DE102008031584A1 - Anordnung zum Verstellen eines Ventils - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Verstellen eines Ventils, das einen unter der Wirkung einer Rückstellfeder stehenden Stößel aufweist, bei welcher an einem am Ventil anzubringenden Grundkörper ein temperaturabhängiges, aus einer Legierung mit eingeprägtem Formgedächtnis bestehendes metallisches Stellelement angeordnet ist, bei welcher in Montageposition des Grundkörpers ein Druckteil an der Stirnseite des Stößels des Ventils anliegt, bei welcher das Stellelement bei Erwärmung in einer ersten Endstellung eine dem eingeprägten Formgedächtnis entsprechende Form einnimmt, bei welcher an dem Grundkörper ein auf das Stellelement einwirkendes rückstellendes Bauteil angebracht ist, durch welche dasselbe bei Fortfall der Erwärmung in einer zweiten Endstellung gehalten ist, und bei welcher das Stellelement zwischen den zwei Endstellungen verstellbar ist, welche der Offenstellung des Ventils einerseits und dessen Schließstellung andererseits entsprechen (
WO 2007/036285 A1 - Eine derartige Anordnung wird beispielsweise in der Heizungs- und Lüftungstechnik eingesetzt. Sie kann grundsätzlich überall dort verwendet werden, wo durch ein Ventil eine Verstellbewegung durchgeführt werden soll. Es können dadurch beispielsweise Klappen bewegt oder lichte Rohrquerschnitte verändert werden, wodurch auch die Durchflußmenge eines durch ein entsprechendes Rohrsystem strömenden bzw. fließenden Mediums verändert werden kann. Ein solches Medium ist beispielsweise Wasser oder Luft.
- Ein metallisches Stellelement mit eingeprägtem Formgedächtnis, wie es bei der Anordnung nach der Erfindung eingesetzt wird, besteht aus einer an sich bekannten Formgedächtnislegierung. Sie hat beispielsweise die Komponenten Nickel, Titan und Kupfer. Ein Bauteil aus einer solchen Legierung erhält mit einer speziellen Behandlung unterhalb einer kritischen Temperatur mit bleibender Verformung ein Formgedächtnis mit der Maßgabe eingeprägt, daß es nach einer Verformung aus seiner eingeprägten Form heraus in eine andere Form bei Erwärmung in die eingeprägte Form zurückgeht, und zwar mit erheblicher Kraftentwicklung. Dabei können solche Bauteile bei unterschiedlichen Temperaturen reagieren, und zwar in Abhängigkeit von den zu ihrem Aufbau verwendeten Legierungsbestandteilen. Sie können bei Fortfall der Erwärmung in einer gegebenen Position gehalten oder mit relativ geringem Kraftaufwand, beispielsweise mittels einer Feder, wieder in die durch die erwähnte Verformung erreichte andere Form zurückgebracht werden.
- Die bekannte Anordnung nach der eingangs erwähnten
WO 2007/036285 A1 - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Anordnung vorteilhaft weiterzubilden.
- Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
- – daß das Stellelement ein langgestrecktes Bauteil ist, das in Arbeitsposition im nicht erwärmten Zustand gegenüber seiner dem eingeprägten Formgedächtnis entsprechenden Länge verlängert ist,
- – daß das Stellelement an seinem einen Ende an einem Festpunkt des Grundkörpers angebracht und an seinem anderen Ende mit einem Ende eines Hebels verbunden ist, der um eine am Grundkörper angebrachte Drehachse drehbar ist und an dessen anderem, auf der anderen Seite der Drehachse liegendem Ende das rückstellende Bauteil befestigt ist, und
- – daß das Druckteil an dem Hebel angebracht ist.
