DE3500278A1

DE3500278A1 - Thermostat control with an expansible-material element

Info

Publication number: DE3500278A1
Application number: DE19853500278
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: JANITSCHKE HANS PETER; TANG CORNELIS RUDOLF VAN DER
Current assignee: JANITSCHKE HANS PETER; TANG CORNELIS RUDOLF VAN DER
Priority date: 1985-01-05
Filing date: 1985-01-05
Publication date: 1986-07-10

Abstract

Thermostat control with an expansible-material element, in particular for valves, which element is surrounded at least partially by a heating element cage 28 which leaves enough room for the ambient air to act upon the housing 33 of the expansible-material regulator. Via an electronic control which enables infinitely variables temperature changes of the heating elements 28, infinitely variable control of the throughput of the valve 11 can be achieved, said control preferably working with a DAC for inputing the setpoint and an FET to control the current. In case of power failure, the expansible-material element regulates the temperature. <IMAGE>

Description

Thermostatsteuerung mit einem DehnstoffelementThermostat control with an expansion element

Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Thermostatsteuerung mit einem Dehnstoffelement, insbesondere für Ventile. Dieser Gattung entsprechende Thermostatsteuerungen sind für sogenannte Zonenventile bekannt, durch die der Warmwasserfluß insbesondere bei Fußleistenheizungen in Abhängigkeit von einer Bezugstemperatur, meist Raumtemperatur oder Außentemperatur, gesteuert wird. Es sind verschiedene Arten der Steuerung bekannt. In jedem Fall wird, nachdem die Bezugstemperatur durch einen mit elektrischen Mitteln arbeitenden Thermostaten gemessen wurde, dessen elektrische Ausgangsgröße entweder dem elektrischen Heizkörper des Dehnstoffelementes direkt zugeführt oder vorher durch das Programm eines elektronischen Steuergerätes gewandelt.PRIOR ART The invention is based on a thermostat control with an expansion element, especially for valves. Corresponding to this genus Thermostat controls are known for so-called zone valves, through which the hot water flow especially with baseboard heating depending on a reference temperature, usually room temperature or outside temperature. They are different Types of control known. In any case, after the reference temperature is through a thermostat working with electrical means was measured, its electrical Output variable either directly to the electrical heating element of the expansion element supplied or previously converted by the program of an electronic control unit.

Wenn als Bezugsgröße die Raumtemperatur dienen soll, werden derartige Zonenventile dann eingesetzt, wenn entweder über eine Temperaturmeßstelle mehrere, meist Konvektorheizkörper gesteuert werden sollen oder wenn bei vorgesehener Einzelsteuerung eines Heizkörpers ein übliches, ebenfalls mit einem Dehnstoffelement arbeitendes Thermostatventil deshalb nicht einsetzbar ist, weil die erforderliche Luftzirkulation selbst bei Dehnstoffelementen mit entferntem Fühler nicht in ausreichendem Maße vorhanden ist oder wenn der Zugang zum Ventil selbst, wie er auch bei Thermostatventilen mit entferntem Fühler zur Temperaturwahl erforderlich ist, nicht gegeben ist.If the room temperature is to be used as a reference value, this is the case Zone valves are used when either over a temperature measuring point several, mostly convector radiators should be controlled or if provided Individual control of a radiator is a common one, also with an expansion element working thermostatic valve cannot be used because the required There is insufficient air circulation even in the case of expansion elements with the sensor removed Dimensions is available or if there is access to the valve itself, as is the case with thermostatic valves is required for temperature selection with the sensor removed, is not given.

