise schnell geschlossen werden soll, wird die Stromzufuhr an den Heizwiderstand völlig unterbrochen. Der Arbeitskolben des Dehnkörpers und damit auch der Stößel des Ventils gelangen dann sehr schnell in die Schließposition, da erstens der Arbeitskolben nur einen durch die Hubbegrenzung bedingten kurzen Weg zurücklegen muß und weil zweitens der Dehnstoffkörper wegen seiner geringeren Erwärmung schnell abkühlt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine an einem Ventil angebrachte Vorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 2 einen Schnitt durch die Vorrichtung vor ihrer Festlegung an dem Ventil in vergrößerter Darstellung.

Fig. 3 und 4 zwei unterschiedliche Positionen der am Ventil angebrachten Vorrichtung im Schnitt in wieder verkleinerter Darstellung.

Fig. 5 bis 8 weitere Einzelheiten der Vorrichtung in drei unterschiedlichen Ausführungsformen.

Die Erfindung wird im folgenden für den Einsatz in einer Warmwasserheizungsanlage beschrieben, ohne daß dadurch eine Beschränkung auf dieses Einsatzgebiet erfolgt. Dabei wird die Vorrichtung anhand der Fig. 1 bis 4 nur in ihrem prinzipiellen Aufbau erläutert. Die Fig. 5 bis 8 zeigen in genauerer Darstellung die für das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung wesentlichen Teile.

In Fig. 1 ist ein Abschnitt einer Rohrleitung 1 zur Führung von Heizungswasser dargestellt, in deren Verlauf ein Ventil 2 eingebaut ist. Die auf das Ventil 2 aufgesetzte Vorrichtung 3 zur Betätigung des Stößels 4 desselben ist in Fig. 1 nur schematisch wiedergegeben. Der genauere Aufbau der Vorrichtung 3 und ihr Zuammenwirken mit dem Ventil 2 gehen aus den Fig. 2 bis 8 hervor.

Das Ventil 2 hat gemäß Fig. 2 einen Stößel 4, der unter der Wirkung einer der Einfachheit halber nicht mit dargestellten Rückstellfeder steht und in Richtung des Doppelpfeiles 5 verstellbar ist. Das Gehäuse des Ventils 2 ist beispielweise mit einem Gewinde ausgerüstet, auf welches ein Halter 6 aufgeschraubt werden kann. Der beispielweise aus Kunststoff bestehende Halter 6 dient zur Festlegung eines Gehäuses 7 der Vorrichtung 3 am Ventil 2.

Die Vorrichtung 3 selbst besteht - ohne Gehäuse 7 und Halter 6 - aus einem temperaturabhängigen Dehnkörper 8, einem denselben umgebenden, topfartigen Käfig 9 und einer Druckfeder 10, die eine gegenüber der Rückstellfeder des Ventils 2 größere Federkraft hat. Der Dehnkörper 8 hat einen Arbeitskolben 11. Am Dehnkörper 8 ist außerdem ein beliebig aufgebauter elektrischer Heizwiderstand 12 angebracht, der über eine elektrische Leitung 13 und den elektrischen Kontakt 14 an eine Spannungsquelle anschließbar ist.

Alle Teile der Vorrichtung 3 sind in dem vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden Gehäuse 7 angeordnet. Es ist in Montageposition mit dem Halter 6 zu einer Einheit verbunden. Im Gehäuse 7 befindet sich eine zylindrische, rohrförmige Aufnahme 15, in welcher der Dehnkörper 8 angeordnet ist. Er liegt mit einer umlaufenden Erweiterung 16 im Stirnbereich der Aufnahme 15 an derselben an und ist dadurch in Richtung der Kontaktstelle 14 unverrückbar festgelegt.

Der topfförmige Käfig 9 umgibt den Dehnkörper 8 und dessen Aufnahme 15. Er besteht ebenfalls vorzugsweise aus Kunststoff und hat in bevorzugter Ausführungsform einen geschlossenen Boden 17 und eine geschlossene Wandung. Der Käfig 9 ist so positioniert, daß der Arbeitskolben 11 des Dehnkörpers 8 gegen seinen Boden 17 drückt. An seinem offenen Ende hat der Käfig 9 einen rechtwinklig nach außen abstehenden, umlaufenden Flansch 18. An der Stirnseite des Käfigs 9 kann außerdem im Bereich seiner Wandung bzw. des Flansches 18 ein in axialer Richtung abstehender Stift 19 angebracht sein, der in axialer Richtung durch eine entsprechende Öffnung im Gehäuse 7 hindurchragt.