- Diese Anordnung ist mit wenig Einzelteilen platzsparend aufgebaut. Das Stellelement ist mit Vorteil als langgestreckter Streifen bzw. als Draht ausgebildet. Es führt seine temperaturabhängige Formänderung in seiner Längsrichtung als lineare Bewegung aus. Bei dieser Formänderung wird das an dem Hebel angebrachte und in Montageposition am Stößel des Ventils anliegende Druckteil durch die Drehung des Hebels derart mitgenommen, daß der Stößel zwischen zwei Positionen bewegt werden kann, welche einerseits der Offenstellung und andererseits der Schließstellung des Ventils entsprechen. Eine dieser Positionen ist dann erreicht, wenn das Stellelement bei Erwärmung seine dem eingeprägten Formgedächtnis entsprechende Länge – im folgenden kurz „eingeprägte Länge” genannt – einnimmt. Die andere Position wird bei Fortfall der Erwärmung durch die Wirkung des rückstellenden Bauteils erreicht, welches das Stellelement in seine gegenüber der eingeprägten Länge vergrößerte Länge zurückzieht. Es reichen schon Bewegungen des Stößels von wenigen Millimetern aus, um beispielsweise ein Ventil einer Heizungsanlage zwischen seiner Schließstellung und seiner Offenstellung zu verstellen.
- Wenn als rückstellendes Bauteil ebenfalls eintemperaturabhängiges, langgestrecktes Bauteil mit eingeprägtem Formgedächtnis eingesetzt wird, dann kann der Stößel des Ventils auch in Positionen gebracht und gehalten werden, die zwischen der Schließstellung und der Offenstellung des Ventils liegen. Das kann gezielt durch das Ein- und Ausschalten einer der Erwärmung dienenden Stromquelle bzw. Spannungsquelle in Verbindung mit einem Wegmeßsystem erreicht werden, das die jeweilige Position des Stößels erfaßt. Das Wegmeßsystem erzeugt beispielsweise elektrische Stromimpulse, die zur Steuerung der Erwärmung verwendet werden.
- Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.
- Es zeigen:
-
1 in schematischer Darstellung eine an einem Ventil befestigte Anordnung nach der Erfindung. -
2 einen auf einem Ventil montierten Halter. -
3 eine Anordnung nach der Erfindung in vergrößerter Darstellung. -
4 und5 eine gegenüber3 abgewandelte Ausführungsform der Anordnung in zwei unterschiedlichen Stellungen. -
6 eine Einzelheit der Anordnung in weiter vergrößerter Darstellung. - In den
3 bis5 sind Schraffuren von im Schnitt dargestellten Teilen nicht eingezeichnet. Auch ist eine genauere Darstellung eines vorzugsweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff bestehenden Grundkörpers, an dem die Einzelteile der Anordnung angebracht sind, fortgelassen. Außerdem sind weitere, zu der Anordnung gehörende Teile, die zum Verständnis der Erfindung nicht benötigt und erläutert werden, mit durchgehenden Linien angedeutet. - Statt der Worte „rückstellendes Bauteil” wird im folgenden das kürzere Wort „Feder” verwendet.
- Gemäß
1 ist in einer Rohrleitung1 , in der beispielsweise Heizungswasser geführt wird, ein Ventil2 angeordnet. An dem Ventil2 ist eine in den3 bis5 genauer dargestellte Anordnung3 angebracht, mit der die Stellung des Ventils2 temperaturabhängig gesteuert werden kann. Das Ventil2 hat gemäß2 einen in Richtung des Doppelpfeils4 durch eine nicht dargestellte Rückstellfeder beaufschlagten Stößel5 , der maximal zwischen zwei Endstellungen verstellbar ist. Konzentrisch zum Stößel5 kann ein Gewindestutzen6 angebracht sein, auf den hier ein aus Kunststoff bestehender Halter7 aufgeschraubt ist. Er hat an seiner Umfangsfläche eine in bevorzugter Ausführungsform umlaufende, nutförmige Vertiefung8 , in welche in Montageposition einrastende Verriegelungselemente eines die Anordnung3 umschließenden Gehäuses eingreifen können. Die Anordnung3 kann aber auch auf andere Art und Weise am Ventil2 befestigt werden. Ein Gehäuse kann vorzugsweise aus einem stabilen Kunststoff bestehen. Es kann mittels des Halters7 auf das Ventil2 aufgesetzt werden. Das Gehäuse ist in den3 bis5 der Einfachheit halber nicht mit dargestellt. Es enthält die Anordnung, die zum Verstellen des Ventils verwendet wird. Sie geht in Ausführungsbeispielen aus den3 bis5 hervor. - Die Anordnung weist gemäß
