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Schaltungsanordnung für ein temperaturabhängiges Dehnstolf-
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element Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für
ein temperaturabhängiges Dehnstoffelement mit Arbeitskolben, das durch ein elektrisches
Heizelement beheizbar ist, welches in einem einen Schalter aufweisenden elektrischen
Stromkreis liegt.
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Dehnstoffelemente mit Arbeitskolben werden für unterschiedliche Zwecke
dort eingesetzt, wo mechanische Bauteile über mehr oder weniger lange Strecken automatisch
verstellt werden sollen. Solche Bauteile sind beispielsweise Lüftungsklappen in
Gebäuden, Heizunysklappen, Schieber und Ventile, insbesondere Ventile von Heizungsanlagen.
Auf dem Markt erhältliche Dehnstoffelemente bestehen beispielsweise aus einem druckfesten
Behälter, in welchem ein Medium untergebracht ist, das sich bei Erwärmung ausdehnt.
Die dabei auftretende Kraft wird auf einen Arbeitskolben übertraqen, dar in seiner
Achsrichtung bewegt werden kann und dessen Position somit temperaturabhängig ist.
Die Kraftübertragung auf den Arbeitskolben kann beispielsweise durch eie Membran
oder auch durch einen elastomeren Zwischenkörper erfolgen.
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Die bekannten Dehnstoffelemente arbeiten mit einer Kennlinie, die
beispielsweise linear ansteigend verläuft. Mit steigender Temperatur wird der Verstellweg
des Arbeitskolben größer. Diese Dehristoffelemente beginnen erst ab einer bestimmten,
erhöhten Temperatur mit der Hubbewegung des Arbeitskolbens, so daß je nach Größe
der Wärmequelle ab deren Einschaltzeitpunkt mehr oder weniger viel Zeit vergeht,
bis der Arbeitkolben verstellt wird. Die bekannten Dehnstoffelemente sind daher
relativ träge.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
anzugeben, mit der auf einfache Weise die Ansprechempfindlichkeit von temperaturabhängigen
Dehnstoffelementen erhöht werden kann.
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Diese Aufgabe wird mit einer Schaltungsanordnung der eingangs geschilderten
Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß parallel zu dem Schalter und in Reihe
mit dem Heizelement ein stromverminderndes Bauteil in den Stromkreis eingeschaltet
ist.
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Für diese Schaltungsanordnung können die bekannten Dehnstoffelemente
ohne Änderungen weiterbenutzt werden. Auch bezüglich der Heizelemente sind kein
Änderungen erforderlich.
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Durch den Einsatz des stromvermindernden Bauteils wird erreicht, daß
das Heizelement des Dehnstoffkörpers auch bei geöffnetem Schalter ständig an die
Stromquelle angeschlossen ist. Der Strom ist jedoch so weit reduziert, daß die vom
Heizelement erzeugte Wärme nicht ausreicht um das Dehnstoff-E2J mett iiler seinen
Arbeitspunkt (Beginn der Hubbewegung des Arbeitskolbens) hinaus zu erwärmen. Der
Strom kann bei richtiger Auswahl bzw. Bemessung des stromvermindernden Bauteils
so eingestellt werden, daß das Dehnstoffelement in seiner Ruhestellung ständig bis
knapp unterhalb seines Arbeitspunktes erwärmt ist, so daß es beim Schließen des
Schalters, wenn
also der volle Strom fließt, in kürzester Zeit seinen
Arbeitspunkt erreicht und damit beginnt, den Arbeitskolben zu verstellen. Zweckmäßig
wird das Dehnstoffelement in seiner Ruhestellung ständig so weit erwärmt, daß seine
Temperatur etwa 15 % unterhalb der Temperatur des Arbeitspunktes liegt.
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Wenn als Stromquelle das 220 V-Wechselstromnetz verwendet wird, nn
als stromverminderndes Bauteil in bevorzugtef Ausführungsform die Reihenschaltung
einer Diode mit einer Zenerdiode verwendet werden, wobei die Diode in DurchlaB-richtung
und die Zenerdiode in Sperrichtung hintereinander liegen.
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Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung wird anhand der Zeichnungen
als Ausführungsbeispiel erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 die Schaltungsanordnung nach der Erfindung in prinzipieller
Ausführung.
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Fig. 2 und 3 zwei unterschiedliche Ausführungsformen für das stromvermindernde
Bauteil.
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Mit 1 ist ein Dehnstoffelement bezeichnet, das einen Arbeitskolben
2 aufweist, welcher temperaturabhängig in Richtung des Doppelpfeiles 3 verstellbar
ist. Zur Erwärmung des Dehnstoffelements 1 dient ein elektrisches Heielement 4,
das im dargestellten Ausführungsbeispiel an das 220 V-Wechselstromnetz 5 angeschlossen
ist. Das Heizelement 4 ist vorzugsweise als PTC-Widerstand ausgeführt, der besonders
einfach mit dem Gehäuse des Dehnkörpers 1 verbunden werden kann. Ein solcher PTC-Widerstand
kann beispielsweise an der Stirnfläche 6 des Dehnstoffelements 1 angebracht werden.
