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Vorrichtung zum Betätigen eines unter der Wirkung einer
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Rückstellfeder stehenden Bolzens Die Erfindung bezieht sich auf eine
Vorrichtung zum Betätigen eines unter der Wirkung einer Rückstellfeder stehenden
Bolzens, der in seiner Achsrichtung bewegbar in einem festen Gehäuse gelagert ist,
bestehend aus einem temperaturabhängigen, durch ein elektrisches Heizelement beheizbaren
Dehnkörper und einer auf einer Seite an einem Festpunkt anliegenden und auf der
anderen Seite unter Zwischenschaltung eines starren, bewegbaren Druckelements auf
den Bolzen entgegen der Wirkung der Rückstellfeder einwirkenden Druckfeder mit gegenüber
der Rückstellfeder höherer Federkraft.
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Ein unter der Wirkung einer Rückstellfeder stehender Bolzen kann beispielsweise
der Schieber eines Thermostatventils sein.
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Ein solcher Bolzen kann aber auch als Betätigungselement für Luftklappen
und Heizungsklappen oder ganz allgemein für fernbediente Verschiebungen eingesetzt
werden. Im folgenden wird
die Vorrichtung - stellvertretend für
alle anderen Einsatzmöglichkeiten - am Beispiel eines in einem Heißwasserkreislauf
einer Heizungsanlage angeordneten Ventils erläutert.
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Es sind Thermostatventile bekannt, die an einzelnen Heizkörpern angebracht
werden können, und eine automatische Temperaturregelung auf einen vorgegebenen Wert
durchführen. Die Thermostatventile haben einen unter Federwirkung stehenden Arbeitskolben
und einen temperaturabhängigen Dehnkörper. Mit steigender Temperatur bewegt der
Dehnkörper den Arbeitskolben entgegen der Federwirkung in Richtung einer Schließstellung.
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Es sind auch Vorrichtungen bekannt, bei denen solche Thermostatventile
für Fußbodenheizungen oder als sogenannte Zonenventile eingesetzt werden. Die Arbeitskolben
werden dabei durch Dehnkörper betätigt, die in den zu beheizenden Räumen bzw. Zonen
von Räumen angebracht und mit den Dehnkörpern der Thermostatventile über Kapillaren
verbunden sind (DE-OS 30 10 654).
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In allen Fällen sind die Thermostatventile nur so einsetzbar, daß
die Warmwasserzufuhr an einzelne Heizkörper oder an bestimmte Heizkreise bei steigender
Temperatur gedrosselt wird.
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Das gilt auch dann, wenn die Dehnkörper zusätzlich mit elektrischen
Heizelementen versehen werden (DE-OS 24 06 748), die gegebenenfalls eine erhöhte
Temperatur vortäuschen und zur gezielten Unterbrechung der Warmwasserzufuhr verwendet
werden können.
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Eine Vorrichtung, wie sie eingangs beschrieben ist, geht aus der DE-PS
16 00 713 hervor. Mit diesem bekannten Zonenventil ist die Bewegungsrichtung eines
unter Federwirkung stehenden Bolzens bei Temperaturerhöhung umkehrbar. Zwischen
dem Bolzen und dem Arbeitskolben des Dehnkörpers sind ein gehäusefester Bügel und
ein von diesem geführter, bewegbarer Bügel sowie die auf den bewegbaren Bügel einwirkende
Druckfeder angebracht.
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Außerdem ist an dem bewegbaren Bügel noch ein Ventilstößel befestigt,
der zur Anlage an der Stirnfläche des zu betätigenden Bolzens vorgesehen ist. Mit
diesem Zonenventil kann unter Ein-
satz des elektrischen Heizelements
beispielsweise ein durch den Bolzen verschlossenes Ventil jederzeit geöffnet werden.