3 ein langgestrecktes, streifenförmiges Stellelement9 aus einem Metall mit eingeprägtem Formgedächtnis auf, das an seinem einen Ende an einem Festpunkt10 des Grundkörpers festgelegt und an seinem anderen Ende mit einem Hebel11 verbunden ist, der in6 als Einzelteil dargestellt ist. Der Hebel11 ist um eine am Grundkörper angebrachte Drehachse12 drehbar. Zum Hebel11 gehört ein Druckteil13 , das in Montageposition der Anordnung an der Stirnseite des Stößels2 anliegt. Am anderen Ende des Hebels11 greift eine Feder F als rückstellendes Bauteil mit einem Ende an, die mit ihrem anderen Ende an einem Festpunkt14 des Grundkörpers angebracht ist. Die Feder F verläuft vorzugsweise parallel zum Stellelement9 . Sie kann aber auch eine andere axiale Richtung haben. Die Feder F ist gemäß3 als Schraubenfeder15 ausgeführt. Es können aber auch andere Federn eingesetzt werden. Am Stellelement9 ist außerdem ein elektrisches Heizelement16 angebracht, bei dem es sich mit Vorteil um einen PTC-Widerstand handelt. - Die Anordnung nach
3 arbeitet beispielsweise wie folgt:
Die in3 schematisch dargestellte Stellung der Anordnung entspricht beispielsweise der Schließstellung des Ventils1 . Das Druckteil13 wird durch die Spiralfeder15 mit ausreichender Kraft gegen den Stößel2 gedrückt. Das Stellelement9 hat eine gegenüber seiner eingeprägten Länge größere Länge. Zum Öffnen des Ventils1 wird das Heizelement16 mit Strom versorgt, so daß das Stellelement9 erwärmt wird. Es geht dadurch mit großer Kraftentwicklung in seine eingeprägte, kürzere Länge zurück. Dadurch wird der Hebel11 in Richtung des Pfeiles17 gedreht, so daß das Druckteil13 in Richtung des Pfeiles18 bewegt wird und damit den Stößel2 entlastet. Dieser wird dementsprechend in die Offenstellung des Ventils1 bewegt. Für die Erwärmung des Stellelements9 wird in bevorzugter Ausführungsform das beschriebene Heizelement16 verwendet. Es ist aber auch möglich, das Stellelement9 durch direkten Anschluß an eine Stromquelle bzw. Spannungsquelle zu erwärmen. - Wenn das Ventil
1 wieder geschlossen werden soll, wird das Heizelement16 abgeschaltet, so daß das Stellelement9 nicht mehr erwärmt wird. Der Hebel11 wird dann durch die Schraubenfeder15 entgegen der Richtung des Pfeiles17 gedreht, wodurch das Stellelement9 wieder in seine der Arbeitsposition entsprechenden Länge verlängert wird. Das Druckteil13 drückt dabei den Stößel2 in die Schließstellung des Ventils1 zurück. - Die Anordnung nach
3 kann mit einem Wegmeßsystem19 ausgerüstet sein, das in3 durch ein rechteckiges Kästchen angedeutet ist. Ein solches Wegmeßsystem geht beispielsweise aus derEP 1 035 456 B1 hervor. Es kann einen Mikroprozessor aufweisen, der einen zwischen dem Heizelement16 und einer Spannungsquelle angeordneten elektrischen Schalter betätigt. Mit einem solchen Wegmeßsystem kann die Länge des aus dem Ventil1 herausragenden Teils des Stößels2 kontinuierlich gemessen und ausgewertet werden. Es ist auf diese Weise möglich, den Stößel2 in einer Position zu halten, die zwischen seinen beiden Endstellungen liegt. Dadurch kann die Menge des durch das Rohrsystem fließenden Heizmediums ständig den gegebenen Anforderungen angepaßt werden. Zur Einhaltung der entsprechenden Stellung des Stößels2 wird das Heizelement16 im ständigen Wechsel ein- und ausgeschaltet, beispielsweise mittels eines gepulsten elektrischen Stroms. - Die gleiche Funktionsweise, wie sie grundsätzlich für die Anordnung nach
