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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Flächenheizung, welche zur Temperierung einer Fläche mit zumindest einem darin verlegten Schlauch vorgesehen ist sowie ein Ventilelement zur Regelung eines Massenstromes, das insbesondere zur Temperierung einer Flächenheizung angesteuert wird.
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Aus der
WO 2009/024334 A2 ist ein Ventilelement zur Regelung eines Massenstromes für eine Flächenheizung bekannt geworden, welche ein Ventilschließglied aufweist, das in einem Ventilsitz anordenbar und durch einen Übertragungsstift betätigbar ist, wobei in einem Gehäuseabschnitt, in dem der Übertragungsstift zumindest abschnittsweise geführt ist, zumindest ein Kraftspeicherelement vorgesehen ist, welches sich an dem Gehäuseabschnitt abstützt und in einer ersten Bewegungsrichtung wirkt. Dadurch wird das Ventilschließglied in eine Ausgangslage zum Gehäuseabschnitt angeordnet. Des Weiteren ist zumindest ein thermisches Stellglied aus einer Formgedächtnislegierung vorgesehen, welches sowohl an dem Gehäuseabschnitt als auch an dem Ventilschließglied angreift und eine dem Kraftspeicherelement entgegengesetzte Wirkrichtung umfasst, so dass eine temperaturabhängige Stellbewegung auf das Ventilschließglied entgegen dem Kraftspeicherelement ermöglicht ist. Sobald die Stellkraft des thermischen Stellgliedes größer ist als die des Kraftspeicherelementes, wird eine Schließbewegung des Ventilschließgliedes erzeugt, und das Ventilschließglied kommt im Ventilsitz zur Anlage und schließt die Ventilöffnung. Dadurch wird ein Durchfluss des Massenstromes unterbrochen. Sobald die Temperatur an dem thermischen Stellglied sinkt und eine Schalttemperatur erreicht, öffnet sich das Ventilelement langsam, indem das Ventilschließglied vom Ventilsitz abgehoben wird. Dadurch kann der temperierte Massenstrom die Schläuche der Flächenheizung durchströmen. Solche Ventilelemente werden insbesondere bei einer nachträglichen Umrüstung von einer Radiatorheizung auf eine Flächenheizung mit hoher Vorlauftemperatur eingesetzt, bei denen die Flächenheizung über eine Rücklauftemperatur zu regeln ist.
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Eine über die Rücklauftemperatur zu regelnde Flächenheizung weist grundsätzlich den Nachteil auf, dass durch ein zu frühes Abschalten des Ventilelementes aufgrund der erreichten Schalttemperatur am Rücklauf eine unzureichende gleichmäßige Temperierung der zu temperierenden Fläche erfolgt. Ein Flächenbereich nahe dem Vorlauf wird durch den bereits eingeströmten temperierten Massenstrom erwärmt, jedoch wird ein Endbereich der Flächenheizung beziehungsweise ein Bereich nahe dem Rücklauf noch nicht vollständig oder nicht hinreichend lang von dem temperierten Massenstrom durchströmt, um eine Temperierung der Fläche zu erzielen.
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Aus der
DE 10 2006 052 296 A1 geht ein Ventilelement zur Regelung eines Massenstromes hervor, bei welchem ein Ventilschließglied in einem Ventilsitz anordenbar ist. Das Ventilschließglied wird einerseits durch ein Kraftspeicherelement und andererseits durch ein thermisches Stellglied angesteuert, die in entgegengesetzter Richtung wirken. Über eine Einlassöffnung liegt ein Massenstrom an dem thermischen Stellglied an. Sobald der Massenstrom eine vorgegebene Temperatur übersteigt, erzeugt das thermische Stellglied eine Stellbewegung und schließt das Ventilschließglied. Sobald an dem thermischen Stellglied die Temperatur des Fluides des Massenstroms absinkt, wird das Ventilschließglied in eine Öffnungsposition übergeführt, so dass der Massenstrom durchströmen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventilelement, das insbesondere zur Durchführung des Verfahrens vorgesehen ist, und ein Verfahren zur Regelung einer Flächenheizung vorzuschlagen, welches eine gleichmäßigere Temperaturverteilung der zu temperierenden Flächen ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung einer Flächenheizung, bei dem die Durchströmung des