DE3217415C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zur Regelung von Heizungsanlagen sind Thermostatventile bekannt, die an einzelnen Heizkörpern angebracht werden können und die Temperatur automatisch auf einen vorgegebenen Wert einstellen. 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 der Schließstellung der Ventile.

Es sind auch Vorrichtungen bekannt, bei denen solche Thermostat­ ventile für Fußbodenheizungen oder als sogenannte Zonenventile eingesetzt werden. Die Arbeitskolben werden dabei durch Dehn­ körper betätigt, die in den zu beheizenden Räumen bzw. Zonen von Räumen angebracht und mit den Dehnkörpern der Thermostat­ ventile über Kapillaren verbunden sind (DE-OS 30 10 654).

In allen Fällen sind die Thermostatventile nur so einsetzbar, daß die Heißwasserzufuhr an einzelne Heizkörper oder an bestimmte Heizkreise bei steigender Temperatur gedrosselt bzw. unterbrochen wird. 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 ferngesteuerten Drosselung oder Unterbrechung der Warmwasser­ zufuhr verwendet werden können.

Aus der DE-OS 29 48 637 geht eine Steuereinrichtung für eine Heizungsanlage mit unterschiedlichen Heizsystemen hervor, die alle über Magnetventile zu betätigen sind. Die Stellung der Magnetventile wird durch Thermostate beeinflußt, die mit unterschiedlichen Kontakten für Tag- und Nachtbetrieb ausgerüstet und räumlich getrennt von den Heizsystemen angeordnet sind. Die Thermostate können durch ein Steuergerät beeinflußt werden, das eine Zeituhr umfassen kann und ebenfalls zwei Kontakte für Tag- und Nachtbetrieb hat. Der Aufwand zur Installation dieses bekannten Systems ist erheblich, da ausgehend von einem Klemmenkasten, an den das Steuergerät angeschlossen ist, zu jedem Thermostat und zu jedem Magnetventil elektrische Leitungen gezogen werden müssen.

In der DE-OS 29 38 734 ist ein Übertragungssystem für Informationen innerhalb eines Gebäudes beschrieben, bei welchem die im Gebäude vorhandenen Rohrleitungen verwendet werden. In dieser Druckschrift ist auch erwähnt, daß die Informationen als trägerfrequenzmodulierte Signale über das installierte Wechselstromnetz übertragen werden können. Wie das zur Steuerung einer Heizungsanlage gemacht werden soll, ist der Druckschrift nicht zu entnehmen.

Bei dem Zonenventil mit einer Schaltungsanordnung nach der DE-PS 19 00 713 ist die Bewegungsrichtung des unter Feder­ wirkung stehenden Arbeitskolbens des Ventils bei Temperaturer­ höhung umkehrbar. Zwischen dem Arbeitskolben und dem Dehnkörper sind ein gehäusefester Bügel und ein von diesem geführter, be­ wegbarer Bügel sowie eine auf den bewegbaren Bügel einwirkende Druckfeder angebracht. Außerdem ist an dem bewegbaren Bügel noch ein Ventilstößel befestigt, der zur Anlage an der Stirn­ fläche des zu betätigenden Arbeitskolbens vorgesehen ist. Mit dieser Schaltungsanordnung kann durch Einschalten des elek­ trischen Heizelements ein Ventil einer Heizungsanlage jeder­ zeit ferngesteuert geöffnet werden, so daß beispielsweise ein Raum solange beheizt werden kann, wie das Heizelement einge­ schaltet und dadurch das Ventil geöffnet ist. Ein Nachteil dieser Schaltungsanordnung besteht darin, daß damit eine Tempe­ raturregelung einer Heizungsanlage nicht möglich ist. Wenn eine zu kurze oder zu lange Beheizung einzelner Räume oder Zonen ver­ mieden werden soll, muß also zusätzlicher Aufwand zur Temperatur­ erfassung und -regelung getrieben werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsan­ ordnung für eine Heizungsanlage anzugeben, mit der neben einer ferngesteuerten Betätigung von Ventilen auf einfache Weise auch eine Temperaturregelung möglich ist.

