Themoelektrische Antriebe - Hoher Verschleiß an Aktor/Heizkörperventile?

[livingpure]

Die Frage ist ja nur, wie "sensibel" das "Dehnelemet" auf Temperaturänderunge reagiert.

also laut KI war meine info falsch und ein klassisches Heizkörper Thermostat geht schon auf zwischenwerte wie 70%. Gut möglich, dass das eher dem realen Verhalten entspricht!

[steiniKNX]

Ich nutze die thermische Trägheit der Heizpatronen und steuere sie schnell genug an mit PWM-Zykluszeiten deutlich unter einer Minute. Den Triacs in den Aktoren ist das völlig schnuppe und weil sich die Antriebe nicht bewegen, gibt es auch hier keinen mechanischen Verschleiß.

Danke dir, das war auch ein große Sorge von mir, dass nach kurzer Zeit der MDT Aktor defekt ist bei 1 min oder niedriger.
Heißt also je kleiner ich die Zykluszeit wählen kann desto genauer wird meine Regelung bzw. desto weniger bewegt sich nach dem Einschwingen des Regelkreises mein Ventil.
Also wären die 10 s bei MDT die beste Wahl, richtig?

Zunächst das P-Band: Es ist umso größer zu wählen, je weniger die Regelstrecke reagiert. Erfahrungsgemäß (Landis&Gyr hat das mit dem analogen Poligyr-System von vor 40 Jahren etabliert) orientiert sich das P-Band an dem zu regelnden Wert, z.B. der RaumT°. Hier sind es normalerweise 70% bis 100% der T°, also 20K bis 25K.

Mit einem P-Anteil von z.B. 20K wird der P-Anteil auch bei starker Sonneneinstrahlung auf der Südseite keine große und schnelle Auswirkung auf den PWM-Wert haben, weil die Temperaturdifferenz im Verhältnis zu den 20K einfach nicht arg groß wird.
Das ist so gewünscht bei diesem Ansatz der Regler-Einstellung, ja?

Die Nachstellzeit: Erfahrungsgemäß bei Heizkörpern um die 20 Minuten, bei Fußbodenheizung eine Stunde.

Danke für den Erfahrungswert. Heißt bei Heizkörpern und sehr guter Dämmung und sehr niedrigen VL-Temps gehe ich eher Richtung 60 min der FBH. Aber das kann man ja alles Testen.
Nur wie bekomme ich die Auslenkung des Ventils auf den Bus ich kann mir nur den PWM-Zyklus ansehen und die Stellung des Kopfes dazu, richtig?

[Beleuchtfix]

Du könntest testweise mal die Temperatur kurz hinter dem Rücklauf am Heizkörper abgreifen und schauen, wie sich da da verhält.
Viel Erfolg, Florian

[livingpure]

Hier noch zum Heizkörper, vor allem die letzten zwei Minuten: https://m.youtube.com/watch?v=VdIheN...ydA%3D%3D&ra=m

ist also wirklich so, es gibt einen Bereich indem das Ventil im „schwebenden“ Zustand ist, wobei bei 50% offen trotzdem mehr als 50% durchlaufen.

[steiniKNX]

ist also wirklich so, es gibt einen Bereich indem das Ventil im „schwebenden“ Zustand ist, wobei bei 50% offen trotzdem mehr als 50% durchlaufen.

Dann ist wie schon vermutet der Ansatz von rosebud eigentlich der einzig richtige. Jedenfalls , wenn man als Vorgabe nimmt, dass mein einen Thermostatkopf nachbilden will.
Vielleicht haben wir Glück und er meldet sich zu den Fragen oben nochmals.

[livingpure]

Ja; wobei ich bei trägen Heizungen (FBH) vermute, dass beide Ansätze vergleichbar funktionieren können?

[concept]

Vorab, das Thema schwebende Ventile interessiert mich grundsätzlich, aber ich hatte bisher werder Zeit noch Priorität, das selber auszutesten.

Schwebende Ventile sind mMn nur möglich, wenn das Abkühlverhalten exakt dem Aufheizverhalten entspricht, ansonsten würde (theoretisch) immer an ihnen Anschlag kommen.

