DE2613991C2

DE2613991C2 - Therniostatische Betätigungsvorrichtung für ein Heizmittelventil

Info

Publication number: DE2613991C2
Application number: DE19762613991
Authority: DE
Inventors: Jens Gammelby Holm per Nordborg Jensen (Danemark)
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1976-04-01
Filing date: 1976-04-01
Publication date: 1977-10-27
Also published as: FR2346645B1; SE7703762L; DK131477A; GB1570752A; DE2613991B1; CH601750A5; FR2346645A1; CA1073421A; SE410906B

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine thermostatische Betätigungsvorrichtung für ein Heizmittelventil, mit einem Raumtemperatur-Fühler, der eine Flüssigkeits-Dampf-Füllung aufweist, und einem Arbeitselement, dessen wirksame Druckfläche sich unter dem Einfluß des Dampfdrucks gegen die Kraft einer Feder verlagert.

Derartige Betätigungsvorrichtungen sind in großem Umfang bekannt. Sie sind häufig als Aufsatz ausgebildet, der auf ein Ventilgehäuse aufgesetzt werden kann. Eine bekannte Konstruktion hat ein Arbeitselement, dessen Druckraum durch eine Dose, die am offenen Ende einen nach innen ragenden Flansch trägt, und einen mit einem beweglichen Boden versehenen Wellrohrbalg, der am gegenüberliegenden Ende mit dem Flansch verbunden ist, gebildet ist. Hierbei kann die Dose aus wärmeleitendem Metall bestehen und unmittelbar als Raumtemperatur-Fühler dienen.

Heizmittelventile, die mit einer derartigen thermostatischen Betätigungsvorrichtung geregelt werden, lassen jeweils so viel Heizmittel zum Wärmetauscher fließen, daß im Raum die eingestellte Temperatur aufrechterhalten bleibt. Wenn ein Raum gelüftet wird und sich der Fühler dabei im Bereich der einströmenden kalten Luft befindet, was insbesondere der Fall ist, wenn der Fühler unterhalb des Fensters oder nahe des Bodens angeordnet ist, wird eine vie! zu tiefe Temperatur festgestellt und das Ventil vollständig geöffnet. Dies hat zur Folge, daß der Wärmetauscher sich vollständig mit heißem Wasser füllt und nach dem Schließen des Fensters eine Überhitzung des Raumes auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine thermostatische Betätigungsvorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die eine übermäßige Wärmezufuhr beim kurzzeitigen Lüften eines Raumes verhindert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen zweiten Raumtemperatur-Fühler, der ebenfalls eine Flüssigkeits-Dampf-Füllung, aber eine geringere Ansprech-Zeitkonstante als der erste Fühler hat, und durch ein zweites Arbeitselement, dessen wirksame Druckfläche kleiner als diejenige des ersten Arbeitselements und vom Dampfdruck im zweiten Fühler in Richtung der Feder belastet ist.

Bei dieser Konstruktion spricht bei einer plötzlichen Temperaturänderung der zwe^:te Fühler rascher an als der erste Fühler. Da die Wirkung des zweiten Fühlers aber derjenigen des ersten Fühlers entgegengesetzt ist, ergibt sich bei einer plötzlichen Temperaturabsenkung, wie sie beim Lüften entsteht, zunächst eine Bewegung des Ventilverschlußstücks in Schließrichtung. Das Heizmittel wird daher im Gegensatz zu bisher gedrosselt. Erst nach einer gewissen Zeit überwiegt der Einfluß des ersten Fühlers; die Bewegungsrichtung des Verschlußstücks kehrt um; schließlich überschreitet es die ursprüngliche Stellung und öffnet das Ventil weiter. Das Ansprechen der Betätigungsvorrichtung auf die plötzliche Temperaturabsenkung erfolgt daher mit einer erheblichen Verzögerung. Diese Verzögerung kann so bemessen sein, daß bei einer üblichen Entlüftungsdauer, die während der Heizperiode kaum über 10 Minuten ausgedehnt wird, keine übermäßigen Heizmittelmengen in den Wärmetauscher gelangen können. Bei langsamen Temperaturänderungen, wie sie während des übrigen Regelverlaufs auftreten, ist die Wirksamkeit des zweiten Fühlers ohne großen Einfluß auf das Regelverhalten.

Die unterschiedlichen Ansprech-Zeitkonstanten der beiden Fühler lassen sich auf die verschiedensten Arten erzielen. Insbesondere kann dem ersten Fühler eine große Masse und dem zweiten Fühler eine kleine Masse

rdnet werden. Dies läßt sich auf besonders ^Z"^^e-he Weise dadurch erzielen, daß der erste Fühler ^el" j_em ersten Arbeitselement eine eine Kammer ^m'fweisende Einheit bildet und der zweite Fühler mit Tm zweiten Arbeitselement über ein Kapillarrohr

rbunden ist. Die wirksame Speichermasse des zweiten rhlers ist dann nur durch die Masse des Fühlers hestimmt. während die wirksame Speichermasse des ten Fühlet s durch die Gesamtmasse von Fühler und /Tbeitselement sowie eventuell weiteren damit verbundenen Teilen gebildet ist.

