DE102009057485A1

DE102009057485A1 - Einfachwirkender elektromotorischer Stellantrieb

Info

Publication number: DE102009057485A1
Application number: DE102009057485A
Authority: DE
Inventors: Dieter Herber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2011-06-16

Abstract

Die Erfindung betrifft einen einfachwirkenden elektromotorischen Stellantrieb zum Öffnen und Schließen eines Ventils sowie ein entsprechendes Verfahren. Der Erfindung zu Grunde liegt die Idee, die von einer Regeleinrichtung zugeführte Stellenergie nicht nur zum Überführen des Ventils von einer ersten Position in eine zweite Position zu nutzen, sondern darüber hinaus, um einen Energiespeicher zu laden. Nach Abschaltung der Stellenergie wird die in dem Energiespeicher gespeicherte Energie genutzt, um das Ventil von der zweiten Position zurück in die erste Position zu überführen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen einfachwirkenden Stellantrieb zum Öffnen und Schließen eines Ventils sowie ein entsprechendes Verfahren unter Verwendung eines solchen Stellantriebs. Derartige Vorrichtungen finden im Bereich von Heizungsinstallationen, insbesondere zur Regelung von Heizkreisen einer Fußbodenheizungen, Verwendung.
Stand der Technik
Stellantriebe zum Öffnen und Schließen eines Ventils werden als einfachwirkend bezeichnet, wenn das Ventil bei der Zufuhr von Stellenergie von einem Ausgangszustand je nach Wirksinn in einen geöffneten oder einen geschlossenen Zustand überführt wird und nach dem Abschalten der Stellenergie, d. h. der Unterbrechung der Zufuhr von Stellenergie, selbsttätig in den Ausgangszustand zurückkehrt. Die Stellenergie wirkt – anders ausgedrückt – nur in eine Richtung auf das Ventil. Insbesondere sind einfachwirkende Stellantriebe dadurch gekennzeichnet, dass im normalen Betriebszustand nicht permanent eine Betriebsspannung anliegen muss, um eine ordnungsgemäße Funktion des Stellantriebs zu gewährleisten. Bei doppeltwirkenden Stellantrieben hingegen ist auch zur Rückführung des Ventils in den Ausgangszustand die Zufuhr von Stellenergie erforderlich. Die Stellenergie wirkt – anders ausgedrückt – in zwei Richtungen auf das Ventil. Dies macht es erforderlich, dass im normalen Betriebszustand permanent eine Betriebsspannung anliegt.
Bei einfachwirkenden Stellantrieben zum Öffnen und Schließen eines Ventils handelt es sich gewöhnlich um elektrothermische Stellantriebe. Diese weisen ein Dehnstoffelement und einen elektrischen Widerstand auf. Die Wärme, die entsteht, wenn der Widerstand von einem elektrischen Strom durchflossen wird, heizt das Dehnstoffelement auf. Dieses ist über eine Mechanik mit dem Ventil gekoppelt, so dass das Ventil je nach Wirksinn des Stellantriebs geöffnet oder geschlossen wird. Nach dem Abschalten des durch den Widerstand fließenden elektrischen Stroms kühlt das Dehnstoffelement ab. Das Ventil kehrt infolgedessen in seinen Ausgangszustand zurück.
Der Wirksinn elektrothermischer Stellantriebe ist entweder stromlos offen oder stromlos geschlossen. Bei einem stromlos offenen Stellantrieb führt ein Abschalten der Stellenergie dazu, dass sich das Ventil öffnet. Bei Zufuhr von Stellenergie wird das Ventil geschlossen. Analog führt ein Abschalten der Stellenergie bei einem stromlos geschlossenen Stellantrieb dazu, dass das Ventil schließt, während es sich umgekehrt bei Zufuhr von Stellenergie öffnet.
Elektrothermische Stellantriebe wie auch andere einfachwirkende Stellantriebe werden durch Ein- und Ausschalten der Energiezufuhr gesteuert. Die Anbindung an eine Regeleinrichtung lässt sich somit sehr einfach und kostengünstig realisieren. Ein schwerwiegender Nachteil elektrothermischer Stellantriebe ist allerdings ihr hoher Energieverbrauch. So wandeln stromlos geschlossene elektrothermische Stellantriebe permanent elektrische Energie in Wärme um, wenn das Ventil in einer offenen Position gehalten werden soll, während umgekehrt stromlos offene elektrothermische Stellantriebe permanent elektrische Energie in Wärme umwandeln, um das Ventil in einer geschlossenen Position zu halten. Da das Aufheizen des Widerstands zudem sehr lange dauert, sind elektrothermische Stellantriebe vergleichsweise träge und bedingen lange Schaltzeiten.
Elektromotorische Stellantriebe, d. h. Stellantriebe, bei denen das Ventil mittels eines Elektromotors geöffnet und geschlossen wird, weisen die genannten Nachteile nicht auf. Wird ein Feststellmechanismus, wie zum Beispiel ein selbsthemmendes Getriebe verwendet, muss nach Erreichen der Soll-Stellung des Ventils nur noch die Steuerungselektronik des Stellantriebs, nicht jedoch der Elektromotor mit Energie versorgt werden.
Aus der DE 31 39 260 A1 ist ein elektromotorischer Stellantrieb mit einer elektrischen Nullspannungs-Rückstellung bekannt. Neben einem elektrischen Stellmotor zum Positionieren eines Ventils besitzt dieser Stellantrieb einen von dem Stellmotor unabhängigen Gleichstrommotor, der durch eine Batterie gespeist wird und das Ventil bei einem Spannungsausfall in die Endlage zurückbewegt. Liegt eine Betriebsspannung an, ist dieser Stellantrieb jedoch doppeltwirkend.
In der DE 38 40 125 A1 wird eine ähnlich geartete Schiebereinrichtung zum Drosseln des Abflusses von Abwasser aus Abwasserspeichern mit einem Stellantrieb zum Verstellen eines Schiebers offenbart. Diese Schiebereinrichtung weist neben dem Stellantrieb eine Notantriebsvorrichtung auf. Bei einem Ausfall der Netzspannung kann die Notantriebsvorrichtung durch einen elektrischen Akkumulator gespeist werden, um den Schieber in eine vorbestimmte Sicherheitsstellung zu überführen.
Die DE 693 27 787 T2 beschreibt einen Stellantrieb mit einem Kleinstdrehmotor zur Betätigung einer Lüftungsklappe oder eines Ventils und mit einer Failsafe-Schaltung. Neben einem Anschluss zur Stromversorgung weist dieser Stellantrieb Anschlüsse zur Einleitung von Steuersignalen auf. Im normalen Betriebszustand, d. h. bei anliegender Stromversorgung, können die Lüftungsklappe oder das Ventil mittels der Steuerungssignale in einem Bereich von mehreren Positionen verstellt werden. Dabei sorgt ein mit dem Anschluss zur Stromversorgung verbundener Ladestromkreis für die dauerhafte Ladung einer kapazitiven Stromversorgung. Die kapazitive Stromversorgung wird im normalen Betriebszustand isoliert, so dass der Motor nicht von ihr mit Energie versorgt wird. Bei Ausfall der Stromversorgung stellt die Failsafe-Schaltung eine Verbindung zwischen der kapazitiven Stromversorgung und dem Kleinstdrehmotor her, damit die Lüftungsklappe bzw. das Ventil in eine Failsafe-Position bewegt wird.