Nein, das Aufheiz- und Abkühlverhalten ist nicht identisch, aber das wird prizipiell durch den Regelkreis ausgeglichen. Das Ganze dürfte auch nicht linear sein. Man wird vermutlich bei 50...60% PWM die Ventile bereits komplett geschlossen haben, dh man bewegt sich dann in einem PWM-Bereich von relativ kleinen Werten bis etwa 50%, was einer - im Vergleich zu einer langsamen PWM-Regelung - grösseren Verstärkung der Regelstrecke gleichkommt. Ich könnte mir vorstellen, dass man die Regelparameter gut feintunen muss, um ein sauberes, schwingungsfreies Verhalten zu erreichen.

Schön wäre, wenn Rosebud hier Aufzeichnungen der Temperatursoll- und -Istwerte sowie des Stellwertes posten könnte. Dies idealerweise bei einer sprunghaften Aenderung des Istwertes um ein paar Grad, um zu sehen, wie der Regler darauf reagiert. Dazu Angaben zum Heizaktor, thermischen Stellantrieb und Angaben, ob es sich um Radiator- oder FBH handelt.

Heißt also je kleiner ich die Zykluszeit wählen kann desto genauer wird meine Regelung bzw. desto weniger bewegt sich nach dem Einschwingen des Regelkreises mein Ventil.

Auf die Genauigkeit hat das keinen Einfluss.

Ja; wobei ich bei trägen Heizungen (FBH) vermute, dass beide Ansätze vergleichbar funktionieren können?

Vom Heizungseffekt und auch von der Regelgenauigkeit ist mit schwebenden Ventilen kein Vorteil zu erreichen. Den einzigen Vorteil sehe ich darin, dass sich ein kontinuierlicher statt eines getakteten Durchfluss einstellt, was natürlich angenehmer für den Wärmeerzeuger ist (speziell für Wärmepumpen ohne Speicher). Um da einen Kompromiss zu finden, stelle ich für alle (langsam) getakteten Heizkreise leicht andere PWM-Zykluszeiten ein, zB 10, 11, 12 min etc. So reduziert sich die statistische Wahrscheinlichkeit, dass alle Ventile zur gleichen Zeit geschlossen sind.

Nur wie bekomme ich die Auslenkung des Ventils auf den Bus

Gar nicht, das wäre natürlich schön, da müsste schon jemand einen thermische Stellantrieb mit Wegsensor bauen...

[concept]

Vorab, das Thema schwebende Ventile interessiert mich grundsätzlich, aber ich hatte bisher werder Zeit noch Priorität, das selber auszutesten.

Schwebende Ventile sind mMn nur möglich, wenn das Abkühlverhalten exakt dem Aufheizverhalten entspricht, ansonsten würde (theoretisch) immer an ihnen Anschlag kommen.

Nein, das Aufheiz- und Abkühlverhalten ist nicht identisch, aber das wird prizipiell durch den Regelkreis ausgeglichen. Das Ganze dürfte auch nicht linear sein. Man wird vermutlich bei 50...60% PWM die Ventile bereits komplett geschlossen haben, dh man bewegt sich dann in einem PWM-Bereich von relativ kleinen Werten bis etwa 50%, was einer grösseren Verstärkung der Regelstrecke gleichkommt. Ich könnte mir vorstellen, dass man die Regelparameter gut feintunen muss, um ein sauberes, schwingungsfreies Verhalten zu erreichen.

Schön wäre, wenn Rosebud hier Aufzeichnungen der Temperatursoll- und -Istwerte sowie des Stellwertes posten könnte. Dies idealerweise bei einer sprunghaften Aenderung des Istwertes um ein paar Grad, um zu sehen, wie der Regler darauf reagiert. Dazu Angaben zum Heizaktor, thermischen Stellantrieb und Angaben, ob es sich um Radiator- oder FBH handelt.

Heißt also je kleiner ich die Zykluszeit wählen kann desto genauer wird meine Regelung bzw. desto weniger bewegt sich nach dem Einschwingen des Regelkreises mein Ventil.

Auf die Genauigkeit hat das keinen Einfluss.

Ja; wobei ich bei trägen Heizungen (FBH) vermute, dass beide Ansätze vergleichbar funktionieren können?