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Eine damit ausgerüstete Heizungsanlage kann also jederzeit gezielt
eingesetzt werden. Der Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht darin, daß
sie relativ viel Einzelteile benötigt und außerdem eine in vielen Fällen störende
große Höhe hat. Diese große Höhe macht sich insbesondere beim Einsatz an Heizkörpern
unliebsam bemerkbar, die sichtbar in zu beheizenden Räumen installiert sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Betätigung
eines Bolzens unter Einsatz eines temperaturabhängigen, elektrisch beheizbaren Dehnkörpers
anzugeben, die unter Beibehaltung der beliebigen Verstellbarkeit des Bolzens mit
wenigen Einzelteilen auskommt und eine sehr niedrige Bauhöhe aufweist.
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Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs geschilderten
Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, - daß die Druckfeder als den Dehnkörper
von außen umfassende, über denselben axial hinausragende Spiralfeder ausgebildet
ist, - daß das Druckelement als ebene Platte ausgebildet ist, die quer zur Achsrichtung
von Druckfeder und Dehnkörper angeordnet ist, - daß zwischen Dehnkörper und Druckfeder
ein käfigförmiger Zwischenkörper angeordnet ist, der an seinem freien Ende eine
radial nach außen abstehende Erweiterung aufweist und mit seinem Bodenteil am Dehnkörper
anliegt, - daß die Platte an der Stirnseite des Bolzens anliegt, - daß auf der anderen
Seite der Platte in der Ruhestellung der Vorrichtung der Zwischenkörper mit seiner
Erweiterung anliegt, - daß die Druckfeder mit ihrem freien Ende auf der Erweiterung
des Zwischenkörpers aufliegt, - und daß der Dehnkörper über mindestens zwei in Achsrichtung
verlaufende Stifte am Gehäuse des Bolzens anliegt.
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Die Bauhöhe dieser Vorrichtung wird im wesentlichen durch die axiale
Länge des Dehnkörpers bestimmt, über den die Druckfeder nur um die Länge des für
den Bolzen benötigten Verstellweges hinausragt. Ein gehäusefester Bügel zur Abstützung
der Druckfeder wird nicht benötigt, da diese Abstützung vom Gehäuse der Vorrichtung
selbst übernommen wird. Das bewegbare Druckelement ist außerdem als ebene Platte
ausgebildet, so daß sich auch hier eine sehr einfache Gestaltung mit geringen Abmessungen
ergibt.
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Bei Erwärmung des Dehnkörpers mittels des elektrischen Heizelements
drückt der Dehnkörper, der über die Stifte am Gehäuse des Bolzens abgestützt ist,
den Zwischenkörper vom Bolzen weg.
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Der Zwischenkörper nimmt dabei über seine Erweiterung die Druckfeder
mit. Hierdurch werden das Druckelement und damit auch der Bolzen entlastet, so daß
die Rückstellfeder wirksam werden kann.
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Sie kann damit denzBolzen in Richtung auf das Dehnelement zu bewegen
und so beispielsweise den vorher durch einen mit dem Bolzen verbundenen Ventilteller
abgeriegelten Weg für ein Heizmedium freigeben.
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Wenn der Zwischenkörper als geschlossener Napf ausgebildet wird, ergibt
sich gleichzeitig ein gehäuseartiger Schutz für den umschlossenen Dehnkörper.
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Als Heizelement wird vorzugsweise ein PCT-Widerstand mit seinen vorteilhaften
Eigenschaften Strombegrenzung und Temperaturregelung eingesetzt. Ein solcher Widerstand
hat außerdem sehr kleine Abmessungen, so daß dadurch die Abmessungen der Vorrichtung
kaum beeinflußt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen
dargestellt.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch die Vorrichtung.
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Fig. 2 einen Schnitt durch Fig. 1 längs der Linie II - II.
