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Vorrichtung zur Einzelraum- oder
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Raumzonentemperaturregelung
Die erfindung bezieht
sich auf eine Vorrichtung zur Einzelraum- oder Raumzoenetemperaturregelung, mit
einem Ventil im Heizkreis, dessen Ventilglied von einem ein Dehnmaterial enthaltenden
Dehnkörper in Abhängigkeit von der Raumtemperatur verstellt wird, dem. ein elektrisches
Heizelement zugeordnet ist.
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Eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art ist aus der DE-OS
3 018 237 bekannt. Die Verstellung des Ventilgliedes erfolgt hiebei nach Art eines
Thermostatventiles durch den Dehnkörper und das elektrische Heizelement dient lediglich
dazu, für die Nachtabsenkung der Vorl2uftemperatur des Heizwassers der Heizung zu
sorgen. Iiiezu wird das Heizelement dann elektrisch angespeist, wenn die erwähnte
Nachttemperaturabsenkung erfolgen soll. Es täuscht dann das erwärmte Heizelement
dem Dehnkörper, der die Raum temperatur abfühlt, eine höhere Raumtemperatur vor,
als sie tatsächlich vorhanden ist.
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Eine solche Vorrichtung hat die bekannten Nachteile gewöhnlicher
Thermostatventile, vor allem Regelungsfehler, wie reines Proportionsregelverhalten,
so daß bei großen Temperaturänderungen eine Nachstellung des Reglers von Hand erforderlich
ist, da ansonsten entweder Unbehaglichkeit oder Energieverschwendung auftreten.
Ferner besteht ein Nachteil darin, daß ein solches Thermostatventil zumeist in unmittelbarer
Nähe des Heizkörpers angeordnet ist und daher der Dehnkörper unmittelbar von Heizkörper
durch Strahlung oder Konvektion erwärmt werden kann, was eine zu hohe Raumtemperatur
vortäuscht.
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Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, diese Nachteile zu vermeiden
und eine Vorrichtung zur Einzelraumtemperaturregelung bzw. Raumzonenternperaturregelung
zu schaffen, die bei geringem Energieverbrauch eine einwandfreie Stetigregelung.ermöglicht
und dennoch eine einfache Bauweise bei geringem Platzbedarf aufweist. Die Erfindung
löst diese Aufgabe dadurch, däß das Dehnmaterial einen Arbeitstemperaturbereich
hat, der zur Gänze außerhalb, insbesondere oberhalb, des zu regelnden Raumtemperaturbereiches
liegt
und daß die Dehnungen des Dehnkörpers nur über die Erwärmung
des Heizelementes stetig geregelt sind, welches hiezu über einen PI-Regler an einen
auf die Temperatur des zu beheizenden Raumes bzw. der zu beheizenden Raumzone ansprechenden
Temperaturfühler mit Solllrertennstellung anbeschlossen ist. Auf diese Weise wird
erstmals ein über ein Heizelement beeinflußbares Dehnelement, also ein sogenann
ter Thermomotor, als Stetigregler für die Einzelraumregelung bzw. Raumzonenregelung,
sinnvoll eingesetzt. Während bei der eingangs beschriebenen bekannten Konstruktion
das Heizelement nur zur Nachtabsenkung der Temperatur dient, ist es beim Erfindungsgegenstand
das alleinige Element, über'welches eine Temperaturbeeinflussung des Dehnkörpers
erfolgt. Eine solche, im Sinne der trfifldung stattfindende Regelung könnte bei
der bekannten Vorrichtung nicht stattfinden, da sich dort, ebenso wie bei allen
bekannten Thermostatventilen, der Arbeitstemperaturbereich des Dehnkörpers mit dem
zu regelnden Temperaturintervall des Raumes deckt.
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Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion liegt Jedoch diese Arbeitstemperatur
zur Ganze außerhalb des zu regelnden Raumtemperaturintervalles, insbesondere wesentlich
höher, so daß die Regelung der erfindungsgemäßen Vorrichtung unabhängig von der
das Ventil bzw. das sieizelement umgebenden Raumtemperatur ist. Die Raumtemperatur
wird lediglich über den Temperaturfühler erfaßt, welcher an einer beliebigen geeigneten
Stelle im zu beheizenden Raum bzw. der zu beheizenden Raumzone angeordnet wird.