Die aus der DE 10 2007 031 429 A1 bekannte Vorrichtung betrifft den Antrieb eines Steuerschiebers eines hydraulischen Ventils durch einen permanent erregten, elektronisch kommutierenden Gleichstrommotor. Mittels eines Sollwertgebers wird die bewünschte Position des Ventils vorgegeben. Bestandteil der Vorrichtung ist ein Energiespeicher, der bei Auftreten eines Stör- oder Fehlerfalls, etwa einer Unterbrechung der Stromversorgung oder eines Kurzschlusses, eine Bewegung des Ventils durch den Gleichstrommotors in eine als sicher erkannte Position bewirkt.
Die DE 2006 018 756 U1 beschreibt ein durch einen Elektromotor angetriebenes Stellglied zur Steuerung von Fluidströmen. Ein Kondensator ist mit dem Elektromotor permanent in Reihe geschaltet. Weiterhin ist ein Wechselschalter derart angeordnet, dass in einer ersten Position des Wechselschalters der Motor und der Kondensatder durch eine Betriebsspannung gespeist werden. Dies führt dazu, dass sich der Motor so lange in eine erste Richtung bewegt, bis der Kondensator geladen ist. Der Kondensator erfüllt dabei die Funktion einer Endabschaltung. In einer zweiten Position des Wechselschalters ist sind der Motor und der Kondensator bei abgetrennter Betriebsspannung in einem geschlossen Stromkreis miteinander verbunden. Nun bewirkt die Ladung des Kondensators eine Drehung des Motors in eine zweite Richtung.
In der EP 0 623 673 A2 wird ein Ventil offenbart, das durch einen elektrischen Motor zwischen einer ersten und einer zweiten Position verstellt werden kann. Eine Umschaltung der Bewegungsrichtung des Motors und damit eine Überführung des Ventils von der ersten in die zweite Position bzw. von der zweiten Position in die erste Position erfolgt durch Umpolung der anliegenden Betriebsspannung. Mittels einer Schalteinheit kann der elektrische Motor von der Betriebsspannung getrennt werden. Dann gewährleistet ein zuvor geladener Kondensator, dass das Ventil von der zweiten Position zurück in die als sicher eingestufte erste Position überführt wird, falls in Folge eines Fehlers keine oder eine nicht ausreichende Betriebsspannung anliegt.
Die EP 0 851 163 A2 offenbart einen Stellantrieb für ein Ventil mit einem elektrischen Stellmotor. Die Position des Ventils wird durch die Vorgabe eines Sollwertsignals geregelt. Der Stellantrieb weist einen energiegeladenen Notaus-Antrieb auf, der bei Ausfall einer Versorgungsspannung den Stellantrieb in eine Endstellung bringt. Eine Notantriebsschaltung wird durch einen Akkumulator gespeist.
Gemein ist den oben beschrieben Stellantrieben, dass sie nicht einfachwirkend sind. Stattdessen wird die Drehrichtung des Stellantriebs entweder mittels eines mechanischen Schalters, mittels gesonderter Steuerleitungen oder durch wechselnde Beschaltung verschiedener Anschlussleitungen vorgegeben.
Aufgabe
Aufgabe der Erfindung ist es, einen einfachwirkenden elektromotorischen Stellantrieb zum Öffnen und Schließen eines Ventils sowie ein entsprechendes Verfahren anzugeben, wobei der Energieverbrauch und die Schaltzeiten zu minimieren sind.
Lösung
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht. Die Erfindung umfasst auch alle sinnvollen und insbesondere alle erwähnten Kombinationen von unabhängigen und/oder abhängigen Ansprüchen.
Der Erfindung liegt die Idee zu Grunde, die von einer Regeleinrichtung zugeführte Stellenergie nicht nur zum Überführen des Ventils von einer ersten Position in eine zweite Position zu nutzen, sondern darüber hinaus, um einen Energiespeicher zu laden. Nach Abschaltung der Stellenergie wird die in dem Energiespeicher gespeicherte Energie genutzt, um das Ventil von der zweiten Position zurück in die erste Position zu überführen.
Als Energiespeicher eignet sich prinzipiell eine Feder. Diese wird während der Überführung des Ventils von der ersten Position in die zweite Position gespannt. Nach dem Abschalten der Stellenergie wird durch das anliegende Rückstellmoment der Feder das Ventil von der zweiten Position zurück in die erste Position überführt. Um die Feder zu spannen, muss das verwendete Stellelement, etwa ein Elektromotor, allerdings so dimensioniert werden, dass es nicht nur das Nennmoment zur Verstellung des Ventils, sondern zusätzlich das Rückstellmoment der Feder bewältigen kann.
Damit bei einer solchen Lösung das Ventil in der zweiten Position verharrt, müsste durch das Stellelement eine Kraft aufgebracht werden, die permanent der gespannten Feder entgegenwirkt. Die hierbei innerhalb des Stellelements entstehende Verlustleistung würde jedoch dem Ziel der Reduzierung des Energieverbrauchs zuwiderlaufen. Ein selbsthemmendes Getriebe ist nicht geeignet, das Ventil in der zweiten Position zu fixieren, da das Rückstellmoment der Feder gegen die Selbsthemmung des Getriebes gerichtet wäre.
Erfindungsgemäß weist ein einfachwirkender Stellantrieb mit einem Anschluss zur Energieversorgung und mit einem Stellelement zum Öffnen und Schließen eines Ventils daher einen Energiespeicher auf. Weiterhin weist der Stellantrieb erfindungsgemäß eine Schalteinheit auf, wobei eine elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und der Schalteinheit besteht, eine elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und der Schalteinheit besteht, eine elektrische Leitung zwischen dem Energiespeicher und der Schalteinheit besteht sowie eine elektrische Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement besteht.
Unter einer elektrischen Leitung versteht der Fachmann allgemein eine Vorrichtung zum Transport elektrischer Ladungen, zum Beispiel ein Kabel. Eine elektrische Leitung besteht aus einem oder mehreren elektrischen Leitern, vorzugsweise aus zwei Leitern. Elektrische Leiter wiederum bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Material, bevorzugt aus einem Metall. Vorzugsweise werden elektrische Leiter mittels eines Isolators, d. h. eines elektrisch nicht leitfähigen Stoffs, isoliert.
Die Bezeichnung „einfachwirkender Stellantrieb” wurde oben bereits erläutert und ist darüber hinaus dem Fachmann bekannt.
