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Thermostatventil für Warmwasserheizungen und dergleichen
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Gegenstand der Erfindung ist ein Thermostatventil fUr Warmwasserheizungen
und dgl. bestehend aus einem Regler mit temperaturempfindliohem Element und einem
Ventilgehäuse (Stellglied) zur Regelung des Durchflusses des Heizmediums in einem
Heizkbrper.
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Bei dem bisher bekannten Thermostat-Ventil besteht der Nachteil, daß
diese Ventile lediglich nach der Raumtemperatur regeln. Xino Regelung nach der Zeit,
d.h. zeitabhängig, ist nicht mUglich.
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Ferner sind diese Thermostat-Ventile relativ ungenau, sofern diese
Thermostat-Ventile hinter Verkleidungen oder Vorhängen angebracht sind. Sie geben
auch oft die Temperatur nicht an dem Punkt des Raumes an, der für das physiologische
Wohlbefinden des Menschen in dem Raum charakteristisch ist. Nachdem der Temperaturfühler
bzw. das temperaturempfindliche Element des Thermostat-Ventiles direkt in das Gehäuse
dieses Ventils integriert ist, wird immer nur die Temperatur am Einbauort des Thermostat-Ventils
gemessen.
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Man hat sich bisher so beholfen, daß man einen verlängerten Temperatur-FUhlor
verwendete, der aus einem Kapilarrohr bestand, das mit Flüssigkeit gefüllt wart
und das direkt mit dem temperaturabhängig regotbaren Volumen der Ausdehnungskammer
des Thermostat-Ventile verbunden war. Nachteil dieser
Anordung war,
daß der verlängerte Fühler nur relativ kurz ausgebildet werden kann, daß er knick
- und bruchempfindlioh ist, und daß er demzufolge auch nicht den für das physiologische
Wohlbefinden charakteristischen Punkt im Raum erfassen kann.
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Überdies ist die entfernte Verlegung dieses verlängerten Fühlers schwierig;
und die Verlegung an einen anderen Ort praktisch nicht mtiglich, weil die Einbauyerhältnisse
in Heizkörpernischen relativ beengt sind. Fernor ist mit bekannten Thermostat-Ventilen
eine Temperatur-Eichung, d.h. eine direkte Einstellung auf eine gewUnsohte Temperatur
nicht möglich, weil lediglich eine Skala mit Zahlenwerten, beispielsweise von 1
- 6 angegeben istt und der Benutzer dann durch probieren herausfinden muss, welche
Raumtemperatur welchem Skalenwert entspricht.
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Die bekannten Thermostat-Ventile haben ferner den Nachteil, daß die
unterste zu erreichende Temperatur relativ hoch ist, beispielsweise 150 C im Raum,
weil die Thermostat-Ventile den Durchfluss nicht so fein regeln kdnn-n, dh. einen
unteren Wert erreichen können, der beispielsweise unter 150 C liegt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein eingangs genanntes
Thermostat-Ventil so weiterzubilden, daß sowohl eine zeitabhängige Regelung möglich
ist, als auch eine temperaturabhängige Regelung in Abhängigkeit von einem anderen
entfernt angebrachten Temperaturfühler0 Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die
Erfindung dadurch
gekennzeichnet, daß in wärmeleitendem Kontakt
mit dem temperaturempfindlichen Element des Reglers ein durch elektrisch zufdhrbare
Wärmeenergie aufheizbares Heizelement angeordnet ist.
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Wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist also, daß das
Thermostat-Ventil nun nicht mehr unmittelbar die Raumtemperatur misst (dies ist
jedoch auch noch im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen), sondern daß das
temperaturempfindliche Element des Thermostat-Ventils von einer Wärme-Energie beaufschlagt
wird, die von einem Steuerschaltkreis herrührt. Der Steuerschaltkreis erzeugt die
Wärme-Energie entweder zeitabhängig durch eine eingebaute Zeit schaltuhr, die entweder
eine Nachtabsenkung oder beliebige andere Zeiten der Ein-und Ausschaltung des Thermostat-Ventils
erzeugt, oder auch eine Wochenschaltung beinhaltet.
