DE4138523A1 - Verfahren zur beeinflussung eines stellgliedes mit temperaturabhaengigem dehnkoerper - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beeinflussung eines Stellgliedes, das einen temperaturabhängigen Dehnkörper und einen durch denselben bewegbaren Arbeitskolben mit temperaturabhängiger Stellung aufweist und an dessen Dehnkörper ein mit einer Stromquelle verbindbarer elektrischer Heizwiderstand angeordnet ist (DE-OS 29 17 506).

"Stellglied" im Sinne der Erfindung kann beispielsweise ein Ventil am Heizkörper einer Warmwasser-Heizungsanlage sein. Es kann sich auch um ein Betätigungsorgan für eine Heizungsklappe, einen Schieber oder eine Luftklappe handeln. Das Stellglied soll ganz allgemein dort eingesetzt werden, wo durch den Arbeitskolben seines Dehnkörpers irgend ein Bauteil bewegt bzw. verstellt werden soll.

Bei dem bekannten Verfahren nach der eingangs erwähnten DE-OS 29 17 506 ist das Stellglied an einem Ventil einer Heizungsanlage angebracht und im Stromkreis des Heizwiderstandes ist ein in einem zu beheizenden Raum befindlicher Thermostat angeordnet. Der das Ventil verstellende Dehnkörper wird über den Heizwiderstand betätigt, der durch den Thermostat an die Stromquelle angeschlossen oder nicht von Strom durchflossen und dementsprechend mehr oder weniger stark erwärmt wird. Die Stellung des Arbeitskolbens des Dehnkörpers wird also durch den Heizwiderstand beeinflußt, der vom Signal des Thermostats ein- und ausgeschaltet wird. Damit ist die Stellung des das Ventil betätigenden Arbeitskolbens des Dehnkörpers im wesentlichen von der Einschaltdauer (EIN/AUS-Zyklus) des Heizwiderstandes abhängig. In der Praxis wird das Ventil durch den Arbeitskolben in den beiden Endstellungen "AUF" oder "ZU" betrieben. Die mit dieser bekannten Anordnung in einem Raum einzustellende bzw. zu regelnde Temperatur kann daher nur relativ ungenau eingehalten werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs geschilderte Verfahren so weiterzubilden, daß ein Betrieb des Dehnkörpers mit einer definierten Stellung des Arbeitskolbens möglich ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,

• - daß der temperaturabhängige, sich mit einer Volumenänderung des im Dehnkörper befindlichen Dehnstoffs ändernde elektrische Widerstand des Stellgliedes ständig gemessen und einem Regler als Istwert zugeführt wird, dem als Sollwert eine einer vorgebbaren Stellung des Arbeitskolbens des Dehnkörpers entsprechende elektrische Spannung aufgegeben wird und
• - daß der Regler mit einem im Stromkreis des Heizwiderstandes liegenden Schalter verbunden wird, der durch den Regler betätigt wird.

Mit diesem Verfahren wird die Temperatur des Dehnkörpers bzw. des Dehnstoffs desselben als Istwert erfaßt und dem Regler zugeführt. Da die Stellung des Arbeitskolbens des Dehnkörpers temperaturabhängig und somit jedem Temperaturwert eine genau definierte Stellung des Arbeitskolbens zugeordnet ist, gibt dieser Istwert jeweils genau die Stellung an, in der sich der Arbeitskolben befindet. Die Stellung des Arbeitskolbens kann damit durch den Regler, dem der entsprechende Sollwert aufgegeben wird, durch Ein- bzw. Ausschalten des Heizwiderstandes genau geregelt werden. Das Ventil einer Heizungsanlage oder eine Lüftungsklappe oder jede andere zu verstellende Einrichtung befinden sich dadurch auf einfache Weise jederzeit in der gewünschten, geregelten Position.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Es zeigt

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung in schematischer Darstellung.

Fig. 2 und 3 zwei unterschiedliche Schnittbilder eines eingesetzten Dehnkörpers.

