WO2009124766A2 - Thermostatische regeleinrichtung - Google Patents

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WO2009124766A2
WO2009124766A2 PCT/EP2009/002639 EP2009002639W WO2009124766A2 WO 2009124766 A2 WO2009124766 A2 WO 2009124766A2 EP 2009002639 W EP2009002639 W EP 2009002639W WO 2009124766 A2 WO2009124766 A2 WO 2009124766A2
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WO
WIPO (PCT)
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control device
actuator
transmission pin
valve
thermostatic control
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/002639
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen SOHN
Original Assignee
Otto Egelhof Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Otto Egelhof Gmbh & Co. Kg filed Critical Otto Egelhof Gmbh & Co. Kg
Priority to DE112009000311T priority Critical patent/DE112009000311A5/de
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/01—Control of temperature without auxiliary power
    • G05D23/02—Control of temperature without auxiliary power with sensing element expanding and contracting in response to changes of temperature
    • G05D23/024—Control of temperature without auxiliary power with sensing element expanding and contracting in response to changes of temperature the sensing element being of the rod type, tube type, or of a similar type
    • G05D23/026—Control of temperature without auxiliary power with sensing element expanding and contracting in response to changes of temperature the sensing element being of the rod type, tube type, or of a similar type the sensing element being placed outside a regulating fluid flow

Definitions

  • the invention relates to a thermostatic control device for controlling a mass flow which can be controlled in particular by a valve element for opening and closing a through hole in a valve housing, with a housing portion in which an actuator is provided, which generates a temperature-dependent adjusting movement on a transmission pin.
  • a thermostatic control device For heating a room air, for example, radiators are provided, the respective heating temperature is adjustable by a thermostat.
  • a valve housing At a feed to the radiator, a valve housing is provided with a valve element which opens and closes a through hole.
  • This valve element comprises a receiving device in which a spring element is arranged. These recording tion is inserted into the valve housing.
  • the valve closure member In an initial position, the valve closure member is lifted relative to the valve seat in the valve housing, and the valve housing is thus opened. From the receiving device protrudes a pin end.
  • a thermostatic control device which is also referred to as a thermostatic head.
  • a thermostatic control device for example, a frost protection, a night temperature and, for example, five other different temperature levels can be set.
  • thermal actuator which is provided in the thermostatic head.
  • the thermal actuator As the room temperature increases, the thermal actuator generates an actuating movement, which is transmitted to the valve element via a transmission pin, so that the valve element closes the through-bore in the valve housing.
  • the thermal actuator reduces its lifting movement, whereby the valve element opens.
  • a liquid-filled actuator for controlling a Hubbewegu ⁇ g by the thermostatic control device, for example, a liquid-filled actuator is known, in which a corrugated tube is provided. Within this corrugated tube a Kochhubsch is provided to prevent damage to the corrugated pipe with increasing heating and thus increasing pressure.
  • a liquid-filled actuator and gas-filled actuators are known.
  • an actuator with a wax expansion element is known. All of these aforementioned actuators are basically the same structure and have a Matterhubsch to avoid that occurs at an elevated pressure damage in the thermostatic control device.
  • thermostatic control devices have a large volume, but these have proven themselves in practice. Increasing demands on the design and flexibility in use, these thermostatic control devices only partially meet.
  • the invention is therefore based on the object to propose a thermostatic control device, which allows an alternative control and in particular the formation of such a thermostatic control device with a small volume.
  • the thermostatic control device for controlling a mass flow with a thermal actuator which is formed from a shape memory alloy
  • a shape memory alloy material for the actuator due to the use of a shape memory alloy material for the actuator, a very compact design has been made possible.
  • shape memory alloys which are also referred to as SMA (Shape Memory Alloy) alloys, allow an adjustment movement and an exact control of a stroke as a function of the temperature.
  • shape memory alloy thermal actuator has the advantage that in the case of over-force, that is, force generation that exceeds the force for keeping a valve member closed, deterioration or damage of the actuator does not occur.
  • the thermal actuator is designed as a spiral spring element.
  • the required stroke can be determined by determining the number of turns and / or the wire diameter in a simple manner.
  • the thermal actuator is designed as a plate spring, wherein a plurality of elements are stackable in opposite directions.
  • a further clamping element may be provided, the stroke is controlled via an actuator made of a shape memory alloy.
  • the thermal actuator which consists of a shape memory alloy, is preferably independent of the temperature of the valve element flowing through the mass flow controllable. By decoupling between the temperature of the controllable mass flow and an ambient temperature of the thermostatic control device, this thermostatic control device, for example, as a room temperature control, preferably in a thermostatic head, are used.
  • the shape memory alloy thermal actuator preferably has a linear change in length at least in a temperature range of 15 ° to 25 °, preferably in a temperature range of 5 ° to 30 °. This creates a linear adjustment range that is suitable for room temperature control.
  • a rotational movement of an adjustment of the thermostatic control device preferably on the thermostatic head, an immediate pre-adjustment of the valve element carried out to achieve a corresponding heating of the ambient or room temperature.
  • the thermal actuator is supported on a setting surface of the thermal head, which is movable relative to the housing portion. Opposite the adjusting surface is arranged on the transmission pin, a support element on which the actuator is also supported. At least in the assembled state of the thermostatic control device on the valve housing, the thermal actuator is arranged under a defined bias to the valve element.
  • the bias of the thermal actuator corresponds to at least one restoring force of a return element, which arranges the valve element in an open position to the through hole in the valve housing.
  • the housing portion has a captive securing, by means of which the transmission pin and the actuator can be positioned to the setting surface of the thermal head.