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In einer ersten AusfUhrungsform ist es hierbei vorgesehen, daß das
Wärme element von einer konstanten Heizenergie beaufschlagt wird, d.h. immer auf
eine relativ konstante Temperatur gehalten wird, ohne daß hier besondere Regelungs
-und Schaltungsmaßnahmen erforderlich sind. (Z. B. Kaltleiter, Thermistoren usw.)
Beispielsweise wird die Wärme-Energie so eingestellt, daß das temporaturempfindliche
Element im "Ein" -Zustand beispielsweise immer auf 400 0 sich befindet.
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In einer 2. AusfUhrungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen,
daß eine Temperatur-Regelung der Wärmeabgabe erfolgt, d.h. es wird immer nur soviel
Heizenergie von dem
Steuerschaltkreis erzeugt, daß das Wärmeelement
auf eine bestimmte, gewUnsohte Temperatur gehalten wird.
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Der erstgenannte Fall bezieht sich also auf die Abgabe einer gleichmässigen
und gleichbleibenden Heizleistung, wenn die Raumtemperatur sinkt, muß jedoch dies.
Heizleistung so groß sein, daß der Wert immer noch zu einer ausreichenden Regelung
des Thermostat-Ventils ausreicht.
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Bei dem zweitgenannten Ausführungsbeispiels wird eine geregelte WärmeLEnergis
zugeführt, bzw. im Element erzeugt, sodaß die Heizleistung entsprechend der Raumtemperatur
nachgeregelt wird, hierdurch eine geringere Schaltleistung erforderlich ist, aber
der Schaltungsaufwand größer ist.
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Die dritte Ausfuhrungsform bezieht sich darauf, daß man auf eine Temperatur-Regelung
durch das tomporaturempfindliche Element des Thermostat-Ventils verzichtet, und
stattdessen die Heizleistung des Heizelementes so bemißt, daß dieses unmittelbar
über das temperaturempfindliche Element die Regelung des Regeltegele, d.h. also
der Durchflusses, übernimmt. In diesem Fall ist also der Einfluss der Raumtemperatur
auf das temperaturempfindliche Element des Thermostat-Ventils ausgeschlossen. (Das
ist eine "Ein - Aus - Schaltung mithilfe des Heizelementes).
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Mit der gegebenen, erfinderischen Lösung ergibt sich der wesentliche
Vorteil, daß praktisch das herkömmlich vorhandene
Thermostat-Ventil
"betrogen" wird, weil jetzt nicht mehr die Raumtemperatur unmittelbar auf das temperaturempfindliche
Element wirkt, sondern eine extern aufzubringende Heiz - oder Wärme energie.
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Mit dieser Wärmeenergie ist es nun möglich, eine zeitabhängige Regelung
der Öffnungszeiten des Thermoatat-Ventils unabhängig von der Raumtemperatur zu gestalten.
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In dem Steuerschaltkreis ist jetzt eine Schaltuhr eingebaut, die das
Thermostat-Ventil für jeden Raum gesondert (dies ist besonders wichtig, weil jetzt
eine individuelle Heizungsregelung in jedem Raum möglich ist), eingestellt.
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Wenn beispielsweise am Morgen in einem Einfamilien-Haus die gesamte
Heizung hochgefahren wird, nachdem die Nachtabsenkung aufgehoben ist, (diese Nachtabsenkung
wird beispielsweise um 6.00 Uhr früh aufgehoben) und die Heizung läuft dann auf
normaler Leistung, dann werden aufgrund der niedrigen Raumtemperatur in allen Räumen
sämtliche Thermostat-Ventile in allen Räumen, bedingt duroh die niedrige Raumtemperatur
geöffnet, und die Heizungsanlage erwärmt alle Räume gleichmäi3ig. Hiermit ist aber
der Nachteil verbunden, daß eine gleichmäßige Erwärmung aller Räume überhaupt nicht
erwUnscht ist, weil die Familie beispielsweise sich am Morgen nicht im Wohnzimmer
aufhält, oder in anderen Raumen, die nicht zu dieser bestimmten Tageszeit geheizt
zu werden brauchen.