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Da die Temperatur eines zu beheizenden Raumes selten über 25 0C geregelt
wird, wurde es genügen, für eine übliche Heizanlage, bei der die Heizkörper in Form
von Radiatoren im zu beheizenden Raum angeordnet sind, die untere Grenze des Arbeitstemperaturbereiches
des Dehnmateriales auf etwa 30 0C zu legen. Um jedoch die erfindungsgemäße Vorrichtung
auch bei Fußbodenheizungen sinnvoll anwenden zu können, bei welchen die Temperatur
im Verteilerkasten erfahrungsgemäß etwa bei 500C liegt, ist gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung die Anordnung so getroffen, daß der Arbeitstemperaturbereich
des
Dehnmateriales auch höher liegt als die Temperatur in einem solchen Verteiler'testen,
also zwischen etwa 55 und 90°C, insbesondere zwischen CjO und oO°C.
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Für die Raumtemperaturregelung bei Zentralheizungen, Etagenheizungen,
Fernheizungen usw, ist auch eine Vorrichtung bekannt, bei welcher über einen zentralen
Regler mehrere Raume geregelt werden und als Stellantrieb für das Ventilglied des
Ventiles ein Magnet dient, dessen Erregung von einem PI-Regler geregelt wird. An
einer solchen Vorrichtung ist nicht nur der hohe Energieverbrauch nachteilig, sondern
es ist diese Vorrichtung wegen der benötigten Stellkräfte auch voluminös, so daß
sie auf Heizkörper nicht überall aufsetzbar ist. Ferner ist der Preis eier solche
Vorrichtung verhältnismäßig hoch und ihre Lebensdauer gering.
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Im Gegensatz hiezu benötigt das in erfindungsgemäßer Weise ausgebildete
Dehnelement sowie die ihm zugeorcnete Heizwicklung nur sehr wenig Platz, so daß
die auf das Ventil aufzusetzenden Bauteile leicht und platzsparend sind.
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Da auch der PI-Regler sowie der Temperaturfühler mit der Sollwerteinstellung
sehr klein und leicht ausgebildet werden können, ist die gesamte erfindungsgemäße
Vorrichtung klein, leicht und günstig in der Anschaffung. Es ist ohne weiteres möglich,
im Rahmen der Erfindung den PI-Regler, der gegebenenfalls ausgangsseitig an einem
Transistorverstärker angeschlossen ist, den Temperaturfühler und die Sollwerteinstellung
in einem gemeinsamen Gehäuse unterzubringen, welches vorzugsweise auch eine Energieversorgung
enthält. Eine solche Einheit nimmt nur wenig Platz in AnspruchD so daß sie o'rme
aufzufallen, überall angeordnet werden kanne Außerdem schützt das gemeinsame Gehause
die in ihm enthaltenen Bauteile gegen Berührung und Verstaubung, was die Lebensdauer
der Vorrichtung und ihre Störungsunanfälligkeit verbessert. In einem solchen Gehäuse
kann auch ein dem Temperaturfühler und der Sollwerteinstellung zuschaltbarer Widerstand
angeordnet sien, der z.
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BQ über einen Schalter schaltbar ist und zur Nachtabsenkung diente
Ferner ist es möglich, an die Klemmen der
Sollwerteinstellung bzw.
der Temperaturfühlers eine Zeitschaltuhr anzuschließen, die gegebenenfalls ebenfalls
in das erwähnte Gehäuse integriert sein kann.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit geringem.
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Energ.everbraucil betrieben werden, da es durchaus möglich ist, das
Heizelement mit einer Leistungsaufnahme von etwa 0,8 bis 2,5 W, vorzugsweise etwa
1 bis 1,5 W, auszubilden.