Fig. 4 eine gegenüber Fig. 1 abgewandelte Schaltungsanordnung.

Der in den Zeichnungen dargestellte temperaturabhängige Dehnkörper 1 ist mit einem Arbeitskolben 2 ausgerüstet, der in Abhängigkeit von der am Dehnkörper 1 herrschenden Temperatur in Richtung des Doppelpfeils 3 verstellbar ist. Am Dehnkörper 1 ist ein Heizwiderstand 4 angebracht, der im Stromkreis einer durch die Buchstaben L und N angedeuteten Stromquelle liegt. Der Stromkreis kann durch einen in Form eines Kästchens dargestellten Schalter 5 geschlossen bzw. geöffnet werden.

Der elektrische Widerstand des im druckfesten Gehäuse 6 befindlichen Dehnstoffs 7 (Fig. 2 und 3) des Dehnkörpers 1 wird durch Kontaktierung an den Stellen 8 und 9 gemessen und als Istwert einem Regler 10 aufgegeben. Dem Regler 10 wird außerdem eine elektrische Spannung als Sollwert S zugeführt. Sie kann beispielsweise zwischen 0 und 10 V liegen und von einem Steuerkreis 11 geliefert werden. Der Sollwert S entspricht einer vom Heizwiderstand 4 zu erzeugenden Temperatur, auf die der Dehnkörper 1 erwärmt werden soll, damit sein Arbeitskolben 2 eine ganz bestimmte Stellung einnimmt. Diese bestimmte, genau definierte Stellung des Arbeitskolbens 2 entspricht beispielsweise einer damit ebenfalls definierten Stellung eines Ventils oder einer Lüftungsklappe. Zur geregelten Einhaltung der Temperatur des Dehnkörpers 1 wird der Schalter 5 durch den Regler 10 betätigt.

Der Schalter 5 ist vorzugsweise ein elektronischer Schalter, beispielsweise ein Transistor bzw. eine Transistorschaltung. Als Stromquelle können beispielsweise das 220 V- Wechselstromnetz oder auch eine Batterie verwendet werden.

Der Dehnkörper 1 weist gemäß Fig. 2 und 3 ein druckfestes Gehäuse 6 auf, das vorzugsweise aus Metall besteht. In dem Gehäuse 6 ist der Dehnstoff 7 angebracht, der im Innern des Gehäuses 6 durch einen aus elastomerem Material bestehenden Einsatz 12 begrenzt ist. Der Einsatz 12 umschließt den Arbeitskolben 2 des Stellgliedes. Bei einer Ausdehnung des Dehnstoffs 7 infolge Temperaturerhöhung wird der Einsatz 12 zusammengedrückt. Der Arbeitskolben 2 wird dadurch in eine aus Fig. 3 ersichtliche Stellung bewegt. Wenn die Temperatur am Dehnkörper 1 sinkt, wird das Volumen des Dehnstoffs 7 wieder geringer. Der Arbeitskolben 2 wird dann durch eine zum System gehörende, nicht mit dargestellte Feder beispielsweise in die aus Fig. 2 ersichtliche Position zurückbewegt.

Das Verfahren nach der Erfindung arbeitet gemäß Fig. 1 beispielsweise bei der Betätigung eines Ventils wie folgt:

