DE102021111914A1

DE102021111914A1 - Thermostatic valve and method of operating a thermostatic valve

Info

Publication number: DE102021111914A1
Application number: DE102021111914.6A
Authority: DE
Inventors: Matthias Richter
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2021-05-07
Filing date: 2021-05-07
Publication date: 2022-11-10

Abstract

Thermostatventil (1) zum temperaturabhängigen Schalten zwischen zumindest zwei Zuständen; zumindest umfassend einen Aktuator (2) aus einer Formgedächtnislegierung, der in einem ersten Zustand und bei einer ersten Temperatur (3) eine erste Form (4) und in einem zweiten Zustand und bei einer zweiten Temperatur (5) eine zweite Form (6) aufweist, sowie eine Messeinrichtung (7) zur Bestimmung eines elektrischen Widerstands (8) des Aktuators (2).Verfahren zum Betrieb eines Thermostatventils (1).Thermostatic valve (1) for temperature-dependent switching between at least two states; at least comprising an actuator (2) made of a shape memory alloy, which has a first shape (4) in a first state and at a first temperature (3) and a second shape (6) in a second state and at a second temperature (5). , and a measuring device (7) for determining an electrical resistance (8) of the actuator (2).Method for operating a thermostatic valve (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Thermostatventil und ein Verfahren zum Betrieb eines Thermostatventils.The invention relates to a thermostatic valve and a method for operating a thermostatic valve.

Thermostatventile sind grundsätzlich bekannt und werden z. B. in Fluidkreisläufen zur temperaturabhängigen Regelung von Volumenströmen eingesetzt. Ein Thermostatventil ist zum temperaturabhängigen Schalten zwischen zumindest zwei Zuständen ausgeführt. Dazu umfasst es regelmäßig einen Aktuator z. B. aus einer Formgedächtnislegierung, der in einem ersten Zustand und bei einer ersten Temperatur eine erste Form und in einem zweiten Zustand und bei einer zweiten Temperatur eine zweite Form aufweist.Thermostatic valves are known in principle and z. B. used in fluid circuits for temperature-dependent control of volume flows. A thermostatic valve is designed for temperature-dependent switching between at least two states. For this purpose, it regularly includes an actuator z. B. from a shape memory alloy, which has a first shape in a first state and at a first temperature and a second shape in a second state and at a second temperature.

Aus der EP 0 239 997 B1 ist eine Motor-Kühleinrichtung bekannt, die eine Öldruck-Regeleinrichtung mit einem Ventil umfasst, das durch eine Feder aus einer Formgedächtnislegierung regelbar ist.From the EP 0 239 997 B1 an engine cooling device is known which comprises an oil pressure regulator with a valve which is controllable by a spring made of a shape memory alloy.

Aus der DE 10 2013 021 090 A1 ist eine Kühlwassersteuerung bekannt. Die Steuerung erfolgt selbsttätig über eine elektrisch beheizbare Bimetallfeder aus einer Formgedächtnislegierung.From the DE 10 2013 021 090 A1 a cooling water control is known. The control takes place automatically via an electrically heatable bimetallic spring made of a shape memory alloy.

Aus der DE 37 00 582 C1 ist eine Temperatur-Regelvorrichtung für einen Kühlkreis flüssigkeitsgekühlter Brennkraftmaschinen bekannt. Als Stellelement wird eine Formgedächtnismetall-Schraubenfeder eingesetzt.From the DE 37 00 582 C1 a temperature control device for a cooling circuit of liquid-cooled internal combustion engines is known. A shape memory metal coil spring is used as the actuator.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik angeführten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll ein Thermostatventil vorgeschlagen werden, dessen aktueller Zustand feststellbar ist bzw. festgestellt werden kann.The object of the present invention is to at least partially solve the problems cited with reference to the prior art. In particular, a thermostatic valve is to be proposed whose current state can be determined or can be determined.

Zur Lösung dieser Aufgaben trägt eine Thermostatventil mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren zum Betrieb eines Thermostatventils gemäß Patentanspruch 10 bei. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und/oder Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.A thermostatic valve with the features according to patent claim 1 and a method for operating a thermostatic valve according to patent claim 10 contribute to the solution of these tasks. Advantageous developments are the subject matter of the dependent patent claims. The features listed individually in the patent claims can be combined with one another in a technologically meaningful manner and can be supplemented by explanatory facts from the description and/or details from the figures, with further embodiment variants of the invention being shown.

Es wird ein Thermostatventil zum temperaturabhängigen Schalten zwischen zumindest zwei Zuständen vorgeschlagen. Das Thermostatventil umfasst zumindest einen Aktuator aus einer Formgedächtnislegierung, der in einem ersten Zustand und bei einer ersten Temperatur eine erste Form und in einem zweiten Zustand und bei einer zweiten Temperatur eine zweite Form aufweist, sowie eine Messeinrichtung zur Bestimmung eines elektrischen Widerstands des Aktuators.A thermostatic valve for temperature-dependent switching between at least two states is proposed. The thermostatic valve comprises at least one actuator made of a shape memory alloy, which has a first shape in a first state and at a first temperature and a second shape in a second state and at a second temperature, and a measuring device for determining an electrical resistance of the actuator.