Der umlaufende Flansch 18 ist eine bevorzugte Ausführungsform. Er kann beispielweise auch durch Stege ersetzt sein, die in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt rund um den Käfig 9 vorhanden sind und zusammen eine Anlagefläche für die Druckfeder 10 ergeben. Die Druckfeder 10 umgibt den Käfig 9. Sie ist vorzugsweise als Schraubenfeder ausgebildet. Mit ihrem einen Ende liegt die Druckfeder 10 am Flansch 18 des Käfigs 9 an. Sie ist am anderen Ende am Gehäuse 7 abgestützt. Der Käfig 9 gleitet bei einer durch den Arbeitskolben 11 des Dehnkörpers 8 einerseits und die Druckfeder 10 andererseits verursachten Bewegung in einem Ansatz 20 des Gehäuses 7.

Innerhalb des Gehäuses 7 ist weiterhin ein Schaltelement 21 angeordnet, durch welches die Stromzufuhr an den Heizwiderstand 12 unterbrochen und wiederhergestellt werden kann, wenn derselbe mit der Spannungsquelle verbunden ist. Das Schaltelement 21 ist in den Fig. 2 bis 4 nur schematisch angedeutet. Es geht aus den Fig. 5 bis 8 in drei Ausführungsformen in genauerer Ausführung hervor. Seine Funktion wird anhand dieser Figuren weiter unten erläutert.

Zur Befestigung der Vorrichtung 3 am Ventil 2 wird zunächst der Halter 6 an demselben angebracht. Danach wird das fertig bestückte Gehäuse 7 auf den Halter 6 aufgesteckt. In Montageposition sind die Achsen A1 des Stößels 4 und A2 des Dehnkörpers 8 bei der in den Fig. 2 bis 6 dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung seitlich zueinander versetzt. Der Dehnkörper 8 hat hier also gegenüber dem Stößel 4 des Ventils 2 eine exzentrische Position. In der in den Fig. 3 bis 6 dargestellten Montageposition der Vorrichtung liegt der Stift 19 des Käfigs 9 an der Stirnfläche des Stößels 4 an. Wenn der Käfig 9 ohne Stift 19 ausgeführt ist, dann liegt er mit seiner Stirnseite im Bereich seiner Wandung bzw. des Flansches 18 an der Stirnfläche des Stößels 4 an.

Die Vorrichtung nach den Fig. 2 bis 4 arbeitet beispielsweise wie folgt:
Nach Festlegung der Vorrichtung 3 am Ventil 2 ergibt sich eine aus Fig. 3 ersichtliche Anordnung. Bei dieser Anordnung ist das Ventil 2 geschlossen. Wenn das Ventil 2 geöffnet werden soll, wird der Stromkreis des Heizwiderstandes 12 geschlossen. Der Heizwiderstand 12 ist dann an die Spannungsquelle angeschlossen und wird erwärmt. Die damit verbundene Erwärmung des Dehnkörpers 8 führt zu einer Bewegung des Arbeitskolbens 11, und zwar in Richtung des Pfeiles 22.

Bei seiner Bewegung nimmt der Arbeitskolben 11 den Käfig 9 mit, wodurch die Druckfeder 10 zusammengedrückt wird. Dadurch wird der Stößel 4 des Ventils 2 entlastet, der unter der Wirkung seiner Rückstellfeder ebenfalls in Richtung des Pfeiles 22 bewegt wird. Das Ventil 2 wird dadurch geöffnet, so daß Heizungswasser durch die Rohrleitung 1 fließen kann. In der in Fig. 4 dargestellten Endstellung ist das Ventil 2 vollständig geöffnet.

In der Endstellung der Vorrichtung ist der Hub des Arbeitskolbens 11 auf einen Wert begrenzt, der kleiner als sein Maximalhub ist. Der begrenzte Hub des Arbeitskolbens 11 entspricht dem Hub, den der Stößel 4 des Ventils 2 zwischen der Offenstellung und der Schließstellung desselben zurücklegt. Zur Hubbegrenzung für den Arbeitskolben 11 wird ein Schaltelement 21 verwendet, das die Stromzufuhr an den Heizwiderstand 12 unterbricht, sobald der Arbeitskolben 11 die entsprechende Position erreicht hat. Mögliche Ausführungsformen des Schaltelements 21 gehen aus den Fig. 5 bis 8 hervor. Der Einfachheit halber sind der untere Teil des Gehäuses 7 und der Halter 6 in diesen Figuren als ein zusammenhängendes Teil 6A dargestellt.