Der elektrische Heizkörper besteht bei diesen bekannten Thermostatsteuerungen aus einer Widerstandsheizspule, die über den zylindrischen Abschnitt des Dehnstoffelementes geschoben ist und diesen nach außen hin abdeckt, so daß die Umgebungsluft schlecht an die temperatursensible Oberfläche des Dehnstoffelementes gelangen und die gezielt elektrische Steuerung stören kann. Der Nachteil dieser bekannten Thermostatsteuerung besteht darin, daß bei Ausfall des die Bezugstemperatur erfassenden Thermostaten,beispielsweise bei einem elektrischen Fehler, auch die Heizkörpersteuerung beeinträchtigt ist und normalerweise das Heizkörperventil bei nicht geheiztem elektrischen Heizelement öffnet.The electric radiator exists in these known thermostat controls from a resistance heating coil over the cylindrical section of the expansion element is pushed and this covers to the outside, so that the ambient air is bad get to the temperature-sensitive surface of the expansion element and the targeted electrical control can interfere. The disadvantage of this known thermostat control is that if the thermostat that detects the reference temperature fails, for example in the event of an electrical fault, the radiator control is also impaired and normally the radiator valve when the electric heating element is not heated opens.

Vorteile der Erfindung Die gattungsgemäße Thermostatsteuerung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Temperatursteuerung entweder nur über die das Dehnstoffelement umgebende Lufttemperatur erfolgt, so daß auch bei Ausfall der elektrischen Anlage die Heizung in Betrieb bleibt, oder daß die Steuerung durch die Überlagerung von Umgebungslufttemperatur mit vom elektrischen Heizelement ausgehender Temperatur bestimmt wird. Über die Durchbrüche im Käfig gelangt die Umgebungsluft unmittelbar an die Oberfläche des zylindrischen Abschnitts des Dehnstoffelements, wobei der durch die Heizelemente gegebene Strömungswiderstand zu Luftwirbeln der strömenden Umgebungsluft führt, was einen besseren Wärmeübergang von der Luft zum Dehnstoffgehäuse bewirkt.Advantages of the Invention The generic thermostat control with the characterizing features of the main claim has the advantage that the temperature control either only via the air temperature surrounding the expansion element takes place so that the heating is in operation even if the electrical system fails remains, or that the control by the superposition of ambient air temperature with from the electric heating element outgoing temperature determined will. The ambient air comes directly to the through the openings in the cage Surface of the cylindrical portion of the expansion element, wherein the through the Heating elements given flow resistance to air eddies in the flowing ambient air leads, which causes a better heat transfer from the air to the expansion housing.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Käfig mehrere mit Abstand voneinander möglichst dicht am Gehäuse angeordnete Heizelemente auf, die durch vorzugsweise elektrisch leitende Verbindungsmittel zu einem Ring zusammengeschlossen sind, wobei die unbedeckten Flächen des zylindrischen Abschnitts der Umgebungsluft ausgesetzt sind. Hierbei sind die Heizelemente vorzugsweise länglich augebildet und mit ihrer Achse parallel zur Achse des zylindrischen Abschnitts des Gehäuses angeordnet, wobei an den Längsenden der Heizelemente Anschlußdrähte vorhanden sind, von denen je einer mit einem von zwei koaxial zur Gehäuseachse verlaufenden Anschlußringen verbunden ist. Durch diesen konstruktiven Aufbau ist der Heizkörper äußerst günstig herstellbar, wobei zudem vorteilhafterweise auf Grund der geringen Abmessungen ein derartiger Heizkörper auch nachträglich auf bereits im Betrieb befindliche Dehnstoffelemente montierbar ist. Die Maßtoleranzen können deshalb bereits bei der Herstellung der Heizkörper sehr eng gehalten werden, weil die Abmessungen des Dehnstoffelements genormt sind, so daß im Betrieb ein optimaler Wärmeübergang zwischen Heizelement und Dehnstoffelement stattfindet bei einem Minimum an Wärmeverlusten und so daß vorteilhafterweise bei Änderung des Heizstroms durch die zirkulierende Umgebungsluft ein sich schnelles Einstellen auf die geänderte Temperatur des Heizelementes stattfindet. Dies wirkt sich besonders vorteilhaft beim Einsatz an Thermostatheizkörperventilen einer Warmwasserheizung aus. Dadurch, daß das Dehnstoffelement im Heizkörperventil als Temperaturregler mit der Umgebungsluft als Regelgröße arbeitet und daß eine Änderung der Regelebene dieser Temperaturregelung durch Steuerung der Stromstärke in den Heizelementen erfolgt, kann durch sehr einfaches bezugstemperaturabhängiges Variieren der Stromstärke eine stufenlose Regelung erfolgen. Als Bezugstemperatur kann irgend eine Solltemperatur dienen, beispielsweise in Form einer angestrebten Absenkung der Raumtemperatur oder einer von einem Zentralgerät vorgegebenen, von der Nutzung des Raumes abhängigen Temperatur, wie es in Hotels bei nur zeitweiser Nutzung der Räume wünschenswert ist.According to one embodiment of the invention, the cage has several Distance from one another as close as possible to the housing arranged heating elements that connected to a ring by preferably electrically conductive connecting means are, the uncovered surfaces of the cylindrical portion of the ambient air are exposed. Here, the heating elements are preferably designed to be elongated and with its axis parallel to the axis of the cylindrical portion of the housing arranged, with connecting wires being present at the longitudinal ends of the heating elements, of which one with one of two connecting rings running coaxially to the housing axis connected is. This structural design makes the radiator extremely inexpensive manufacturable, with also advantageously due to the small dimensions a such a radiator can also be retrofitted to expansion elements that are already in operation is mountable. The dimensional tolerances can, therefore, already during the manufacture of the Radiators are kept very tight because of the dimensions of the expansion element are standardized, so that an optimal heat transfer between the heating element during operation and expansion element takes place with a minimum of heat loss and so that advantageously when the heating current changes due to the circulating ambient air rapid adjustment to the changed temperature of the heating element takes place. This is particularly advantageous when used on thermostatic radiator valves a hot water heater. Because that Expansion element in Radiator valve works as a temperature controller with the ambient air as the control variable and that a change in the control level of this temperature control by controlling the Amperage occurs in the heating elements can be based on very simple reference temperature Varying the amperage, a stepless regulation takes place. As a reference temperature Any desired temperature can serve, for example in the form of a desired one Reduction of the room temperature or one specified by a central device of the use of the room depends on the temperature, as it is in hotels with only intermittent Use of the rooms is desirable.