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Hier greift nun die Erfindung ein, die das Thermostat-Ventil mit einem
zusätzlichen W§rme-Energie-Zufluas und einem zugeordneten Steuerschaltkreis ausstattot.
Dieser Schaltkreis ist
im Falle des Wohnzimmers dann so eingeschaltet,
daß für die Dauer bis 10.00 Uhr das Wärme-Element geheizt wird, so daß das Thermostat-Ventil
im WohnzSmrner geschlossen bleibt. Um 10.00 Uhr wird dann die Heizleistung von dem
Thermostat-Ventil weggenommen, d.h. auBgesohaltett und das Thermostat-Ventil erfasst
nun die Raumtemperatur, die zu niedrig ist, es öffnet sich dadurch und heizt den
Raum auf die geforderte Temperatur auf.
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Ein anderer, wichtiger Anwendungsfall der vorliegenden Erfindung liegt
darin, daß in herkömmlichen Mietwohnungen eine Regelung nach der Raumtemperatur
bzw. eine Nachtabsenkung nicht möglich ist.
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In der Mehrzahl der Mietwohnungen gibt es in der Regel keine Nachtabsenkung.
Um hier eine Naohtabsenkung individuell für jede Wohnung zu erreichen, ist das erfindungsgemässe
Thermostat-Ventil vorgesehen. Hierbei ist es durch Zuführung von Wärme-Energie in
Verbindung mit dem Steuerschaltkreis und der Zeituhr jederzeit möglich, eine Nachtabsenkung
zu erreichen, beispielsweise erfolgt dies dadurch, daß beginnend um 10.00 Uhr abends
dem Heiz-Element Wärmeenergie von dem Steuerschaltkreis und der Schaltuhr zugeführt
wird, die Thermostat-Ventile schliessen hierdurch während der Nacht auf einen geforderten
Mindestwert, entsprechend der zugeführten Wärmemenge und - sofern dann diese Heizenergie
am Morgen, beispielsweise um 6.oo Uhr oder zu einer anderen gewünschten Zeit abgeschaltet
wird - erfassen die Thermostat-Ventile wieder die relativ niedrige Raumtemperatur,
öffnen dadurch voll und heizen den Raum auf die gewünschte Temperatur auf.
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Das Wesen der vorliegenden Erfindung liegt also darin, daß in einer
ersten Aus£hrungsform bereits schon ab Fabrik solche Thermostat-Ventile mit eingebautem
Wärmeelement verkauft werden können, und in einer zweiten Ausführungsform bereits
schon herkömmliche Thermostat-Ventile mit einem aufsetzbaren Wärmeelement nachgerüstet
werden können.
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Der Schaltungsaufwand für den Schaltkreis und die Zeitachaltuhr ist
relativ gering man braucht gemäss der oben beschriebenen ersten Ausführungsform
überhaupt keine Temperatur-Regelung für das Wärme element vorsehen. In einer zweiten
Ausführungsform kann hier Jede Temperatur-Regelung vorgesehen werden, und es braucht
dann nur noch eine Schaltuhr vorgesehen zu sein.
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Diese Schaltuhr kann auch durch elektronische Schaltelemente wie z.B.
einen elektronisohen Timer oder durch elektrolytisch zeitabhängig schaltende Zeitelemente
ersetzt werden.
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Vorhin wurde als Nachteil der bekannten Thermostat-Ventile geschildert,
daß diese nicht den für das physiologische Wohlbefinden charakteristischen Temperaturpunkt
in der Wohnung erfassen können, Mit der vorliegenden Erfindung ist es nun möglich,
in den zeitabhängigen Schaltkreis noch einen temperaturerfassenden Schaltkreis zu
integrieren; hier kann ein Temperaturfühler an der gewünschten Stelle in der Wohnung
angebracht werden, der die Temperatur an diesem Punkt erfasst, iand entsprechend
die Wärme-Energie des Wärmeelementes über den Schaltkreis regelt.
