恒温阀致动器的制作方法

专利名称：恒温阀致动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于设备的恒温阀致动器，尤其是用于热水供暖设备的恒温阀致 动器，特别是用于家庭用加热装置的恒温阀致动器，此恒温阀致动器包括控制元件，它依 赖于温度进行变化；操纵元件，它利用控制元件的变化来控制设备；以及至少一个影响装 置，它对控制元件的控制特性产生影响。
背景技术：
恒温阀致动器(例如恒温阀执行器)的作用是，在一个空间中借助加热体或加热 面达到预定的额定温度。在这种恒温阀执行器中，借控制元件来获知房间中的温度，加热体 位于此房间中。此控制元件依赖于温度进行变化。控制元件的依赖于温度的变化转换成操 纵元件的机械运动，此操纵元件再次操纵加热体阀的推杆。通常，加热体阀阻塞得越紧，则 加热体阀的推杆逆着阀门弹簧的弹力插得越远。恒温阀执行器现有最常用的构造形式是， 应用控制元件，此控制元件用填充物填满，它的体积随温度的变化而变化。此体积变化转换 成操纵元件的机械运动。这种恒温阀执行器已使用了很长时间且运行情况令人满意。随着能源价格的上 涨、环境意识的增强以及舒适度要求的增加，近年来要求改变恒温器元件和操纵元件之间 的有效关联，例如在夜晚降低的框架中把预定的温度额定值降至更低的数值。在许多情况 下，室温的额定值在夜晚降低例如4°C就足够了，因为绝缘良好的房子在夜晚丧失2至3°C 的温度。这种恒温阀执行器例如由EP 1033638A1已知。在该处描述了一种具有控制器的 恒温阀执行器，此控制器改变了恒温器元件和操纵元件之间的有效关联。电动机在此通过 齿轮传动装置作用在心轴上。此心轴改变了操纵元件的长度，此操纵元件设置在温度可变 化的控制元件和加热体的推杆之间。在DE 3153654C2中描述了另一种恒温阀执行器。在此，在恒温器的推杆和加热体 的推杆之间插入长度可改变的中间部件，此中间部件由椭圆的薄片构成。此椭圆薄片在一 个方向上的直径比在扭转90°的方向上的直径更大。此薄片漂浮地支承在十字接头上，此 十字接头自身通过传动机构由电动机进行驱动。在此还可直接改变起效的操纵元件的长 度，此操纵元件调整控制元件和加热体的操纵销之间的力。在DE 3821813C1中描述了另一种恒温阀执行器。在此恒温阀执行器中控制元件 构成为空腔，此空腔用液体填充，它的容积依赖于环境温度进行变化。由于容积的变化，借 助波纹元件与中空体相耦合的操纵元件会移动。为了影响控制元件的控制特性，设置了活 塞-汽缸结构，它与填有液体的空腔处于流体连接。由于活塞在汽缸中的移动，可扩大或缩 小中空体的有效容积。但是，恒温阀致动器现在不仅以恒温阀执行器的形式用于空间加热体，而是也可 用在供暖设备的不同位置上。例如，恒温阀致动器也结合热交换器来用，其中热量从供暖循 环转换到耗用水循环中。此供暖循环能以家用供暖设备的形式存在，或指远程供热接口。
3此供暖循环通过热交换器使耗用水加热，例如住宅中的热水导管或用于地热的热水输入导管。专门用来加热热水导管的恒温阀致动器具有非常挑剔的、待满足的要求。例如，这 种恒温阀致动器应该能控制阀门，且尽可能与所需的阀门力无关。此外还要求，在温度发生 变化后恒温阀致动器要尽量迅速地再操纵由它控制的阀门。当然，这种恒温阀致动器还应 尽量价格便宜。目前在现有技术中已知的恒温阀致动器也一如既往地具有缺陷。

发明内容
因此，本发明的目的是，建议一种可尽量广泛应用的、可施加影响的恒温阀致动器。