Diese Aufgabe wird entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist prinzipiell für alle Heizungsanlagen geeignet, egal ob viele Heizkörper bzw. Heizkreise vorhanden sind oder wenige. Es können mit dieser Schaltungsanordnung einzelne oder mehrere Radiatoren oder Konvektoren oder auch Fußbodenheizungen beeinflußt werden. Mit besonderem Vorteil ist die Schaltungsanordnung in Gebäuden mit vielen Räumen einsetzbar, die individuell zu beheizen sind. Als Beispiele seien Hotels, Schulen und Verwaltungsgebäude an­ gegeben.

Mit dieser Schaltungsanordnung lassen sich alle Ventile einer in einem Gebäude vorhandenen Heizungsanlage von einer Zentrale her steuern. Mittels des Senders kann jeder Empfänger, bei­ spielsweise durch ein tonfrequentes Signal, das über die Lei­ tungen des Wechselstromnetzes übertragen wird, angesteuert werden. Beim Eintreffen des Signals betätigt der Empfänger seinen Schalter.

Wenn das entsprechende Ventil geöffnet werden soll, dann wird vom Empfänger der Schalter geschlossen, so daß der Stromkreis des Heizelements geschlossen wird, wenn der Schalter des Thermostats auch geschlossen ist. Das Heizelement erwärmt dann den Dehnkörper, durch welchen der Arbeitskolben des Ventils in die Offenstellung bewegt wird. Der entsprechende Raum wird dann solange beheizt, bis die am Thermostat einge­ stellte Temperatur erreicht ist. Dann öffnet der Schalter des Thermostats - unabhängig vom Schalter des Empfängers - den Stromkreis des Heizelements und das Ventil wird wieder ge­ schlossen.

Wenn beim ferngesteuerten Schließen des Empfängerschalters schon eine ausreichende Temperatur in dem zu beheizenden Raum herrscht, dann wird das Ventil nicht geöffnet, da der Schalter des Thermostats noch offen ist und das Heizelement dement­ sprechend nicht eingeschaltet ist. Erst wenn auch der Schalter des Thermostats schließt, wird der entsprechende Raum beheizt.

Mit der Schaltungsanordnung ist also wegen der beiden unter­ schiedlich betätigten Schalter im Stromkreis des Heizelements eine ferngesteuerte und geregelte Temperatureinstellung be­ liebiger Heizkörper bzw. Heizkreise, bei denen es sich auch um Fußbodenheizungen handeln kann, möglich.

Durch den Einsatz von Schaltuhren oder programmierbarer Elek­ tronik ist die Schaltungsanordnung ohne Probleme automatisier­ bar.

Es ist weiterhin möglich, in einem parallelen Strompfad einen Thermoschalter anzuordnen, der die beiden anderen Schalter des Stromkreises für das Heizelement überbrückt und diesen Strom­ kreis schließt, wenn die Temperatur einen vorgebbaren Mindest­ wert unterschreitet. Hierdurch ist auf einfache Weise ein Frostschutz für die Heizungsanlage gegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Schaltungsanordnung in schematischer Darstellung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer kompletten Anlage in einem Gebäude,

Fig. 3 eine Vorrichtung mit Heizelement zur Betätigung eines Ventils.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist in einem durch eine strichpunktierte Linie angedeuteten Gerät 1 untergebracht. Sie umfaßt einen temperaturabhängigen Dehnkörper 2, ein elek­ trisches Heizelement 3, einen Empfänger 4 für nachrichten­ technische Signale und einen Thermostat 5. Der Empfänger 4 ist mit einem ersten Schalter 6 ausgerüstet und der Thermostat 5 weist einen zweiten Schalter 7 auf.