Massenstromes durch den zumindest einen Schlauch in der Fläche mit dem Ventilelement getaktet angesteuert und die Taktung des Schaltzeitpunktes zum Öffnen und Schlie-ßen des Ventilelementes durch die Temperatur des am Ventilelement anliegenden Massenstromes im Rücklauf bestimmt wird, erfolgt eine gleichmäßige Temperierung der Fläche. Das thermische Stellglied ist in einer Kammer angeordnet, welches zumindest eine Eintritts- und eine Austrittsöffnung für den Massenstrom aufweist, wobei in Abhängigkeit der Stellung des Ventilschließgliedes die zumindest eine Eintritts- und die zumindest eine Austrittsöffnung geöffnet oder geschlossen sind. Durch dieses Ventilschließglied wird in Abhängigkeit der Temperatur des Massenstromes in der Kammer der Öffnungs- und Schließzeitpunkt des Ventilschließgliedes angesteuert und nicht durch die Temperatur des Massenstromes außerhalb der Kammer beziehungsweise der Temperatur des Massenstromes, der außen am Ventilelement anliegt. Somit erfolgt die taktende Ansteuerung des Ventilelementes nicht unmittelbar durch die Temperatur des Massenstromes, der das Ventilelement umgibt, sondern durch das in der Kammer eingeschlossene Medium, welches sich gegenüber dem außerhalb des Ventilelementes anliegenden Massenstromes langsamer abkühlt. Dadurch erfolgt eine Verzögerung des Öffnungszeitpunktes des Ventilschließgliedes. Somit wird auch ein Einschwingen einer Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilelementes in einer dauerhaften und teilweisen Öffnungsposition verhindert, was zu einer dauerhaften Durchströmung des Massenstromes mit einem entsprechend gedrosselten Massenstrom führt. Somit weist der sich in dem zumindest einen Schlauch befindende Massenstrom der Flächenheizung eine quasi gleiche Temperierung in der gesamten zu heizenden Fläche auf, und erst dann wird das Einströmen des Massenstromes aus dem Vorlauf in den zumindest einen Schlauch der Flächenheizung gestoppt. Somit kann abweichend zur stetigen Regelung über den Rücklauf eine gleichmäßige Temperaturverteilung des Massenstromes in dem zumindest einen Schlauch der Fläche sichergestellt werden. Die Unterbrechung der Zuführung des Massenstromes führt auch dazu, dass eine gleichmäßige Abkühlung über die gesamte Fläche erfolgt und beim Erreichen einer Schalttemperatur ein Öffnen des Ventilelementes erneut gegeben ist, um ein vollständiges Abströmen des abgekühlten Massenstromes zu ermöglichen. Nachdem der gesamte abgekühlte Massenstrom über den Rücklauf abgeführt wurde, wird das Schließen des Ventilelementes am Rücklauf erst dann wieder angesteuert, sobald der temperierte Massenstrom am Ventilelement im Rücklauf angelangt ist, wobei ein geringer Temperaturverlust, der grundsätzlich zwischen dem Vor- und Rücklauf gegeben ist, vernachlässigt wird. Durch eine getaktete Ansteuerung des Massenstromes kann eine gleichmäßige Flächenbeheizung erfolgen.
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Zur taktenden Regelung der Flächenheizung wird als taktendes Ventilelement ein autarkes Ventilelement eingesetzt. Dieses autarke Ventilelement umfasst zumindest ein thermisches Stellglied aus einer Formgedächtnislegierung, das sowohl an einem Gehäuseabschnitt des Ventilelementes als auch an einem Ventilschließglied angreift. Dieses thermische Stellglied weist eine temperaturabhängige Stellbewegung zum Schließen des Ventilschließgliedes auf und wirkt zumindest einem Kraftspeicherelement in einem Gehäuseabschnitt entgegen, welches in Öffnungsrichtung des Ventilschließgliedes wirkt. Dieses autarke Ventilelement weist den Vorteil auf, dass es in einfacher Weise nachrüstbar ist, um eine Flächenheizung getaktet anzusteuern und eine gleichmäßige Temperierung zu erzielen. Durch die Verwendung der Temperatur des Massenstromes als Regelgröße ist eine externe Ansteuerung und Energieversorgung zur Ansteuerung des Ventilelementes nicht erforderlich. Dadurch ist ein solches taktendes Ventilelement besonders für die Nachrüstung geeignet und ermöglicht eine gleichmäßigere Temperierung der Flächenheizung gegenüber bisherigen