  • the captive is preferably designed as a detachable or lockable insert that is attachable in or on the housing portion.
  • the captive or the use of a through hole, which also serves as a guide for the transmission pin, through which the thermal actuator is received.
  • the captive can also be designed so that on an inner circumference of the housing portion or the support member which engages the transmission pin, guide elements are provided, which cause the thermal actuator to the housing portion and / or prefix.
  • the support element for adjusting the bias of the actuator along the longitudinal axis of the transmission pin is changeable in its position.
  • the setting can be done via a thread.
  • individual detents may be provided which allow a change in the setting of the bias.
  • a plane stop surface is provided on one of the engagement surface opposite end of the transfer pin.
  • Such a separation point or interface can also be formed in that the contact surface of the transmission pin which receives the thermal actuator has an elevation or depression to allow a positionally secure arrangement on the transmission pin of the valve element.
  • a thermal insulation of the thermal actuator is preferably provided.
  • thermostatic control device provides that the valve closing member of the valve element is arranged on the thermal actuator receiving pin and instead of the two-part embodiment described above, a one-piece or one-piece design of the transfer pin is provided. This is made possible in particular by the fact that the separation point between the transmission pin, which receives the thermal actuator, and the transmission pin, which receives the valve element, is eliminated. As a result, a thermostatic control device with an integrated valve element can be created.
  • the transmission pin acts on the transmission pin, a restoring element, which counteracts the actuator with a force. It can thereby be achieved that the valve element is in an open position and a flow of the mass flow is possible. It is preferably provided that the transmission pin traverses a receiving device, which receives the at least one return element.
  • This restoring element is arranged in the receiving device in such a way that the valve element is in an open position without a forced reset.
  • the restoring device can also be arranged outside the receiving device and act on the transmission element carrying the valve element.
  • a restoring element can also be provided inside and outside the receiving device.
  • the receiving device is at least insertable into the valve housing. Subsequently, for example fixed by means of a screw connection of the housing section of the thermostatic control device to the valve housing.
  • an adjustment of the valve closing member to the valve element is preferably provided, in which in an initial position of the restoring element, an open position of the valve closing member is arranged to the through hole.
  • the restoring element arranged in the receiving device is preferably designed as a spring element whose preload can be adjusted by a stop. This adjustment can be made in dependence on the set bias of the thermal actuator to allow Einjust réelle the thermostatic control device.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a thermostatic control device for controlling a valve
  • FIG. 2 is a schematic sectional view of an alternative embodiment of the thermostatic control device, which comprises a valve element.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional illustration of a thermostatic control device 11.
  • the thermostatic control device 11 is particularly intended to control a room temperature.
  • Such thermostatic control devices 11 are also referred to as a temperature sensor or simply as a thermostat.
  • the thermostatic control device 11 is mounted on a valve housing 12, which is formed for example as an angle valve.
  • This valve housing 12 has an inlet opening 14 and a drain opening 16 on, wherein the drain opening 16 opens directly into a heating surface element, such as a radiator or the like.
  • a valve element 18 is provided which can be actuated to open and close a through hole 19.
  • the valve element 18 is arranged on a transmission pin 21, which passes through a receiving device 22.
  • This receiving device 22 is secured, for example via a screw thread in the valve housing 12 media-tight.
  • a return element 24 is provided in the receiving device 22 .
  • the restoring element 24 rests on the one hand on the receiving device 22 and on the other hand on a stop 26, on which is attached to the transmission pin 21.
  • the pressing force of the restoring element 24 is adjusted such that in a basic position the stop 26 bears against an adjusting sleeve 27 of the receiving device 22.
  • Such a basic position is provided when the thermostatic control device 11 is not mounted on the valve housing 12.
  • This open position of a valve closing member 28 to the valve seat 29 of the valve member 18 is provided as a Sich ⁇ rheitsfunktion.
  • the thermostatic control device 11 comprises a housing section 31, which has at one end a fastening element 32, in particular a cap nut, in order to position the housing section 31 to the valve housing 12. Furthermore, an adjusting device 34 is provided on the housing section 31. This adjustment device 34 is also referred to as a thermal head. The adjusting device 34 is rotatably disposed on the housing portion 31, wherein on the outer circumference of the adjusting device 34, a scale is provided to make the set position of the thermostatic control device 11 to the user visible.
  • a setting surface 36 is provided, on which a thermal actuator 37, which consists of a shape memory alloy attacks.
  • This thermal actuator 37 is preferably designed as a spiral spring and is received by a transmission pin 38.
  • a support member 39 is provided, on which the thermal actuator 37 is supported.
  • the Support member 39 may be both a part of the transfer pin 38 and be provided in its position changeable to the transfer pin 38. This can be done for example via a screw connection. Thereby, the biasing force of the thermal actuator 37 can be adjusted.
  • the transfer pin 38 has, at one end of the adjustment surface 36, a stop surface 41 which bears against an equally formed surface on the transfer pin 21 of the valve element 18 as soon as the thermostatic control device 11 is mounted on the valve housing 12.
  • a recess 43 is provided, in which the transmission pin 38 is immersed. As a result, a radial guidance and fixing of the transmission pin 38 can be provided.
  • a captive 45 is preferably provided in the housing portion 31.
  • This captive 45 may be formed, for example, as a collar with a through hole 46. This through-hole 46 is preferably used to guide the transmission pin 38.
  • the captive 45 may for example be integrally provided on the housing portion 31.