Ein besonderer Vorteil eines erfindungsgemäßen Stellantriebs gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten einfachwirkenden Stellantrieben ist seine signifikant geringere Leistungsaufnahme im Standby-Betrieb. Ein erfindungsgemäßer Stellantrieb befindet sich im Standby-Betrieb, wenn weder das Stellelement noch der Energiespeicher mit Energie versorgt werden. Eine bevorzugte Ausführungsform besitzt im Standby-Betrieb lediglich eine Leistungsaufnahme von weniger als 0,4 Watt. Weiterhin wird bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Stellantriebs die Stellzeit, d. h. die für eine Verstellung des Ventils von der ersten Position in die zweite Position und umgekehrt, von der zweiten Position in die erste Position benötigte Zeit, im Verglich zu den aus dem Stand der Technik bekannten einfachwirkenden Stellantrieben verkürzt. So lässt sich bei Verwendung einer bevorzugten Ausführungsform eine Stellzeit von weniger als 30 Sekunden realisieren.
Vorzugsweise wird die an dem Anschluss zur Energieversorgung anliegende Spannung durch eine Regelvorrichtung bereitgestellt, wobei eine elektrische Leitung zwischen der Regelvorrichtung und dem Anschluss zur Energieversorgung bzw. zwischen der Regelvorrichtung und dem Stellantrieb besteht. Zum Betrieb des Stellantriebs ist insbesondere eine aus zwei elektrischen Leitern bestehende elektrische Leitung ausreichend. Weitere elektrische Leitungen oder elektrische Leiter zwischen der Regelvorrichtung und dem Stellantrieb, etwa Signalleitungen, sind nicht erforderlich.
Der Energiespeicher ist vorzugsweise als Speicher für elektrische Energie ausgeführt. Zu diesem Zweck ist beispielsweise ein Kondensator geeignet. Alternativ kann ein Akku oder eine Batterie als Energiespeicher genutzt werden. Bei Verwendung einer nicht wieder aufladbaren Batterie als Energiespeicher ist weder eine elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und dem Energiespeicher noch ein Durchschleifen der elektrischen Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und der Schalteinheit über die elektrische Leitung zwischen dem Energiespeicher und der Schalteinheit zu dem Energiespeicher erforderlich.
Das Stellelement ist ein Energiewandler, der elektrische Energie, die über die elektrische Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement zugeführt wird, in mechanische Energie umwandelt. Vorzugsweise dient ein Elektromotor als Stellelement. Hierzu sind sowohl rotierende Elektromotoren als auch Linearmotoren geeignet. Alternativ kann beispielsweise ein Magnetschalter als Stellelement verwendet werden.
Das Stellelement ist bevorzugt mechanisch mit dem Ventil gekoppelt. Eine Bewegung des Stellelements in eine erste Richtung führt damit zu einer Überführung des Ventils von der ersten Position in die zweite Position. Umgekehrt führt eine Bewegung des Stellelements in eine zweite Richtung zu einer Überführung des Ventils von der zweiten Position in die erste Position. Zur Kopplung des Stellelements an das Ventil wird vorzugsweise ein Getriebe oder ein Hebelmechanismus verwendet. Alternativ kann das Stellelement starr mit dem Ventil verbunden werden. Vorzugsweise entspricht dabei entweder die erste Position der Schließstellung des Ventils, während das Ventil in der zweiten Position vollständig geöffnet ist, oder das Ventil ist in der ersten Position vollständig geöffnet, während die zweite Position der Schließstellung des Ventils entspricht.
Vorzugsweise ist die Schalteinheit mit Mitteln zur Spannungsdetektion ausgestattet. Hiermit registriert die Schalteinheit, ob an der elektrischen Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und der Schalteinheit eine Spannung anliegt. Insbesondere liegt eine solche Spannung an, wenn eine Spannung an dem Anschluss zur Energieversorgung anliegt. Unter dieser Voraussetzung schleift die Schalteinheit erfindungsgemäß die elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und der Schalteinheit über die elektrische Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement zu dem Stellelement durch. Die Schalteinheit errichtet – anders ausgedrückt – eine elektrische Leitung, welche die elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und der Schalteinheit mit der elektrischen Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement verbindet. Auf diese Weise entsteht eine elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und dem Stellelement. Infolgedessen wird das Stellelement mit der an der elektrischen Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und der Schalteinheit anliegenden Spannung bzw. mit der an dem Anschluss zur Energieversorgung anliegenden Spannung bzw. mit der an der elektrische Leitung zwischen der Regelvorrichtung und dem Anschluss zur Energieversorgung anliegenden Spannung beaufschlagt, so dass eine Bewegung des Stellelements in die erste Richtung und damit eine Überführung des Ventils von der ersten Position in die zweite Position erfolgt.
Erfindungsgemäß bewirkt das Anliegen einer Spannung an dem Anschluss zur Energieversorgung nicht nur eine Bewegung des Stellelements in die erste Richtung, sondern auch eine Aufladung des Energiespeichers. Bevorzugt wird der Energiespeicher dabei mit elektrischer Energie aufgeladen. Die Bewegung des Stellelements kann stattfinden, nachdem der Energiespeicher geladen wurde, bevor der Energiespeicher geladen wird und/oder während der Energiespeicher geladen wird.
Wird die Spannung, die an dem Anschluss zur Energieversorgung anliegt, abgeschaltet, schleift die Schalteinheit erfindungsgemäß die elektrische Leitung zwischen dem Energiespeicher und der Schalteinheit über die elektrische Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement zu dem Stellelement durch. Die Schalteinheit errichtet – anders ausgedrückt – eine elektrische Leitung, welche die elektrische Leitung zwischen dem Energiespeicher und der Schalteinheit mit der elektrischen Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement verbindet. Auf diese Weise entsteht eine elektrische Leitung zwischen dem Energiespeicher und dem Stellelement.
Die zuvor in dem Energiespeicher gespeicherte Energie wird nun dem Stellelement zugeführt, sodass eine Bewegung des Stellelements in eine zweite Richtung und damit eine Überführung des Ventils von der zweiten Position zurück in die erste Position erfolgt. Des Weiteren wird nach dem Abschalten der an dem Anschluss zur Energieversorgung anliegenden Spannung die Schalteinheit mit der in dem Energiespeicher gespeicherten Energie versorgt.
Vorzugsweise ist die Schalteinheit als ein Logikbaustein mit kombinierter Leistungselektronik ausgeführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht eine elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und dem Energiespeicher, sodass der Energiespeicher geladen wird, sobald eine Spannung an dem Anschluss zur Energieversorgung angelegt wird.
Die elektrischen Leitungen zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und dem Energiespeicher, zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und der Schalteinheit, zwischen dem Energiespeicher und der Schalteinheit sowie zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement sind in der Lage, eine elektrische Spannung zu führen. Zu diesem Zweck bestehen die genannten elektrischen Leitungen vorzugsweise aus jeweils zwei elektrischen Leitern, die gegeneinander isoliert sind, d. h. zwischen den zwei elektrischen Leitern kann ohne eine Verbindung der zwei elektrischen Leiter durch einen dritten elektrischen Leiter, etwa durch die Spule eines Motors, kein Austausch elektrischer Ladungen stattfinden. Die zwei elektrischen Leiter einer der elektrischen Leitung können beispielsweise als Ader eines Kabels, als Leiterbahn oder als eine Masseleitung ausgeführt sein.