Ventilelementen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des taktenden Ventilelementes sieht vor, dass das in der Kammer bei der Schließposition des Ventilelementes eingeschlossene Medium des Massenstromes langsamer abkühlt als das das Ventilelement umgebende Medium, wodurch der Öffnungszeitpunkt verzögert und nach Erreichen der Schalttemperatur durch das thermische Stellglied ein Öffnen des Ventilelementes eingeleitet wird, so dass das außerhalb der Kammer des Ventilelementes sich befindende kühlere Medium des Massenstromes in die Kammer gelangen kann und ein schnelles und vollständiges Öffnen des Ventilelementes angesteuert wird. Durch dieses schnelle und vollständige Öffnen kann der Massenstrom wieder vollständig den zumindest einen Schlauch der Flächenheizung durchströmen und das sich in dem zumindest einen Schlauch befindende abgekühlte Medium vollständig aus der Flächenheizung herausgeführt werden, so dass ein vollständiger Austausch durch das temperierte Medium erfolgt.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass der temperierte Massenstrom nach dem vollständigen Durchströmen des zumindest einen Schlauches das thermische Stellglied ansteuert und dadurch in eine Schließposition übergeführt wird sowie gleichzeitig die Kammer mit dem temperierten Medium geschlossen wird. Dadurch kann wiederum eine gleichmäßige Aufheizung der zu beheizenden Fläche ermöglicht werden. Diese durch die Temperatur des Mediums bewirkte Heizung ist nur von der Temperatur des Mediums im Rücklauf abhängig und kann ohne Fremdenergie erfolgen, wodurch bei einer Neuausrüstung ein verringerter Installationsaufwand gegeben ist, da keine separaten Raumtemperaturfühler anzubringen sind. Darüber hinaus ist eine solche Anordnung in bestehende Systeme einfach nachrüstbar, ohne zusätzliche Installationsarbeiten vornehmen zu müssen.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird des Weiteren durch ein Ventilelement gemäß den Merkmalen der Ansprüche 5 und 6 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Ventilelementes sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Ventilelement, welches zumindest ein thermisches Stellglied umfasst, welches die Stellbewegung des Ventilschließgliedes ansteuert, ist in einer Kammer angeordnet, welche zumindest eine Eintritts- und zumindest eine Austrittsöffnung für den Massenstrom aufweist, wobei die zumindest eine Eintritts- und zumindest eine Austrittsöffnung in Abhängigkeit der Stellung des Ventilschließgliedes geöffnet oder geschlossen sind. Durch diese Anordnung wird nach dem Schließen der zumindest einen Eintrittsöffnung und der zumindest einen Austrittsöffnung das in der Kammer eingeschlossene Medium des Massenstromes gegenüber einem außerhalb des Ventilelementes anliegenden Mediums des Massenstromes abgeschlossen, so dass eine unterschiedliche Abkühlung des Mediums innerhalb der Kammer und außerhalb der Kammer gegeben ist. Durch die abgeschlossene Kammer kühlt das Medium innerhalb der Kammer langsamer ab als außen und bewirkt, dass dieser Temperaturabfall in der Kammer den Schaltzeitpunkt zum Einleiten einer Öffnungsbewegung des Ventilschließgliedes bestimmt und vorzugsweise verzögert. Sobald jedoch die Schalttemperatur des thermischen Stellgliedes erreicht und die zumindest eine Eintritts- und Austrittsöffnung zumindest teilweise geöffnet wird sowie das abgekühlte Medium außerhalb der Kammer in die Kammer strömen kann, erfolgt ein sehr schnelles und vollständiges Öffnen des Ventilelementes, so dass der maximale Massenstrom die Ventilöffnung durchströmen kann. Durch ein solches Ventilelement wird ein Taktventil oder ein taktendes Ventil geschaffen, dessen Taktung ausschließlich in Abhängigkeit der Temperatur des Massenstromes bestimmt wird, welches das Ventilelement umströmt und durch die Ventilöffnung durchströmt. Dadurch kann ein autarkes taktendes Ventilelement geschaffen werden, welches ohne Fremdenergie taktend arbeitet. Darüber hinaus eignet sich ein solches Ventilelement bevorzugt für eine Nachrüstung, da keine zusätzlichen Installationstätigkeiten erforderlich sind.