  • the captive 45 may be formed as an insert, which is fixed, for example, releasably or by a cohesive connection in the housing portion 31. Alternatively, a locking connection or the like may be provided.
  • a return element to support the opening movement of the return element 24 in the receiving device 22.
  • the actuator 37 it may be possible to fine-tune the actuator 37.
  • the restoring element 24 it is alternatively possible for the restoring element 24 not to be arranged in the receiving device 22, but to be used as an example between the captive embankment tion 45 and the support member 39. In this case, the transmission pin 21 and the transmission pin 38 are firmly connected to each other by a coupling element, so that in turn an independent opening of the thermostatic control device 11 is made possible.
  • the arrangement of the thermostatic control device 11 and of the valve element 18 shown in FIG. 1 has, for example, a setting in which the adjusting device 34 is in the position 1 with its scaling.
  • This position 1 may be, for example, a night temperature, which places the valve closure member 28 in an almost closed position to the valve seat 29, so that a room temperature of, for example, 14 ° or 15 ° is adjustable. So that this position can be taken, the spring force of the thermal actuator 37 is greater than the restoring force of the return element 24 interpret, so that the stop 26 is lifted at least to a small extent relative to the adjusting sleeve 27.
  • the spring force of the thermal actuator 37 decreases from the shape memory alloy, and the valve closure member 28 is further lifted from the valve seat 29, so that a larger mass flow Valve housing 12 can flow through.
  • the spring force of the thermal actuator 37 increases and the valve closure member 28 returns to the preset position.
  • a distance between the stop 26 and the adjusting sleeve 36 of the receiving device 22 may still be present or the stop 26 is applied to the adjusting sleeve 27 at.
  • the adjusting device 34 is transferred to a position in which the thermal actuator 37, the valve closing member 28 is transferred to a closed position, so that it rests in the valve seat 29.
  • the restoring element 24 is acted upon by a force, that is, a distance between the Stop 26 and the adjusting sleeve 27 sets.
  • a temperature is equal to or less than 5 °
  • the force of the thermal actuator 37 decreases. Due to the then increased restoring force of the return element 24, the valve closing member 28 is lifted from the valve seat 29, so that at least a small mass flow can flow through the heating medium.
  • the shape memory alloy for forming the thermal actuator 37 is preferably selected such that at least in a temperature range of 15 ° to 25 °, a linear adjustment range is made possible. Preferably, a temperature range is selected which comprises 4 ° or 5 ° to 30 °.
  • Such shape memory alloys used for example consist of a TiNi alloy, an alloy of copper base, Fe base or of a memory plastic.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of the invention.
  • the thermostatic control device Ii comprises the valve element 18 and is formed as a structural unit due to the one-piece or integrally formed transmission pin.
  • the transfer pins 21 and 38 are fused to a transfer pin or coupled together by a detachable connection.
  • the valve element 18 and the thermostatic control device form a structural unit.
  • the valve closing member 28 is inserted into the valve housing 12.
  • the receiving device 22 is positioned in the valve housing 12.
  • the housing section 31 is fixed to the valve housing 12 by the fastening element 32. Then the assembly is complete.
  • the features and embodiments mentioned in FIG. 1 also apply to the thermostatic control device 11 with integrated valve element 18 shown in FIG.
  • the return element 24 may be positioned instead of the positioning within the receiving device 22 outside of the receiving device 22 and engages the support member 39 on the transfer pin 38 and opposite either on the adjusting sleeve 27 or on a End face of the housing 12 is supported. Furthermore, a restoring element 24 can be provided both inside and outside the receiving device 22.
  • the embodiment shown in Figure 2 is formed in two parts, for example, the housing portion 31, the fastener 32 and the adjusting device 34 mounted thereon a part and the remaining components form the second part.
  • a separate attachment and screwing of the receiving device 22 may be provided on the valve housing 12.
  • the thermal actuator 37 may still be arranged at the free end of the transfer pin 38, a locking washer or the like.
  • the previously described advantageous embodiments apply.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine thermostatische Regeleinrichtung zur Regelung eines Massenstromes, der insbesondere durch ein Ventilelement (18) zum Öffnen und Schließen einer Durchgangsbohrung (19) in einem Ventilgehäuse (12) ansteuerbar ist, mit einem Gehäuseabschnitt (31), in dem ein Stellglied (37) vorgesehen ist, welches temperaturabhängig eine Stellbewegung auf einen Übertragungsstift (38) erzeugt, durch welchen das Ventilelement (18) ansteuerbar ist, wobei das Stellglied (37) aus einer Formgedächtnislegierung ausgebildet ist.

Description

Thermostatische Regeleinrichtung
Die Erfindung betrifft eine thermostatische Regeleinrichtung zur Regelung eines Massenstromes, der insbesondere durch ein Ventilelement zum Öffnen und Schließen einer Durchgangsbohrung in einem Ventilgehäuse ansteuerbar ist, mit einem Gehäuseabschnitt, in dem ein Stellglied vorgesehen ist, welches temperaturabhängig eine Stellbewegung auf einen Übertragungsstift erzeugt.