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Mit 1 ist ein Bolzen bezeichnet, der beispielsweise ein Arbeitskolben
eines Ventils sein kann und in Richtung des Doppelpfeiles 2 hin- und herbewegbar
ist. Am freien Ende dieses Bolzens befindet sich beispielsweise ein Ventilteller
3, mit dem der freie Querschnitt einer nicht mit dargestellten Rohrleitung verschließbar
ist. Der Bolzen 1 ist in einem starren Gehäuse 4 untergebracht. Er steht unter der
Wirkung einer Rückstellfeder 5, welche den Bolzen 1 ständig in Richtung des Pfeiles
6 zu bewegen sucht. In dieser Richtung würde der Ventilteller 3 von der Verschlußstelle
der Rohrleitung abgehoben und in eine Offenstellung bewegt werden.
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Auf der Stirnfläche des Bolzens 1 liegt eine als Druckelement verwendete
Platte 7 auf, auf welche eine Druckfeder 8 unter Zwischenschaltung eines. weiteren
Elements drückt. Die Druckfeder 8 hat eine größere Federkraft als die Rückstellfeder,
so daß der Bolzen 1 in der Ruhestellung der Vorrichtung die Position einnimmt, wie
sie in Fig. 1 dargestellt ist. In dieser Position befindet sich der Bolzen 1 bezüglich
seines Ventiltellers 3 in der Schließstellung.
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Die Druckfeder 8 ist als Spriralfeder ausgebildet. Sie umschließt
einen Dehnkörper 9 von außen, in welchem sich ein Medium befindet, das sich bei
Temperaturerhöhung ausdehnt.
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Der Dehnkörper 9 hat einen Stützkörper 10, der in einer Ausnehmung
des Dehnkörpers untergebracht ist. Zwischen Druckfeder 8 und Dehnkörper 9 ist ein
käfigförmiger Zwischenkörper 11 angebracht, der mit seinem Bodenteil 12 direkt oder
indirekt an dem Dehnkörper 9 anliegt und an seinem freien Ende eine nach außen weisende
Erweiterung 13 hat. Die Druckfeder 8 liegt auf dieser Erweiterung 13 auf, die ihrerseits
wieder auf der Platte 7 aufliegt. Um die einzelnen Elemente Druckfeder 8, Dehnkörper
9 und Zwischenkörper 11 herum ist ein mechanisch festes Gehäuse 14 gelegt, das mit
seinem unteren Ende am Gehäuse 4 des Bolzens 1 festgelegt sein kann. Dieses Gehäuse
14 dient als Festpunkt für die Druckfeder 8, die an ihrem oberen, über den Dehnkörper
9 hinausragenden Ende in diesem Gehäuse festgelegt ist.
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Der käfigförmige Zwischenkörper 11 ist vorzugsweise als rundum geschlossener
Napf ausgebildet. Er kann dann gleichzeitig als Schutz für den umschlossenen Dehnkörper
9 dienen.
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Der Zwischenkörper 11 kann aber auch als Käfig mit drei oder mehr
parallel zum Dehnkörper 9 verlaufenden Streben ausgeführt sein, die am Bodenteil
12 zusammengehalten sind und an ihren freien Enden Erweiterungen 13 aufweisen. In
diesem Fall müßten die Enden mit den Erweiterungen ausreichend stabilisiert werden,
wozu beispielsweise ein Innenring verwendet werden kann. Der Bodenteil 12 kann als
geschlossene Scheibe ausgeführt sein. Er kann aber auch durch einen Ring mit einer
zentralen Ausnehmung gebildet sein.
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Am freien Ende des Stützkörpers 10 sind Stifte 15 angebracht, von
denen in Fig. 1 zwei zu sehen sind. Es sollen mindestens zwei solche Stifte vorgesehen
sein, die mit ihren freien Enden auf dem Gehäuse 4 des Bolzens 1 auf liegen. Zweckmäßigerweise
werden hier drei Stifte 15 verwendet, die jeweils um 1200 gegeneinander versetzt
sind, so daß sich ein mechanisch stabiles, nicht verkantendes Gebilde ergibt. Die
Stifte 15 können von vornherein mit dem Stützkörper 10 mechanisch verbunden werden.