Das elektrische Heizelement 3 und die beiden Schalter 6 und 7 liegen in einem Stromkreis, der von einer schematisch ange­ deuteten Stromquelle 8 gespeist wird. Bei dieser Stromquelle kann es sich auch um das in Gebäuden installierte Wechselstrom­ netz handeln. Der Empfänger 4 ist über eine aus dem Gerät 1 herausgeführte Leitung 9 an das Wechselstromnetz anschließbar.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 arbeitet wie folgt:

In der dargestellten Position ist der Stromkreis des Heiz­ elements 3 nicht geschlossen, da der Schalter 6 des Empfängers 4 geöffnet ist. Der Schalter 7 des Thermostats 5 hingegen ist ge­ schlossen, da angenommen wird, daß die am Thermostat einge­ stellte Temperatur unterschritten ist. Wenn das nur schematisch angedeutete Ventil 10 zur Beheizung eines Raumes geöffnet wer­ den soll, dann erhält der Empfänger 4 mittels tonfrequenter Übertragung über die Leitungen des Wechselstromnetzes ein Signal, durch welches der Schalter 6 geschlossen wird. Dadurch ist der Stromkreis geschlossen, das Heizelement 3 erwärmt sich und der Dehnkörper 2 dehnt sich aus. Dadurch wird - beispiels­ weise mittels einer in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung - das Druckelement 11 in Richtung des Pfeiles 12 bewegt, so daß der Arbeitskolben 13 des Ventils 10 freigegeben und das Ventil geöffnet wird.

Das Ventil 10 bleibt danach solange geöffnet, wie der Strom­ kreis des Heizelements 3 geschlossen ist. Der Stromkreis kann entweder nach vorgebbarer Zeit durch den Schalter 6 des Empfängers 4 oder bei Erreichen der am Thermostat 5 einge­ stellten Raumtemperatur durch dessen Schalter 7 unterbrochen werden. Es ist so auf einfache Weise möglich, die Temperatur in einem Raum zu einer bestimmten Zeit auf den gewünschten Wert zu regeln.

Für den Fall, daß der Raum nicht beheizt wird, ist weiterhin eine dem Frostschutz dienende Anordnung im Gerät 1 vorgesehen. Diese besteht aus einem Thermoschalter 14, der in einem zu den beiden Schaltern 6 und 7 parallelen Strompfad liegt und den Stromkreis des Heizelements 3 unter Überbrückung der beiden Schalter schließt, wenn die Temperatur in einem Raum einen vorgegebenen Wert unterschreitet.

Mit besonderem Vorteil wird die Schaltungsanordnung in Gebäuden mit vielen Räumen und vielen getrennten Heizkreisen eingesetzt. Als Beispiel sei ein Hotel beschrieben, dessen Räume alle von einer Zentrale aus automatisch gesteuert beheizt werden sollen. In Fig. 2 sind fünf Räume 15 bis 19 angedeutet, in denen jeweils Heizkörper oder Heizkreise mit Ventilen angebracht sind, die alle mit einer Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ausgerüstet sind. In jedem Raum befindet sich also mindestens ein Ventil mit einem Gerät 1 nach Fig. 1. Den Empfängern 4 dieser Geräte werden unterschiedliche Frequenzen zugeordnet, so daß jedes Gerät 1 gezielt von einer mit einem Sender S für tonfrequente Signale ausgerüsteten Zentrale 20 aus angesteuert werden kann.

Wenn beispielsweise der Raum 15 in einem Hotel an einem be­ stimmten Tag zu einer bestimmten Zeit beheizt werden soll, dann wird zu dieser Zeit von der Zentrale 20 aus der Schalter 6 des zugehörigen Geräts 1 geschlossen. Der entsprechende Empfänger 4 wird dazu über die Leitungen des Wechselstromnetzes mit einem tonfrequenten Signal beaufschlagt. In gleicher Weise können auch die anderen Räume 16 bis 19 zu bestimmten Zeiten für eine bestimmte Zeitdauer beheizt werden. Räume, die nicht benötigt werden, brauchen auch nicht beheizt zu werden. Die entsprechende Steuerung kann von der Zentrale 20 aus vorgenommen werden, so daß das Personal nicht mit dem Ein- und Ausschalten von Ventilen beschäftigt werden muß. Die Beheizung der Räume kann somit optimiert werden, wodurch die Heizkosten erheblich gesenkt werden können.