Zur Erwärmung einer Raumluft werden beispielsweise Heizkörper vorgesehen, dessen jeweilige Aufheiztemperatur durch ein Thermostat einstellbar ist. An einem Zulauf zum Heizkörper ist ein Ventilgehäuse mit einem Ventilelement vorgesehen, welches eine Durchgangsbohrung öffnet und schließt. Dieses Ventilelement umfasst eine Aufnahmevorrichtung, in der ein Federelement angeordnet ist. Diese Aufnahmevorrich- tung wird in das Ventilgehäuse eingesetzt. In einer Ausgangsposition ist das Ventilschließglied gegenüber dem Ventilsitz im Ventilgehäuse abgehoben, und das Ventilgehäuse ist somit geöffnet. Aus der Aufnahmevorrichtung ragt ein Stiftende heraus. An diesem Stiftende greift eine thermostatische Regeleinrichtung an, welche auch als Thermostatkopf bezeichnet wird. Durch eine solche thermostatische Regeleinrichtung können beispielsweise ein Frostschutz, eine Nachttemperatur und beispielsweise fünf weitere verschiedene Temperaturstufen eingestellt werden. Dies erfolgt über ein thermisches Stellglied, welches in dem Thermostatkopf vorgesehen ist. Bei zunehmender Raumtemperatur erzeugt das thermische Stellglied eine Stellbewegung, welche über einen Übertragungsstift auf das Ventilelement übertragen wird, so dass das Ventilelement die Durchgangsbohrung im Ventilgehäuse schließt. Sobald die Temperatur unterhalb den voreingestellten Temperaturwert absinkt, reduziert das thermische Stellglied seine Hubbewegung, wodurch das Ventilelement öffnet.
Zur Ansteuerung einer Hubbeweguπg durch die thermostatische Regeleinrichtung ist beispielsweise ein flüssigkeitsgefülltes Stellglied bekannt, in welchem ein Wellrohr vorgesehen ist. Innerhalb dieses Wellrohres ist eine Überhubsicherung vorgesehen, um bei zunehmender Erwärmung und somit zunehmendem Druck auf das Wellrohr Beschädigungen zu vermeiden. Alternativ zu einem flüssigkeitsgefüllten Stellglied sind auch gasgefüllte Stellglieder bekannt. Darüber hinaus ist anstelle eines Stellgliedes, welches über eine Flüssigkeit oder ein Gas in seiner Hubbewegung ansteuerbar ist, ein Stellglied mit einem Wachsdehnelement bekannt. Alle diese vorgenannten Stellglieder sind prinzipiell gleich aufgebaut und haben eine Überhubsicherung, um zu vermeiden, dass bei einem erhöhten Druck eine Beschädigung in der thermostatischen Regeleinrichtung erfolgt. Solche thermostatische Regeleinrichtungen weisen zwar ein großes Bauvolumen auf, jedoch haben diese sich in der Praxis bewährt. Steigenden Anforderungen an das Design und in der Flexibilität im Einsatz werden diese thermostatischen Regeleinrichtungen nur bedingt gerecht. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine thermostatische Regeleinrichtung vorzuschlagen, welche eine alternative Regelung und insbesondere die Ausbildung einer solchen thermostatischen Regeleinrichtung mit einem geringen Bauvolumen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
Durch die thermostatische Regeleinrichtung zur Regelung eines Massenstromes mit einem thermischen Stellglied, welches aus einer Formgedächtnislegierung ausgebildet ist, kann ein konstruktiv sehr einfacher Aufbau und eine einfache Ausgestaltung eines solchen thermischen Stellgliedes geschaffen werden. Des Weiteren wurde aufgrund des Einsatzes von einem Material aus einer Formgedächtnislegierung für das Stellglied eine sehr kompakte Bauweise ermöglicht. Solche Formgedächtnislegierungen, die auch als SMA-Legierungen (Shape Memory Al- loy) bezeichnet werden, ermöglichen in Abhängigkeit der Temperatur eine Stellbewegung und eine exakte Ansteuerung eines Hubes. Darüber hinaus weist das thermische Stellglied aus einer Formgedächtnislegierung den Vorteil auf, dass bei einer Überkraft, das heißt, bei einer Krafterzeugung, die über die Kraft zum Geschlossenhalten eines Ventilelementes hinausgeht, eine Beeinträchtigung oder Beschädigung des Stellgliedes nicht auftritt.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das thermische Stellglied als spiralförmiges Federelement ausgebildet ist. Dadurch kann in einfacher Weise der erforderliche Hubweg durch die Bestimmung der Anzahl der Windungen und/oder des Drahtdurchmessers festgelegt werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das thermische Stellglied als Tellerfeder ausgebildet ist, wobei mehrere Elemente gegenläufig übereinander stapelbar sind. Darüber hinaus kann auch ein weiteres Spannelement vorgesehen sein, dessen Hubweg über ein Stellelement aus einer Formgedächtnislegierung angesteuert wird. Das thermische Stellglied, welches aus einer Formgedächtnislegierung besteht, ist bevorzugt unabhängig von der Temperatur des das Ventilelement durchströmenden Massenstromes ansteuerbar. Durch die Entkopplung zwischen der Temperatur des regelbaren Massenstromes und einer Umgebungstemperatur der thermostatischen Regeleinrichtung kann diese thermostatische Regeleinrichtung beispielsweise als Raumtemperaturregelung, vorzugsweise in einem Thermostatkopf, eingesetzt werden.