Die Bezugstemperatur kann dabei als Regelgröße dienen, so daß eine Analogsteuerung besteht. Die Steuerung kann aber auch unabhängig zentral vorgenommen werden. Sie kann nicht zuletzt auch digital erfolgen, beispielsweise in Form einer Nachtabsenkung der Temperatur.The reference temperature can serve as a control variable, so that a Analog control exists. The control can, however, also be carried out centrally independently will. Last but not least, it can also take place digitally, for example in the form of a Night reduction of the temperature.

Erfindungsgemäß weist ein für diese Temperatursteuerung verwendbares Kenngrößen verarbeitendes elektronisches Steuergerät ausgangsseitig einen Verstärker, vorzugsweise Operationsverstärker, mit einem Halbleiterregler(Transistor) auf, mit dem eine unterschiedliche Stromstärke für die Heizelemente steuerbar ist und mit dem auch mehrere Heizelemente aufweisende Heizkörperventile ansteuerbar sind.According to the invention, one can be used for this temperature control Electronic control unit processing parameters on the output side an amplifier, preferably operational amplifier, with a semiconductor regulator (transistor) on, with which a different amperage for the heating elements can be controlled and with which also have multiple heating elements having radiator valves can be controlled.

Weitere Vorteile sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous embodiments of the invention can be found in the following description, the drawing and the claims.

Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.Drawing An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below.