Falls eine elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und dem Energiespeicher besteht, muss die elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und der Schalteinheit nicht notwendigerweise als ein oder mehrere separate Bauteile ausgeführt sein. Stattdessen kann diese Leitung durch die elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und dem Energiespeicher, durch den Energiespeicher sowie durch die elektrische Leitung zwischen dem Energiespeicher und der Schalteinheit gebildet werden.
Falls eine elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und dem Energiespeicher besteht, trennt die Schalteinheit in einer bevorzugten Ausführungsform die elektrische Leitung zwischen dem Energiespeicher und der Schalteinheit, sobald eine Spannung an den Anschluss zur Energieversorgung angelegt wird. Insbesondere besteht infolgedessen weder eine elektrische Leitung, welche die elektrische Leitung zwischen dem Energiespeicher und der Schalteinheit mit der elektrischen Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement verbindet, noch eine elektrische Leitung zwischen dem Energiespeicher und dem Stellelement. Die Trennung der elektrischen Leitung zwischen dem Energiespeicher und der Schalteinheit verhindert eine Entladung des Energiespeichers durch Kurzschluss.
Falls keine elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und dem Energiespeicher besteht, schleift die Schalteinheit in einer bevorzugten Ausführungsform die elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und der Schalteinheit über die elektrische Leitung zwischen dem Energiespeicher und der Schalteinheit zu dem Energiespeicher durch. Die Schalteinheit errichtet – anders ausgedrückt – eine elektrische Leitung, welche die elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und der Schalteinheit mit der elektrischen Leitung zwischen dem Energiespeicher und der Schalteinheit verbindet. Auf diese Weise entsteht eine elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und dem Energiespeicher. Infolgedessen wird der Energiespeicher geladen. Voraussetzung dabei ist, dass eine Spannung an dem Anschluss zur Energieversorgung anliegt.
In einer bevorzugten Ausführungsform schleift die Schalteinheit die elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und der Schalteinheit über die elektrische Leitung zwischen dem Energiespeicher und der Schalteinheit zu dem Energiespeicher durch, sobald eine Spannung an den Anschluss zur Energieversorgung angelegt wird. Erkennen die Mittel zur Spannungsdetektion der Schalteinheit eine an dem Anschluss zur Energieversorgung anliegende Spannung, veranlasst dies die Schalteinheit, unter möglichst geringem Zeitverzug die genannte Leitung wie beschrieben durchzuschleifen. Infolgedessen wird der Energiespeicher geladen.
Unter der Voraussetzung, dass eine Spannung an dem Anschluss zur Energieversorgung anliegt, schleift die Schalteinheit in einer alternativen bevorzugten Ausführungsform die elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und der Schalteinheit über die elektrische Leitung zwischen dem Energiespeicher und der Schalteinheit erst zu dem Energiespeicher durch, sobald das Ventil eine erste Zielposition erreicht hat und/oder blockiert.
Bei der ersten Zielposition kann es sich um eine beliebige Position des Ventils handeln. Vorzugsweise handelt es sich dabei aber um eine Position, bei der sich das Ventil im vollständig geöffneten Zustand oder im geschlossenen Zustand befindet.
Damit Zielpositionen und/oder die Positionen, bei denen sich das Ventil im vollständig geöffneten Zustand oder im geschlossenen Zustand befindet, erkannt werden, kann die Schalteinheit Signale eines Sensors auswerten, der Informationen über den Zustand des Ventils erfasst. Geeignet zur Erkennung einer beliebigen Position des Ventils sind beispielsweise Bewegungs-, Weg-, und Positionssensoren. Kraftsensoren eignen sich zur Erkennung von Positionen, bei denen sich das Ventil im vollständig geöffneten Zustand oder im geschlossenen Zustand befindet. Bei Verwendung von Kraft- und Bewegungssensoren werden auch Blockierungen des Ventils erkannt.
Informationen über den Zustand des Ventils kann die Schalteinheit alternativ aus dem Stromfluss durch das Stellelement bzw. durch die elektrische Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement gewinnen. Insbesondere kann hierdurch erkannt werden, ob das Ventil sich im geschlossenen oder im vollständig geöffneten Zustand befindet oder ob das Ventil blockiert.
Auch können Zielpositionen und/oder die Positionen, bei denen sich das Ventil im vollständig geöffneten Zustand oder im geschlossenen Zustand befindet, anhand einer Zeitspanne, die seit der Entstehung der elektrischen Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und dem Stellelement oder seit der Entstehung der elektrischen Leitung zwischen dem Energiespeicher und dem Stellelement verstrichen ist, ermittelt werden. In diesem Fall erfolgen die Bewegungen des Stellelements in die erste und in die zweite Richtung nur für die Dauer einer bestimmten Zeitspanne.
In einer bevorzugten Ausführungsform schleift die Schalteinheit die elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und der Schalteinheit über die elektrische Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement zu dem Stellelement durch, sobald eine Spannung an den Anschluss zur Energieversorgung angelegt wird. Erkennen die Mittel zur Spannungsdetektion der Schalteinheit eine an dem Anschluss zur Energieversorgung anliegende Spannung, veranlasst dies die Schalteinheit, unter möglichst geringem Zeitverzug die genannte Leitung wie beschrieben durchzuschleifen. Infolgedessen bewegt sich das Stellelement in eine erste Richtung. Vorzugsweise erreicht das Ventil infolge der Bewegung des Stellelements in die erste Richtung die erste Zielposition. Hierbei ist es möglich, den Stellantrieb so zu betreiben, dass die Bewegung des Stellelements in die erste Richtung stattfindet, bevor oder während der Energiespeicher geladen wird.
Unter der Voraussetzung, dass eine Spannung an dem Anschluss zur Energieversorgung anliegt schleift die Schalteinheit in einer alternativen bevorzugten Ausführungsform die elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und der Schalteinheit über die elektrische Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement zu dem Stellelement erst durch, nachdem der Energiespeicher geladen ist. Infolgedessen bewegt sich das Stellelement in die erste Richtung. Der Energiespeicher gilt als geladen, wenn die in dem Energiespeicher gespeicherte Energiemenge einen Schwellwert überschritten hat. Um diese Energiemenge erfassen zu können, weist die Schalteinheit vorzugsweise Mittel zur Überwachung des Ladungszustands des Energiespeichers auf. Die Ladung des Energiespeichers erfolgt vorzugsweise, sobald eine Spannung an den Anschluss zur Energieversorgung angelegt wird. Dementsprechend wird der Stellantrieb so betrieben, dass die Bewegung des Stellelements in die erste Richtung stattfindet, nachdem der Energiespeicher geladen wurde.
In einer bevorzugten Ausführungsform trennt die Schalteinheit weiterhin die elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und der Schalteinheit, sobald die Spannung, die an dem Anschluss zur Energieversorgung anliegt, abgeschaltet wird. Insbesondere besteht infolgedessen weder eine elektrische Leitung, welche die elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und der Schalteinheit mit der elektrischen Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement verbindet, noch eine elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und dem Stellelement.