Es ist jedoch auch möglich, dieselben in einem gesonderten Bauteil anzubringen,
auf dem der Stützkörper 10 und der Dehnkörper 9 aufliegen.
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Die als Druckelement dienende Platte 7 kann vorzugsweise als kreisrunde
Scheibe ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, eine Platte mit beliebiger
geometrischer Form zu verwenden. Vorzugsweise werden die Stifte 15 durch Löcher
16 durch die Platte 7 hindurchgeführt, so daß die Stifte die Platte 7 durchdringen
und sich an der Stirnseite des Gehäuses 4 auf demselben abstützen. Bei entsprechender
Gestaltung könnten die Stifte 15 auch außen um die Platte 7 herumgeführt werden.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung arbeitet wie folgt:
Ausgehend
von der in Fig. 1 dargestellten Ruhestellung wird der Dehnkörper 9 durch ein elektrisches
Heizelement 17 erwärmt. Hier kann es sich vorzugsweise um einen PCT-Widerstand handeln,
der in besonders kleinen und mechanisch stabilen Abmessungen zur Verfügung steht.
Die Leiter der Stromzuführung für den Widerstand sind der Einfachheit halber nicht
mit eingezeichnet. Sie durchdringen den Zwischenkörper 11 und werden zu einer Stromquelle
geführt. Der PCT-Widerstand kann vorzugsweise auf der Stirnfläche des Dehnkörpers
9 angebracht werden, so daß er zwischen dem Boden 12 des Zwischenkörpers 11 und
dem Dehnkörper 9 liegt. Durch die Erwärmung des Dehnkörpers 9 dehnt sich derselbe
aus. Diese Ausdehnung kann nur nach oben erfolgen, da der Dehnkörper durch den Stützkörper
10 und die Stifte 15 nach unten fest abgestützt ist. Der Zwischenkörper 11 wird
dadurch in Richtung des Pfeiles 18 nach oben gedrückt. Hierdurch wird auch die Druckfeder
8 über die Erweiterung 13 des Zwischenkörpers 11 mitgenommen, so daß die Platte
7 entlastet wird.
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Wegen dieser Entlastung kann die Rückstellfeder 5 des Bolzens 1 wirksam
werden, die jetzt den Bolzen in Richtung des Pfeiles 6 nach oben schieben kann und
dabei auch die Platte 7 nach oben drückt. Die Bewegung dieser Platte wird durch
die Stifte 15 nicht behindert, da dieselben ja durch die Löcher 16 durch die Platte
7 hindurchgreifen. Durch die Bewegung des Bolzens 1 wird der Ventilteller 3 mitgenommen,
so daß die Rohrleitung geöffnet wird. Es kann auf diese Weise durch das Einschalten
eines elektrischen Stromkreises und die damit zusammenhängende Wärmeentwicklung
des Heizelements 17 erreicht werden, daß ein beliebiger Heizkörper oder mehrere
beliebige Heizkörper oder einzelne Heizkreise jederzeit zu einer gewünschten Zeit
eingeschaltet werden können.
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Die Bewegung des Dehnkörpers 9 kann zusätzlich noch mit einem Endschalter
gekoppelt sein, der die Stromzufuhr an das Heizelement 17 dann abschaltet, wenn
in dem zu beheizenden Raum
oder in dem zu beheizenden Teil (Zone,
Heizkreis) eines Raumes die gcwünschte Temperatur erreicht ist. Der Bolzen 1 wird
dann durch die Druckfeder 8 wieder in seine Ausgangsstellung zurückgebracht, so
wie sie aus Fig. 1 hervorgeht.
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Der elektrische Stromkreis zur Einschaltung des Heizelements 17 kann
außerdem auch mit einer Schaltuhr gekoppelt sein, die es ermöglicht, die Einschaltung
einer Heizung bzw. eines Heizkreises zu einer ganz beliebigen Zeit vorzunehmen,
die vorher programmiert werden kann.