Der Aktuator besteht insbesondere aus einer metallischen Legierung. Insbesondere weist die Legierung die Eigenschaft auf, bei unterschiedlichen Temperaturen voneinander unterschiedliche Gefüge (z. B. ein martensitisches oder austenitisches Gefüge) aufzuweisen. Die unterschiedlichen Gefüge weisen unterschiedliche elektrische Widerstände auf. Der Aktuator kann so bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche Formen sowie unterschiedliche Gefüge und damit unterschiedliche Widerstände aufweisen. Die Unterschiede des elektrischen Widerstands können über die Messeinrichtung bestimmt werden. Der Aktuator kann insbesondere mehrmals, bevorzugt unbegrenzt häufig zwischen den Zuständen wechseln.The actuator consists in particular of a metallic alloy. In particular, the alloy has the property of having different microstructures (e.g. a martensitic or austenitic microstructure) at different temperatures. The different structures have different electrical resistances. The actuator can thus have different shapes and different structures and thus different resistances at different temperatures. The differences in electrical resistance can be determined using the measuring device. In particular, the actuator can switch between the states several times, preferably an unlimited number of times.

Gerade bei Kühlkreisläufen, z. B. in Kraftfahrzeugen, ist es von Vorteil eine aktuelle Stellung eines Ventils zu kennen, da so eine leistungseffizientere Regelung des Kühlkreislaufes ermöglicht wird.Especially with cooling circuits, e.g. B. in motor vehicles, it is advantageous to know the current position of a valve, since this enables more efficient control of the cooling circuit.

Durch das vorgeschlagene Thermostatventil werden die Eigenschaften als Sensor und als Aktuator der Formgedächtnislegierung gleichzeitig genutzt (in der Anwendung als Thermostatventil). Damit kann ein bisher bei Thermostatventilen, z. B. mit Wachsdehnelement, erforderlicher zusätzlich bereitzustellender Temperatursensor/ Wegsensor/ Kontaktsensor/ Potentiometer zur Ermittlung der Ventilstellung eingespart werden.With the proposed thermostatic valve, the properties of the shape memory alloy as a sensor and as an actuator are used simultaneously (in the application as a thermostatic valve). This allows a hitherto in thermostatic valves such. B. with wax expansion element, required additionally provided temperature sensor / displacement sensor / contact sensor / potentiometer to determine the valve position can be saved.

Insbesondere kontaktiert die Messeinrichtung den Aktuator an zumindest einem ersten Kontakt und an einem zweiten Kontakt, so dass damit der Widerstand des Aktuators bestimmbar ist. Die Kontakte sind so an dem Aktuator angeordnet, dass aus einem Wert des Widerstands die Form des Aktuators bestimmbar ist.In particular, the measuring device makes contact with the actuator at least at a first contact and at a second contact, so that the resistance of the actuator can be determined in this way. The contacts are arranged on the actuator in such a way that the shape of the actuator can be determined from a value of the resistance.

Über die Messeinrichtung wird eine Messspannung und ein Messstrom über die Kontakte an dem Aktuator angelegt und damit ein Widerstand des zwischen den Kontakten angeordneten Teils des Aktuators bestimmt. Anhand des Wertes des Widerstands kann auf das vorliegende Gefüge der Legierung bzw. des Materials des Aktuators und damit auf die Form des Aktuators geschlossen werden. Anhand der vorliegenden Form des Aktuators ist die Schaltstellung des Thermostatventils bestimmbar.A measuring voltage and a measuring current are applied via the contacts to the actuator via the measuring device, and a resistance of the part of the actuator arranged between the contacts is thus determined. Based on the resistance value, conclusions can be drawn about the existing structure of the alloy or the material of the actuator and thus about the shape of the actuator. The switching position of the thermostatic valve can be determined based on the shape of the actuator.

Über die Messeinrichtung wird insbesondere keine Erwärmung des Aktuators veranlasst. Die Änderung der Temperatur des Aktuators erfolgt insbesondere ausschließlich über ein Mittel, z. b. ein Fluid, mit dem das Thermostatventil bzw. der Aktuator beaufschlagt wird. Das Thermostatventil ist also insbesondere selbstbetätigt und nicht von außen betätigbar.In particular, the measuring device does not cause the actuator to heat up. The change in the temperature of the actuator takes place in particular exclusively via a means, for example a fluid, with which the thermostatic valve or the actuator gate is applied. The thermostatic valve is therefore in particular self-actuated and cannot be actuated from the outside.

Eine Erwärmung des Aktuators über die Messeinrichtung kann aber erfolgen, um eine Temperaturerhöhung des Aktuators und damit eine Änderung der Form des Aktuators gesteuert zu bewirken.However, the actuator can be heated via the measuring device in order to bring about a temperature increase in the actuator and thus a change in the shape of the actuator in a controlled manner.

Insbesondere weist der Aktuator ein erstes Ende und ein zweites Ende auf und erstreckt sich dazwischen. Das erste Ende stützt sich an einem, insbesondere ortsfesten, ersten Anschlag ab und eine Lage des zweiten Endes ist gegenüber dem ersten Ende in Abhängigkeit von der Form des Aktuators gegenüber dem ersten Ende veränderbar. Die veränderbare Lage des zweiten Endes gegenüber dem (ortsfesten) ersten Ende ermöglicht die Funktion des Thermostatventils, also das Umschalten zwischen zwei Schaltzuständen. Bei einem Einsatz des Thermostatventils in einer Anordnung mit drei Leitungen und zwei Schaltzuständen (erster Zustand: erste Leitung ist mit zweiter Leitung strömungstechnisch verbunden, wobei dritte Leitung verschlossen ist; zweiter Zustand: erste Leitung ist mit dritter Leitung strömungstechnisch verbunden, wobei zweite Leitung verschlossen ist) ist damit ein 3/2-Wege Ventil realisiert.In particular, the actuator has a first end and a second end and extends therebetween. The first end is supported on an, in particular stationary, first stop and a position of the second end can be changed relative to the first end depending on the shape of the actuator relative to the first end. The changeable position of the second end relative to the (stationary) first end enables the function of the thermostatic valve, ie switching between two switching states. When using the thermostatic valve in an arrangement with three lines and two switching states (first state: first line is fluidically connected to the second line, with the third line being closed; second state: first line is fluidically connected to the third line, with the second line being closed ) a 3/2-way valve is thus implemented.