为了实现此目的，建议对前述的恒温阀致动器进行如下改进，即它的影响装置借 助弹性的耦合装置影响控制元件的控制特性。通过这个弹性的耦合，恒温阀致动器可设置某个与各自情形相匹配的“预应力”。 操纵元件(此操纵元件通常作用在阀门的阀销上)可通过此“预应力”这样进行调整，即控 制元件施加的力与“预应力”一起通过弹性的耦合装置可克服基本任意的阀门冲击压力。建 议的恒温阀致动器以此方式可结合不同的阀门来使用。此外，通过此弹性耦合，可借助控制 元件可实现非常快速的起始的转换过程，既使它必要时不具备完全期望的转换高度。可接 在起始的转换过程之后的是，例如借助电动机通过弹性的耦合装置对控制元件进行追踪。 以这种方式，可执行快速的起初转换过程，并执行即便更缓慢的接在后面的完整的转换过 程。影响装置可在控制元件上或者在操纵元件上起作用，或既作用在控制元件上也作 用在操纵元件上。这种力耦合装置通常是指最直接的力耦合装置，因此可实现最简单的构 造方案。也可减少滞后效果，此滞后效果在机械的力传递的框架中例如起源于磨擦作用。还可能的是，耦合装置至少局部地构造成弹簧装置，尤其是金属弹簧、螺旋弹簧、 盘簧和/或板簧。通过这种弹簧，能以这种方式实现期望的弹性耦合。此外，这种弹簧装置 现在已经应用在恒温阀致动器中，既便是用于其它的功能。因此，可追溯到已存在的库存或 供货商，并追溯到已使用的制造技术。这可更简单地、快速且成本划算地实现建议的恒温阀 致动器。此外还可规定，影响装置具有至少一个电动机、尤其是步进电动机。这种电动机在 过去已经证实可用来影响控制元件的控制性能。因此在此上下文中也可追溯到已证实的元 件上。此外，电子控制器的输出信号能以特别简单的方式转换成相应的控制运动。此外，因 为在影响的强度发生变化时，通常只需给电动机提供电源，所以这种构造已被证明是非常 节省能源的。如果影响装置具有至少一个传动装置，则相对较小的力还可转换成相对较大的 力，此相对较小的力在开始时由影响装置(例如电动机)产生的。这种传动装置也可通过 机械的减速实现特别灵敏的影响。此外还有利的是，可预先给定可变化的额定值。使用者可例如手动地调整(并因 此预先规定)此额定值。它在此例如指室温或从水龙头排出的水的温度。在此例如可考虑，它在可旋转的恒温器附件上预先规定室温或热水温度。此预定值在此能以任意的方式 实现，例如以温度说明的形式亦或以标记的形式(例如洗手标记、淋浴标记、池浴标记或热 水供应)。此额定预定值要么机械地实现(通过改变恒温阀中的长度间距，或通过扩大/缩 小波纹元件的体积)，要么也间接地通过电子控制器实现，此电子控制器整理输入的额定值 并发到相应的致动器中。此外还可能的是，控制元件具有至少一个体积膨胀体。在此体积膨胀体中可容纳 例如流体，它的体积随着温度的变化而变化。流体尤其应理解为气态的介质。但也可以考 虑是液体，尤其是在热量方面体积膨胀系数很高的液体。还可考虑蜡状的物质。最后也可 使用处在超临界状态中的物质，液态和气态在此超临界状态中不可能再有区别。当然也可 使用这样的流体，即只有一部分是液态或气态的，或尤其把湿蒸气当作填充物。当然也可设 置多个空腔，它们必要时通过流体导管彼此相连，因此可在与恒温阀致动器相隔一段距离 的位置上实施温度测量。此外，控制元件具有至少一个波纹元件。如果应提供液体密封或气密的空腔，此空 腔体积的变化程度应不大，则这种波纹元件已证明是有效的。还可能的是，设置有至少一个测力传感器。此测力传感器可设置得例如与影响装 置相关联，亦或设置得与全部力有关，此力由恒温阀致动器施加在外壳体上。可能的是，设置控制器、尤其是电子控制器，它使用至少一个由测力传感器测得的 数值作为输入值。此测力传感器的输出值则可例如作为反馈值由控制器处理。