Das thermische Stellglied aus einer Formgedächtnislegierung weist bevorzugt zumindest in einem Temperaturbereich von 15° bis 25°, vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 5° bis 30°, eine lineare Längenänderung auf. Dadurch ist ein linearer Einstellbereich geschaffen, der für die Raumtemperaturregelung geeignet ist. Somit kann beispielsweise aufgrund einer Drehbewegung einer Einstellvorrichtung der thermostatischen Regeleinrichtung, vorzugsweise am Thermostatkopf, eine unmittelbare Voreinstellung des Ventilelementes erfolgen, um ein entsprechendes Aufheizen der Umgebungs- oder Raumtemperatur zu erzielen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das thermische Stellglied sich an einer Einstellfläche des Thermokopfes abstützt, welches relativ zum Gehäuseabschnitt bewegbar ist. Der Einstellfläche gegenüberliegend ist an dem Übertragungsstift ein Stützelement angeordnet, an welchem sich das Stellglied ebenfalls abstützt. Zumindest im montierten Zustand der thermostatischen Regeleinrichtung an dem Ventilgehäuse ist das thermische Stellglied unter einer definierten Vorspannung zum Ventilelement angeordnet. Die Vorspannung des thermischen Stellgliedes entspricht dabei zumindest einer Rückstell kraft eines Rückstellelementes, welches das Ventilelement in einer Öffnungsstellung zur Durchgangsbohrung im Ventilgehäuse anordnet.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Gehäuseabschnitt eine Verliersicherung aufweist, durch welche der Übertragungsstift und das Stellglied zur Einstellfläche des Thermokopfes positionierbar sind. Sobald die thermostatische Regeleinrichtung am Ventilgehäuse befestigt ist und der Übertragungsstift der thermostatischen Regeleinrichtung am Übertragungsstift des Ventilelementes anliegt, nimmt das thermostatische Stellglied eine definierte Lage ein. Bis zu diesem Zeitpunkt ist es wünschenswert, dass das thermische Stellglied sowie der Übertragungsstift zur thermostatischen Regeleinrichtung, insbesondere zum Thermostatkopf, gefangen gehalten sind.
Die Verliersicherung ist bevorzugt als lösbarer oder als verrastbarer Einsatz ausgebildet, der in oder an dem Gehäuseabschnitt anbringbar ist. Insbesondere weist die Verliersicherung beziehungsweise der Einsatz eine Durchgangsbohrung auf, die gleichzeitig als Führung für den Übertragungsstift dient, durch welchen das thermische Stellglied aufgenommen wird.
Die Verliersicherung kann alternativ auch dahingehend ausgestaltet sein, dass an einem Innenumfang des Gehäuseabschnitts oder am Stützelement, das am Übertragungsstift angreift, Führungselemente vorgesehen sind, weiche das thermische Stellglied zum Gehäuseabschnitt führen und/oder vorfixieren.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stützelement zur Einstellung der Vorspannung des Stellgliedes entlang der Längsachse des Übertragungsstiftes in seiner Position veränderbar ist. Beispielsweise kann die Einstellung über ein Gewinde erfolgen. Ebenso können einzelne Rastungen vorgesehen sein, die eine Veränderung der Einstellung der Vorspannung ermöglichen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an einem der Angriffsfläche gegenüberliegenden Ende des Übertragungsstiftes eine plane Anschlagfläche vorgesehen. Dadurch kann eine definierte Anlagefläche zum Übertragungsstift des Ventilelementes erfolgen, welches in dem Ventilgehäuse vorgesehen ist. Eine solche Trennstelle oder Schnittstelle kann auch dadurch ausgebildet sein, dass die Anlagefläche des Übertragungsstiftes, welche das thermische Stellglied aufnimmt, eine Erhöhung oder Vertiefung aufweist, um eine lagesichere Anordnung am Übertragungsstift des Ventilelementes zu ermöglichen. Zur exakten Ansteuerung des thermischen Stellgliedes ist bevorzugt eine thermische Isolierung des thermischen Stellgliedes vorgesehen. Hierbei werden bevorzugt der Übertragungsstift und das Stützelement als auch die Angriffsfläche aus einem thermisch isolierenden Material, insbesondere Kunststoff, ausgebildet oder mit einem thermisch isolierenden Material beschichtet oder überzogen.
Eine weitere alternative Ausgestaltung der thermostatischen Regeleinrichtung sieht vor, dass an dem das thermische Stellglied aufnehmenden Übertragungsstift das Ventilschließglied des Ventilelementes angeordnet und anstelle der zuvor beschriebenen zweiteiligen Ausgestaltung eine einteilige oder einstückige Ausgestaltung des Übertragungsstiftes vorgesehen ist. Dies wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass die Trennstelle zwischen dem Übertragungsstift, der das thermische Stellglied aufnimmt, und dem Übertragungsstift, der das Ventilelement aufnimmt, entfällt. Dadurch kann eine thermostatische Regeleinrichtung mit einem integrierten Ventilelement geschaffen werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung dieser alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass an dem Übertragungsstift ein Rückstellelement angreift, welches mit einer Stellkraft dem Stellglied entgegen wirkt. Dadurch kann erzielt werden, dass das Ventilelement in einer Öffnungsstellung steht und ein Durchfluss des Massenstromes ermöglicht ist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Übertragungsstift eine Aufnahmevorrichtung durchquert, welche das zumindest ein Rückstellelement aufnimmt. Dieses Rückstellelement ist derart in der Aufnahmevorrichtung angeordnet, dass das Ventilelement ohne eine zwangsweise Rückeinstellung in einer Öffnungsstellung steht. Alternativ kann die Rückstelleinrichtung auch außerhalb der Aufnahmevorrichtung angeordnet sein und an dem das Ventilelement tragenden Übertragungsstift angreifen. Alternativ kann auch innerhalb und außerhalb der Aufnahmevorrichtung jeweils ein Rückstellelement vorgesehen sein.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Aufnahmevorrichtung in das Ventilgehäuse zumindest einsteckbar ist. Anschließend wird beispielsweise mittels einer Schraubverbindung der Gehäuseabschnitt der thermostatischen Regeleinrichtung zum Ventilgehäuse fixiert. Dabei ist bevorzugt eine Einstellung des Ventilschließgliedes zum Ventilelement vorgesehen, bei welchem in einer Ausgangsposition des Rückstellelementes eine Öffnungsstellung des Ventilschließgliedes zur Durchgangsbohrung angeordnet ist.