Der Aktuator kann sich zwischen den Enden entlang einer Gerade oder entlang einer Spirale erstrecken, und damit unterschiedliche Formen aufweisen. Die jeweilige Form kann in Abhängigkeit von einem Einsatzfall des Thermostatventils ausgewählt werden.The actuator can extend between the ends along a straight line or along a spiral, and thus have different shapes. The respective shape can be selected depending on an application of the thermostatic valve.

Insbesondere umfasst das Thermostatventil zumindest ein Energiespeicherelement, z. B. eine Feder oder einen Gasspeicher oder ähnliches. Der Aktuator verformt sich gegen die Wirkrichtung des Energiespeicherelements ausgehend von der ersten Form und hin zu der zweiten Form, so dass eine Rückverformung des Aktuators ausgehend von der zweiten Form zurück zur ersten Form durch das Energiespeicherelement zumindest unterstützbar ist. Z. B. kann das Energiespeicherelement eine Druckfeder sein, die durch den Aktuator zunächst komprimiert wird. Die dafür erforderliche Kraft wird in der elastisch verformten Druckfeder gespeichert, insbesondere bis sich der Zustand des Aktuators erneut ändert. Die dann folgende Rückverformung des Aktuators kann durch das Energiespeicherelement dann zumindest unterstützt werden.In particular, the thermostatic valve comprises at least one energy storage element, e.g. B. a spring or a gas storage or the like. The actuator deforms against the direction of action of the energy storage element, starting from the first shape and towards the second shape, so that a rebound deformation of the actuator, starting from the second shape back to the first shape, can at least be supported by the energy storage element. For example, the energy storage element can be a compression spring that is initially compressed by the actuator. The force required for this is stored in the elastically deformed compression spring, in particular until the state of the actuator changes again. The subsequent reshaping of the actuator can then at least be supported by the energy storage element.

Insbesondere stützt sich das Energiespeicherelement an einem, insbesondere ortsfesten, zweiten Anschlag ab, wobei der Aktuator zwischen dem ersten Anschlag und dem zweiten Anschlag angeordnet ist.In particular, the energy storage element is supported on an, in particular stationary, second stop, with the actuator being arranged between the first stop and the second stop.

Insbesondere ist an dem zweiten Ende ein Verschlusselement zum Verschließen eines Leitungsquerschnitts einer Leitung angeordnet. Das Verschlusselement kann durch die Änderung des Zustands bzw. der Form des Aktuators verlagert werden, z. B. entlang einer Geraden oder entlang einer Drehrichtung, je nachdem welche Bewegung das zweite Ende ausführt.In particular, a closure element for closing a line cross-section of a line is arranged at the second end. The closure element can be displaced by changing the state or shape of the actuator, e.g. B. along a straight line or along a direction of rotation, depending on which movement performs the second end.

Es wird weiter eine Thermostatventilanordnung vorgeschlagen. Die Thermostatventilanordnung umfasst zumindest eine Leitungsanordnung mit zumindest einer ersten Leitung und einer zweiten Leitung, die über eine, einen ersten Leitungsquerschnitt aufweisende, erste Verbindung miteinander verbunden sind. Weiter umfasst die Leitungsanordnung das beschriebene Thermostatventil, das an der ersten Verbindung angeordnet ist. In dem ersten Zustand des Aktuators ist die erste Leitung mit der zweiten Leitung über die erste Verbindung strömungstechnisch verbunden und in dem zweiten Zustand der erste Leitungsquerschnitt verschlossen. Das Thermostatventil kann also zwischen zwei Schaltstellungen wechseln.A thermostatic valve arrangement is also proposed. The thermostatic valve arrangement comprises at least one line arrangement with at least one first line and one second line, which are connected to one another via a first connection having a first line cross section. The line arrangement also includes the thermostatic valve described, which is arranged at the first connection. In the first state of the actuator, the first line is fluidically connected to the second line via the first connection, and in the second state the first line cross section is closed. The thermostatic valve can therefore switch between two switching positions.

Insbesondere umfasst die Thermostatventilanordnung eine zumindest mit der ersten Leitung über eine, einen zweiten Leitungsquerschnitt aufweisende, zweite Verbindung verbundene dritte Leitung. Insbesondere ist in dem ersten Zustand der zweite Leitungsquerschnitt verschlossen und in dem zweiten Zustand die erste Leitung mit der dritten Leitung über die zweite Verbindung verbunden.In particular, the thermostatic valve arrangement comprises a third line connected at least to the first line via a second connection having a second line cross section. In particular, the second line cross-section is closed in the first state and the first line is connected to the third line via the second connection in the second state.