紧接着基于 反馈值，可例如对影响装置进行调校。但测力传感器的输出值也可被其它的装置使用。此外还可能的是，此控制器这样进行调整，即它对影响装置这样施加影响，即测力 传感器的输出值保持基本不变。如果由测力传感器测得的数值保持基本不变，则可消除由 阀门产生的力。例如以这种方式可使排出的流体(热水)的温度保持基本不变。如果电子 控制器这样进行调整，即它使作用在力测量仪上的力尽量保持不变。(并且为此适当地操控 恒温阀致动器的致动器)，则体积膨胀体中的压力保持基本不变。但由此例如还在加热耗用水时使流出的水实现基本不变的温度。还可能的是，设置有显示装置、尤其是数字显示装置，它尤其由测力传感器影响。 因此，由测力传感器获知的力值可转换成温度值，它作为温度值显示在显示器上。当然还可能的是，建议的恒温阀致动器的上面提到的以及下面的有利改进方案都 能以任意的方式相互组合。尤其还可能的是，恒温阀致动器具有多个影响装置，它们全部或 部分地追溯到不同的影响机制上。


下面借助附图并借助这个优选的实施例详细地阐述了本发明。其中图1在示意图中示出了用来加热耗用水的热水恒温阀的结构；图2在示意性的横向剖面图中示出了恒温阀致动器；图3示出了用来加热耗用水的试验过程的效果；
具体实施例方式图1示出了热交换器结构1，它的作用是借助远程热量3对耗用水2进行加热。各 项设施2、3都只示意性地标出。家庭耗用水2的加热是借助远程热量3进行的，其中应用 了热交换器4。热交换器4也只是示意性地示出。热交换器4具有总共四个流体接口 Q1. ρ Ql. 2、^2. 1、Q2· 20两个接口 Q2^Qu位于耗用水侧2上。在此设置了耗用水入口 5，用来输入仍是冷 的、待加热的耗用水。此外还具有耗用水出口 6，用于在热交换器4中加热的耗用水。耗用 水的流动方向通过箭头来表示。在远程热量侧3上同样设置有两个接口 Q1. ρ Ql2.，即远程热量入口 7和远程热量 回流口 8。远程热量传递介质的流动方向在此也通过箭头表示。此远程热量传递介质例如 在示意示出的成组热电站9中加热。远程热量传递介质例如可指水、过热水、热蒸气、湿蒸 气和/或其它流体。这些接口用Qi.」表示，其中i表示流体循环(i = 1表示远程热量侧3，i = 2表示 耗用水侧2)，并且j表示流动方向(j = 1表示入口侧，j = 2表示出口侧)。此外在图1的热交换器结构1中标出了阀门10，此阀门10由阀门致动器11控制。 阀门致动器11的主要输入参数通过温度传感器12获得，此温度传感器12测量离开热交换 器4的耗用水6的温度T2.2 (在Q2.2处)。在此实施例中，温度传感器12是指装有流体的温 度传感器，它借助包括在它里面的流体的湿蒸气变化来提供控制信号。所述流体优选指由 液体和汽体组成的混合物。在温度传感器中尤其应具有湿蒸气。因此重要的是，在整个希 望给出温度的区域内都填充湿蒸气。在图1的实施例中，恒温阀10设置在远程热量循环3的出口侧(Qu)中。当然， 同样还可考虑把恒温阀10设置在远程热量循环3的入口侧(Qu)上。图2在示意性的横向剖面图中详细示出了图1的阀门致动器11。阀门致动器11具有操纵销13，它在端侧的接触区域14(在图1的左边示出)上与 恒温阀的阀销(分别未示出)相接触。操纵销13的位移运动(在图2中用双箭头标出) 相应地转换到阀门10的阀销上，并且阀门10的流体通路相应地也或多或少地打开。在此， 加热阀把反力Fv(ν表示阀门)施加到操纵销13上。此反力通常由阀门弹簧产生。操纵销13的另一端接触装有流体的容器16的可移动的底部部件15，此容器16具 有可变化的内部容积。内部容积的可变化性通过波纹元件17达到，此波纹元件17设置在 可移动的底部部件15和容器外壳18之间。此容器16的内腔用流体填充，此流体具有相应 的压力，并且相应的力Fk (R代表调整)因此施加在可移动的底部部件15上，并因此通过操 纵销13施加在阀门的阀销上。Fk在此是温度的函数。此力Fk(T)是由空腔20中的蒸气压 力和底部部件15的表面面积构成的乘积。在此，蒸气压力(流体的蒸气部分)Pllampf适用成