Vom Heizungseffekt und auch von der Regelgenauigkeit ist mit schwebenden Ventilen kein Vorteil zu erreichen. Den einzigen Vorteil sehe ich darin, dass sich ein kontinuierlicher statt eines getakteten Durchfluss einstellt, was natürlich angenehmer für den Wärmeerzeuger ist (speziell für Wärmepumpen ohne Speicher). Um da einen Kompromiss zu finden, stelle ich für alle (langsam) getakteten Heizkreise leicht andere PWM-Zykluszeiten ein, zB 10, 11, 12 min etc. So reduziert sich die statistische Wahrscheinlichkeit, dass alle Ventile zur gleichen Zeit geschlossen sind.

Nur wie bekomme ich die Auslenkung des Ventils auf den Bus

Gar nicht, das wäre natürlich schön, da müsste schon jemand einen thermische Stellantrieb mit Wegsensor bauen...

[concept]

Habe noch etwas recherchiert, MDT beschreibt das Verfahren in ihrem Technischen Handbuch

weiterhin habe ich eine wissenschaftliche Arbeit zu dem Thema gefunden:
Electrothermal Actuators with PWM Control

Kurzfassung (KI erstellt): Electrothermal Actuators with PWM Control

1. Untersucht wurden thermische Stellantriebe von fünf Herstellern (Danfoss, Oventrop, Salus, Siemens und TA Hydronics).
2. Gemessen wurde die tatsächliche Ventilöffnung bei unterschiedlichen PWM-Tastverhältnissen.
3. Die Ergebnisse zeigen ein stark nichtlineares Verhalten: 20 % PWM bedeuten keineswegs 20 % Ventilöffnung.
4. Bereits bei 10–30 % PWM erreichten manche Antriebe nahezu 100 % Öffnung.
5. Öffnungs- und Schliessverhalten unterscheiden sich teilweise erheblich.
6. Die Eigenschaften variieren stark zwischen den Herstellern und Modellen.
7. Eine zuverlässige proportionale Ventilsteuerung allein über das PWM-Tastverhältnis ist daher nicht möglich.
8. Einschränkung: Sehr kurze PWM-Zykluszeiten und der gezielte schwebende Betrieb wurden nicht systematisch untersucht.

Fazit: Das Paper widerlegt die einfache PWM-Proportionalität, nicht aber grundsätzlich die Möglichkeit eines schwebenden Ventilbetriebs.

Passt ziemlich genau zu meinen Vermutungen und Angaben im letzten Post (vor der Recherche)

[concept]

Nachtrag:

Zu den getesten Ventilen schreiben sie:

Für die Durchführung der Versuche wurden mehrere repräsentative elektrothermische Stellantriebe verschiedener Hersteller ausgewählt (Danfoss, Oventrop, Salus, Siemens und TA Hydronics). Diese unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Versorgungsspannung (24 V Wechselspannung bzw. 230 V Wechselspannung) sowie ihrer Stellung im stromlosen Zustand (stromlos geschlossen – NC, stromlos geöffnet – NO)

Am "sympathischsten" von der Kennlienie her ist das Ventil A. Das einzige, was ich anhand der Kurfen mit hoher Wahrscheinlichkeit vermute ist, dass Ventil A bis D vom Typ NC sind und Ventil E vom Typ NO.

Leider gibt es keine weiteren Details, welche Kennlinien und -Daten mit welchem Ventiltyp korrelieren, was angesichts der extremen Abweichungen hochinteressant wäre. Ich habe einen der Autoren angeschrieben, mal sehen ob eine (brauchbare) Antwort kommt.

[Uwe!]

7. Eine zuverlässige proportionale Ventilsteuerung allein über das PWM-Tastverhältnis ist daher nicht möglich.

hab nur Deine KI-Zusammenfassung gelesen, kann den Schluss aber nicht nachvollziehen, da das m.M.n. nur von der Zykluszeit abhängt. Je kürzer die Zykluszeit, um so mehr weicht das PWM-Signal von der tatsächlichen Öffnung ab. Was zum Problem für die "schwebenden Ventile" wird, je länger die Zykluszeit ist, um so mehr passt es zusammen. Bei z. B. 30 Min wird man kaum noch einen nennenswerten Unterschied sehen.