Es zeigen: Fig. 1 ein Heizkörperthermostatventil im Längsschnitt; Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II - II in Fig.1 und Fig. 3 einen einfachen elektrischen Schaltplan für die Erfindung.1 shows a radiator thermostatic valve in longitudinal section; FIG. 2 shows a section along line II - II in FIG. 1 and FIG. 3 shows a simple electrical one Circuit diagram for the invention.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels Das bewegliche Ventilglied 10 eines Heizkörperventils 11 wird durch ein Dehnstoffelement 12 entgegen der Kraft einer in Öffnungsrichtung wirkenden Rückstellfeder 13 betätigt.Description of the exemplary embodiment The movable valve member 10 a radiator valve 11 is counteracted by an expansion element 12 against the force a return spring 13 acting in the opening direction is actuated.

Das Dehnstoffelement 12 ist in einem Verstellknauf 14 untergebracht, der über ein Gewinde 15 mehr oder weniger in eine Zwischenbuchse 16 schraubbar ist, die über eine Überwurfmutter 17 fest an den Ventilkörper 18 gespannt ist.The expansion element 12 is housed in an adjustment knob 14, which can be more or less screwed into an intermediate socket 16 via a thread 15, which is clamped tightly to the valve body 18 via a union nut 17.

Ein Betätigungskolben 19 des Dehnstofelementes 12 wirkt über eine aus zwei ineinander verschraubten Teilen bestehende und in einer Innenbohrung 21 des Knaufs 14 geführte Verschraubung 22 auf einen mit dem beweglichen Ventilglied 10 verbundenen Ventilbolzen 23. Das Dehnstoffelement 12 stützt sich mit einem Bund 24 an einem Federteller 25 einer Einspannfeder 26 ab.An actuating piston 19 of the expansion element 12 acts via a consisting of two parts screwed into one another and in an inner bore 21 the knob 14 guided screw 22 on a with the movable valve member 10 connected valve pin 23. The expansion element 12 is supported with a collar 24 on a spring plate 25 of a clamping spring 26.

Um einen zylindrischen Abschnitt 27 des Dehnstoffelements 12 sind gleichmäßig einen Käfig bildende elektrische Heizelemente 28 angeordnet, die an ihren Anschlußdrähten 29 aufgehängt sind. Die Anschlußdrähte 29 von jedem Heizwiderstand 28 führen jeweils zu Anschlußringen 30, die wiederum jeweils mit einer Anschlußleitung 31 für die Stromzuleitung und 32 für die Stromableitung verbunden sind. Wie aus Fig.2 ersichtlich ist, liegen diese Heizelemente 28 verhältnismäßig dicht am Gehäuse 33 des Dehnstoffelementes 12, ohne dieses zu berühren. Innerhalb des Gehäuse 33 ist eine ihr Volumen mit der Temperatur stark ändernde Dehnstoffüllung 34 vorhanden, so daß bei zunehmender Temperatur der Betätigungskolben 19 aus dem Gehäuse 33 herausgedrückt wird und bei abnehmender Temperatur wieder in das Gehäuse 33 hereingezogen wird.To a cylindrical section 27 of the expansion element 12 are evenly arranged a cage forming electrical heating elements 28, which on their connecting wires 29 are suspended. The connecting wires 29 from each heating resistor 28 each lead to connecting rings 30, which in turn each have a connecting line 31 for the power supply and 32 for the power dissipation are connected. How out 2 can be seen, these heating elements 28 are relatively tight on the housing 33 of the expansion element 12 without touching it. Within the Housing 33 is an expansion material filling that changes greatly in volume with temperature 34 present, so that with increasing temperature, the actuating piston 19 from the Housing 33 is pushed out and back into the housing when the temperature drops 33 is drawn in.