Insbesondere ist durch die Messeinrichtung der Zustand des Aktuators ermittelbar und anzeigbar.In particular, the state of the actuator can be determined and displayed by the measuring device.

Es wird weiter ein Verfahren zum Betrieb eines Thermostatventils, insbesondere des beschriebenen Thermostatventils vorgeschlagen. Das Thermostatventil weist zumindest einen Aktuator aus einer Formgedächtnislegierung sowie eine Messeinrichtung zur Bestimmung eines elektrischen Widerstands des Aktuators auf. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:

a) Verändern einer Temperatur des Aktuators, so dass der Aktuator, der in einem ersten Zustand und bei einer ersten Temperatur eine erste Form und in einem zweiten Zustand und bei einer zweiten Temperatur eine zweite Form aufweist, von dem einen Zustand in den anderen Zustand wechselt; und
b) Messen des Widerstands des Aktuators durch die Messeinrichtung;
c) Bestimmen des Zustands des Thermostatventils anhand des gemessenen Widerstands.

A method for operating a thermostatic valve, in particular the thermostatic valve described, is also proposed. The thermostatic valve has at least one actuator made of a shape memory alloy and a measuring device for determining an electrical resistance of the actuator. The procedure comprises at least the following steps:

a) Changing a temperature of the actuator such that the actuator, which has a first shape in a first state and at a first temperature and a second shape in a second state and at a second temperature, changes from one state to the other state ; and
b) measuring the resistance of the actuator by the measuring device;
c) determining the condition of the thermostatic valve from the measured resistance.

Die obige (nicht abschließende) Einteilung der Verfahrensschritte in a) bis c) soll vorrangig nur zur Unterscheidung dienen und keine Reihenfolge und/oder Abhängigkeit erzwingen. Auch die Häufigkeit der Verfahrensschritte kann variieren. Ebenso ist möglich, dass Verfahrensschritte einander zumindest teilweise zeitlich überlagern. Ganz besonders bevorzugt finden die Verfahrensschritte a) und b) zeitlich parallel statt. Insbesondere findet Schritt b) kontinuierlich oder nur in bestimmten zeitlichen Intervallen statt. Schritt c) findet insbesondere nur in Abhängigkeit von der Durchführung des Schrittes b) statt und kann damit bedingt sein. Insbesondere werden die Schritte a) bis c) in der angeführten Reihenfolge durchgeführt.The above (non-exhaustive) division of the method steps into a) to c) is primarily intended to serve only as a distinction and does not impose any order and/or dependency. The frequency of the process steps can also vary. It is also possible for method steps to at least partially overlap one another in terms of time. Process steps a) and b) very particularly preferably take place at the same time. In particular, step b) takes place continuously or only at specific time intervals. Step c) takes place in particular only as a function of the implementation of step b) and can therefore be conditional. In particular, steps a) to c) are carried out in the order listed.

Der gemäß Schritt c) bestimmte Zustand des Thermostatventils (erster Zustand, also z. B. erste Schaltstellung des Ventils; zweiter Zustand, also z. B. zweite Schaltstellung des Ventils) kann insbesondere visualisiert, dargestellt oder an eine übergeordnete Steuerungseinrichtung, z. B. eines Kraftfahrzeugs, weiter übermittelt werden.The state of the thermostatic valve determined according to step c) (first state, e.g. first switching position of the valve; second state, e.g. B. a motor vehicle, are further transmitted.

Es wird weiter ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, zumindest umfassend einen Kühlkreislauf mit der beschriebenen Thermostatanordnung. Über die Thermostatanordnung kann insbesondere eine aktuelle Stellung eines Ventils, insbesondere des Thermostatventils, im Kühlkreislauf bestimmt werden, so dass eine leistungseffizientere Regelung des Kühlkreislaufes ermöglicht wird.A motor vehicle is also proposed, at least comprising a cooling circuit with the thermostat arrangement described. In particular, a current position of a valve, in particular of the thermostatic valve, in the cooling circuit can be determined via the thermostat arrangement, so that a more efficient regulation of the cooling circuit is made possible.

Die Ausführungen zu dem Thermostatventil sind insbesondere auf die Thermostatanordnung, das Kraftfahrzeug sowie das Verfahren zum Betrieb des Thermostatventils übertragbar und umgekehrt.The explanations regarding the thermostatic valve can be transferred in particular to the thermostatic arrangement, the motor vehicle and the method for operating the thermostatic valve and vice versa.

Die Verwendung unbestimmter Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und der diese wiedergebenden Beschreibung, ist als solche und nicht als Zahlwort zu verstehen. Entsprechend damit eingeführte Begriffe bzw. Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und insbesondere aber auch mehrfach vorhanden sein können.The use of indefinite articles (“a”, “an”, “an” and “an”), particularly in the claims and the description reflecting them, is to be understood as such and not as a numeral. Correspondingly introduced terms or components are to be understood in such a way that they are present at least once and in particular can also be present several times.

Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann („mindestens ein“), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.As a precaution, it should be noted that the numerals used here (“first”, “second”, ...) primarily (only) serve to distinguish between several similar objects, sizes or processes, i.e. in particular no dependency and/or sequence of these objects, sizes or make processes mandatory for each other. Should a dependency and/or order be necessary, this is explicitly stated here or it is obvious to the person skilled in the art when studying the specifically described embodiment. If a component can occur several times (“at least one”), the description of one of these components can apply equally to all or part of the majority of these components, but this is not mandatory.

Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:

1: eine Thermostatventilanordnung mit einem Thermostatventil in einem ersten Zustand;
2: die Thermostatventilanordnung nach 1, wobei das Thermostatventil seinen Zustand ändert;
3: die Thermostatventilanordnung nach 1 und 2, wobei das Thermostatventil in einem zweiten Zustand vorliegt; und
4: ein Diagramm.

The invention and the technical environment are explained in more detail below with reference to the attached figures. It should be pointed out that the invention should not be limited by the exemplary embodiments given. In particular, unless explicitly stated otherwise, it is also possible to extract partial aspects of the facts explained in the figures and to combine them with other components and findings from the present description. In particular, it should be pointed out that the figures and in particular the proportions shown are only schematic. Show it:

1 : a thermostatic valve assembly with a thermostatic valve in a first state;
2 : following the thermostatic valve assembly 1 , where the thermostatic valve changes state;
3 : following the thermostatic valve assembly 1 and 2 , wherein the thermostatic valve is in a second state; and
4 : a chart.

Die 1 zeigt eine Thermostatventilanordnung 22 mit einem Thermostatventil 1 in einem ersten Zustand. 2 zeigt die Thermostatventilanordnung 22 nach 1, wobei das Thermostatventil 1 seinen Zustand ändert. 3 zeigt die Thermostatventilanordnung 22 nach 1 und 2, wobei das Thermostatventil 1 in einem zweiten Zustand vorliegt. Die 1 bis 3 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.the 1 shows a thermostatic valve assembly 22 with a thermostatic valve 1 in a first state. 2 shows the thermostat valve assembly 22 after 1 , whereby the thermostatic valve 1 changes its state. 3 shows the thermostat valve assembly 22 after 1 and 2 , wherein the thermostatic valve 1 is in a second state. the 1 until 3 are described together below.

Die Thermostatventilanordnung 22 umfasst eine Leitungsanordnung 23 mit einer ersten Leitung 19, einer zweiten Leitung 20 sowie einer dritten Leitung 21. Die erste Leitung 19 und die zweite Leitung 20 sind über eine, einen ersten Leitungsquerschnitt 18 aufweisende, erste Verbindung 25 miteinander verbunden. Die erste Leitung 19 und die dritte Leitung 21 sind über eine, einen zweiten Leitungsquerschnitt 24 aufweisende, zweite Verbindung 26 miteinander verbundenen. Zwischen den Leitungen ist ein Thermostatventil 1 angeordnet.The thermostatic valve arrangement 22 comprises a line arrangement 23 with a first line 19, a second line 20 and a third line 21. The first line 19 and the second line 20 are connected to one another via a first connection 25 having a first line cross section 18. The first line 19 and the third line 21 are connected to one another via a second connection 26 having a second line cross section 24 . A thermostatic valve 1 is arranged between the lines.

Das Thermostatventil 1 umfasst einen Aktuator 2 aus einer Formgedächtnislegierung, der in einem ersten Zustand (1) und bei einer ersten Temperatur 3 eine erste Form 4 und in einem zweiten Zustand (3) und bei einer zweiten Temperatur 5 eine zweite Form 6 aufweist, sowie eine Messeinrichtung 7 zur Bestimmung eines elektrischen Widerstands 8 des Aktuators 2.The thermostatic valve 1 comprises an actuator 2 made of a shape memory alloy, which in a first state ( 1 ) and at a first temperature 3 a first shape 4 and in a second state ( 3 ) and has a second shape 6 at a second temperature 5, as well as a measuring device 7 for determining an electrical resistance 8 of the actuator 2.

Die Messeinrichtung 7 kontaktiert den Aktuator 2 an einem ersten Kontakt 9 und an einem zweiten Kontakt 10, so dass damit der Widerstand 8 des Aktuators 2 bestimmbar ist. Die Kontakte 9, 10 sind so an dem Aktuator 2 angeordnet, dass aus einem Wert des Widerstands 8 die Form des Aktuators 2 bestimmbar ist.The measuring device 7 makes contact with the actuator 2 at a first contact 9 and at a second contact 10, so that the resistance 8 of the actuator 2 can be determined in this way. The contacts 9, 10 are arranged on the actuator 2 in such a way that the shape of the actuator 2 can be determined from a value of the resistance 8.

Über die Messeinrichtung 7 wird eine Messspannung und ein Messstrom über die Kontakte 9, 10 an dem Aktuator 2 angelegt und damit ein Widerstand 8 des zwischen den Kontakten 9, 10 angeordneten Teils des Aktuators 2 bestimmt. Anhand des Wertes des Widerstands 8 kann auf das vorliegende Gefüge der Legierung bzw. des Materials des Aktuators 2 und damit auf die Form 4, 6 des Aktuators 2 geschlossen werden. Anhand der vorliegenden Form 4, 6 des Aktuators 2 ist die Schaltstellung des Thermostatventils 1 bestimmbar.A measuring voltage and a measuring current are applied to the actuator 2 via the measuring device 7 via the contacts 9, 10 and a resistance 8 of the part of the actuator 2 arranged between the contacts 9, 10 is thus determined. The existing structure of the alloy or the material of the actuator 2 and thus the shape 4 , 6 of the actuator 2 can be inferred from the value of the resistance 8 . The switching position of the thermostatic valve 1 can be determined on the basis of the present form 4, 6 of the actuator 2.