Eine weitere Möglichkeit, Einfluß auf die Ansprech-7eitkonstante zu nehmen, besteht darin, den Wärme- -hergang zu den beiden Fühlern unterschiedlich zu gestalten. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß der erste Fühler wenigstens teilweise eine Wärmeisolierung trägt.

Bei einem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel mit einem Arbeitselement, dessen Druckraum durch eine Dose die am offenen Ende einen nach innen ragenden Flansch trägt, und einen mit einem beweglichen Boden versehenen Wellrohrbalg, der am gegenüberliegenden Ende mit dem Flansch verbunden ist, gebildet ist, wird erfindungsgemäß dafür gesorgt, daß zur Bildung des zweiten Arbeitselements ein zweiter Wellrohrbalg kleineren Durchmessers vorgesehen ist, der sich zwischen dem Flansch und dem beweglichen Boden erstreckt. Dies ergibt eine besonders kleine Konstruktion Die wirksame Druckfläche des ersten Arbeitselements wird durch den gesamten Boden, die wirksame Druckfläche des zweiten Arbeitselements durch die Ringfläche zwischen den beiden Wellrohrbalgen gebil-

Hierbei ist es nicht notwendig, daß der zweite Wellrohrbalg an dem Boden des ersten Wellrohrbalges angelötet ist. Vielmehr kann der zweite Wellrohrbalg ebenfalls einen beweglichen Boden aufweisen und der Dampfdruck im zweiten Arbeitselement beim Normalzustand kleiner als im ersten Arbeitselement gehalten sein Diese Druckbedingung führt dazu, daß die beiden Böden im Normalzustand und bei plötzlicher Abkühlung kraftschlüssig aneinanderliegen. Sie könnten sich lediglich bei plötzlicher Erwärmung des Raumes, also ein höchst selten auftretender Zustand, voneinander abheben mit der Folge, daß das Ventil dann kurzzeitig nur in Abhängigkeit vom zweiten Fühler geregelt

^WUßei einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Füllung beider Fühler aus demselben Material, und der erste Fühler ist durch eine Wärmeleitbrücke mit solchem Wärmewiderstand mit dem Ventil verbunden, daß er normalerweise eine etwas höhere Temperatur als der zweite Fühler hat. Infolge dieses Temperaturunterschiedes von beispielsweise TC ist sichergestellt, daß der Dampfdruck im ersten Arbeitselement im Normalzustand jeweils etwas höher ist als der Dampfdruck im zweiten Arbeitselement.

Als günstig hat es sich herausgestellt, wenn die Ansprech-Zeitkonstante des zweiten Fühlers etwa bis 30% derjenigen des ersten Fühlers betragt. Insbesondere kann die Ansprech-Zeitkonstante des ersten Fühlers etwa 15 Minuten und diejenige des zweiten Fühlers etwa 3 Minuten betragen. Dies fuhrt dazu daß das Ventil erst etwa 10 Minuten nach dem plötzlichen Temperaturabfall über die ursprüngliche Stellung ninaus weiter öffnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher

erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung, die auf ein Ventilgehäuse aufgesetzt ist und
F i g. 2 ein Zeit-Weg-Diagramm.
Ein Ventilgehäuse 1 mit Zuflußstutzen 2 und Abflußstutzen 3 weist einen Stift 4 auf, der kraftschlüssig mit dem Verschlußstück verbunden ist, das durch eine nicht veranschaulichte Öffnungsfeder belastet ist, die den Stift 4 nach außen zu drücken versucht.