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Alternativ zum vorbeschriebenen Ventilelement ist des Weiteren erfindungsgemäß ein Ventilelement vorgesehen, welches ohne Übertragungsstift ausgebildet ist und das Kraftspeicherelement sowohl an dem Gehäuseabschnitt als auch an dem Ventilschließglied angreift, so dass das Ventilschließglied in einer Öffnungsposition in einer Ruhelage gehalten ist und bei einer Erhöhung der Temperatur das thermische Stellglied eine Schließbewegung des Ventilschließgliedes ausübt. Bei dieser alternativen Ausführungsform ist aufgrund der Ausgestaltung der Kammer mit zumindest einer Eintritts- und zumindest einer Austrittsöffnung ebenfalls ein getaktetes Öffnen und Schließen der Ventilöffnung in Analogie zur ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform des Ventilelementes ermöglicht.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung des Ventilelementes sieht vor, dass eine die Kammer bildende Kammerwand zwischen einem Gehäuseabschnitt und dem Ventilschließglied des Ventilelementes gebildet ist, welche das thermische Stellglied umgibt, so dass dieses im Inneren der Kammer angeordnet sowie vorzugsweise als Spiralfeder ausgebildet ist. Bei der Ausführungsform des Ventilelementes mit einem Übertragungsstift ist das thermische Stellglied bevorzugt koaxial zum Übertragungsstift und bevorzugt das Kraftspeicherelement außerhalb der Kammer angeordnet. Bei der Ausführungsform des Ventilelementes ohne einen Übertragungsstift sind das thermische Stellglied und das Kraftspeicherelement in der Kammer angeordnet, wobei beide vorzugsweise koaxial zueinander angeordnet sind. Dadurch kann eine einfache und kompakte Anordnung geschaffen werden, um ein solches taktendes Ventilelement auszubilden.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Ventilelementes sieht vor, dass die Kammerwand durch eine Außenhülse und ein Schiebeelement ausgebildet ist, welche zum Öffnen und Schließen der zumindest einen Eintritts- und zumindest einen Austrittsöffnung der Kammerwand zueinander verschiebbar sind und vorzugsweise die zumindest eine Eintritts- und Austrittsöffnung mediumsdicht verschließbar ist. Dadurch wird der Innenraum der Kammer in einer Schließposition des Ventilelementes ohne weiteren Austausch des Mediums geschlossen gehalten, so dass ein Abkühlen des sich im Innenraum der Kammer befindenden Mediums nicht durch einen Austausch mit einem sich außerhalb der Kammer befindenden Medium beeinflusst wird. Somit kann das im Innenraum der Kammer sich befindende Medium verzögert abkühlen.
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Das Ventilelement weist vorteilhafterweise zur Bildung der Kammer ein Schiebeelement auf. Dies stellt eine konstruktiv einfache Ausgestaltung dar und ermöglicht, dass in einfacher Weise das Schiebeelement in der Außenhülse verschiebbar geführt ist. Alternativ zum Schiebeelement kann auch ein laschenförmiges Verschlusselement vorgesehen sein, welches ebenfalls bevorzugt innerhalb, aber auch außerhalb der Außenhülse gleitend geführt ist.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Außenhülse und das Schiebeelement zum Öffnen und Schließen der zumindest einen Eintritts- und Austrittsöffnung axial gegeneinander verschiebbar sind. Dies stellt eine einfache Ausführungsform dar, da das Ventilelement zum Öffnen und Schließen der Ventilöffnung eine axiale Bewegung entlang der Längsachse des Ventilelementes beziehungsweise dessen Übertragungsstiftes durchläuft. Alternativ kann zum Öffnen und Schließen der zumindest einen Eintritts- und Austrittsöffnung auch eine radiale Verdrehung eingeleitet werden, oder eine Kombination einer axialen und radialen Bewegung, also eine Bewegung entsprechend einer Gewindesteigung, erfolgen.
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Bevorzugt kann in Abhängigkeit der Stellung des Ventilschließgliedes zum Gehäuseabschnitt des Ventilelementes ein Öffnungsquerschnitt der zumindest einen Eintritts- und Austrittsöffnung einstellbar sein. Beispielsweise können die zumindest eine Eintritts- und Austrittsöffnung derart an der Außenhülse und dem Schiebeelement ausgebildet sein, dass bei einer beginnenden Öffnungsbewegung des Ventilschließgliedes nur ein geringer Strömungsquerschnitt und bei zunehmender Öffnungsbewegung ein zunehmender Öffnungsquerschnitt zum schnelleren Austausch des Mediums innerhalb der Kammer freigegeben wird. Dadurch kann auch das Öffnungsverhalten des Ventilschließgliedes eingestellt werden.
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Des Weiteren sind die zumindest eine Eintritts- und Austrittsöffnung bevorzugt als Durchgangsbohrung oder Durchbrechung in der Innen- und Außenhülse ausgebildet, welche bei einer Öffnungsposition des Ventilschließgliedes zumindest teilweise deckungsgleich zueinander angeordnet sind. Diese Ausgestaltung ermöglicht, dass beim Überführen des Ventilschließgliedes in eine Schließposition die Durchbrechungen der Innen- und Außenhülse versetzt zueinander angeordnet sind und somit ein mediumsdichtes Verschließen der Kammer erfolgt. Eine analoge Ausgestaltung gilt auch für die laschenförmigen Verschlusselemente.