Der Aktuator 2 weist ein erstes Ende 11 und ein zweites Ende 12 auf und erstreckt sich dazwischen in Form einer Spirale. Das erste Ende 11 stützt sich an einem ersten Anschlag 13 ab, der in der dritten Leitung 21 angeordnet ist. Eine Lage des zweiten Endes 12 ist gegenüber dem ersten Ende 11 in Abhängigkeit von der Form bzw. der Gestalt des Aktuators 2 gegenüber dem ersten Ende 11 veränderbar. Hier ist der Aktuator 2 spiralförmig geformt und der Aktuator 2 in einem zylindrischen Gehäuse 27 geführt. Die veränderbare Lage des zweiten Endes 12 gegenüber dem ortsfesten ersten Ende 11 ermöglicht die Funktion des Thermostatventils 1, also das Umschalten zwischen zwei Schaltzuständen. Bei einem Einsatz des Thermostatventils 1 in einer Anordnung mit drei Leitungen 19, 20, 21 und zwei Schaltzuständen (erster Zustand: erste Leitung 19 ist mit zweiter Leitung 20 strömungstechnisch verbunden, wobei dritte Leitung 21 verschlossen ist; zweiter Zustand: erste Leitung 19 ist mit dritter Leitung 21 strömungstechnisch verbunden, wobei zweite Leitung 20 verschlossen ist) ist damit ein 3/2-Wege-Ventil realisiert.The actuator 2 has a first end 11 and a second end 12 and extends therebetween in the form of a spiral. The first end 11 is supported on a first stop 13 which is arranged in the third line 21 . A position of the second end 12 relative to the first end 11 can be changed as a function of the shape or shape of the actuator 2 relative to the first end 11 . Here the actuator 2 has a spiral shape and the actuator 2 is guided in a cylindrical housing 27 . The changeable position of the second end 12 relative to the stationary first end 11 enables the function of the thermostatic valve 1, ie switching between two switching states. When using the thermostatic valve 1 in an arrangement with three lines 19, 20, 21 and two switching states (first state: first line 19 is fluidically connected to second line 20, with third line 21 being closed; second state: first line 19 is connected to third line 21 fluidly connected, the second line 20 is closed) is thus realized a 3/2-way valve.

Das Thermostatventil 1 umfasst ein Energiespeicherelement 14, hier eine Spiralfeder. Der Aktuator 2 verformt sich gegen die Wirkrichtung 15 des Energiespeicherelements 14 ausgehend von der ersten Form 4 und hin zu der zweiten Form 6, so dass eine Rückverformung des Aktuators 2 ausgehend von der zweiten Form 6 zurück zur ersten Form 4 durch das Energiespeicherelement 14 zumindest unterstützbar ist. Das Energiespeicherelement 14 ist als eine Druckfeder ausgeführt, die durch den Aktuator 2 ausgehend von dem ersten Zustand zunächst komprimiert wird. Die dafür erforderliche Kraft wird in der elastisch verformten Druckfeder gespeichert, bis sich der Zustand des Aktuators 2 erneut ändert. Die dann folgende Rückverformung des Aktuators 2 ausgehend von dem zweiten Zustand kann durch das Energiespeicherelement 14 dann zumindest unterstützt werden.The thermostatic valve 1 includes an energy storage element 14, here a spiral spring. The actuator 2 deforms against the direction of action 15 of the energy storage element 14, starting from the first mold 4 and towards the second mold 6, so that a rebound deformation of the actuator 2, starting from the second mold 6 back to the first mold 4, can at least be supported by the energy storage element 14 is. The energy storage element 14 is designed as a compression spring, which is initially compressed by the actuator 2 starting from the first state. The force required for this is stored in the elastically deformed compression spring until the state of the actuator 2 changes again. The subsequent reshaping of the actuator 2 starting from the second state can then at least be supported by the energy storage element 14 .

Das Energiespeicherelement 14 stützt sich an einem ortsfesten zweiten Anschlag 16 ab, der in der zweiten Leitung 20 angeordnet ist. Der Aktuator 2 ist zwischen dem ersten Anschlag 13 und dem zweiten Anschlag 16 angeordnet.The energy storage element 14 is supported on a stationary second stop 16 which is arranged in the second line 20 . The actuator 2 is arranged between the first stop 13 and the second stop 16 .

An dem zweiten Ende 12 ist ein Verschlusselement 17 zum Verschließen eines Leitungsquerschnitts 18, 24 einer Leitung 19, 20, 21 angeordnet. Das Verschlusselement 17 wird durch die Änderung des Zustands bzw. der Form 4, 6 des Aktuators 2 entlang einer Geraden verlagert und verschließt entweder den zweiten Leitungsquerschnitt 24 (in dem ersten Zustand, siehe 1) oder den ersten Leitungsquerschnitt 18 (siehe 3).A closure element 17 for closing a line cross-section 18, 24 of a line 19, 20, 21 is arranged at the second end 12. The closure element 17 is displaced along a straight line by the change in the state or the shape 4, 6 of the actuator 2 and closes either the second line cross-section 24 (in the first state, see 1 ) or the first line cross-section 18 (see 3 ).

In dem ersten Zustand ist der zweite Leitungsquerschnitt 24 verschlossen und die erste Leitung 19 mit der zweiten Leitung 20 strömungstechnisch verbunden. In dem zweiten Zustand ist der erste Leitungsquerschnitt 18 verschlossen und die erste Leitung 19 mit der dritten Leitung 21 über die zweite Verbindung 26 verbunden.In the first state, the second line cross section 24 is closed and the first line 19 is fluidically connected to the second line 20 . In the second state, the first line cross section 18 is closed and the first line 19 is connected to the third line 21 via the second connection 26 .