Das in der Aufnahmevorrichtung angeordnete Rückstellelement ist bevorzugt als Federelement ausgebildet, deren Vorspannung durch einen Anschlag einstellbar ist. Diese Einstellung kann in Abhängigkeit der eingestellten Vorspannung des thermischen Stellgliedes erfolgen, um eine Einjustierung der thermostatischen Regeleinrichtung zu ermöglichen.
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:
Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung einer thermostatischen Regeleinrichtung zur Ansteuerung eines Ventils und
Figur 2 eine schematische Schnittdarstellung einer alternativen Ausgestaltung der thermostatischen Regeleinrichtung, welche ein Ventilelement umfasst.
In Figur 1 ist eine schematische Schnittdarstellung einer thermostatischen Regeleinrichtung 11 dargestellt. Die thermostatische Regeleinrichtung 11 ist insbesondere dafür vorgesehen, um eine Raumtemperatur zu regeln. Solche thermostatische Regeleinrichtungen 11 werden auch als Temperaturgeber oder einfach auch als Thermostat bezeichnet. Die thermostatische Regeleinrichtung 11 ist an einem Ventilgehäuse 12 montiert, welches beispielsweise als Eckventil ausgebildet ist. Dieses Ventilgehäuse 12 weist eine Zulauföffnung 14 und eine Ablauföffnung 16 auf, wobei die Ablauföffnung 16 unmittelbar in ein Heizflächenelement, wie beispielsweise einen Heizkörper oder dergleichen, mündet. In dem Ventilgehäuse 12 ist ein Ventilelement 18 vorgesehen, welches zum Öffnen und Schließen einer Durchgangsbohrung 19 ansteuerbar ist. Das Ventilelement 18 ist an einem Übertragungsstift 21 angeordnet, der eine Aufnahmevorrichtung 22 durchquert. Diese Aufnahmevorrichtung 22 ist beispielsweise über ein Schraubgewinde in dem Ventilgehäuse 12 mediendicht befestigt. In der Aufnahmevorrichtung 22 ist ein Rückstellelement 24 vorgesehen. Dies ist beispielsweise als Rückstellfeder ausgebildet. Das Rückstellelement 24 liegt einerseits an der Aufnahmevorrichtung 22 an und andererseits an einem Anschlag 26, an der an dem Übertragungsstift 21 befestigt ist. Die Druckkraft des Rückstellelementes 24 ist derart eingestellt, dass in einer Grundposition der Anschlag 26 an einer Einstellhülse 27 der Aufnahmevorrichtung 22 anliegt. Eine solche Grundposition ist dann vorgesehen, wenn die thermostatische Regeleinrichtung 11 nicht am Ventilgehäuse 12 montiert ist. Diese Öffnungsstellung eines Ventilschließgliedes 28 zum Ventilsitz 29 des Ventilelements 18 ist als Sichεrheitsfunktion vorgesehen.
Die thermostatische Regeleinrichtung 11 umfasst einen Gehäuseabschnitt 31, der an einem Ende ein Befestigungselement 32, insbesondere eine Überwurfmutter, aufweist, um den Gehäuseabschnitt 31 zum Ventilgehäuse 12 zu positionieren. An dem Gehäuseabschnitt 31 ist des Weiteren eine Einstellvorrichtung 34 vorgesehen. Diese Einstellvorrichtung 34 wird auch als Thermokopf bezeichnet. Die Einstellvorrichtung 34 ist drehbar am Gehäuseabschnitt 31 angeordnet, wobei am Außenumfang der Einstellvorrichtung 34 eine Skalierung vorgesehen ist, um die eingestellte Position der thermostatischen Regeleinrichtung 11 dem Benutzer sichtbar zu machen.
In der Einstellvorrichtung 34 ist eine Einstellfläche 36 vorgesehen, an welcher ein thermisches Stellglied 37, welches aus einer Formgedächtnislegierung besteht, angreift. Dieses thermische Stellglied 37 ist bevorzugt als Spiralfeder ausgebildet und wird von einem Übertragungsstift 38 aufgenommen. An dem Übertragungsstift 38 ist ein Stützelement 39 vorgesehen, an welchem sich das thermische Stellglied 37 abstützt. Das Stützelement 39 kann sowohl ein Teil des Übertragungsstifts 38 sein als auch in seiner Lage veränderbar zum Übertragungsstift 38 vorgesehen sein. Dies kann beispielsweise über eine Schraubverbindung erfolgen. Dadurch kann die Vorspannkraft des thermischen Stellgliedes 37 eingestellt werden.
Der Übertragungsstift 38 weist an einem der Einstellfläche 36 gegenüberliegenden Ende eine Anschlagfläche 41 auf, welche an einer ebenso ausgebildeten Fläche am Übertragungsstift 21 des Ventilelementes 18 anliegt, sobald die thermostatische Regeleinrichtung 11 am Ventilgehäuse 12 montiert ist.
In der Einstellfläche 36 der Einstellvorrichtung 34 ist eine Vertiefung 43 vorgesehen, in welche der Übertragungsstift 38 eintaucht. Dadurch kann eine radiale Führung und Fixierung des Übertragungsstiftes 38 vorgesehen sein.