Das Schaltelement 21 besteht gemäß Fig. 5 aus zwei elektrischen Kontakten 23 und 24, die einander in der hubbegrenzten Position des Arbeitskolbens 11 berühren. Dazu ist der Kontakt 23 als beweglicher Kontakt an einem fest mit dem Käfig 9 verbundenen Ausleger 25 angebracht. Der feststehende Kontakt 24 ist an einem mit dem Teil 6A der Vorrichtung fest verbundenen stabförmigen Träger 26 angeordnet.

In der in Fig. 5 dargestellten Position berühren die Kontakte 23 und 24 einander nicht. Wenn der Stromkreis des Heizwiderstandes 12 geschlossen wird, wird der Kontakt 24 zusammen mit dem Käfig 9 in Richtung des Pfeiles 22 bewegt. Sobald er den feststehenden Kontakt 24 berührt, wird der Stromkreis des Heizwiderstandes 12 unterbrochen, so daß derselbe nicht mehr erwärmt wird. Das geschieht vorzugsweise über eine elektronische Schaltung mit mindestens einem Transistor, der bei Berührung der beiden Kontakte 23 und 24 stromundurchlässig geschaltet wird. Durch die Unterbrechung der Stromzufuhr an den Heizwiderstand 12 wird der Dehnkörper 8 nicht mehr erwärmt. Der Hub des Arbeitskolbens 11 ist in dieser Position begrenzt.

Da jetzt die Erwärmung des Dehnkörpers 8 ausfällt, kühlt sich derselben wieder ab. Der Arbeitskolben 11 wird durch die Druckfeder 10 und den Käfig 9 entgegen der Richtung des Pfeiles 22 zurückbewegt. Der bewegliche Kontakt 23 wird dann ebenfalls in dieser Richtung bewegt, so daß er den Kontakt 24 nicht mehr berührt. Die Stromzufuhr für den Heizwiderstand 12 setzt dann wieder ein, so daß Arbeitskolben 11, Käfig 9 und Kontakt 23 wieder in Richtung des Pfeiles 22 bis in die hubbegrenzte Position bewegt werden. Diese Position wird dementsprechend sehr genau eingehalten, und zwar durch wechselndes Ein- und Ausschalten der Stromversorgung für den Heizwiderstand 12.

Das kann in Abweichung von der Darstellung nach Fig. 5 und ohne elektronische Schaltung prinzipiell auch mit einem langgestreckten feststehenden Kontakt erreicht werden, an dem der bewegliche Kontakt 23 während der Stromzufuhr an den Heizwiderstand 12 entlanggleitet. Die Stromzufuhr wird dann in der hubbegrenzten Position dadurch unterbrochen, daß die beiden Kontakte einander nicht mehr berühren.

Das Schaltelement 21 kann gemäß Fig. 6 auch eine Lichtschranke sein. Am Ausleger 25 des Käfigs 9 ist in diesem Falle ein Schwert 27 mit einer zentralen Öffnung 28 angebracht. Eine aus Lichtsender und Lichtempfänger bestehende Lichtstrecke 29 ist fest am Träger 26 angeordnet. Die Stromzufuhr an den Heizwiderstand 12 wird hier unterbrochen, wenn die Lichtstrecke 29 durch die Öffnung 28 des Schwertes 27 freigegeben wird. Für diesen Fall ist die Lichtstrecke 29 mit einer oben bereits geschilderten elektronischen Schaltung verbunden. Ein direktes Abschalten der Stromzufuhr an den Heizwiderstand 12 wäre dann möglich, wenn die Lichtstrecke 29 in der hubbegrenzten Position durch ein lichtundurchlässiges Schwert unterbrochen würde.

Die Hubbegrenzung für den Arbeitskolben 11 des Dehnkörpers 8 kann gemäß den Fig. 7 und 8 auch dann erreicht werden, wenn der Dehnkörper 8 selbst als Schaltelement 21 verwendet wird. Das bietet sich besonders dann an, wenn das Ventil 2 sich bei nicht beheiztem Dehnkörper 8 in seiner Offenstellung befindet. Diese Position ist in Fig. 7 dargestellt. Der metallische Dehnkörper 8 liegt dann stirnseitig an einem Kontaktelement 30 an, das mit dem einen Pol der Spannungsquelle verbindbar ist. An deren anderen Pol ist wieder der elektrische Kontakt 14 für den Heizwiderstand 12 angeschlossen.