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Eine weitere alternative Ausführungsform des Ventilelementes sieht vor, dass das Schiebeelement am Ventilschließglied integriert und das Ventilschließglied in der Außenhülse geführt ist. Bei dieser Ausführungsform sind in dem Ventilschließglied bevorzugt Durchgangskanäle angeordnet, welche eine Verbindung der Durchbrechung in der Außenhülse zum Innenraum der Kammer in einer Öffnungsposition des Ventilschließgliedes ermöglichen, wobei durch eine Verschiebebewegung des Ventilschließgliedes in eine Schließposition diese Verbindungskanäle durch einen benachbarten geschlossenen Bereich der Außenhülse verschlossen werden.
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Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Aufbaus einer Flächenheizung,
- 2 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Ventilelementes in einer Öffnungsposition,
- 3 eine schematische Schnittdarstellung des Ventilelementes gemäß 2 in einer Schließposition,
- 4 eine schematische Schnittdarstellung eines alternativen Ventilelementes zu 2 und
- 5 eine schematische Ansicht des alternativen Ventilelementes mit einem thermostatischen Stellantrieb.
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In 1 ist schematisch eine Flächenheizung 11 dargestellt, welche beispielsweise als Wand-, Decken- oder Fußbodenheizung ausgebildet sein kann. Über einen Vorlauf 12, von dem aus mehrere Flächenheizungen 11 versorgt werden können, zweigt im Ausführungsbeispiel ein Schlauch 13 ab, der in Schleifen innerhalb einer zu temperierenden oder beheizenden Fläche 14 verlegt ist. Dieser Schlauch 13 führt über eine thermostatische Regeleinrichtung 16 zu einem Rücklauf 17, der ebenso mit mehreren Flächenheizungen verbunden sein kann. Üblicherweise wird als Medium erhitztes Wasser eingesetzt, wobei die Vorlauftemperatur zumeist bei circa 40 °C bis 60 °C und die Rücklauftemperatur zumeist in einem Bereich von 20 °C bis 40 °C liegt. Die Regeleinrichtung 16 ist im Rücklauf 17 angeordnet, das heißt, dass die Regeleinrichtung 16 in einem Bereich positioniert ist, in dem der Schlauch 13 keine Temperierfunktion für die Fläche 14 hat.
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Die Regeleinrichtung 16 gemäß 1 kann gemäß einer Ausführungsform durch ein erfindungsgemäßes Ventilelement 21 gemäß den 2 und 3 ausgebildet sein. Dieses Ventilelement 21 ist in ein Gehäuse 22 einsetzbar. An dieses Gehäuse 22 ist eine Anschlussleitung beziehungsweise der Schlauch 13 anschließbar und führt das Medium zu. Über eine Ventilöffnung 23 im Gehäuse 22 wird das Medium abgeführt und gelangt zum Rücklauf 17.
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Das Ventilelement 21 gemäß 2 ist in einer Öffnungsposition dargestellt, das heißt, dass ein Ventilschließglied 26 gegenüber einem Ventilsitz 27, der die Ventilöffnung 23 umgibt, abgehoben ist. In dem Ventilelement 21 ist ein Übertragungsstift 29 vorgesehen, der das Ventilschließglied 26 trägt und in einem Gehäuseabschnitt 31 axial verschiebbar geführt ist. Der Gehäuseabschnitt 31 ist U-förmig oder topfförmig ausgebildet und nimmt ein Kraftspeicherelement 32 auf, welches bevorzugt als Druckfeder oder Spiralfeder ausgebildet ist. Innerhalb des Kraftspeicherelementes 32 ist der Übertragungsstift 29 hindurchgeführt und an einer Einstellvorrichtung 33 verschiebbar geführt. Diese Einstellvorrichtung 33 ist insbesondere durch eine Schraubverbindung mit dem Gehäuseabschnitt 31 verbunden, so dass eine Vorspannung des Kraftspeicherelementes 32 einstellbar ist. Am Außenumfang des Gehäuseabschnitts 31 greift eine Einstellhülse 34 an, durch welche das Ventilelement 21 in dem Gehäuse 22 befestigt ist. Die Einstellhülse 34 kann beispielsweise vollständig in das Gehäuse 22 eingeschraubt sein und ermöglicht, dass die Öffnungsposition eines Ventilschließgliedes 26 beziehungsweise eine Schließposition des Ventilschließgliedes 26 einstellbar bleibt, da der Gehäuseabschnitt 31 gegenüber der Einstellhülse 34 verdrehbar ist. Zur abdichtenden Anordnung ist zwischen dem Gehäuseabschnitt 31 und der Einstellhülse 34 zumindest eine Dichtung 36 vorgesehen. Der Gehäuseabschnitt 31 umfasst im Innenraum, in dem das Kraftspeicherelement 32 angeordnet ist, zusätzlich eine Dichtung 42, um eine Abdichtung nach außen zu bilden.