Auf das Ventilgehäuse ist eine thermostatische Betätigungsvorrichtung in Form eines Aufsatzes 5 aufgeklemmt. Zu diesem Zweck besitzt der Aufsatz einen Träger 6 mit Füßen 7, die mittels eines Spannbandes 8 um eine Ringfläche 9 am Ventilgehäuse spannbar sind. Auf dem aus Kunststoff bestehenden Träger 6 stützt sich eine Dose 10 ab, die am offenen Ende einen nach innen gerichteten Flansch 11 trägt. An diesen sind zwei konzentrische Wellrohrbalge 12 und 13 angelötet. Der Wellrohrbalg 12 ist einstückig mit einem beweglichen Boden 14, der Wellrohrbalg 13 mit einem beweglichen Boden 15 verbunden. Der Boden 15 wirkt über eine Stange 16 auf den Stift 4. Außerdem stützt sich an ihm eine Sollwertfeder 17 ab, deren anderes Ende auf einer Platte 18 gehalten ist, die außen ein Gewinde 19 aufweist. Dieses wirkt mit dem Innengewinde 20 eines hülsenförmigeii Drehgriffs 21 zusammen, die vorne durch eine Lochscheibe 22 abgedeckt ist. Die Dose 10 begrenzt zusammen mit dem äußeren Wellrohrbalg 12 eine Kammer 23, die gleichzeitig als erstes Arbeitselement A1 und, da sich in ihr eine verdampfbare Flüssigkeit 24 befindet, auch als erster Fühler F1 dient. Die wirksame Druckfläche dieses Arbeitselements ist gleich dem Durchmesser des beweglichen Bodens 14. Zwischen den Wellrohrbalgen 12 und 13 wird ein Raum 25 gebildet, der ein zweites Arbeitselement A 2 bildet und über ein Kapillarrohr 26 mit einem zweiten Fühler F2 verbunden ist, in dem sich ebenfalls eine verdampfbare Flüssigkeit 27 befindet. Die wirksame Druckfläche dieses zweiten Arbeitselements ist, solange die Böden 14 und 15 aufeinander liegen, gleich der Ringfläche, welche zwischen den beiden Böden freigelassen ist.

Bei bekannten Betätigungsvorrichtungen fehlt das aus dem zweiten Arbeitssystem A 2 und dem zweiten Fühler F2 bestehende System. Die Stellung des Verschlußstücks ergibt sich aus der Gleichgewichtslage, in der die Kraft der Sollwertfeder 17 gleich dem Dampfdruck in der Kammer 23 mal der Fläche des Bodens 14 ist. Durch Verdrehen der Hülse 21 kann die Spannung der Feder 17 und damit die gewünschte Temperatur geändert werden. Wenn ein derartiges bekanntes Ventil eine Stellung xo hat, um im Raum eine bestimmte Temperatur aufrechtzuerhalten, und wenn plötzlich infolge einer Lüftung des Raumes der Fühler von kalter Luft bestrichen wird, die zu einer neuen Stellung xi führt, bei der das Ventil weiter geöffnet ist, dann ergibt sich die strichpunktierte Kurve I in F i g. 2, aus der sich ablesen läßt, daß zu einem Zeitpunkt fi, der beispielsweise 10 Minuten nach dem Zeitpunkt fo, an welchem die Fenster geöffnet wurden, liegt, das Ventil bereits mehr als 50% des Weges bis zur neuen Lage zurückgelegt hat. Dies ist der Grund dafür, daß der angeschlossene Heizkörper mit heißem Wasser vollgelaufen ist und beim Schließen der Fenster eine zu große Wärmemenge gespeichert hat.

In der neuen Konstruktion wirkt in Richtung der Feder noch eine Zusatzkraft, die gleich dem Dampf-

druck im Fühler F2 mal der Ringfläche des zweiten Arbeitselements A 2 ist. Der zweite Fühler F2 hat eine sehr viel kleinere Masse als der erste Fühler Fl. Infolgedessen hat er eine entsprechend kleinere Ansprech-Zeitkonstante. Bei einer plötzlichen Temperaturabsenkung nimmt sein Dampfdruck rasch ab. Diese Entlastung führt zu einer Schließbewegung des Ventils. Erst wenn auch der erste Fühler sich weiter abkühlt, erfolgt eine Bewegungsumkehr. Erst zum Zeitpunkt fi ist die ursprüngliche Lage xo des Verschlußstücks wieder erreicht. Erst danach folgt eine weitere öffnung entsprechend der voll ausgezogenen Kurve H in F i g. 2. Daraus ist ersichtlich, daß bei einem Lüften des Raumes bis zum Zeitpunkt fi überhaupt keine Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts des Ventils erfolgt, also der Heizkörper nicht in unkontrollierter Weise mit heißem Wasser gefüllt werden kann. Ganz im Gegenteil ist der Wärmemittelzufluß sogar stärker gedrosselt. Erst wenn der Kälteeinbruch längere Zeit dauert, also offenbar nicht auf ein Lüften des Raumes zurückzuführen ist, stellt sich das Ventil auf den dafür erforderlichen Durchflußquerschnitt ein.

Die verdampfbaren Flüssigkeiten in beiden Fühlern bestehen aus demselben Medium. Der Träger 6 bildet eine Wärmebrücke zwischen dem Ventilgehäuse 1 und dem ersten Fühler Fl. Er soll durch entsprechende Konstruktion und Materialwahl einen solchen Wärmewiderstand haben, daß die Temperatur des Fühlers Fl im Normalzustand geringfügig größer ist als diejenige des Fühlers F2. Ein Temperaturunterschied von etwa 1°C reicht aus, um den Dampfdruck im Arbeitselement A 1 größer zu halten als im Arbeitselement A 2 mit der Folge, daß die beiden Böden 14 und 15 kraftschlüssig aufeinander liegen. Dieser Kraftschluß bleibt erhalten, wenn bei einer Abkühlung der Druck im Arbeitselemenl A 2 noch weiter sinkt.