Das Thermostatventil 1 ist an der ersten Verbindung 25 und an der zweiten Verbindung 26 angeordnet. In dem ersten Zustand des Aktuators 2 ist die erste Leitung 19 mit der zweiten Leitung 20 über die erste Verbindung 25 strömungstechnisch verbunden und in dem zweiten Zustand der erste Leitungsquerschnitt 18 verschlossen. Das Thermostatventil 1 kann also zwischen zwei Schaltstellungen wechseln.The thermostatic valve 1 is arranged at the first connection 25 and at the second connection 26 . In the first state of the actuator 2, the first line 19 is fluidically connected to the second line 20 via the first connection 25 and in the second state the first line cross section 18 is closed. The thermostatic valve 1 can therefore switch between two switching positions.

4 zeigt ein Diagramm. An der vertikalen Achse ist eine Temperatur 3, 5 aufgetragen. An der horizontalen Achse ist der elektrische Widerstand 8 aufgetragen. Der Verlauf 28 zeigt den sich in Abhängigkeit von der Temperatur 3, 5 ändernden Widerstand. Der Wechsel des Gefüges weist eine Hysterese auf, tritt also in Abhängigkeit von der Richtung der Temperaturveränderung bei unterschiedlichen Temperaturen ein. 4 shows a diagram. A temperature 3.5 is plotted on the vertical axis. The electrical resistance 8 is plotted on the horizontal axis. The profile 28 shows the resistance that changes as a function of the temperature 3, 5. The change in the structure has a hysteresis, i.e. it occurs at different temperatures depending on the direction of the temperature change.

BezugszeichenlisteReference List

11: Thermostatventilthermostatic valve
22: Aktuatoractuator
33: erste Temperaturfirst temperature
44: erste Formfirst shape
55: zweite Temperatursecond temperature
66: zweite Formsecond shape
77: Messeinrichtungmeasuring device
88th: WiderstandResistance
99: erster Kontaktfirst contact
1010: zweiter Kontaktsecond contact
1111: erstes Endefirst end
1212: zweites Endesecond end
1313: erster Anschlagfirst stop
1414: Energiespeicherelementenergy storage element
1515: Wirkrichtungeffective direction
1616: zweiter Anschlagsecond stop
1717: Verschlusselementclosure element
1818: erster Leitungsquerschnittfirst line cross-section
1919: erste Leitungfirst line
2020: zweite Leitungsecond line
2121: dritte Leitungthird line
2222: Thermostatventilanordnungthermostatic valve arrangement
2323: Leitungsanordnungline arrangement
2424: zweiter Leitungsquerschnittsecond cable cross-section
2525: erste Verbindungfirst connection
2626: zweite Verbindungsecond connection
2727: GehäuseHousing
2828: VerlaufCourse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

EP 0239997 B1 [0003]EP 0239997 B1 [0003]
DE 102013021090 A1 [0004]DE 102013021090 A1 [0004]
DE 3700582 C1 [0005]DE 3700582 C1 [0005]

Claims

Thermostatventil (1) zum temperaturabhängigen Schalten zwischen zumindest zwei Zuständen; zumindest umfassend einen Aktuator (2) aus einer Formgedächtnislegierung, der in einem ersten Zustand und bei einer ersten Temperatur (3) eine erste Form (4) und in einem zweiten Zustand und bei einer zweiten Temperatur (5) eine zweite Form (6) aufweist, sowie eine Messeinrichtung (7) zur Bestimmung eines elektrischen Widerstands (8) des Aktuators (2).Thermostatic valve (1) for temperature-dependent switching between at least two states; at least comprising an actuator (2) made of a shape memory alloy, which has a first shape (4) in a first state and at a first temperature (3) and a second shape (6) in a second state and at a second temperature (5). , and a measuring device (7) for determining an electrical resistance (8) of the actuator (2).

Thermostatventil (1) nach Patentanspruch 1, wobei die Messeinrichtung (7) den Aktuator (2) an zumindest einem ersten Kontakt (9) und an einem zweiten Kontakt (10) kontaktiert und damit der Widerstand (8) des Aktuators (2) bestimmbar ist; wobei die Kontakte (9, 10) so an dem Aktuator (2) angeordnet sind, dass aus einem Wert des Widerstands (8) die Form (4, 6) des Aktuators (2) bestimmbar ist.Thermostatic valve (1) after Claim 1 , wherein the measuring device (7) contacts the actuator (2) at least at a first contact (9) and at a second contact (10) and thus the resistance (8) of the actuator (2) can be determined; the contacts (9, 10) being arranged on the actuator (2) in such a way that the shape (4, 6) of the actuator (2) can be determined from a value of the resistance (8).

Thermostatventil (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Aktuator (2) ein erstes Ende (11) und ein zweites Ende (12) aufweist und sich dazwischen erstreckt; wobei sich das erste Ende (11) an einem ersten Anschlag (13) abstützt und eine Lage des zweiten Endes (12) gegenüber dem ersten Ende (11) in Abhängigkeit von der Form des Aktuators (2) gegenüber dem ersten Ende (11) veränderbar ist.A thermostatic valve (1) according to any one of the preceding claims, wherein the actuator (2) has a first end (11) and a second end (12) and extends therebetween; wherein the first end (11) is supported on a first stop (13) and a position of the second end (12) relative to the first end (11) can be changed depending on the shape of the actuator (2) relative to the first end (11). is.