[Beleuchtfix]

Aber jetzt verstehe ich das Grundprinzip der schwebenden Ventile, man versucht die erzeugte Temperatur möglichst konstant auf einen bestimmten Wert zu bekommen und daraus ergibt sich dann auch eine Zwischenposition.
Gruß Florian

[dreamy1]

Fazit: Das Paper widerlegt die einfache PWM-Proportionalität, nicht aber grundsätzlich die Möglichkeit eines schwebenden Ventilbetriebs.

Ich denke in der Theorie kann so ein thermoelektrischer Antrieb jede Position einnehmen, wenn die Periodendauer kurz genug ist. Die Nichtproportionalität ist ja kein Problem, das rückt der Regler über den I/D-Anteil wieder richtig.

Aber: mein Bauchgefühl sagt, dass solche Antriebe für feinfühlige Regelaufgaben nicht wirklich geeignet sind - das sind ja mechanisch sehr einfach gestrickte Teile, die weder reibungsarm beliebige Positionen anfahren können noch sind diese als "Aktor" gebaut:
Da ist eine Wachspatrone oder ein Bimetall alleine drin und zwar in der Form, dass dieses -mit Reserve- nach Anlegen von 230V bei einem NC in die 100% Stellung fährt. Der Hersteller hat hier Reserve eingeplant, je nach notwendigem Drehmoment zum Betätigen der Stößel. Das muss auch an schwergängigen Stößeln funktionieren, also werden in der Praxis z.B. auch bei deutlich geringerem Zeitanteil die 100% Endstellung erreicht.

--> das schränkt den realen "Stellbereich" aktorseitig weiter ein, verbunden mit o.g. Element der Reibkräfte. Für kleine Zwischenpositionsänderung kann die Haftreibung im Antrieb ggf. zu groß sein, so dass sich der Antrieb erst mit größerer Änderung wieder ruckartig ein Stück weiterbewegt.

Funktionieren wird das schon irgendwie...lohnt aber nur, wenn der Holdup klein ist, so dass man die gegenüber "Normalbetrieb" mit langer Zykluszeit auftretenden Schwankungen überhaupt bemerkt. Bei einer FBH mit Tonnen Estrich ist es nicht messbar, ob die Energiezufuhr über 10min getaktet reinkommt oder kontinuierlich.

[dreamy1]

Vom Heizungseffekt und auch von der Regelgenauigkeit ist mit schwebenden Ventilen kein Vorteil zu erreichen. Den einzigen Vorteil sehe ich darin, dass sich ein kontinuierlicher statt eines getakteten Durchfluss einstellt, was natürlich angenehmer für den Wärmeerzeuger ist (speziell für Wärmepumpen ohne Speicher). Um da einen Kompromiss zu finden, stelle ich für alle (langsam) getakteten Heizkreise leicht andere PWM-Zykluszeiten ein, zB 10, 11, 12 min etc. So reduziert sich die statistische Wahrscheinlichkeit, dass alle Ventile zur gleichen Zeit geschlossen sind.

Ziel ist ja, dass die WP nicht an Durchfluss "abgewürgt" wird - bei geringem Heizbedarf (z.B. in der Übergangszeit) hat das Nachteile, da dann die Einzelkreise trotzdem zu machen und die WP abwürgen (bzw. das "böse" Überströmventil öffnen), wenn diese hydraulisch als Direktkreis verschaltet ist.

Ich fahre die WP hier deshalb mit Puffer und VL-Stichanbindung. Im Normalbetrieb mit Heizanforderung quasi kein Unterschied zum Direktkreis, das was ich VL-Temperatur reinfahre kommt auch hinten an. Kneift jedoch hinten ein Heizkreis zu, wird nur der Differenzstrom durch den Puffer gefahren und das dann durch die 200L Holdup im Puffer gut gedämpft. Die WP kann zu 100% der Zeit mit fixem Durchfluss fahren und hat auch keinen thermischen Direktkurzschluss wie bei einem ÜSV. Hat sich hier bisher sehr gut bewährt....auch mit der JAZ nahe 5 mitsamt WW bin ich top zufrieden. Durch den zus. Heizstab im Puffer kann ich bei einer Havarie der WP ganz normal weiterheizen, bis der Schaden behoben ist.

[Beleuchtfix]

Übrigens lassen sich Flüssigkeiten kaum komprimieren, da steigt der Druck sehr schnell bei einer Temperaturerhöhung. Bei einem Motorventil sieht das anders aus.
Gruß Florian