Bei dem in Fig.3 dargestellten Schaltplan für die Erfindung führt die Stromzuleitung 31 zu einer nicht dargestellten Stromversorgungsquelle, deren Strom ungeregelt sein kann und gleichgerichtet ist. Die Stromableitung 32 ist mit dem Drain eines Feldeffekttransistors (FET) 35 verbunden, dessen Source über eine Leitung 36, in der ein Widerstand 37 vorgesehen ist, mit Masse verbunden ist.In the circuit diagram shown in Figure 3 for the invention leads the power supply line 31 to a power supply source, not shown, whose Current can be unregulated and rectified. The current lead 32 is with connected to the drain of a field effect transistor (FET) 35, the source of which has a Line 36, in which a resistor 37 is provided, is connected to ground.

Die Schaltstellung dieses FET 35 hängt von dessen Potential ab, das wiederum über einen Operationsverstärker (OPAMP) 38 geregelt und an dessen mit dem FET 35 verbundenen Ausgang 39 bestimmt wird. Der OPAMP 38 bezieht sein Eingangspotentialvom Analogausgang 40 eines D/A-Wandlers (DAC) 41, dessen Digitalinformation den Pegel am Analogausgang 40 bestimmt.The switch position of this FET 35 depends on its potential again regulated via an operational amplifier (OPAMP) 38 and connected to it with the FET 35 connected output 39 is determined. The OPAMP 38 draws its input potential from Analog output 40 of a D / A converter (DAC) 41, the digital information of which is the level determined at the analog output 40.

Statt eines Digitaleingangs kann natürlich auch ein Analogeingang vorgesehen sein, beispielsweise in Form eines mit einem Potentiometer arbeitenden Thermostaten. In jedem Fall wird durch die am Ausgang 40 herrschende Sollgröße bewirkt, daß am GATE des FET 35 ein entsprechendes Potential anliegt, der ein Maß für den Stromfluß durch die Heizelemente 28 ist.An analog input can of course also be used instead of a digital input be provided, for example in the form of a working with a potentiometer Thermostats. In any case, the setpoint value prevailing at output 40 has the effect of that a corresponding potential is applied to the GATE of the FET 35, which is a measure of the Current flow through the heating elements 28 is.

Der Sollwert wird über ein nicht dargestelltes Bit-Muster eingegeben, das beispielsweise ferngesteuert sein kann und dessen Code die gewünschte Position des Thermostatventils berücksichtigt.The setpoint is entered via a bit pattern (not shown), which can be remote-controlled, for example, and its code the desired position of the thermostatic valve are taken into account.

Wie Fig.3 entnehmbar ist, können durch einen DAC 41 und OPAMP 38 mehrere FET's 35 und damit mehrere Heizkörperventile angesteuert werden, sofern dieses erwünscht ist.As can be seen in FIG. 3, a DAC 41 and OPAMP 38 can be used for several FET's 35 and thus several radiator valves can be controlled if this is desired is.

Claims

Ansprüche 1. Thermostatsteuerung mit einem Dehnstoffelement, insbesondere für Ventile, mit einem den Dehnstoff aufnehmenden und einen Betätigungskolben tragenden Gehäuse und einem nahe dem Gehäuse angeordneten steuerbaren elektrischen Heizkörper des Dehnstoffelements, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper aus einem das Gehäuse (27) mindestens teilweise umgebenden und Durchbrüche für den Zugang der Umgebungsluft zum Gehäuse (27) aufweisenden Käfig besteht. Claims 1. Thermostat control with an expansion element, in particular for valves, with one piston that receives the expansion material and one that carries an actuating piston Housing and a controllable electric heater arranged near the housing of the expansion element, characterized in that the heating element consists of a Housing (27) at least partially surrounding and breakthroughs for access to the There is ambient air to the housing (27) having cage.

2. Thermostatsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse einen länglichen, vorzugsweise zylindrischen Abschnitt aufweist und daß der Käfig mehrere, mit Abstand voneinander möglichst nahe dem Gehäuse (32) angeordnete Heizelemente (28) aufweist, die durch vorzugsweise elektrisch leitende Verbindungsmittel (29,30) zu einem 1 Käfigring zusammengeschlossen sind, wobei die von den Heizelementen (28) unbedeckten Flächen des länglichen Abschnitts (27) der Umgebungsluft ausgesetzt sind.2. Thermostat control according to claim 1, characterized in that the housing has an elongated, preferably cylindrical section and that the cage has several spaced apart as close as possible to the housing (32) Has heating elements (28), which are preferably electrically conductive connecting means (29,30) are combined to form a 1 cage ring, the heating elements (28) exposed areas of the elongated section (27) to the ambient air are.

3. Thermostatsteuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (28) länglich ausgebildet und mit ihrer Achse parallel zur Achse des länglichen Abschnitts (27) des Gehäuses (33) angeordnet sind.3. Thermostat control according to claim 2, characterized in that the heating elements (28) are elongated and have their axis parallel to the axis of the elongated portion (27) of the housing (33) are arranged.

4. Thermostatsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Längsenden ddr Heizelemente (28) Anschlußdrähte (29) vorhanden sind und daß je einer derselben mit je einem von zwei koaxial zur Gehäuseachse verlaufenden Anschlußringen (30) verbunden ist.4. Thermostat control according to one of claims 1 to 3, characterized in that that at the longitudinal ends ddr heating elements (28) connecting wires (29) are present and that one of the same with one of two extending coaxially to the housing axis Connection rings (30) is connected.

5. Thermostatsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anwendung an Heizkörperventilen (11).5. Thermostat control according to one of the preceding claims, characterized by using it on radiator valves (11).

6. Thermostatsteuerung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Heizkörperventile (11) mit ihren Heizelementen (28) parallelgeschaltet sind.6. Thermostat control according to claim 4 or 5, characterized in that that at least two radiator valves (11) are connected in parallel with their heating elements (28) are.

7. Thermostatsteuerung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dehnstoffelement im Heizkörperventil (11) als Temperaturregler mit der Umgebungsluft als Regelgröße arbeitet und daß eine Änderung der Regelebene dieser Temperaturregelung durch Steuerung der Stromstärke in den Heizelementen (28) erfolgt.7. Thermostat control according to claim 5 or 6, characterized in that that the expansion element in the radiator valve (11) acts as a temperature controller with the ambient air works as a controlled variable and that a change in the control level of this temperature control by controlling the current in the heating elements (28).

8. Thermostatsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke der die Heizelemente (28) versorgenden Stromquelle stufenlos steuerbar ist.8. Thermostat control according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the current strength of the current source supplying the heating elements (28) is continuously controllable.

9. Thermostatsteuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromsteuerung durch Schaltung der Heizelemente (28) mittels eines Transistors, insbesondere Feldeffekttransistors (FET) (35) erfolgt, die durch die Ausgangsgröße eines Verstärkers, insbesondere Operationsverstärkers (OPAMP) (38) bestimmt wird, der durch einen Wandler, insbesondere D/A-Wandler (DAC) (41) die Sollwerteingabe erhält, so daß je nach Sollwerteingabe und Istwertvergleich der Strom variiert werden kann.9. Thermostat control according to claim 8, characterized in that the current control by switching the heating elements (28) by means of a transistor, in particular field effect transistor (FET) (35) is carried out by the output variable an amplifier, in particular an operational amplifier (OPAMP) (38) is determined, the setpoint input by a converter, in particular a D / A converter (DAC) (41) so that the current can be varied depending on the setpoint input and actual value comparison can.

1O.Thermostatsteuerung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Digitaleingang und eine analoge Stellgröße.1O.Thermostatsteuerung according to claim 9, characterized by a Digital input and an analog manipulated variable.

11.Thermostatsteuerung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Reglers vervielfältigt werden kann, so daß über nur einen Wandler (41) und Verstärker (38) mehrere Transistoren (35) und damit mehrere Heizkörperventile ansteuerbar sind.11. Thermostat control according to claim 9 or 10, characterized in that that the output of the controller can be duplicated so that only one converter (41) and amplifier (38) several transistors (35) and thus several Radiator valves are controllable.