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Dieser Temperatur-Fühler kann auch den Mindestwert der geforderten
Temperatur erfassen, d.h, wenn vermieden werden soll, daß die Raumtemperatur unter
einen Wert von ca. 50 C absinkt, um ein Einfrieren der Heizung zu vermeiden, kann
dieser Minimalwert auch entsprechend die Ansteuerung des Wärme-Elementes vornehmen.
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Vorhin wurde ausgeführt, daß man für die etwas aufwendigere Schaltungsvariante
ein Heizelement und ein zugeordnetes Temperatur-Fühler-Elemont benötigt, um eine
temperatur-konstante Wärmeabgabe zu erreichen. Es gibt aber bekanntermassen bereits
sohon solche Wärme- bzw. Heizeiemente, die eine Temperaturkonstante Wärmeabgabe
ermöglichen, es sind dies beispielsweise fremdgeheizte Thermistoren, bzw. Kaltleiter,
wobei der Kaltleiter hier vorzuziehen ist v.il er ohne Schaltungsaufwand eine erhöhte
Wärmeenergie abgibt, wenn er abgekühlt wird, so wie dies im vorliegenden Anwendungsfall
gewünscht ist.
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In einer weiterführenden Ausführungsform ist es dann noch vorgesehen,
daß die Wärmezuführung bzw. die Steuerung der einzelnen Wärmeelemente in den Thermostat-Ventilen
zentral über einen Rechner erfolgt. Der Rechner ist beispielsweise an zentraler
Stelle im Haus oder in der Wohnanlage angeordnet, und es führen von Jedem Heizkörper
Signalleitungen zu diesem Rechner, die die Raumtemperatur erfassen, sowie die Steuerschaltleitungen
für das WWrmeelement enthalten. Von diesem Regler kann dann zentral, individuell
für jeden Raum die entsprechend oben beschriebene Regelung vorgenommen werden. Diese
Regelung ist dann also entweder zeitabhängig oder raumtemperaturabhängig.
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Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht
nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination
der einzelnen Patentansprüche untereinander.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg
darstellenden Zeichnung näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer
Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
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Es zeigen: Fig. 1 schematisierter Querschnitt durch ein Thermostat-Ventil
nach der Erfindung Fig. 2 schematisierte Ansohlusschaltung für die temperaturabhängige
bzw. zeitabhängige Zuführung der Wärmeenergie zum Heizelement des Thermostat-Ventils.
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Fig. 1 zeigt ein Thermostat-Ventil 2 mit einem temperaturempfindlichem
Element 9 das eine Dampffüllung enthält. Die Dampffüllung befindet sich hierbei
in der Stirnwölbung 18 des temperaturempfindliohen Elements 9.
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Bei Erwärmung steigt der Druck. Duroh das wirksame Wellrohrarial wird
der Druck auf die Ventilspindel 17 übertragen. Der Ventilkegel 13 wird in Richtung
der Schliesstellung bewegt und hierduroh die durohströmsnde' Wassermenge gedrosselt.
Bei Abkühlung des temperaturempfindlichen Elementes 9 wird die umgekehrte Funktion
erreicht.
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Der Regelteil des Thermostat-Ventils 2 ist in einer Kappe eingebaut,
die lösbar mit einor Rippe 3 hinter einem Vorsprung 4 des Ventilkörpers kreist Der
Ventilkörper selbst ist lösbar wiederum am Ventilgehäuße befestigt.