Des Weiteren ist bevorzugt in dem Gehäuseabschnitt 31 eine Verliersicherung 45 vorgesehen. Diese Verliersicherung 45 kann beispielsweise als Ringbund mit einer Durchgangsbohrung 46 ausgebildet sein. Diese Durchgangsbohrung 46 dient bevorzugt zur Führung des Übertragungsstiftes 38. Die Verliersicherung 45 kann beispielsweise einstückig an dem Gehäuseabschnitt 31 vorgesehen sein. Des Weiteren kann die Verliersicherung 45 als Einsatz ausgebildet werden, welcher beispielsweise lösbar oder durch eine stoffschlüssige Verbindung im Gehäuseabschnitt 31 fixiert ist. Alternativ kann auch eine Rastverbindung oder dergleichen vorgesehen sein.
Anstelle der vorbeschriebenen Ausführungsform kann auch zwischen der Verliersicherung 45 und dem Stützelement 39, welches am Übertragungsstift 38 angreift, zusätzlich ein Rückstellelement vorgesehen sein, um die Öffnungsbewegung des Rückstellelementes 24 in der Aufnahmevorrichtung 22 zu unterstützen. Dadurch kann gegebenenfalls eine Feinabstimmung zum Stellglied 37 ermöglicht sein. Des Weiteren ist alternativ möglich, dass das Rückstellelement 24 nicht in der Aufnahmevorrichtung 22 angeordnet ist, sondern beispielhaft zwischen der Verliersiche- rung 45 und dem Stützelement 39. In diesem Fall sind der Übertragungsstift 21 und der Übertragungsstift 38 durch ein Kupplungselement fest miteinander verbunden, so dass wiederum ein selbständiges Öffnen der thermostatischen Regeleinrichtung 11 ermöglicht ist.
Die in Figur 1 dargestellte Anordnung der thermostatischen Regeleinrichtung 11 und des Ventilelementes 18 weisen beispielsweise eine Einstellung auf, bei der die Einstellvorrichtung 34 mit deren Skalierung auf Position 1 steht. Diese Position 1 kann beispielsweise eine Nachttemperatur sein, welche das Ventilschließglied 28 in einer fast geschlossenen Position zum Ventilsitz 29 anordnet, so dass eine Raumtemperatur von beispielsweise 14° oder 15° einstellbar ist. Damit diese Position eingenommen werden kann, ist die Federkraft des thermischen Stellgliedes 37 größer als die Rückstellkraft des Rückstellelementes 24 auszulegen, so dass der Anschlag 26 zumindest in einem geringen Umfang gegenüber der Einstellhülse 27 abgehoben ist. Sobald nun die Raumtemperatur auf eine Temperatur unterhalb der eingestellten Temperatur von beispielsweise 14° oder 15° absinken sollte, nimmt die Federkraft des thermischen Stellgliedes 37 aus der Formgedächtnislegierung ab, und das Ventilschließglied 28 wird weiter vom Ventilsitz 29 abgehoben, so dass ein größerer Massenstrom das Ventilgehäuse 12 durchströmen kann. Sobald die Raumtemperatur die voreingestellte Temperatur erreicht hat oder leicht übersteigt, vergrößert sich wiederum die Federkraft des thermischen Stellgliedes 37, und das Ventilschließglied 28 kehrt wiederum in die voreingestellte Position zurück.
Bei einer Einstellung der Einstellvorrichtung 34 auf eine Position 5 kann ein Abstand zwischen dem Anschlag 26 und der Einstellhülse 36 der Aufnahmevorrichtung 22 noch vorhanden sein oder aber der Anschlag 26 liegt an der Einstellhülse 27 an.
Zur Einstellung eines Frostschutzes wird die Einstellvorrichtung 34 in eine Position übergeführt, bei der das thermische Stellglied 37 das Ventilschließglied 28 in eine Schließposition überführt, so dass dieses im Ventilsitz 29 anliegt. Dabei wird gleichzeitig das Rückstellelement 24 mit einer Kraft beaufschlagt, das heißt, dass sich ein Abstand zwischen dem Anschlag 26 und der Einstellhülse 27 einstellt. Sobald eine Temperatur gleich oder kleiner 5° ist, lässt die Kraft des thermischen Stellgliedes 37 nach. Aufgrund der dann erhöhten Rückstellkraft des Rückstellelementes 24 wird das Ventilschließglied 28 von dem Ventilsitz 29 abgehoben, so dass zumindest ein geringer Massenstrom das Heizmedium durchströmen kann.
Die Formgedächtnislegierung zur Ausbildung des thermischen Stellgliedes 37 ist bevorzugt derart ausgewählt, dass zumindest in einem Temperaturbereich von 15° bis 25° ein linearer Einstellbereich ermöglicht ist. Bevorzugt wird ein Temperaturbereich ausgewählt, der 4° oder 5° bis 30° umfasst. Solche zum Einsatz kommenden Formgedächtnislegierungen bestehen beispielsweise aus einer TiNi-Legierung, aus einer Legierung aus Kupferbasis, Fe-Basis oder aus einem Memorykunststoff.