Thermostatventil (1) nach Patentanspruch 3, zumindest umfassend ein Energiespeicherelement (14), gegen dessen Wirkrichtung (15) sich der Aktuator (2) ausgehend von der ersten Form (4) und hin zu der zweiten Form (6) verformt und durch das eine Rückverformung des Aktuators (2) ausgehend von der zweiten Form (6) zurück zur ersten Form (4) zumindest unterstützbar ist.Thermostatic valve (1) after patent claim 3 , at least comprising an energy storage element (14), against the effective direction (15) of which the actuator (2) is deformed, starting from the first shape (4) and towards the second shape (6) and through which a reverse deformation of the actuator (2) is initiated can at least be supported from the second mold (6) back to the first mold (4).

Thermostatventil (1) nach Patentanspruch 4, wobei sich das Energiespeicherelement (14) an einem zweiten Anschlag (16) abstützt; wobei der Aktuator (2) zwischen dem ersten Anschlag (13) und dem zweiten Anschlag (16) angeordnet ist.Thermostatic valve (1) after patent claim 4 , wherein the energy storage element (14) is supported on a second stop (16); wherein the actuator (2) is arranged between the first stop (13) and the second stop (16).

Thermostatventil (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 3 bis 5, wobei an dem zweiten Ende (12) ein Verschlusselement (17) zum Verschließen eines Leitungsquerschnitts (18, 24) einer Leitung (19, 20, 21) angeordnet ist.Thermostatic valve (1) according to one of the preceding patent claims 3 until 5 , A closure element (17) for closing a line cross-section (18, 24) of a line (19, 20, 21) being arranged at the second end (12).

Thermostatventilanordnung (22), zumindest umfassend eine Leitungsanordnung (23) mit zumindest einer ersten Leitung (19) und einer zweiten Leitung (20), die über eine, einen ersten Leitungsquerschnitt (18) aufweisende, erste Verbindung (25) miteinander verbunden sind, sowie ein an der ersten Verbindung (25) angeordnetes Thermostatventil (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche; wobei in dem ersten Zustand des Aktuators (2) die erste Leitung (19) mit der zweiten Leitung (20) über die erste Verbindung (25) strömungstechnisch verbunden und in dem zweiten Zustand der erste Leitungsquerschnitt (18) verschlossen ist.Thermostatic valve arrangement (22), at least comprising a line arrangement (23) with at least one first line (19) and one second line (20), which are connected to one another via a first connection (25) having a first line cross section (18), and a thermostatic valve (1) arranged on the first connection (25) according to one of the preceding claims; wherein in the first state of the actuator (2) the first line (19) is fluidically connected to the second line (20) via the first connection (25) and in the second state the first line cross section (18) is closed.

Thermostatventilanordnung (22) nach Patentanspruch 7, weiter umfassend eine zumindest mit der ersten Leitung (19) über eine, einen zweiten Leitungsquerschnitt (24) aufweisende, zweite Verbindung (26) verbundene dritte Leitung (21); wobei in dem ersten Zustand der zweite Leitungsquerschnitt (24) verschlossen und in dem zweiten Zustand die erste Leitung (19) mit der dritten Leitung (21) über die zweite Verbindung (26) verbunden ist.Thermostatic valve assembly (22) after Claim 7 , further comprising a third line (21) connected at least to the first line (19) via a second connection (26) having a second line cross-section (24); wherein in the first state the second line cross-section (24) is closed and in the second state the first line (19) is connected to the third line (21) via the second connection (26).

Thermostatventilanordnung (22) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 7 und 8, wobei durch die Messeinrichtung (7) der Zustand des Aktuators (2) ermittelbar und anzeigbar ist.A thermostatic valve assembly (22) as claimed in any preceding Claims 7 and 8th , wherein the state of the actuator (2) can be determined and displayed by the measuring device (7).

Verfahren zum Betrieb eines Thermostatventils (1), wobei das Thermostatventil (1) zumindest einen Aktuator (2) aus einer Formgedächtnislegierung sowie eine Messeinrichtung (7) zur Bestimmung eines elektrischen Widerstands (8) des Aktuators (2) aufweist; wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst: a) Verändern einer Temperatur (3, 5) des Aktuators (2), so dass der Aktuator (2), der in einem ersten Zustand und bei einer ersten Temperatur (3) eine erste Form (4) und in einem zweiten Zustand und bei einer zweiten Temperatur (5) eine zweite Form (6) aufweist, von dem einen Zustand in den anderen Zustand wechselt; und b) Messen des Widerstands (8) des Aktuators (2) durch die Messeinrichtung (7); c) Bestimmen des Zustands des Thermostatventils (1) anhand des gemessenen Widerstands (8).Method for operating a thermostatic valve (1), wherein the thermostatic valve (1) has at least one actuator (2) made of a shape memory alloy and a measuring device (7) for determining an electrical resistance (8) of the actuator (2); the method comprising at least the following steps: a) changing a temperature (3, 5) of the actuator (2), so that the actuator (2) in a first state and at a first temperature (3) has a first shape (4) and in a second state and at a second temperature (5) has a second shape (6) changing from one state to the other state; and b) measuring the resistance (8) of the actuator (2) by the measuring device (7); c) Determining the condition of the thermostatic valve (1) based on the measured resistance (8).