Vorteilhaft ist es, wenn die Schalteinheit die elektrische Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement nur aufrecht erhält, so lange das Ventil sich noch nicht in der ersten oder in einer zweiten Zielposition befindet. Sobald das Ventil die erste oder die zweite Zielposition erreicht hat und/oder blockiert, trennt die Schalteinheit die elektrische Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement. Dies bedeutet, dass die Schalteinheit die elektrische Leitung, welche die elektrische Leitung zwischen dem Energiespeicher und der Schalteinheit oder die elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und der Schalteinheit mit der elektrischen Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement verbindet, unterbricht. Infolgedessen besteht weder eine elektrische Leitung zwischen dem Energiespeicher und dem Stellelement noch eine elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und dem Stellelement, sodass dem Stellelement keine Energie zugeführt wird. Insbesondere wird hierdurch vermieden, dass es währenddessen innerhalb des Stellelements zu Energieverlusten kommt.
Bei der zweiten Zielposition kann es sich um beliebige von der ersten Position des Ventils verschiedene Positionen des Ventils handeln. Vorzugsweise handelt es sich dabei aber um die Positionen, bei denen sich das Ventil im vollständig geöffneten Zustand oder im geschlossenen Zustand befindet.
Um das Ventil in der ersten oder in der zweiten Zielposition zu fixieren, nachdem die elektrische Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement getrennt wurde, kommt vorzugsweise ein selbsthemmendes Getriebe zum Einsatz, welches das Stellelement an das Ventil koppelt. Ein Getriebe ist selbsthemmend, wenn es sich nur über die Antriebs-, nicht aber über die Abtriebswelle antreiben lässt. Um die gewünschte Sperrwirkung zu erzielen, ist das Stellelement mit der Antriebswelle verbunden, während das Ventil mit der Abtriebswelle verbunden ist.
Um das Ventil von der ersten Position in die zweite Position und umgekehrt von der zweiten Position in die erste Position überführen zu können, ist eine Umkehrung der Richtung der Bewegung des Stellelements erforderlich. Zu diesem Zweck ist in einer bevorzugten Ausführungsform das Vorzeichen einer ersten Spannung, die an der elektrischen Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement anliegt, wodurch eine Bewegung des Stellelements in die erste Richtung erfolgt, von dem Vorzeichen einer zweiten Spannung, die an der elektrischen Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement anliegt, wodurch eine Bewegung des Stellelements in die zweite Richtung erfolgt, verschieden. Dabei bewegt sich das Stellelement in Abhängigkeit von dem Vorzeichen der Spannung, die an der elektrischen Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement anliegt, in die erste oder in die zweite Richtung.
Je nach Art des verwendeten Stellelements kann alternativ die Bewegungsrichtung des Stellelements mittels eines über eine zusätzliche elektrische Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement übertragenen Richtungssignals gesteuert werden. Das Vorzeichen der Spannungen, die an der elektrischen Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement anliegen, bleibt dabei konstant.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Betriebsart des Stellantriebs zwischen stromlos offen und stromlos geschlossen umgeschaltet werden. Befindet sich der Stellantrieb in der Betriebsart stromlos offen, kann zur Betriebsart stromlos geschlossen gewechselt werden. Befindet sich der Stellantrieb umgekehrt in der Betriebsart stromlos geschlossen, kann zur Betriebsart stromlos offen gewechselt werden. Die Betriebsarten stromlos offen und stromlos geschlossen sind dem Fachmann bekannt. Bei einem stromlos offenen Stellantrieb bewirkt das Anlegen einer Spannung ein Schließen des Ventils. Umgekehrt öffnet das Ventil, wenn die Spannung abgeschaltet wird. Analog bewirkt bei einem stromlos geschlossenen Stellantrieb das Anlegen einer Spannung ein Öffnen des Ventils. Wenn die Spannung abgeschaltet wird, schließt das Ventil.
Ein Wechsel der Betriebsart kann mittels der Schaltlogik der Schalteinheit bewerkstelligt werden. Somit gestaltet sich die Realisierung von Mitteln zum Umschalten der Betriebsart sehr einfach. Insbesondere sind keine Änderungen der Wirkgeometrie der Kopplung des Stellelements an das Ventil erforderlich.
Üblicherweise muss ein Netzteil, mit dem der Stellantrieb gespeist wird, so ausgelegt werden, dass auch bei Lastspitzen die zur Verfügung gestellte Leistung ausreichend ist. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Stellantrieb jedoch gleichzeitig mittels der an dem Anschluss zur Energieversorgung anliegenden Spannung und – bei Auftreten einer Lastspitze – mittels der in dem Energiespeicher gespeicherten Energie betrieben. Damit eine Bewegung des Stellelements in die erste Richtung auch erfolgt, wenn die an dem Anschluss zur Energieversorgung anliegende Spannung nicht zur Bewältigung der Lastspitzen ausreichend ist, schleift die Schalteinheit die elektrische Leitung zwischen dem Energiespeicher und der Schalteinheit über die elektrische Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement zu dem Stellelement durch.
Aufgrund seiner Einfachwirkung kann der beschriebene Stellantrieb anstelle herkömmlicher elektrothermischer Stellantriebe in bestehende Fußbodenheizungssysteme integriert und dort zum Öffnen und Schließen der Zonenventile verwendet werden. Ebenso eignet sich der Stellantrieb zur Steuerung von Ventilen anderer Heizungstypen. Der Stellantrieb kann darüber hinaus zur Steuerung beliebiger Ventile an Gasdurchströmten oder Flüssigkeitsdurchflossenen Rohrleitungen verwendet werden.
Weiterhin beansprucht wird ein Verfahren zum Öffnen und Schließen eines Ventils unter Verwendung eines der zuvor dargestellten Stellantriebe. Im Folgenden werden einzelne Verfahrensschritte näher beschrieben. Die Schritte müssen nicht notwendigerweise in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, und das zu schildernde Verfahren kann auch weitere, nicht genannte Schritte aufweisen.
Erfindungsgemäß beinhaltet das Verfahren einen Schritt, in dem der Energiespeicher geladen wird. Dieser Schritt wird ausgeführt, wenn eine Spannung an dem Anschluss zur Energieversorgung anliegt. In einem weiteren Schritt schleift die Schalteinheit die elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und der Schalteinheit über die elektrische Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement zu dem Stellelement durch, sodass eine Bewegung des Stellelements in eine erste Richtung erfolgt. Dieser Schritt wird ausgeführt, wobei eine Spannung an dem Anschluss zur Energieversorgung anliegt. Ein Schritt, in dem die Schalteinheit die elektrische Leitung zwischen dem Energiespeicher und der Schalteinheit über die elektrische Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement zu dem Stellelement durchschleift, sodass eine Bewegung des Stellelements in eine zweite Richtung erfolgt, wird durchgeführt, sobald die Spannung, die an dem Anschluss zur Energieversorgung anliegt, abgeschaltet wird.