In Figur 2 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform umfasst die thermostatische Regeleinrichtung Ii das Ventilelement 18 und ist aufgrund des einteilig oder einstückig ausgebildeten Übertragungsstiftes als eine Baueinheit ausgebildet. Die Übertragungsstifte 21 und 38 sind zu einem Übertragungsstift verschmolzen oder durch eine lösbare Verbindung miteinander gekoppelt. Dadurch bilden das Ventilelement 18 und die thermostatische Regeleinrichtung eine Baueinheit. Zur Montage ist vorgesehen, dass zunächst das Ventilschließglied 28 in das Ventilgehäuse 12 eingesetzt wird. Gleichzeitig erfolgt eine Positionierung der Aufnahmevorrichtung 22 in dem Ventilgehäuse 12. Anschließend wird durch das Befestigungselement 32 der Gehäuseabschnitt 31 am Ventilgehäuse 12 fixiert. Danach ist die Montage abgeschlossen. Die in Figur 1 genannten Merkmale und Ausführungsformen gelten auch für die in Figur 2 dargestellte thermostatische Regeleinrichtung 11 mit integriertem Ventilelement 18.
Bei dieser Ausführungsform kann alternativ vorgesehen sein, dass das Rückstellelement 24 anstelle der Positionierung innerhalb der Aufnahmevorrichtung 22 außerhalb der Aufnahmevorrichtung 22 positioniert sein kann und an dem Stützelement 39 am Übertragungsstift 38 angreift und gegenüberliegend sich entweder an der Einstellhülse 27 oder an einer Stirnfläche des Gehäuses 12 abstützt. Des Weiteren kann sowohl innerhalb als auch außerhalb der Aufnahmevorrichtung 22 ein Rückstellelement 24 vorgesehen sein.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform zweiteilig ausgebildet ist, indem beispielsweise der Gehäuseabschnitt 31. das Befestigungselement 32 und die darauf angebrachte Einstellvorrichtung 34 einen Teil und die restlichen Komponenten den zweiten Teil bilden. Dadurch kann ein separates Anbringen und Einschrauben der Aufnahmevorrichtung 22 am Ventilgehäuse 12 vorgesehen sein. Zur Sicherung des thermischen Stellgliedes 37 kann an dem freien Ende des Übertragungsstiftes 38 noch eine Sicherungsscheibe oder dergleichen angeordnet sein. Auch für diese alternative Ausführungsform gelten die vorher beschriebenen vorteilhaften Ausführungsvarianten.

Claims

Ansprüche
1. Thermostatische Regeleinrichtung zur Regelung eines Massenstromes, der insbesondere durch ein Ventilelement (18) zum Öffnen und Schließen einer Durchgangsbohrung (19) in einem Ventilgehäuse (12) ansteuerbar ist, mit einem Gehäuseabschnitt (31), in dem ein Stellglied (37) vorgesehen ist, welches temperaturabhängig eine Stellbewegung auf einen Übertragungsstift (38) erzeugt, durch welche das Ventilelement (18) ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (37) aus einer Formgedächtnislegierung ausgebildet ist.
2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (37) als spiralförmiges Federelement ausgebildet ist.
3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die temperaturabhängige Stellbewegung des Stellgliedes (37) unabhängig von der Temperatur des zu regelnden Massenstromes ansteuerbar ist.
4. Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (38) aus einer Formgedächtnislegierung besteht, welches zumindest in einem Temperaturbereich von 15° bis 25°, vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 5° bis 30°, eine lineare Längenänderung aufweist.
5. Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (37) sich an einer Einstellfläche (36) einer Einstellvorrichtung (34) abstützt, welche relativ zum Gehäuseabschnitt (12) bewegbar ist und dass das Stellglied (37) gegenüberliegend an einem Stützelement (39) angreift, welches mit dem Übertragungsstift (38) verbunden ist.
6. Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseabschnitt eine Verliersi- cherung (45) aufweist, durch welche der Übertragungsstift (38) und das Stellglied (37) zur Einstellfläche (36) positionierbar sind.
7. Regeleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verliersicherung (45) als lösbarer oder verrastbarer Einsatz mit einer Durchgangsbohrung (46) für den Übertragungsstift (38) ausgebildet ist, die insbesondere durch Führung des Übertragungsstiftes (38) ausgebildet ist.
8. Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Innenumfang des Gehäuseabschnitts (12) oder an dem Stützelement (39) zumindest abschnittsweise Führungselemente vorgesehen sind.
9. Regeleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (39) zur Einstellung einer Vorspannung des Stellgliedes (37) entlang der Längsachse des Übertragungsstiftes (38) in seiner Position veränderbar ist.
10. Regeleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an einem der Einstellfläche (36) gegenüberliegenden Ende des Übertragungsstiftes (38) eine Anschlagfläche (41) an dem Übertragungsstift (38) vorgesehen ist.
11. Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (37) thermisch isoliert im Gehäuseabschnitt (31) angeordnet ist.
12. Thermostatische Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übertragungsstift (21) eines Ventilelementes (18), der ein Ventilschließglied (28) aufnimmt und der Übertragungsstift (38) einteilig ausgebildet oder fest miteinander verbunden sind.
13. Regeleinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Übertragungsstift (21) ein Rückstellelement (24) angreift, welches mit einer Stellkraft dem Stellglied (37) entgegen wirkt oder das Ventilschließglied (28) des Ventilelementes (18) in eine Öffnungsposition überführt und dass vorzugsweise der Übertragungsstift (21) eine Aufnahmevorrichtung (22) durchquert, in der ein Rückstellelement (24) angeordnet ist.
14. Thermostatische Regeleinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung (22) zumindest in ein Ventilgehäuse (12) einsteckbar und derart positionierbar ist, dass in einer nicht ausgelenkten Position des Rückstellelementes (24) das Ventilschließglied (28) in einer Öffnungsstellung zur Durchgangsbohrung (19) im Ventilgehäuse (12) angeordnet ist.
15. Regeleinrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückstellelement (24) als Federelement ausgebildet ist, dessen Vorspannung durch einen Anschlag (26) einstellbar ist.
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