Das Ein- und Ausschalten der Heizungen der einzelnen Räume kann auch automatisiert werden, wenn in der Zentrale 20 Schaltuhren oder programmierbare elektronische Schaltungen eingesetzt werden, durch welche die tonfrequenten Steuersignale zu vorher einge­ stellten Zeiten ausgesandt werden. Eine derartige automatische Schaltung ist beispielsweise für Schulen interessant, deren Räume nachmittags oder in den Ferien nicht beheizt werden müssen. Sie kann jedoch auch in privaten Wohngebäuden mit Vorteil einge­ setzt werden.

Der Dehnkörper 2 muß mit einer Vorrichtung ausgerüstet sein, durch welche seine Dehnbewegung in eine Art Zugkraft umgesetzt wird, welche auf den Arbeitskolben 13 des Ventils wirkt und denselben in die Offenstellung des Ventils bringt. Eine be­ sonders einfache und elegante Ausführungsform einer solchen Vorrichtung ist in Fig. 3 dargestellt.

Diese Vorrichtung besteht aus einem Gehäuse 21 und einer Be­ festigungseinrichtung 22, mittels derer das Gehäuse beispiels­ weise auf das hier der Einfachheit halber nicht dargestellte Ventil 10 aufgeschraubt werden kann. Innerhalb des Gehäuses 21 sind folgende Einzelteile angeordnet:

Eine im wesentlichen ebene Druckplatte 23, welche als Druck­ element zur Betätigung des Arbeitskolbens 13 dient und in montiertem Zustand an dessen Stirnfläche anliegt. Auf die Druckplatte 23 wirkt unter Zwischenschaltung eines Zwischen­ körpers 24 eine Spiralfeder 25, die auf der anderen Seite am Gehäuse 21 abgestützt ist. Die Spiralfeder 25 umschließt den Dehnkörper 2 von außen, in welchem sich ein Medium befindet, das sich bei Temperaturerhöhung ausdehnt. Zwischen Spiral­ feder 25 und Dehnkörper 2 ist der käfigförmige Zwischenkörper 24 angebracht, der mit seinem Bodenteil 26 an dem Dehnkörper 2 an­ liegt und an seinem freien Ende eine nach außen weisende Er­ weiterung 27 hat. Die Spiralfeder 25 liegt auf der Erweite­ rung 27 auf, die ihrerseits auf der Druckplatte 23 aufliegt. Um die einzelnen Elemente Spiralfeder 25, Dehnkörper 2 und Zwischenkörper 24 herum ist das mechanisch feste Gehäuse 21 gelegt. An festen Teilen der Befestigungseinrichtung 22 sind Stifte 28 angebracht, von denen in Fig. 3 zwei zu sehen sind. Es sollen mindestens zwei solche Stifte vorhanden sein, die in montiertem Zustand mit ihren freien Enden am Dehnkörper 2 an­ liegen. Um ein Verkanten der Druckplatte 23 zu vermeiden, wer­ den zweckmäßig drei oder vier Stifte 28 angebracht.