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Dies wird dadurch möglich, daß die Masse des Dehnmateriales nur gering
zu sein braucht, da ja seine Aussteuexung ausschließlich über das Heizelement und
nicht, wie bisher, über die Raumtemperatur erfolgt. Infolge der geringen auszusteuernden
Leistung kann auch der PI-Regler klein ausgebildet werden, insbesondere seine Energieversorgung
(Transformator), so daß auch hiefür nur geringe Abmessungen erforderlich sind. Dies
ist aus Einbaugründen (etwa in das erwähnte gemeinsame Gehäuse) und auch aus Lagergründen
vorteilhaft.
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Fiir ein Dehnmaterial im Sinne der Erfindung eignet sich besonders
eine Flüssigkeit mit großem Wärmeausdehnungskoeffizienten, vorzugsweise ein Öl,
wobei der Sieaepunkt dieser Flüssigkeit höher als der Arbeitstemperaturbereich liegt.
Um mit geringen Mengen an Dehnungsmedium auszu>cmmen, sollte der Wärmeausdehungskoeffizient
dieses Mediums möglichst groß sein. Hiefür eignen sich besonders Öle, und zwar sowohl
pflanzliche Öle als auch synthetische Öle, z.B. Erdölderivate.
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Im Rahmen der Erfindung kann die Vorrichtung eine auf den Dehnkörper
im Sinne einer Verstellung des Ventilgliedes wirkende händische Verstelleinrichtung
haben, z.B. einen am Kopf des Dehnelementes vorgesehenen Schraubtrieb.
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Dadurch ist eine händische Verstellung des Ventiles möglich, vorzugsweise
sowohl im stromführenden als auch im stromlosen Zustand des Heizelementes.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt.
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Fig. 1 zeigt das Schaltschema der Vorrichtung und Fig. 2 zeigt einen
Schnitt durch den auf das Ventil aufgesetzen, vom Dehnkörper und vom Heizelement
gebildeten
Thermomotor.
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Die Temperatur des zu beheizenden Raumes wird von einem Temperaturfühler
1 abgefühlt, der in einem Z-eig einer Widerstandsmeßbrücke 2 liegt. In einem anderen
Zweig dieser Meßbrücke 2 liegt ein Potentiometer als Soll-.
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werteinstellung 3, an welcher der gewünschte Temperaturwert für den
Raum eingestellt werden kann. -Die Meßbrücke 2 ist an einen Pl-Regler 4 angeschlossen,
dessen Ausgang zur Basis eines Trans1storverst,arkers 5 führt, dessen Emitter an
die Ader einer zweiadrigen Leitung 6 angeschlossen ist, die zu einem am Kopf des
zu regelnden Ventiles 7 angeordneten Thermomotor 8 führt, und zwar an das Heizelement
9 desselben, das auf das Dehnmaterial 10 einwirkt-, dessen Ausdehnung die Verstellung
des Ventiles 7 bewirkt. Die andere Ader der Leitung 6 führt zur Meßbrücke 2. Die
Spannungsversorgung erfolgt vom Netz über einen Gleichrichter und Spannungsteiler
11 mit Niederspannung, z.B. 24 V, so daß die Leitung 6 maximal diese Spannung führt
und daher gefalirlos berührt werden kann. In der Meßbrücke 2 liegt ferner ein durch
einen Schalter 12 überbrückbarer Widerstand 13. Der Schalter 12 kann zwecks Nachtabsenkung
der Temperatur durch eine Schaltuhr 14 oder manuell geschlossen werden.
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Das Dehnungsmaterial ist ein Öl, dessen durch die Aufheizung des
Heizelementes 9 bestimmter Arbeitste:nperaturbereich so gelegt ist, daß er deutlich
höher liegt als die mögliche Temperatur des zu beheizenden Raumes, die über das
Potentiometer 3 eingestellt werden kann und im allgemeinen zwischen 5 und 300C liegt.
Vorzugsweise liegt der Arbeitstemperaturbereich des Dehungsmateriales zwischen etwa
60 und 80°C. Die relativ hocn liegende untere Grenze dieses Temperaturintervelles
ermöglicht es, das Ventil auch in Verteilerkästen und Fußbodenheizungen anzuordnen,
ohne daß die in einem solchen Verteilerkasten üblicherweise herrschende Temperatur
auf die Regelung des Ventiles einen Einfluß nehmen kardan.