3 beschrieben ist, gilt für die Anordnung nach den4 und5 , bei welcher als Feder F statt der Schraubenfeder15 ein dem Stellelement9 entsprechender Streifen20 aus einem Metall mit eingeprägtem Formgedächtnis eingesetzt ist. An dem Streifen20 ist ein elektrisches Heizelement21 angebracht, bei dem es sich wieder um einen PTC-Widerstand handeln kann. In4 ist die Stellung der Anordnung bei geschlossenem Ventil1 dargestellt, während5 die Offenstellung des Ventils wiedergibt. Der Übersichtlichkeit halber sind nur die für das Verständnis der Wirkungsweise der Anordnung erforderlichen Bezugszahlen eingetragen. Es gelten insgesamt die Bezugszahlen der3 auch für die4 und5 . Auch der Streifen20 kann direkt an eine Stromquelle angeschlossen sein. - Die Anordnung nach den
4 und5 arbeitet analog zur Beschreibung zu3 wie folgt:
Nach Einschaltung des Heizelements16 geht das Stellelement9 infolge der Erwärmung maximal auf seine eingeprägte, kürzere Länge zurück. Das Druckteil13 wird dabei durch den Hebel11 bzw. mit demselben in Richtung des Pfeiles18 bewegt. Dadurch wird der Stößel2 des Ventils1 entlastet. Er nimmt als zweite Endstellung die in5 dargestellte Position ein, in welcher das Ventil1 vollständig geöffnet ist. Während der Verkürzung des Stellelements9 wird der Streifen20 , der bei der Stellung der Anordnung nach4 seine eingeprägte Länge hat, über den Hebel11 verlängert. Die Stellung der Anordnung nach5 bleibt solange erhalten, wie das Heizelement16 eingeschaltet ist. - Wenn das Ventil
1 wieder geschlossen werden soll, wird die Stromzufuhr an das Heizelement16 abgeschaltet. Gleichzeitig wird die Stromzufuhr an das Heizelement21 eingeschaltet, das daraufhin den Streifen20 erwärmt. Der Streifen20 geht dann maximal auf seine aus4 ersichtliche, eingeprägte Länge zurück. Dabei werden gleichzeitig das Stellelement9 wieder auf seine der Arbeitsposition entsprechende größere Länge verlängert und der Stößel2 in die Schließstellung des Ventils1 verschoben. - Auch bei der Anordnung nach den
4 und5 kann zusätzlich ein Wegmeßsystem eingesetzt werden, dessen Arbeitsweise dem der Anordnung nach3 entspricht. Es braucht hier zur Einhaltung einer bestimmten Position des Stößels2 allerdings nur die Stromzufuhr an das gerade wirksame Heizelement16 oder21 abgeschaltet zu werden. So kann bei der Anordnung nach den4 und5 jede Position des Stößels2 zwischen seinen beiden Endstellungen sehr genau eingestellt werden, wenn bei der Öffnungsbewegung des Stößels2 das Heizelement16 bei einer bestimmten, von Stößel2 zurückgelegten Wegstrecke abgeschaltet wird. Diese Position vom Stellelement9 und damit vom Stößel2 bleibt stabil erhalten, weil der Streifen20 nicht als rückstellende Feder wirkt, solange dessen Heizelement21 nicht eingeschaltet ist. - Die Bewegung des Stellelements
9 in Richtung seiner eingeprägten Länge und damit die Bewegung des Stößels2 kann durch Wiedereinschalten des Heizelements16 bis zu einer weiteren vorgebbaren Position – maximal ist es die Offenstellung des Ventils1 – fortgesetzt werden. Der gleiche Sachverhalt gilt, allerdings in entgegengesetzter Richtung, auch für den Streifen20 , wenn derselbe durch Erwärmung als Feder F wirksam wird. Hier wird dann analog zum Heizelement16 das Heizelement21 abgeschaltet und wieder eingeschaltet. - Der Hebel