Zu der erstrebten unterschiedlichen Ansprech-Zeitkonstante trägt nicht nur bei, daß beim ersten Fühler Fl wesentlich größere Massen als beim zweiten Fühler F2 zu erwärmen sind, sondern auch die Tatsache, daß der erste Fühler teilweise von einer Wärmeisolation umgeben ist, die hier durch Teile der Hülse 21 gebildet ist. Lediglich durch das Loch 28 in der Lochscheibe 22 und durch Schlitze 29 in der Hülse kann Konvektionsströmung ungehindert an die Oberfläche der Dose 10 gelangen.

Bei einem Ausführungsbeispiel hat der Boden 14 eine Fläche von 10 cm² und der Boden 15 eine Fläche von 6 cm². Die Stellung x₀ entspricht einem Druck von 2,1 kg/cm² im Arbeitselement A 1 und einem Druck von 2,0 kg/cm² im Arbeitselement A 2 sowie einer Belastung der Sollwertfeder von 13 kg. Bei einem Temperatursturz sinkt der Druck im zweiten Fühler auf 1,8 kg/cm², was eine weitere Zusammendrückung der Feder auf 13,8 kg und damit ein weiteres Schließen des Ventils hervorruft. Erst wenn auch der Druck im ersten Arbeitselement Al auf 1,9 kg/cm² gefallen ist, ergibt sich der Endzustand xi, bei dem sich die Feder auf 11,8 kg entspannen konnte.

Der erste Fühler hat hierbei eine Ansprech-Zeitkonstante von 15 Minuten, der zweite Fühler eine Ansprech-Zeitkonstante von 3 Minuten. Dies ergibt einen zeitlichen Abstand (t\ - ίο) von etwa 10 Minuten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Thermostatische Betätigungsvorrichtung für ein Heizmittelventil, mit einem Raumtemperatur- Fühler, der eine Flüssigkeits-Dampf-Füllung aufweist, und einem Arbeitselement, dessen wirksame Druckfläche sich unter dem Einfluß des Dampfdrucks gegen die Kraft einer Feder verlagert, gekennzeichnet durch einen zweiten Raumtempera- to tuF-Fühler (F2), der ebenfalls eine Flüssigkeits-Dampf-Füllung (27), aber eine geringere Ansprech-Zeitkonstante als der erste Fühler (FI) hat, und durch ein zweites Arbeitselement (A 2), dessen v/irksame Druckfläche kleiner als diejenige des ersten Arbeitselements (A I) und vom Dampfdruck im zweiten Fühler in Richtung der Feder (17) belastet ist.

2. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Fühler (Ft) mit dem ersten Arbeitselement (A 1) eine eine Kammer (23) aufweisende Einheit bildet und der zweite Fühler (F2) mit dem zweiten Arbeitselement (Λ 1) über ein Kapillarrohr (26) verbunden ist.

3. Beäügungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Fühler (Fl) wenigstens teilweise eine Wärmeisolierung trägt.

4. Betätigungsvorrichtung mit einem Arbeitselement, dessen Druckraum durch eine Dose, die am offenen Ende einen nach innen ragenden Flansch trägt, und einen mit einem beweglichen Boden versehenen Wellrohrbalg, der am gegenüberliegenden Ende an den Flansch anschließt, gebildet ist, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des zweiten Arbeitselements (A 2) ein zweiter Wellrohrbalg (13) kleineren Durchmessers vorgesehen ist, der sich zwischen dem Flansch (U) und dem beweglichen Boden (14) erstreckt.

5. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auch der zweite Wellrohrbalg (13) einen beweglichen Boden (15) aufweist und der Dampfdruck im zweiten Arbeitselement (A 2) beim Normalzustand kleiner als im ersten Arbeitselement (A 1) gehalten ist.

6. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung (24, 27) beider Fühler (Fl, F2) aus demselben Material besteht und daß der erste Fühler durch eine Wärmeleitbrücke (Träger 6) mit solchem Wärmewiderstand mit dem Ventil (1) verbunden ist, daß er normalerweise eine etwas höhere Temperatur als der zweite Fühler hat

7. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprech-Zeitkonstante des zweiten Fühlers (F2) etwa 10 bis 30% derjenigen des ersten Fühlers (F 1) beträgt.

8. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprech-Zeitkonstante des ersten Fühlers (Fl) etwa 15 Minuten und diejenige des zweiten Fühlers (F2) etwa 3 Minuten beträgt.