Sobald eine Spannung an den Anschluss zur Energieversorgung angelegt wird, wird vorzugsweise ein Schritt ausgeführt, innerhalb dessen der Energiespeicher geladen wird, wobei eine elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und dem Energiespeicher besteht.
Sobald eine Spannung an den Anschluss zur Energieversorgung angelegt wird, wird vorzugsweise ein zusätzlicher Schritt ausgeführt, innerhalb dessen die Schalteinheit die elektrische Leitung zwischen dem Energiespeicher und der Schalteinheit trennt.
In einem weiteren bevorzugt ausgeführten Schritt schleift die Schalteinheit die elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und der Schalteinheit über die elektrische Leitung zwischen dem Energiespeicher und der Schalteinheit zu dem Energiespeicher durch, sodass der Energiespeicher geladen wird. Dabei muss eine Spannung an dem Anschluss zur Energieversorgung anliegen.
Vorzugsweise schleift die Schalteinheit die elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und der Schalteinheit über die elektrische Leitung zwischen dem Energiespeicher und der Schalteinheit zu dem Energiespeicher durch, sobald eine Spannung an den Anschluss zur Energieversorgung angelegt wird.
Alternativ schleift die Schalteinheit die elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und der Schalteinheit über die elektrische Leitung zwischen dem Energiespeicher und der Schalteinheit zu dem Energiespeicher erst durch, sobald das Ventil die erste Zielposition erreicht hat und/oder blockiert.
In einem vorzugsweise ausgeführten Schritt zur Bewegung des Stellelements in die erste Richtung schleift die Schalteinheit die elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und der Schalteinheit über die elektrische Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement zu dem Stellelement durch, sobald eine Spannung an den Anschluss zur Energieversorgung angelegt wird.
In einem weiteren bevorzugten Schritt erfolgt die Bewegung des Stellelements in die erste Richtung erst, sobald der Energiespeicher geladen ist. Dazu schleift die Schalteinheit die elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und der Schalteinheit über die elektrische Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement zu dem Stellelement durch, sobald der Energiespeicher geladen ist.
Sobald die Spannung, die an dem Anschluss zur Energieversorgung anliegt, abgeschaltet wird, wird vorzugsweise ein weiterer Schritt ausgeführt, innerhalb dessen die Schalteinheit die elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und der Schalteinheit trennt.
In einem weiteren Schritt, der bevorzugt ausgeführt wird, sobald das Ventil die erste oder die zweite Zielposition erreicht hat und/oder blockiert, trennt die Schalteinheit die elektrische Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement.
Vorzugsweise führt das Verfahren dazu, dass das Vorzeichen einer ersten Spannung, die an der elektrischen Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement anliegt, wodurch eine Bewegung des Stellelements in die erste Richtung erfolgt, von dem Vorzeichen einer zweiten Spannung, die an der elektrischen Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement anliegt, wodurch eine Bewegung des Stellelements in die zweite Richtung erfolgt, verschieden ist.
Das Verfahren umfasst vorzugsweise einen Schritt, dessen Ausführung durch ein Abschalten der Spannung, die an dem Anschluss zur Energieversorgung anliegt, veranlasst wird. Innerhalb dieses Schritts wird das Ventil wahlweise geöffnet oder geschlossen.
In einem weiteren, vorzugsweise zu dem Verfahren gehörigen Schritt schleift die Schalteinheit die elektrische Leitung zwischen dem Energiespeicher und der Schalteinheit über die elektrische Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement zu dem Stellelement durch, sodass eine Bewegung des Stellelements in die erste Richtung auch erfolgt, wenn die an dem Anschluss zur Energieversorgung anliegende Spannung nicht zur Bewältigung eventuell auftretender Lastspitzen ausreichend ist.
Das beschriebene Verfahren kann in bestehenden Fußbodenheizungssystemen anstelle bekannter Verfahren unter Verwendung herkömmlicher elektrothermischer Stellantriebe zum Öffnen und Schließen der Zonenventile verwendet werden. Ebenso eignet sich das Verfahren zur Steuerung von Ventilen anderer Heizungstypen. Das Verfahren kann darüber hinaus zur Steuerung beliebiger Ventile an Gas- oder Flüssigkeitsdurchflossenen Rohrleitungen verwendet werden.
Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Möglichkeiten, die Aufgabe zu lösen, sind nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. So umfassen beispielsweise Bereichsangaben stets alle – nicht genannten – Zwischenwerte und alle denkbaren Teilintervalle.
Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente. Im Einzelnen zeigt:
1 einen erfindungsgemäßen Stellantrieb mit fest verdrahtetem Energiespeicher bei abgeschalteter Betriebsspannung;
2 einen erfindungsgemäßen Stellantrieb mit fest verdrahtetem Energiespeicher bei eingeschalteter Betriebsspannung;
3 einen erfindungsgemäßen Stellantrieb mit steuerbarem Ladezyklus bei abgeschalteter Betriebsspannung;
4 einen erfindungsgemäßen Stellantrieb mit steuerbarem Ladezyklus bei eingeschalteter Betriebsspannung, wobei das Stellelement sich in Betrieb befindet;
5 einen erfindungsgemäßen Stellantrieb mit steuerbarem Ladezyklus bei eingeschalteter Betriebsspannung, wobei der Energiespeicher geladen wird; und
6 einen aus dem Stand der Technik bekannten Stellantrieb mit einer Steuerleitung.
1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines einfachwirkenden Stellantriebs zum Öffnen und Schließen eines Ventils mit fest verdrahtetem Energiespeicher.
Die Regelvorrichtung 12 ist über die elektrische Leitung 30 mit dem Anschluss zur Energieversorgung 20 verbunden. Weitere elektrische Leitungen, etwa Signalleitungen, zwischen der Regelvorrichtung 12 und dem Stellantrieb 10 sind nicht erforderlich.
Der Anschluss zur Energieversorgung 20 ist über die elektrische Leitung 28a, 28b mit dem Energiespeicher 14 und über die elektrische Leitung 22a, 22b mit der Schalteinheit 16 verbunden. Ferner ist der Energiespeicher 14 über eine elektrische Leitung 24a, 24b mit der Schalteinheit 16 verbunden. Die Schalteinheit 16 wiederum ist mit dem Stellelement 18 über die elektrische Leitung 26a, 26b verbunden.
Als Anschluss zur Energieversorgung wird vorzugsweise eine handelsübliche ein- oder zweipolige Steckverbindung verwendet, durch welche die elektrische Leitung 30 lösbar mit dem Stellantrieb 10 verbunden werden kann. Alternativ kann ein Anschluss zur Energieversorgung 20 verwendet werden, der die elektrische Leitung 30 unlösbar mit dem Stellantrieb 10 verbindet.
Bei dem in 1 und in 2 skizzierten Ausführungsbeispiel dient ein Elektromotor als Stellelement 18. Das Stellelement 18 ist durch ein in 1 und 2 nicht dargestelltes selbsthemmendes Getriebe mit einem zu öffnenden und zu schließenden Ventil gekoppelt.
Als Energiespeicher 14 wird bei dem in 1 und in 2 skizzierten Ausführungsbeispiel ein Kondensator verwendet.