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Zwischen dem Gehäuseabschnitt 31 und dem Ventilschließglied 26 ist ein thermisches Stellglied 38 angeordnet, welches aus einer sogenannten Formgedächtnislegierung hergestellt ist. Bevorzugt ist das thermische Stellglied 38 als Spiralfeder oder Druckfeder ausgebildet und weist eine Wirkrichtung auf, die einer Wirkrichtung des Kraftspeicherelementes 32 entgegenwirkt. Innerhalb des thermischen Stellgliedes 38 ist in diesem Beispiel der Übertragungsstift 29 geführt. Beim Überführen des Ventilschließgliedes 26 aus einer Öffnungsposition 24 gemäß 2 in eine Schließposition 39 gemäß 3 wird der Übertragungsstift einerseits durch den Gehäuseabschnitt 31 und andererseits durch die Einstellvorrichtung 33 verschiebbar geführt. Hierzu sind Führungsabschnitte 41 vorgesehen.
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Das thermische Stellglied 38 kann verschiedene Formgedächtnislegierungen umfassen. Beispielsweise können SMA-Legierungen (Shape Memory Alloy) vorgesehen sein, welche beispielsweise aus einer TiNi-Legierung, aus einer Legierung aus Cu-Basis, Fe-Basis oder aus einem Memorykunststoff bestehen können. Solche Formgedächtnislegierungen ermöglichen ab einem bestimmten Temperaturwert beziehungsweise einer Schalttemperatur eine Stellbewegung. Diese werden auf die vorbestimmten Schalttemperaturen ausgelegt, wobei zu berücksichtigen ist, dass ab einer vorgegebenen Schalttemperatur die Stellkraft des thermischen Stellgliedes 38 größer als die Rückstellkraft des Kraftspeicherelementes 32 sein muss, so dass eine Schließbewegung des Ventilschließgliedes 26 eingeleitet wird. Sofern ein bestimmter Temperaturwert oder eine bestimmte Schalttemperatur nicht erreicht wird, ist die Rückstellkraft des Kraftspeicherelementes 32 größer als die Kraftwirkung des thermischen Stellgliedes 38, wodurch das Ventilschließglied 26 in einer Öffnungsposition 24 gehalten wird.
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Das thermische Stellglied 38 des Ventilelementes 21 ist in einer Kammer 44 des Ventilelementes 21 angeordnet, welche zumindest eine Eintrittsöffnung 46 und zumindest eine Austrittsöffnung 47 aufweist. Die Kammer 44 ist zwischen dem Gehäuseabschnitt 31 und dem Ventilschließglied 26 angeordnet und nimmt das thermische Stellglied 38 auf, wodurch das Kraftspeicherelement 32 getrennt zum thermischen Stellglied 38 in jeweils einem Innenraum angeordnet ist. Die Kammer 44 wird durch eine Kammerwand 49 gebildet, welche in radialer Richtung die Kammer 44 mit einer Umfangswand begrenzt und welche axial in der Länge veränderbar ist, um die Öffnungs- und Schließposition 24, 39 des Ventilschließgliedes 26 zu ermöglichen. Alternativ kann die Kammerwand 49 eine definierte axiale Länge aufweisen, wobei diese dann einen Abschnitt 51 des Ventilschließgliedes 26 umgibt, so dass das Ventilschließglied 26 innerhalb der Kammerwand 49 geführt ist. Die Kammerwand 49 ist bevorzugt zweiteilig ausgebildet und weist eine Außenhülse 53 und ein Schiebeelement 54 auf. Alternativ kann die Kammerwand 49 auch mehrteilig ausgebildet sein.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform besteht die Kammerwand 49 aus einer Außenhülse 53 und einem als Innenhülse ausgebildeten Schiebeelement 54, das in der Außenhülse 53 längsverschiebbar geführt ist. Die Außenhülse 53 ist beispielsweise durch eine Schraubverbindung an dem Gehäuseabschnitt 31 befestigt. Des Weiteren kann die Außenhülse 53 fest an dem Gehäuseabschnitt 31 angeordnet beziehungsweise einteilig angeformt sein. Das Schiebeelement 54 ist am Ventilschließglied 26 beziehungsweise an einem Abschnitt 51 des Ventilschließgliedes 26 angeordnet. Diese Anordnung kann in Analogie zur Außenhülse 53 am Gehäuseabschnitt 51 vorgesehen sein. Ebenso kann auch eine vertauschte Anordnung der Innen- und Außenhülse zum Gehäuseabschnitt 31 beziehungsweise Ventilschließglied 26 vorgesehen sein. Die Außenhülse 53 und das Schiebeelement 54 sind zumindest in axialer Richtung des Ventilelementes 21 relativ zueinander verschiebbar.