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Im Stromkreis des Heizelements 4 liegt ein Schalter 7, durch welchen
das Heizelement eingeschaltet werden kann.
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Parallel zu dem Schalter 7 und in Reihe zum Heizelement 4 ist ein
strornvt'-.'rm iderndes P,-iuttil 8 angeschlossen. Über dieses Bauteil 8 fließt
solange ein verminderter Strom zum Heizelement 4, wie der Schalter 7 geöffnet ist.
Das Heizelement 4 erzeugt dann so viel Wärme, daß das Dehnstoffelement 1 zwar erwärmt
wird, seinen Arbeitspunkt, bei dem die Hubbewegung des Arbeitskolbens 2 beginnt,
aber nicht erreicht, Der Arbeitskolben 2 wird nur dann aus dem Druckbehälter des
Dehnstoffelements 1 herausbeweyt, wenn der Schalter 7 geschlossen ist und der volle
Strom der Stromquelle 5 zum !1eizelement 4 fließt.
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Als stromverminderndes Bauteil 8 wird vorzugsweise die Reihenschaltung
aus einer Diode 9 und einer Zenerdiode 10 verwendet. Die Zenerdiode 10 ist dabei
gemäß Fig. 2 so hinter der Diode 9 angeschlossen, daß bei in Durchlaßrichtung geschalteter
Diode 9 die Zenerdiode 10 in Sperrichtung geschaltet ist. Von dem von der Stromquelle
5 kommenden Wechselstrom läßt die Diode 9 nur eine Halbwelle durch, so daß der zum
Heizelement 4 fließende Strom dadurch bereits auf seinen halben Wert vermindert
ist. Eine weitere Verminderung des Stromes wird durch die in Sperrichtung geschaltete
Zenerdiode 10 erreicht, die nicht bereits beim Nulldurchgang des Stromes stromdurchlässig
wird.
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Als Diode 9 kann jede handelsübliche Diode eingesetzt werden.
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Es kann sich also beispielsweise um eine Siliziumdiode handen.
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Das giLt auch für die Diode 11 nach Fig. 3, die in diesem Ausführungsbeispiel
als einziges Element zur Verminderung des Stromes eingesetzt ist.
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Als stromverminderndes Bauteil könnten auch eine Induktivität oder
ein ohmscher Widerstand verwendet werden. Der ohmsche Widerstand bietet sich besonders
dann an, wenn für spezielle Anwendungen als Stromquelle 5 eine Glichstromquelle
verwendet wird.
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Wenn als Stromquelle 5 eine Gleichstromquelle eingesetzt wird, dann
kann in dem Stromkreis des Heizelernents 4 zusätzlich ein vorzugsweise elektronisch
arbeitender Zerhacker bzw. Impulsgenerator eingeschaltet werden, durch welchen der
von der Gleichstromquelle gelieferte Cleichstrom quasi in einen Wechselstrom gewandelt
wird. Die AUS-wahl des stromvermindernden Bauteils 8 ist dann nicht auf einen ohmschen
Widerstand beschränkt.
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Unterstützt wird die Stromverminderung des Bauteils 8 noch dann, wenn
- wie oben bereits erwähnt - ein PTC-Widerstand als Heizelement 4 verwendet wird,
der selbst strombegrenzende Eigenschaften hat.
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Der Schalter 7 kann prinzipiell ein von Hand zu betätigender Schalter
sein, der an beliebiger Stelle in einem Gebäude angeordnet sein kann, da die Leitungen
des Stromkreises beliebig lang sein können. Wenn der Arbeitskolben 2 zu bestimmten
Zeiten betätigt werden soll, kann als Schalter 7 auch ein steuerbarer Schalter verwendet
werden, der bei spielsweise durch eine Schaltuhr ein- und ausgeschaltet wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Schar V ein temperaturabhängiger
Schalter - ein socgenannt:*r Thermostat - verwendet. Die Schaltungsanordnung insgesamt
ist dann mit Vorteil für die Temperaturregelung in aciumen von Gebc'iden oder auch
in Fahrzeugen geeignet. Der Arbeitskotben 2 des Dehnstotfelements 1 beeinflußt in
diesen Fällen ein
Ventil einer Warmwasserheizungsanlage eines Raumes,
mehrerer Räume, eines ganzen Gebäudes oder eines Fahrzeugs.
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Der temperaturabhängige Schalter 7 befindet sich in einem dieser Räume.
Er erfaßt die Temperatur d schaltet beim Unterschreiten bzw. beim Überschreiten
der gewünschten und eingeswtellten Temperatur.
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Die eingestellte Temperatur kann auf diese Weise mit großer Genaulgkeit
einyehalten werden, da das Dehnstoffelement 1 nie wesentlich abkühlt, sondern wegen
des den Schalter 7 überbrückenden stromvermindernden Bauteils 8 immer bei einer
Mindesttemperatur gehalten wird.
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Die Schaltungsanordnung ermöglicht so unter Einsatz von an sich bekannten
stromvermindernden Bauteilen eine sehr schnelle Reaktion eines Dehnstoffelements
allgemein und speziell eine sehr genaue Temperaturregelung für eine Warmwasserheizungsanlage.