立’其中α和日是材料常数。
iJtfinpj容器16的内腔通过连接导管19与温度传感器12的内腔处于流体相连的状态。容 器16的内腔、连接导管19的内腔以及温度传感器12的内腔构成一个共同的空腔20。此 空腔20用流体填充。由于流过的耗用水6的温度变化(例如由于打开了热水龙头)，位于 温度传感器12中的流体的温度也相似地变化。由于流体的温度变化，它的体积也会发生变化。流体的体积变化通过空腔20的体积变化来平衡。因为除了波纹元件17外，形成空腔 20的部件基本构造成刚性的，此体积变化通过底部部件15的运动来实现，其中此运动通过 螺旋弹簧26和操纵销13传递到阀门10的阀销上。此外，在阀门致动器11中还设有心轴23，此心轴23设置有外螺纹25。此心轴23 在一侧上与螺旋弹簧26相连。此螺旋弹簧26再次以它的另一端部与容器16的底部部件 15相接触。如果弹簧26处于负载之下，则它相应地把力Fs (S代表弹簧)施加在容器16的 底部部件15上。弹簧的力Fs在此由以下两者组合而成，即弹簧预应力Fsq的数值，以及通过 弹簧从零位开始的压缩或伸长而产生的力。在此适用于Fs = Fs()+S*AX，其中S是指弹簧常 数，ΔX是弹簧从预应力位置Stj的长度变化。与已知的阀门致动器相比，本阀门致动器11 通过电动机21来调整预应力FSQ(见下面的描述)。心轴23的外螺纹25与齿轮22的内螺纹24啮合在一起。通过齿轮22的旋转，心 轴23可朝左和朝右推移。通过此推移，可改变弹簧26的预应力以及力Fsq或Fs，此力Fso或 F在容器16的底部部件15上起作用。在这种情况下，齿轮22的旋转通过电动机21来实 现。当然还可考虑的是，电动机21的运动借助复杂的传动装置结构进一步减速。也可使用 其它的调整元件。此电动机21相应地由电子控制器30来操控。在阀门致动器11的正常运行状态中，三个力FK、Fs和Fv处于平衡。如果容器16 的底部部件15现在运动，则情况当然不是这样。由于此平衡可轻易地看到，通过弹簧26的 相应的弹簧预应力Fs，阀门10上的力Fv可相应地变化。例如以这种方式通过相应地选择 盘簧26的弹簧预应力Fs，阀门致动器11可与不同构造形式的阀门10的不同阀门力Fv相 匹配。在此，通过操控电动机21来实现盘簧26的不同的弹簧预应力。因此，可几乎与各自 阀门10的阀力无关地使用阀门致动器11。在普通的阀门致动器中不是这样。此外，可借助电动机21来调整所谓的Z点。没有电动机21，可能会在温度和流量 之间产生通常呈线性的相关性。如果温度下降，这一点由温度传感器获知，则阀门打开且流 量增加。电动机21通过控制器30与压力传感器28相连，并确保这些力在阀门中平衡。相 应地标出了，线条平行地朝上或朝下推移，它们描述温度和流量之间的相关性。换言之，温 度保持不变。这改变了 Z点(零点)，用于阀门中的力的平衡，并产生了新的零点。容器16漂浮地固定在支架27中。此支架27再次通过测力传感器28与阀门致动器 11的外壳体29相连。因此，此测力传感器28可测量力Fk或力Fs+Fv。