Die Stellung des Arbeitskolbens 2 des Dehnkörpers 1 wird durch den Sollwert S eingestellt. Sie entspricht beispielsweise dem Wärmebedarf in einem Raum. Das Ventil eines in diesem Raum angebrachten Heizkörpers wird durch den Arbeitskolben 2 in die entsprechende Stellung gebracht. Die Spannung des Steuerkreises 11 wird als Sollwert S dem Regler 7 aufgegeben. Die am Dehnkörper 1 herrschende Temperatur wird indirekt über den Wert des elektrischen Widerstandes gemessen, den der Dehnstoff 7 in Abhängigkeit von der Größe seines jeweiligen Volumens aufweist. Der jeweils gemessene Widerstandswert bzw. die auf diese Weise gemessene Temperatur des Dehnkörpers 1 wird dem Regler 10 als Istwert zugeführt. Wenn dieser Istwert der Temperatur kleiner als der Sollwert S ist, wird der Schalter 5 durch den Regler 10 geschlossen. Der Heizwiderstand 4 wird damit von Strom durchflossen. Er erwärmt den Dehnkörper 1 solange, bis die gewünschte Stellung des Arbeitskolbens 2 erreicht ist. Die zugehörige Temperatur des Dehnkörpers 1 wird dauernd gemessen und dem Regler 10 als Istwert zugeführt. Wenn die gewünschte, durch den Sollwert S vorgegebene Temperatur erreicht ist, wird der Schalter 5 durch den Regler 10 wieder geöffnet. Die vorgegebene Stellung des Arbeitskolbens 2 wird damit durch den Regler 10 sehr genau geregelt.

Die beschriebene Wirkungsweise des Verfahrens gilt auch dann, wenn statt des elektrischen Widerstandes des Dehnstoffs 7 der resultierende elektrische Widerstand aus dem dann elektrisch leitfähigen Einsatz 12 und dem Arbeitskolben 2 zur Erfassung des Istwerts der Temperatur gemessen wird. Auch dieser elektrische Widerstand ist vom Volumen des Dehnstoffs 7 abhängig. Er ändert sich mit der Eintauchtiefe des Arbeitskolbens 2 in den Einsatz 12. Gemäß Fig. 3 werden bei dieser Variante des Verfahrens der Arbeitskolben 2 und das Gehäuse 6 an den Stellen 13 und 14 kontaktiert.

Es ist dabei möglich, den Arbeitskolben 2 in der Nähe seiner freien Stirnfläche direkt zu kontaktieren. Der elektrisch leitende Anschluß an der Stelle 13 kann aber auch über eine in Fig. 4 angedeutete metallische Druckplatte 15 erfolgen, gegen die der Arbeitskolben 2 in der Arbeitsstellung des Stellgliedes drückt. Der elastomere Einsatz 12 kann beispielsweise durch Zugabe von Ruß elektrisch leitfähig gemacht sein.

Claims (6)

1. Verfahren zur Beeinflussung eines Stellgliedes, das einen temperaturabhängigen Dehnkörper und einen durch denselben bewegbaren Arbeitskolben mit temperaturabhängiger Stellung aufweist und an dessen Dehnkörper ein mit einer Stromquelle verbindbarer elektrischer Heizwiderstand angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der temperaturabhängige, sich mit einer Volumenänderung des im Dehnkörper (1) befindlichen Dehnstoffs (7) ändernde elektrische Widerstand des Stellgliedes ständig gemessen und einem Regler (10) als Istwert zugeführt wird, dem als Sollwert (S) eine einer vorgebbaren Stellung des Arbeitskolbens (2) des Dehnkörpers (1) entsprechende elektrische Spannung aufgegeben wird und
• - daß der Regler (10) mit einem im Stromkreis des Heizwiderstandes (4) liegenden Schalter (5) verbunden wird, der durch den Regler (10) betätigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der temperaturabhängige elektrische Widerstand des Dehnstoffs (7) des Dehnkörpers (1) gemessen und dem Regler (10) als Istwert zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der resultierende elektrische Widerstand aus einem den Arbeitskolben (2) umschließenden, elektrisch leitfähigen elastomeren Einsatz (12) und dem metallischen Arbeitskolben (2) gemessen und dem Regler (10) als Istwert zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (2) elektrisch leitend mit dem Regler (10) verbunden wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine metallische Druckplatte (15), an welcher der Arbeitskolben (2) in Arbeitsstellung des Stellgliedes mit seiner freien Stirnseite mit Druck anliegt, elektrisch leitend mit dem Regler (10) verbunden wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter (5) ein elektronischer Schalter eingesetzt wird.