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In Fig. 2 ist ein Schnitt durch das Ventil 7 samt dem
daran
angebauten Verstellkopf dargestellt. Das Ventil 7 hat in üblicher Weise einen Ventilteller
15, der mit einem Ventilsitz 16 im Ventilgehäuse 17 zusammenarbeitet. Der Ventilteller
15 ist an einem Stössel 18 befestigt, der in einem in das Ventilgehäuse 17 eingeschraubten
Oberteil 19 in seiner Längsrichtung verschieblich geführt und durch eine Rüc:1rstellfeder
20 belastet ist. Das aus dem Oberteil 19 herausgeführte Ende 21 des Stössels 18
trägt einen Federkäfig 22, in welchem eine Schraubendruckfeder 23 sitzt, deren eines
Ende gegen den unteren Boden des. Federkäfigs 22 und deren anderes Ende gegen eine
Druckplatte 24 abgestützt ist, wie vor einer Öffnung 25 des Federkäfigs 22 liegt,
durch die ein Druckbolzen 26 hindurchgreift. Dieser D-ruckbolzen 2.6 ist durch eine
Öffnung 27 des unteren Endes eines Dehnelementes 28 abgedichtet hinduröhgeführt'
und ragt in dem Element 28 in das von einem bl gebildete Dehnmaterial 10- hinein.
Auf einem mit geringerem Außendurchmesser ausgebildetenAbschnitt 29 des Dehnelementes
28 sitzt das als Wicklungsring ausgebildete Heizelement 9, dessen Anschlußleitungen
6 aus dem Ventil herausgeführt sind. Das Dehnelement 28 wird vorzugsweise von einem
Einstellstück 30 getragen, das. mit seinem unteren Ende in ein Innengewinde eir,es
Gewindeteiles 31 eingeschraubt ist, der mittels einer Überwurfmutter 32 an einem
Flansch 33'des Oberteiles 19 festgespannt ist. Auf den Gewindeteil 31 ist eine Schutzkappe
34 aufgesteckt, die einen in Umfangsrichtung des Gcwindeteiles 31 verlaufenden,
an dessen Außenumfang angeordneten Schlitz 35 abdeckt, durch den die Anschluf3leitungen
6 hindurchgeführt sind. Dadurch kann das Einstellstück 30 begrenzt mehr oder weniger
tief in den Gewindeteil 31 eingeschraubt werden, z.3. von Hand aus nach Abzug der
Schutzk2npe 74, wodurch die Möglichkeit einer Voreinstellung gegeben ist.
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Der Arbeitsternperaturbereich des Dehnmateriales 10 ist durch stGndige
mäßige Anspeisung des Heizelementes 9 so gelegt daß er wesentlich höher liegt als
die mögliche Temperatur in demjenigen Raum, in welchem das Ventil 7 angeordnet
ist.
Dadurch bleiben die Temperaturschwankungen in diesem Raum auf das Regelverhalten
des Ventiles 7 ohne unmittelbaren Einfluß, sondern wirken sich nur über die Abfühlung
mittels des Temperaturfühlers 1 (Fig. 1) aus.
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Eine Alternative zu der erwähnten ständigen Vorerwärmung des Dehnmateriales
10 mittels des Heizelementes 9 besteht darin, daß das Dehnmaterial 10 von sich aus
ein derartiges Wärmedehnverhalten aufweist, daß Temperaturschwankungen im Bereiche
des Raumes in welchem das Ventil 7 angeordnet ist, ohne nennenswerten Einfluß hinsichtlich
einer kusdehnung bzw. Zusairmenziehung des Dehnmateriales 10 bleiben.
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Die Schraubendruckfedr 23 verhindert, daß bei zu starker Einschraubung
des Dehnelementes 28 bzw. bei zu starker Ausdehnung des Dehnmateriales 10 der Ventilteller
15 zu stark gegen den Ventilsitz 16 gedrückt wird, wodurch ein Bruch auftreten könnte.
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L e e r s e i t e