此力与当前的耗用水温 度(它由温度传感器12测得)相关联。它是电子控制器30的主要输入值。测力传感器28的 输出值可例如通过此电子控制器30发到此处未示出的数字显示器上，它通过相应的刻度来显 示当前的耗用水温度。此外，可使用电子控制器30的输出值，以影响电动机21的操纵。因此，可实现成本划算的数字显示器，或可改善恒温阀致动器的控制特性。依赖于选出的细节实施方式，建议的构造尤其具有以下优点首先，在系统变化时 可尤其快速地实现操纵回应。此外，建议的阀门致动器11在很大程度上与由阀门10施加 的反力无关。此外，恒温阀致动器11的控制特性可设计得尤其稳固。这尤其也适用于小体 积的流体，它通常是大问题。图3示出了，在使用具有按图2的构造的恒温阀致动器时的试验结果。此试验结 构在此相当于图1描画出的结构。在此图中时间用秒来表示，其中时间的绝对值基本上是无意义的。在纵坐标上，
7以每个小时的公升数描述了穿过远程热量循环3 (Q1)的流体通过量以及穿过远程热量循环 2 (Q2)的流体通过量。此外，标出了耗用水在点Q2、2上测得的温度T2、2。此系统首先处于静止状态。既在远程热量循环3中，也在耗用水循环2中存在着 穿过各个循环的细小流量。当然还可考虑的是，没有流量穿过相应的循环。耗用水排水装 置中的温度Τ2、2约为46°C。水龙头在耗用水循环2中在时间点tl (大概在2处，110秒)打开。相应地，曲线 Q2在此时间点上强烈地上升。因此，水温T2、2在耗用水排水装置6中相应地下降。如同在 曲线Q1上可看到的一样，恒温阀10借助阀门致动器11在非常短的时间内打开，因此在远 程热量循环3中的流量Q1也会迅速地上升。因此，耗用水可加热得更强烈。时间点、和、 之间起初的强烈上升的基础是，在波纹元件17同时变形的情况下，位于空腔20中的流体会 改变体积并且容器20的底部部件15会相应推移。耗用水的温度T2.2相应地再次上升。在时间点t2，位于空腔20中的流体的体积不再变化。但由于容器16中的压力更 小(Fv和Fs更小)，测力传感器28测到更小的力Fk或Fs+Fv。电子控制器相应地这样操控 电动机21，心轴23在容器16的方向上运动(在图2中朝右)。因此，提高盘簧26的预应 力，从而也相应地扩大Fs。由于力的平衡，通过操纵销13施加在阀门10上的力也相应地减 小，因此阀门继续开启。此开启运动进行得比较慢，这可从曲线Q1或曲线T2.2在此区域内的 更缓上升得知。电动机21在时间点、停止，因为耗用水的温度Τ2.2 (近似)相当于期望的 温度。相应地，此系统从时间点t3开始是平衡。在此上下文中应强调，耗用水的温度基本 是不变的(如果保持了期望的温度预定值)。这也是本发明的大优点。在时间点t4，耗用水循环2中的水龙头再次关闭。流量Q2和热量需求相应地消失。 通过容纳在空腔20中的流体的体积变化，会重新出现非常快的控制反应，其中恒温阀10关 闭。在时间点、，容纳在空腔20中的流体的体积收缩结束了。随后通过测力传感器28的 力测量，重新操控电动机21。但现在电动机21的旋转方向掉头了，因此心轴23在这样一 个方向上运动，在此方向上心轴23和容器16之间的间隔更大并且弹簧26的弹簧预应力Fs 相应地更小。此系统从时间点、开始重新处于平衡。时间点、和、之间的流量曲线仏的 平台归因于机械的滞后效应。这由于此结构的无磨擦构造可缩小，必要时还可完全减小到 最小的程度。曲线Q1在t7和t8之间的时间间隔中的“过冲“可通过控制器的匹配来减少或 阻止。但如图3可知，对曲线T2、2的品质的影响很小。图3可得出相对于迄今系统的巨大优点一方面，可在、至t2以及t4至t5的时间间隔中提供非常快速初始的控制反应。 