Sobald der Stromkreis des Heizwiderstandes 12 geschlossen ist, wird derselbe erwärmt, so daß auch der Dehnkörper 8 erwärmt wird. Dessen Arbeitskolben 11 wird dadurch in Richtung des Pfeiles 31 bewegt. Er drückt unter der Wirkung der Druckfeder 10 den Stößel 4 des Ventils 2 in dessen aus Fig. 8 ersichtliche Schließstellung. In dieser Position hebt der Dehnkörper 8 vom Kontaktelement 30 ab, so daß die Stromzufuhr an den Heizwiderstand 12 unterbrochen wird. Sie wird im Wechsel immer wieder eingeschaltet, wenn der Dehnkörper 8 infolge Abkühlung das Kontaktelement 30 berührt und danach wieder von demselben abhebt.

Claims (7)

1. Verfahren zur Verstellung des Stößels eines Ventils, der durch eine Rückstellfeder beaufschlagt und in seiner Achsrichtung verstellbar ist, bei welchem auf das Ventil ein fest mit demselben verbindbares Gehäuse aufgesetzt wird, in dem ein mit einem Arbeitskolben ausgerüsteter, temperaturabhängiger Dehnkörper angebracht ist, der von einer Druckfeder mit gegenüber der Rückstellfeder des Ventils größerer Federkraft umgeben ist, und bei welchem am Dehnkörper ein mit einer Spannungsquelle verbindbarer elektrischer Heizwiderstand angebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Anschließen des Heizwiderstandes (12) an die Spannungsquelle die Stromzufuhr an denselben unterbrochen wird, sobald der Arbeitskolben (11) des durch den Heizwiderstand (12) erwärmten Dehnkörpers (8) eine vorgegebene Hubbewegung mit einem Hub zurückgelegt hat, der kleiner als der maximal mögliche Hub desselben ist und dem Hub entspricht, den der Stößel (4) des Ventils (2) zwischen der Offenstellung und der Schließstellung desselben durchführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (11) des Dehnkörpers (8) durch wechselndes Ein- und Ausschalten der Stromzufuhr an den Heizwiderstand (12) in der Position mit dem vorgegebenen Hub gehalten wird.

3. Vorrichtung zur Verstellung des Stößels eines Ventils, der durch eine Rückstellfeder beaufschlagt und in seiner Achsrichtung verstellbar ist, bestehend aus einem mit dem Ventil fest verbindbaren Gehäuse, in dem ein mit einem Arbeitskolben ausgerüsteter, temperaturabhängiger Dehnkörper angebracht ist, bei welcher eine den Dehnkörper umgebende Druckfeder mit gegenüber der Rückstellfeder des Ventils größerer Federkraft vorhanden ist und bei welcher am Dehnkörper ein mit einer Spannungsquelle verbindbarer elektrischer Heizwiderstand angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Gehäuses (7) ein Schaltelement (21) zur Begrenzung der Hubbewegung des Arbeitskolbens (11) des Dehnkörpers (8) angebracht ist, welches nach dem Verbinden des Heizwiderstandes (12) mit der Spannungsquelle die Stromzufuhr an denselben beim Erreichen einer einem vorgegebenen Hub entsprechenden Position des Arbeitskolbens (11) abschaltet und beim Verlassen dieser Position wieder einschaltet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Dehnkörper (8) ein mit dem Arbeitskolben (11) desselben bewegbares erstes Teil eines Schaltelements gekoppelt ist, das beim Erreichen der vorgegebenen Position des Arbeitskolbens (11) in ein zweites, fest im Gehäuse (7) angeordnetes Teil des Schaltelements eingreift.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement ein Schalter ist, wobei das erste und das zweite Teil des Schaltelements als elektrische Kontakte (23,24) ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement eine Lichtschranke ist, wobei das erste Teil desselben eine Lichtstrecke (29) und das zweite Teil ein in dieselbe eingreifendes Schwert (27) ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ein metallisches Gehäuse aufweisende Dehnkörper (8) als Teil des Strompfades zwischen zwei mit der Spannungsquelle verbundenen elektrischen Kontaktelementen (14, 30) unter Einwirkung der Druckfeder (10) an einem derselben anliegt und beim Erreichen der vorgegebenen Position des Arbeitskolbens (11) von demselben getrennt ist.