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In einer Öffnungsposition des Ventilschließgliedes 26 sind Durchbrechungen 56 in der Innen- und Außenhülse 53, 54 deckungsgleich angeordnet, um zumindest eine Eintrittsöffnung 46 und zumindest eine Austrittsöffnung 47 zu bilden. Bevorzugt sind mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Durchbrechungen 56 vorgesehen. Hierbei kann es sich um runde oder langlochförmige Öffnungen handeln. Die Durchbrechungen 56 können auch in axialer Richtung versetzt zueinander angeordnet sein. In der Öffnungsposition 24 des Ventilschließgliedes 26 ist ermöglicht, dass zum einen der zum Rücklauf 17 führende Massenstrom die Ventilöffnung 23 und zum anderen die Kammer 44 durchströmt. Sobald die Temperatur des Massenstromes höher als die Schalttemperatur des thermischen Stellgliedes 38 wird, erfolgt eine Schließbewegung des Ventilschließgliedes 26, welches durch das thermische Stellglied 38 eingeleitet wird. Während dieser Schließbewegungsphase werden die Außenhülse 53 und das Schiebeelement 54 gegeneinander verschoben, so dass die Durchbrechungen 56 zueinander versetzt sind, wie dies in 3 dargestellt ist. In der Schließposition 39 des Ventilschließgliedes 26 liegt dieses am Ventilsitz 37 an und schließt die Ventilöffnung 23. Gleichzeitig ist der Innenraum der Kammer 44 geschlossen. Die Innen- und Außenhülse 53, 54 liegen mediumsdicht aneinander an, und durch die versetzte Anordnung der Durchbrechungen 56 ist ein Ein- und Ausströmen des Mediums in und aus der Kammer 44 unterbunden.
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Die Kammerwand 49 beziehungsweise die Außenhülse 53 und das Schiebeelement 54 bestehen aus einem wärmeisolierenden oder schlecht wärmeleitenden Material. Beispielsweise kann ein Kunststoff oder dergleichen eingesetzt werden. Dadurch wird eine wärmeisolierende Wirkung zum Innenraum der Kammer 44 gegenüber einem äußeren Strömungskanal 58 ermöglicht.
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Das in den 2 und 3 dargestellte Ventilelement 21 weist zusätzlich noch den Vorteil auf, dass die Federvorspannung des Kraftspeicherelementes 32 durch die Einstellvorrichtung 33 und die Federvorspannung des thermischen Stellgliedes 38 durch eine einstellbare Aufnahme des Ventilschließgliedes 26 am Übertragungsstift 29 einstellbar ist. In einer einfachen Ausführungsform können die eine oder die andere Federvorspannung oder beide fest eingestellt sein.
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Das Ventilelement 21 gemäß den 2 und 3 kann darüber hinaus auch für weitere Anwendungsfälle eingesetzt werden, bei denen eine getaktete Öffnungs- und Schließbewegung gewünscht ist, wobei die Regelgröße für die Taktung das Medium darstellt, welches die Ventilöffnung durchströmt.
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Dieses Ventilelement 21 gemäß den 2 und 3 ermöglicht folgendes Verfahren zur Temperierung einer Flächenheizung:
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Die Schließposition 39 des Ventilelementes 21 wird dann eingenommen, sobald der temperierte Massenstrom vom Vorlauf 12 mit einer solchen Vorlauftemperatur beziehungsweise aufgrund der Länge der Schläuche 13 mit einem entsprechenden Wärmeverlust der Vorlauftemperatur in die Kammer 44 des Ventilelementes 21 gelangt ist. Dadurch wird die Schließbewegung des Ventilschließgliedes 26 eingeleitet und die Kammer 44 geschlossen. Dadurch ist innerhalb der gesamten Fläche 14 das Medium mit einer nahezu gleichen Temperatur vorhanden. Da zu diesem Zeitpunkt das Ventilelement 21 ein Abfließen des Mediums aus der zu temperierenden Fläche 14 verhindert, erfolgt ein gleichmäßiges Abkühlen des sich in den Schläuchen 13 befindenden Mediums. Die Abkühlung des Mediums innerhalb der Kammer 44 erfolgt aufgrund der Isolierwirkung der Kammerwand 49 langsamer. Sobald jedoch die Abkühlung des Mediums innerhalb der Kammer 44 unterhalb einer Schalttemperatur erfolgt ist, erfolgt zunächst ein langsames Öffnen des Ventilschließgliedes 26 und somit ein Öffnen der Eintritts- und Austrittsöffnung 46, 47. Sobald die stärker abgekühlte Flüssigkeit aus dem Strömungskanal 58 in die Kammer 44 gelangt, erfolgt ein schnelles und vollständiges Öffnen des Ventilschließgliedes 26, und das abgekühlte Medium kann aus der Fläche 14 der Flächenheizung über den Rücklauf 17 abgeführt werden. Sobald nun über den Vorlauf 12 an dem Ventilelement 21 temperiertes Medium angelangt ist, wird das Ventilelement 21 wiederum in eine Schließposition 35 übergeführt.