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In Verlängerung der Kappe 1 setzt eine Abdeckung 5 an, welche das
Heizelement 11 aufnimmt. In dieser Abdeckung 5 ist eine Halterung 6 integriert,
die mit ihrer Innenfläche 7 genau der Außenfläche 8 des temperaturempfindlichen
Elementes 9 des Thermostat-Ventiles 2 angepaßt ist. Zwischen den zugeordneten Innenflächen
7 und Außenflächen 8 ist eine Wärmeleiipaste 19 aufgebracht, um einen guten Wärmeübergang
zu gewährleisten0 Wesentlich ist hierbei, daß in der hier beschriebenen ersten Ausführungsform
die Halterung 6 nur einen Teil des temperaturempfindlichen Elementes 9, nämlich
nur die Stirnwölbung 18 übergreift, während die übrige FlSohe 10 des temperaturempfindhohen
Elementes 9 frei bleibt und von der Raumtemperatur beaufsohlagt wird. Hieraus ergibt
sich, daß das temperaturempfindliche Element 9 des Thermostat-Ventil. 2 sowohl von
der Raumtemperatur beaufsohlagt ist, als auch mit einer Fremdenergie von Seiten
des Heizelementes 11 beaufschlagt werden kann.
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In wärmeleitendem Kontakt mit dem Heizelement 11 ist noch ein Temperaturfühler
12 angeordnet der mit der in Fig. 2 dargestellten Schaltung zusammenwirkt; der Temperaturfühler
12 ist hierbei der Istwertfühler einer elektrischen Regel schaltung welche die dem
Heizelement 11 zugeführte Wärmemenge konstant hält.
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Wichtig ist, daß die Abdeckung 5 gut wärmeisoliert ist, damit nur
eine geringe Wärmeleistung und damit eine geringe Schaltleistung für den Steuerschaltkreis
erforderlich ist, weil das Heizelement i1 die aufgebrachte Wärme über die Halterung
6 vorzugsweise an das temperaturempfindliche Element 9 abgibt.
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In einer zweiten Ausführungsform ist es jedoch vorgesehen, daß die
wärmeisolierende Abdeckung 5 auch die Fläche 10 des temperaturempfindliohen Elementes
9 überdeckt, so daß ein Einfluß der Raumtemperatur auf das temperaturempfindliche
Element 9 des Thermostat-Ventils 2 ausgeschlossen istt Mit dieser Ausführungsform
kann dem Thermostat-Ventil eine beliebige fremde Temperatur vorgespiegelt werden,
nach der es dann regelt.
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Wichtig hierbei ist in einer weiteren Ausführungsform, daß das aufheizbare
Heizelement 11 nicht nur zum aufheizen geeignet ist, sondern das es beispielsweise
auch elektrisch kühlbar ist, d.h.
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also als Peltier-Element ausgebildet ist. Eine solche Abkühlung erscheint
dann zweckmäßig, wenn kurzzeitig eine "Uberreizung" des betreffenden Heizkörpers
angestrebt wird* d.h. also eine stärkere Aufheizung als dies von der Raumtemperatur
dem temperaturempfindlichen Element des Thermostat-Ventils vorgegeben wird.
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Mit der vollständigen wärmeisolierenden Abdeckung des Thermostat-Ventils
2 durch die Abdeckung 5 wird also eine unmittelbare Regelung des Öffnungszustandes
des Ventilkegels 13 von der zugeführten Wärmeenergie an das Heizelement 11 erreicht.
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Fig. 2 zeigt srhematisch eine mögliche Schaltung der Anordnung nach
Fig. 1.
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In Fig. 2 ist gezeigt, daß der Temperaturfühler 12 der Istwertgeber
eines elektrischon Reglers 14 ist und der Regler 14 die Wärmeenergie des aufheizbaren
Heizelementes 11 regelt.
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Der Regler 14 kann hierbei mit einem weitern Schaltkreis und einem
Temperatur(thler 16 gekoppelt sein, wobei dieser Temperaturfühler an einer charakteristischen
Stelle des Raumes die dort herrschende Temperatur mißt, wobei die dort gemessene
Temperatur für das physiologische Wohlbetinden des Menschen in die sei Raume charakteristisch
ist.
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Der Regler kann ferner mit einer Schaltuhr 15 gekoppelt sein die
mit dem Netz verbunden ist. Über die Schaltuhr 15 erfolgt die zeitabhängige Schaltung
des Heizelomentes 11 über den Regler 14. Die Sohaltuhr 15 kann hierbei als mechanische
oder elektronische Schaltuhr ausgebildet sein; es können auch zeitabhängig schaltende
elektronische Elemente verwendet werden.
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