11 ist in bevorzugter Ausführungsform ein aus6 ersichtliches Winkelstück mit drei, in einem der Schenkel angebrachten Löchern22 ,23 und24 . Das Loch22 dient zur Befestigung des Stellelements9 , während das Loch24 zur Befestigung der Feder F vorgesehen ist. Das Loch23 dient zur Anbringung des Hebels11 auf der Drehachse12 des Gehäuses. Am anderen Schenkel des Hebels11 ist das Druckteil13 angeformt, und zwar vorzugsweise einstückig mit dem Hebel11 . Das Druckteil13 kann aber auch als separates Teil am Hebel11 angebracht sein. Der Hebel11 kann auch eine von der Darstellung in6 abweichende Form haben. Er kann beispielsweise insgesamt geradlinig verlaufen. - Das Stellelement
9 und der Streifen20 können – abweichend von der beschriebenen Form – auch drahtförmig bzw. als Drähte ausgeführt sein. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2007/036285 A1 [0001, 0004]
- - EP 1035456 B1 [0022]
Claims (7)
- Anordnung zum Verstellen eines Ventils, das einen unter der Wirkung einer Rückstellfeder stehenden Stößel aufweist, bei welcher an einem am Ventil anzubringenden Grundkörper ein temperaturabhängiges, aus einer Legierung mit eingeprägtem Formgedächtnis bestehendes metallisches Stellelement angeordnet ist, bei welcher in Montageposition des Grundkörpers ein Druckteil an der Stirnseite des Stößels des Ventils anliegt, bei welcher das Stellelement bei Erwärmung in einer ersten Endstellung eine dem eingeprägten Formgedächtnis entsprechende Form einnimmt, bei welcher an dem Grundkörper ein auf das Stellelement einwirkendes rückstellendes Bauteil angebracht ist, durch welche dasselbe bei Fortfall der Erwärmung in einer zweiten Endstellung gehalten ist, und bei welcher das Stellelement zwischen den zwei Endstellungen verstellbar ist, welche der Offenstellung des Ventils einerseits und dessen Schließstellung andererseits entsprechen, dadurch gekennzeichnet, – daß das Stellelement (
9 ) ein langgestrecktes Bauteil ist, das in Arbeitsposition im nicht erwärmten Zustand gegenüber seiner dem eingeprägten Formgedächtnis entsprechenden Länge verlängert ist, – daß das Stellelement (9 ) an seinem einen Ende an einem Festpunkt (10 ) des Grundkörpers angebracht ist und an seinem anderen Ende mit einem Ende eines Hebels (11 ) verbunden ist, der um eine am Grundkörper angebrachte Drehachse (12 ) drehbar ist und an dessen anderem, auf der anderen Seite der Drehachse (12 ) liegenden Ende das rückstellende Bauteil (F) befestigt ist, und – daß das Druckteil (13 ) an dem Hebel (11 ) angebracht ist. - Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement (
9 ) streifenförmig oder drahtförmig ausgebildet und temperaturabhängig in seiner Längsrichtung verstellbar ist. - Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Stellelement (
9 ) ein elektrisches Heizelement (16 ) befestigt ist. - Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsrichtung des rückstellenden Bauteils (F) parallel zum Stellelement (
9 ) verläuft. - Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rückstellende Bauteil (F) ein aus einer Legierung mit eingeprägtem Formgedächtnis bestehendes, temperaturabhängiges Bauteil (
20 ) ist. - Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rückstellende Bauteil (F) eine Schraubenfeder (
15 ) ist. - Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe zur Einstellung einer vorgebbaren Stellung des Stößels (
2 ) des Ventils (1 ) mit einem Wegmeßsystem (19 ) ausgerüstet ist.
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- 2008-07-03 DE DE200810031584 patent/DE102008031584B4/de active Active
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