Als Regelvorrichtung 12 kann ein herkömmlicher Temperaturregler zur Ansteuerung elektrothermischer Stellantriebe genutzt werden. Die Regelvorrichtung 12 gleicht die gemessene Raumtemperatur mit einem vorzugebenden Sollwert ab und schaltet entsprechend die an der elektrischen Leitung 30 anliegende Spannung ein oder aus.
Liegt, wie in 1 dargestellt, eine von der Regelvorrichtung 12 generierte Spannung an der elektrischen Leitung 30 an, wird der Energiespeicher 14 aufgeladen. Ferner dient die von der Regelvorrichtung generierte Spannung der Schalteinheit 16 als Betriebsspannung.
Liegt eine Spannung an der elektrischen Leitung 22a, 22b an und wurde der Energiespeicher geladen, schleift die Schalteinheit 16, wie in 2 dargestellt, die Leitung 22a, 22b zu dem Stellelement 18 durch. Alternativ kann die Leitung 22a, 22b während des Ladevorgangs des Energiespeichers zu dem Stellelement 18 durchgeschliffen werden. Infolgedessen liegt an dem Stellelement 18 eine Spannung an, die zu einer Drehung des als Stellelement 18 verwendeten Elektromotors führt. Je nach Betriebsart des Stellantriebs 10, die zwischen stromlos offen und stromlos geschlossen umgeschaltet werden kann, wird hierdurch das Ventil von einer Ausgangsposition in eine geöffnete oder geschlossene Position überführt.
Schaltet die Regelvorrichtung 12 die an der elektrischen Leitung 30 anliegende Spannung aus, wird die Schalteinheit 16 durch den aufgeladenen Energiespeicher 14 mit einer Betriebsspannung versorgt.
Die Spannungsdetektion der Schalteinheit 16 erkennt das Nichtvorhandensein einer Spannung an der elektrischen Leitung 22a, 22b und schleift nun, wie in 1 dargestellt, die elektrische Leitung 24a, 24b zu dem Stellelement 18 durch. Die in dem aufgeladenen Energiespeicher 14 bereitgehaltene elektrische Energie führt infolgedessen zu einer Drehung des als Stellelement 18 verwendeten Elektromotors in die entgegen gesetzte Richtung. Hierdurch wird das Ventil in die Ausgangsposition zurückgeführt.
Der als Stellelement 18 verwendete Elektromotor wird in Abhängigkeit von der Einschaltzeit und/oder der Erkennung einer Blockierung abgeschaltet.
3, 4 und 5 zeigen eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines einfachwirkenden Stellantriebs zum Öffnen und Schließen eines Ventils mit steuerbarem Ladezyklus. Im Unterschied zu 1 und 2 fehlt die elektrische Leitung 28a, 28b.
4 und 5 stellen zwei verschiedene Zustände des Stellantriebs bei eingeschalteter Betriebsspannung dar. In dem Zustand der 4 schleift Schalteinheit 16 die Leitung 22a, 22b zu dem Stellelement 18 durch, sodass eine Spannung an dem Stellelement 18 anliegt, die zu einer Drehung des als Stellelement 18 verwendeten Elektromotors führt.
In dem Zustand der 5 schleift die Schalteinheit 16 die Leitung 22a, 22b zu dem Energiespeicher durch, sodass eine Spannung an dem Energiespeicher 14 anliegt. Hierdurch wird der Energiespeicher 14 geladen.
Nach dem Einschalten der Betriebsspannung folgt vorzugsweise der Zustand der 4 auf den Zustand der 5, d. h. das Stellelement 18 wird erst angesteuert, nachdem der Energiespeicher 14 geladen ist. Umgekehrt kann auch der Zustand der 5 auf den Zustand der 4 folgen, d. h. der Energiespeicher 14 wird erst geladen, nachdem das Stellelement 18 das Ventil in eine Zielposition überführt hat. Darüber hinaus ist es möglich, dass der Zustand der 4 und der Zustand der 5 simultan vorliegen, d. h. dass das Stellelement 18 während des Ladevorgangs des Energiespeichers 14 angesteuert wird.
Wird die Betriebsspannung abgeschaltet schleift die Schalteinheit 16, wie in 3 dargestellt, die elektrische Leitung 24a, 24b zu dem Stellelement 18 durch.
6 zeigt die Verschaltung von Ausführungsformen elektromotorischer Stellantriebe 10 zum Öffnen und Schließen eines Ventils, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Im Unterschied zu dem erfindungsgemäßen Stellantrieb weist der in 3 dargestellte Stellantrieb 10 neben der elektrischen Leitung 30 eine Steuerleitung 32 auf. Über die Steuerleitung 32 wird die Bewegungsrichtung des Stellelements 18 vorgegeben. Zur Energieversorgung des Stellelements 18 liegt an der elektrischen Leitung 30 permanent eine Spannung mit konstantem Vorzeichen an.
Bezugszeichenliste

10: Stellantrieb
12: Regelvorrichtung
14: Energiespeicher
16: Schalteinheit
18: Stellelement
20: Anschluss zur Energieversorgung
22a: elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und der Schalteinheit
22a: elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und der Schalteinheit
24a: elektrische Leitung zwischen dem Energiespeicher und der Schalteinheit
24b: elektrische Leitung zwischen dem Energiespeicher und der Schalteinheit
26a: elektrische Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement
26b: elektrische Leitung zwischen der Schalteinheit und dem Stellelement
28a: elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und dem Energiespeicher
28b: elektrische Leitung zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung und dem Energiespeicher
30: elektrische Leitung zwischen der Regelvorrichtung und dem Anschluss zur Energieversorgung
32: Steuerleitung

Liste der zitierten Literatur:
zitierte Patentliteratur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3139260 A1 [0007]
DE 3840125 A1 [0008]
DE 69327787 T2 [0009]
DE 102007031429 A1 [0010]
DE 2006018756 U1 [0011]
EP 0623673 A2 [0012]
EP 0851163 A2 [0013]

Claims

Einfachwirkender Stellantrieb (10) mit einem Anschluss zur Energieversorgung (20) und mit einem Stellelement (18) zum Öffnen und Schließen eines Ventils, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Stellantrieb (10) einen Energiespeicher (14) aufweist, wobei b) der Energiespeicher (20) geladen wird, wenn eine Spannung an dem Anschluss zur Energieversorgung (20) anliegt; und dass c) der Stellantrieb (10) eine Schalteinheit (16) aufweist, wobei d) eine elektrische Leitung (22a, 22b) zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung (20) und der Schalteinheit (16) besteht, e) eine elektrische Leitung (24a, 24b) zwischen dem Energiespeicher (14) und der Schalteinheit (16) besteht, f) eine elektrische Leitung (26a, 26b) zwischen der Schalteinheit (16) und dem Stellelement (18) besteht, g) die Schalteinheit (16) die elektrische Leitung (22a, 22b) zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung (20) und der Schalteinheit (16) über die elektrische Leitung (26a, 26b) zwischen der Schalteinheit (16) und dem Stellelement (18) zu dem Stellelement (18) durchschleift, wobei eine Spannung an dem Anschluss zur Energieversorgung (20) anliegt, sodass eine Bewegung des Stellelements (18) in eine erste Richtung erfolgt, und h) die Schalteinheit (16) die elektrische Leitung (24a, 24b) zwischen dem Energiespeicher (14) und der Schalteinheit (16) über die elektrische Leitung (26a, 26b) zwischen der Schalteinheit (16) und dem Stellelement (18) zu dem Stellelement (18) durchschleift, sobald die Spannung, die an dem Anschluss zur Energieversorgung (20) anliegt, abgeschaltet wird, sodass eine Bewegung des Stellelements (18) in eine zweite Richtung erfolgt.