Die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Ausgehend von der dargestellten Ruhestellung wird der Dehn­ körper 2 durch das elektrische Heizelement 3 erwärmt. Hier kann es sich vorzugsweise um einen PCT-Widerstand handeln. Die Leiter der Stromzuführung für das Heizelement 3 sind der Ein­ fachheit halber nicht mit eingezeichnet. Sie durchdringen den Zwischenkörper 24 und das Gehäuse 21. Das Heizelement 3 kann vorzugsweise im Innern des Dehnkörpers 2 angebracht werden. Durch die Erwärmung des Dehnkörpers 2 dehnt sich derselbe aus. Diese Ausdehnung kann - bezogen auf die Darstellung - nur nach oben erfolgen, da der Dehnkörper 2 durch die Stifte 28 nach unten fest abgestützt ist. Der Zwischenkörper 24 wird dadurch in Richtung des Pfeiles 29 nach oben gedrückt. Hierdurch wird auch die Spiralfeder 25 über die Erweiterung 27 des Zwischen­ körpers 24 mitgenommen, so daß die Druckplatte 23 entlastet wird.

Wegen dieser Entlastung kann eine auf den Arbeiskolben 13 des angeschlossenen Ventils 10 wirkende Rückstellfeder wirksam werden, die jetzt den Arbeistkolben 13 in Richtung des Pfeiles 29 bewegt, so daß das Ventil geöffnet wird. Es kann auf diese Weise durch das Einschalten eines elektrischen Strom­ kreises und die damit zusammenhängende Wärmeentwicklung des Heizelements 3 erreicht werden, daß ein beliebiger Heizkörper oder mehrere beliebige Heizkörper oder einzelne Heizkreise jederzeit zu einer gewünschten Zeit eingeschaltet werden können.

Statt der Vorrichtung nach Fig. 3 kann prinzipiell auch das aufwendigere, weiter oben beschriebene Zonenventil nach der DE-PS 19 00 713 eingesetzt werden. Es ist aber auch jede andere Vorrichtung geeignet, mit der die Dehnbewegung des Dehnkörpers 2 dazu ausgenutzt werden kann, den Arbeitskolben 13 des Ventils 10 in seine Offenstellung zu bewegen.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung zum ferngesteuerten Betätigen mindestens eines in einem Heißwasserkreislauf angeordneten, einen ver­ stellbaren Arbeitskolben aufweisenden Ventils einer in einem Gebäude installierten Heizungsanlage, bei welcher an das Ventil ein Gerät mit einem auf den Arbeitskolben einwirkenden, temperaturabhängigen Dehnkörper angeschlossen ist, der mit einem in einem elektrischen Stromkreis liegenden, elektrischen Heizelement ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß in den Stromkreis ein durch einen Empfänger (4) nach­ richtentechnischer Signale, der in dem Gerät (1) angeordnet und an das in dem Gebäude installierte Wechselstromnetz an­ geschlossen ist, zu betätigender erster elektrischer Schal­ ter (6) eingeschaltet ist,
• - daß in den Stromkreis ein durch einen ebenfalls im Gerät (1) untergebrachten Thermostat (5) zu betätigender zweiter elek­ trischer Schalter (7) eingeschaltet ist und
• - daß an beliebiger Stelle innerhalb des Gebäudes ein Sen­ der (S) nachrichtentechnischer Signale an das gleiche Wech­ selstromnetz wie der Empfänger (4) angeschlossen ist, so daß Sender (S) und Empfänger (4) miteinander verbunden sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Sender (S) eine Schaltuhr angeschlossen ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (S) mit einer programmierbaren elektronischen Schaltung ausgerüstet ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einem parallelen Strompfad des Stromkreises ein den ersten und den zweiten Schalter (6, 7) überbrückender, auf eine Mindesttemperatur eingestellter Thermoschalter (14) eingeschaltet ist.

5. Vorrichtung zur Betätigung mindestens eines Ventils einer Heizungsanlage unter Verwendung einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem mit dem Ventil (10) verbindbaren Gerät (1) neben Dehnkörper (2), Heizelement (3), Empfänger (4), Thermostat (5) und Schaltern (6, 7) eine entgegen einer am Arbeitskolben (13) des Ventils (10) angebrachten, in Richtung der Offenstellung desselben wirkenden Rückstellfeder auf denselben einwirkende Druckfeder (25) mit gegenüber der Rückstellfeder höherer Federkraft angeordnet ist.