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Durch dieses getaktete Ventilelement 21 erfolgt ein vollständiger Austausch des Mediums in der Fläche 14 der jeweiligen Flächenheizung 11 und anschließend wiederum ein vollständiges Befüllen durch ein Medium mit einer quasi gleichen Temperatur. Dies führt zu einer gleichmäßigen Temperierung der Fläche 14, da ein konstantes Durchströmen des Mediums verhindert ist, was bewirken würde, dass am Vorlauf eine überhöhte Temperatur und nahe dem Rücklauf eine zu niedrige Temperatur in der Fläche 14 vorherrscht. Durch das erfindungsgemäße Ventilelement 21 wird eine autark getaktete Temperierung der Flächenheizung 11 ermöglicht.
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In 4 ist eine schematische Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform eines Ventilelementes 21 in einer Öffnungsposition 24 dargestellt. Die Funktionsweise dieses Ventilelementes 21 ist analog dem in den 2 und 3 beschriebenen Ventilelement 21. Im Hinblick auf die Übereinstimmungen und Alternativen hierzu wird auf die vorstehende Ausführungsform verwiesen. Nachfolgend werden die Abwandlungen näher beschrieben.
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Die Bildung der Kammerwand 49 für die Kammer 44 erfolgt durch eine einteilig an dem Gehäuseabschnitt 31 ausgebildete Außenhülse 53, in der ein Schiebeelement 54 geführt ist, welches an dem Ventilschließglied 26 angreift. Das Ventilschließglied 26 ist durch die Außenhülse 53 verschiebbar zwischen einer Öffnungsposition 24 und einer Schließposition geführt. Im Innenraum der Kammer 44 ist sowohl das thermische Stellglied 38 als auch das Kraftspeicherelement 32 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist das Kraftspeicherelement 32 als Rückstellfeder beziehungsweise Zugfeder ausgebildet und hält das Ventilschließglied 26 in einer Öffnungsposition 24, sofern die Temperatur des in die Kammer 44 gelangenden Mediums unterhalb der Schalttemperatur des thermischen Stellgliedes 38 liegt. Über die Einstellvorrichtung 33 kann wiederum die Federvorspannung des Kraftspeicherelementes 32 zur Beeinflussung oder Einjustierung der Schalttemperatur des thermischen Stellgliedes 38 durchgeführt werden.
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Das Schiebeelement 54 kann einteilig an dem Ventilschließglied 26 angeordnet sein oder als separates Bauteil daran befestigt werden.
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In 5 ist eine alternative Ausführungsform zu 4 dargestellt. Das Ventilelement 21 entspricht der Ausführungsform gemäß 4. Ergänzend ist dieses Ventilelement 21 gemäß 5 mit einem Stellantrieb 61 vorgesehen, der als Fernverstellantrieb oder sogenannter Fernfühler ausgebildet ist. Dieser Stellantrieb 61 umfasst einen Temperaturfühler 64, der an einem vorbestimmten Ort zur Erfassung einer Temperatur positionierbar ist. Dieser Temperaturfühler 64 ist über ein Kapillarrohr 66 mit einem Balgelement 67 verbunden, so dass die erfasste Temperaturänderung über die Flüssigkeitssäule im Kapillarrohr 66 eine Stellbewegung des Balgelementes 67 bewirkt. Dadurch kann die Vorspannung des Kraftspeicherelementes 32 verändert und eingestellt werden. Bevorzugt weist dieser Stellantrieb 61 ein Anschlussstück 68 auf, welches anstelle der Einstellvorrichtung 33 in dem Gehäuseabschnitt 31 lösbar befestigt werden kann.