Einfachwirkender Stellantrieb (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Leitung (28a, 28b) zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung (20) und dem Energiespeicher (14) besteht, sodass der Energiespeicher (14) geladen wird, sobald eine Spannung an den Anschluss zur Energieversorgung (20) angelegt wird.
Einfachwirkender Stellantrieb (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (16) die elektrische Leitung (22a, 22b) zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung (20) und der Schalteinheit (16) über die elektrische Leitung (24a, 24b) zwischen dem Energiespeicher (14) und der Schalteinheit (16) zu dem Energiespeicher (14) durchschleift, wobei eine Spannung an dem Anschluss zur Energieversorgung (20) anliegt, sodass der Energiespeicher (14) geladen wird.
Einfachwirkender Stellantrieb (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (16) die elektrische Leitung (22a, 22b) zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung (20) und der Schalteinheit (16) über die elektrische Leitung (24a, 24b) zwischen dem Energiespeicher (14) und der Schalteinheit (16) zu dem Energiespeicher (14) durchschleift, sobald eine Spannung an den Anschluss zur Energieversorgung (20) angelegt wird, sodass der Energiespeicher (14) geladen wird.
Einfachwirkender Stellantrieb (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (16) die elektrische Leitung (22a, 22b) zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung (20) und der Schalteinheit (16) über die elektrische Leitung (24a, 24b) zwischen dem Energiespeicher (14) und der Schalteinheit (16) zu dem Energiespeicher (14) durchschleift, sobald eine Spannung an den Anschluss zur Energieversorgung (20) angelegt wird oder sobald das Ventil eine erste Zielposition erreicht hat und/oder blockiert, sodass der Energiespeicher (14) geladen wird.
Einfachwirkender Stellantrieb (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (16) die elektrische Leitung (22a, 22b) zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung (20) und der Schalteinheit (16) über die elektrische Leitung (26a, 26b) zwischen der Schalteinheit (16) und dem Stellelement (18) zu dem Stellelement (18) durchschleift, sobald der Energiespeicher (14) geladen ist, sodass eine Bewegung des Stellelements (18) in eine erste Richtung erfolgt.
Einfachwirkender Stellantrieb (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsart des Stellantriebs (10) zwischen stromlos offen und stromlos geschlossen umgeschaltet werden kann.
Einfachwirkender Stellantrieb (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (16) die elektrische Leitung (24a, 24b) zwischen dem Energiespeicher (14) und der Schalteinheit (16) über die elektrische Leitung (26a, 26b) zwischen der Schalteinheit (16) und dem Stellelement (18) zu dem Stellelement (18) durchschleift, sodass eine Bewegung des Stellelements (18) in die erste Richtung auch erfolgt, wenn die an dem Anschluss zur Energieversorgung (20) anliegende Spannung nicht ausreichend ist.
Verfahren zum Öffnen und Schließen eines Ventils unter Verwendung eines einfachwirkenden Stellantriebs (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass i) der Energiespeicher (20) geladen wird, wenn eine Spannung an dem Anschluss zur Energieversorgung (20) anliegt, j) die Schalteinheit (16) die elektrische Leitung (22a, 22b) zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung (20) und der Schalteinheit (16) über die elektrische Leitung (26a, 26b) zwischen der Schalteinheit (16) und dem Stellelement (18) zu dem Stellelement (18) durchschleift, wobei eine Spannung an dem Anschluss zur Energieversorgung (20) anliegt, sodass eine Bewegung des Stellelements (18) in eine erste Richtung erfolgt, und k) die Schalteinheit (16) die elektrische Leitung (24a, 24b) zwischen dem Energiespeicher (14) und der Schalteinheit (16) über die elektrische Leitung (26a, 26b) zwischen der Schalteinheit (16) und dem Stellelement (18) zu dem Stellelement (18) durchschleift, sobald die Spannung, die an dem Anschluss zur Energieversorgung (20) anliegt, abgeschaltet wird, sodass eine Bewegung des Stellelements (18) in eine zweite Richtung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Leitung (28a, 28b) zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung (20) und dem Energiespeicher (14) besteht, sodass der Energiespeicher (14) geladen wird, sobald eine Spannung an den Anschluss zur Energieversorgung (20) angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (16) die elektrische Leitung (24a, 24b) zwischen dem Energiespeicher (14) und der Schalteinheit (16) trennt, sobald eine Spannung an den Anschluss zur Energieversorgung (20) angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (16) die elektrische Leitung (22a, 22b) zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung (20) und der Schalteinheit (16) über die elektrische Leitung (24a, 24b) zwischen dem Energiespeicher (14) und der Schalteinheit (16) zu dem Energiespeicher (14) durchschleift, wobei eine Spannung an dem Anschluss zur Energieversorgung (20) anliegt, sodass der Energiespeicher (14) geladen wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (16) die elektrische Leitung (22a, 22b) zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung (20) und der Schalteinheit (16) über die elektrische Leitung (24a, 24b) zwischen dem Energiespeicher (14) und der Schalteinheit (16) zu dem Energiespeicher (14) durchschleift, sobald eine Spannung an den Anschluss zur Energieversorgung (20) angelegt wird, sodass der Energiespeicher (14) geladen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (16) die elektrische Leitung (22a, 22b) zwischen dem Anschluss zur Energieversorgung (20) und der Schalteinheit (16) über die elektrische Leitung (26a, 26b) zwischen der Schalteinheit (16) und dem Stellelement (18) zu dem Stellelement (18) durchschleift, sobald der Energiespeicher (14) geladen ist oder sobald eine Spannung an den Anschluss zur Energieversorgung (20) angelegt wird, sodass eine Bewegung des Stellelements (18) in eine erste Richtung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschalten der Spannung, die an dem Anschluss zur Energieversorgung (20) anliegt, wahlweise zum Öffnen oder zum Schließen des Ventils führt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (16) die elektrische Leitung (24a, 24b) zwischen dem Energiespeicher (14) und der Schalteinheit (16) über die elektrische Leitung (26a, 26b) zwischen der Schalteinheit (16) und dem Stellelement (18) zu dem Stellelement (18) durchschleift, sodass eine Bewegung des Stellelements (18) in die erste Richtung auch erfolgt, wenn die an dem Anschluss zur Energieversorgung (20) anliegende Spannung nicht ausreichend ist.