此控制反应尤其快于系统，此系统只具有借助电动机可控制的阀门致动器。这种只具有电 动机的阀门致动器在整个受控对象中可能具有这样的反应速度，此反应速度相当于在t2至 t3或t6至t7的时间间隔中的反应速度。相对于只具有以流体为基础的控制的系统，可实现更好的、更完整的控制反应。因 此，虽然从t2至t3的时间间隔中的控制速度比从、至t2之间的时间间隔中的控制速度慢， 但到底还是会产生控制反应。从t5至t7的时间间隔也相应地适用。
权利要求
一种用于设备的恒温阀致动器(11)，尤其是用于热水供暖设备(10)的恒温阀致动器(11)，特别是用于耗用水加热装置的恒温阀致动器，此恒温阀致动器包括控制元件(15、16)，它依赖于温度进行变化；操纵元件(13)，它利用控制元件(12、16)的变化来控制设备(10)；以及至少一个影响装置(23)，它对控制元件(15、16)的控制特性产生影响，其特征在于，所述影响装置(23)借助弹性的耦合装置(26)来影响控制元件(15、16)的控制特性。
2.按权利要求1所述的恒温阀致动器，其特征在于，所述影响装置(23)作用在控制元 件(15,16)和/或操纵元件(13)上。
3.按权利要求1或2所述的恒温阀致动器，其特征在于，所述耦合装置(26)至少局部 地构造成弹簧装置，尤其是金属弹簧、螺旋弹簧、盘簧和/或板簧。
4.按权利要求1至3中任一项所述的恒温阀致动器，其特征在于，所述影响装置(23) 具有至少一个电动机(21)、尤其是步进电动机。
5.按权利要求1至4中任一项所述的恒温阀致动器，其特征在于，所述影响装置(23) 具有至少一个传动装置。
6.按权利要求1至5中任一项所述的恒温阀致动器，其特征在于，可预先给定可变化的 额定值。
7.按权利要求1至6中任一项所述的恒温阀致动器，其特征在于，所述控制元件(15、 16)具有至少一个体积膨胀体(12、16、20)。
8.按权利要求7所述的恒温阀致动器，其特征在于，所述体积膨胀体(20)具有湿蒸气。
9.按权利要求1至8中任一项所述的恒温阀致动器，其特征在于，所述控制元件具有至 少一个波纹元件(17)。
10.按权利要求1至9中任一项所述的恒温阀致动器，其特征在于，设有至少一个测力 传感器(28)。
11.按权利要求10所述的恒温阀致动器，其特征在于，设有控制器、尤其是电子控制 器，它使用至少一个由测力传感器(28)测得的数值作为输入值。
12.按权利要求11所述的恒温阀致动器，其特征在于，所述控制器这样进行设置，即它 对影响装置(23)这样施加影响，从而使测力传感器(28)的输出值保持基本不变。
13.按权利要求1至12中任一项所述的恒温阀致动器，尤其按权利要求10至12中任 一项所述的恒温阀致动器，其特征在于，设有显示装置、尤其是数字显示装置，它尤其被测 力传感器(28)所影响。
全文摘要
本发明提出了一种用于热水供暖设备(1)的恒温阀致动器(11)，此恒温阀致动器包括依赖于温度变化的控制元件(15、16)、操纵元件(13)和影响装置(23)，影响装置(23)对控制元件(15、16)的控制特性产生影响。影响装置(23)借助弹性的耦合装置(26)来影响控制元件(15、16)的控制特性。此影响装置(23)可具有弹簧装置、电动机、测力传感器、电子控制器和数字显示装置。
文档编号G05D23/275GK101939716SQ200880126304
公开日2011年1月5日 申请日期2008年12月3日 优先权日2007年12月5日
发明者J·J·莫尔贝克 申请人:丹福斯有限公司