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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Drosseln eines Medienstromes mittels einer in einem vom Medienstrom durchflossenen Gehäuse schwenk- oder drehbar gelagerten Klappe.
Derartige Vorrichtungen werden in lufttechnischen Anlagen zu Regelungszwecken eingesetzt.
Die dabei benutzten Drosselklappen erlauben jedoch kein optimales Regelverhalten, weil ihre
Charakteristik zu sehr von einer linearen Charakteristik abweicht, die für das Regelverhalten als ideal anzusehen ist. Stattdessen besitzen die bekannten eingliedrigen Drosselklappen einen
Widerstandsbeiwert c, der nach einer sehr ausgeprägten Exponentialfunktion verläuft.
Aus der GB-PS Nr. 1, 286, 254 ist zum Drosseln eines Medienstromes, insbesondere von hoher
Temperatur, eine Vorrichtung bekannt, die gegenüber Vorrichtungen mit eingliedrigen Drosselklappen ein an eine lineare Charakteristik besser angepasstes Regelverhalten ermöglicht. Zur Drosselung des Medienstromes dienen vier Klappen in Form von Kreissegmenten, an die je ein Tragarm angelenkt ist, der seinerseits um eine Achse schwenkbar ist, die senkrecht zur Strömungsrichtung verläuft und etwa tangential zum jeweiligen Kreissegment angeordnet ist. In der Klappenschliessstellung bilden die Kreissegmente eine Pyramide, deren Spitze gegen die Strömungsrichtung weist.
Dabei liegen die Kreissegmente gegen einen Stützring an, der entsprechend der Segmentteilung seinerseits durch kreuzförmig angeordnete radiale Stege unterteilt ist. Gegenüber Vorrichtungen mit einer eingliedrigen Drosselklappe ist die bekannte Vorrichtung sehr aufwendig, zumal für jedes Kreissegment eine eigene Lagerung nebst Verstellmechanismus erforderlich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Drosseln eines Medienstromes vorzuschlagen, deren Widerstandsbeiwert sich durch eine möglichst lineare Charakteristik auszeichnet.
Ausgehend von der eingangs beschriebenen Vorrichtung, wird zur Lösung der gestellten Ausgabe vorgeschlagen, dass ortsfest in dem Gehäuse mindestens eine teilkreisförmig gebogene Schale vorgesehen ist, deren Krümmungsradius entlang einer von einer Kante der Klappe beschriebenen Bahn verläuft, wobei die Schale in Richtung ihrer Breite eine parabelförmige Ausbuchtung aufweist, die den freien Strömungsquerschnitt in Abhängigkeit von einem jeweiligen Drosselwinkel t der Klappe verändert.
Die durch die Klappe bewirkte Querschnittsverminderung bei Vergrösserung des Drosselwinkels 4 > wird durch die erfindungsgemässe winkelabhängige Querschnittsreduzierung auf Grund mindestens einer gebogenen Schale überlagert. Die aus dieser Überlagerung resultierende Querschnittsänderung über den Drosselwinkel ° erzeugt eine nahezu lineare Widerstandscharakteristik.
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wobei dimensionsloser Widerstandsbeiwert,
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Um die erfindungsgemässe Drosselvorrichtung mit der linearen Charakteristik des Widerstandsbeiwertes in lufttechnischen Anlagen sinnvoll einsetzen zu können, ist darauf zu achten, dass der Widerstandsbeiwert bei voll geöffneter Klappe nicht zu hoch ist, damit nicht zuviel Energie vernichtet wird. Weiterhin soll die Steigung der Geraden in einer bestimmten Grössenordnung liegen.
Die Untergrenze wird durch die praktischen Erfordernisse für eine solche Drosselvorrichtung festgelegt und beträgt kl > 0. Anderseits nimmt mit wachsender Steigung auch die Empfindlichkeit des Regelinstruments zu. Diese Empfindlichkeit muss aus fertigungstechnischen Gründen klein gehalten werden. Daraus ergibt sich die Forderung, dass kl < 5 sein soll. Es ist besonders
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Vorrichtung erreichen.
Da die Definition der so linearisierten Widerstandscharakteristik die ursprüngliche exponentielle Widerstandscharakteristik bei einem Klappenwinkel von eG schneidet, werden die gebogenen
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind einer Klappenkante zwei gleich ausgebildete, spiegelbildlich zueinander angeordnete Schalen zugeordnet.
Schliesslich sieht eine Ausgestaltung der Erfindung noch vor, dass den beiden Kanten einer um eine Mittelachse drehbar gelagerten Klappe je zwei viertelkreisförmig gebogene Schalen zugeord- net sind.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung mit einer um eine Mittelachse drehbar gelagerten Klappe dargestellt. Es zeigen Fig. 1 die Klappe mit zwei Schalen in Ansicht ; Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. l ; Fig. 3 in gegen- über den Fig. 1 und 2 vergrössertem Massstab eine Schale und Fig. 4 je eine Kurve für den Wider- standsbeiwert 1 ; in Abhängigkeit vom Klappenwinkel # einer konventionellen und einer erfindungsge- mässen Drosselvorrichtung.
In einem Gehäuse-l-ist auf einer Mittelachse --2-- eine Klappe --3-- drehbar gelagert.
Entlang einer von Kanten --4-- der --4-- der Klappe --3-- beschriebenen Bahn sind im Gehäu- se --1-- Schalen --5-- angeordnet, deren Krümmungsradius dem Bahnverlauf der Kanten --4-- angepasst ist.
Die Schalen --5-- besitzen eine parabelförmige Ausbuchtung --6--, die so verläuft, dass eine durch die Klappe --3-- bewirkte Querschnittsverminderung bei Vergrösserung des Klappenwinkels t durch die winkelabhängige Querschnittsreduzierung auf Grund der Schalen --5-- überlagert wird.
Wie Fig. 4 zeigt, ergibt sich auf Grund dieser Überlagerung ein Widerstandsbeiwert l mit einer linearen Charakteristik (gestrichelte Linie) gegenüber einer konventionellen Drosselvorrichtung, die einen ausgeprägten exponentiellen Verlauf aufweist (ausgezogene Kurve).
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Drosseln eines Medienstromes mittels einer in einem vom Medienstrom durchflossenen Gehäuse schwenk- oder drehbar gelagerten Klappe, dadurch gekennzeichnet, dass ortsfest in dem Gehäuse (1) mindestens eine teilkreisförmig gebogene Schale (5) vorgesehen ist, deren Krümmungsradius entlang einer von einer Kante (4) der Klappe (3) beschriebenen Bahn verläuft, wobei die Schale (5) in Richtung ihrer Breite eine parabelförmige Ausbuchtung (6) aufweist, die den freien Strömungsquerschnitt in Abhängigkeit von dem jeweiligen Drosselwinkel # der Klappe (3) verändert.