Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine auf Druckunterschiede ansprechende Vorrichtung zur Beeinflussung der Strömung von gasförmigen Medien in Kanälen, insbesondere zur Verwendung in einer Klimaanlage, zwecks Regeln eines Luftdurchflusses oder eines Luftmischungsverhältnisses in Abhängigkeit von einer zu regelnden Veränderlichen, z. B. einer Temperatur.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die nur geringe Steuerdrücke benötigt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass wenigstens eine in dem Strömungsweg eingebaute Drosselvorrichtung zur Veränderung des Durchflussquerschnittes vorgesehen ist, welche Drosselvorrichtung mit wenigstens einer ein- oder mehrgliedrigen Blasebalgmembrane in Wirkungsverbindung steht, die gasdicht zwischen zwei steifen Abschlussplatten angeordnet ist, von denen die eine gegenüber der anderen beweglich ist, wobei die bewegliche Abschlussplatte sowie die Aussenseite der Membrane dem im Strömungsweg herrschenden Druck ausgesetzt sind, während der Innenraum der Membrane mit einer Steuerdruckquelle in Verbindung steht, und wobei der Biegewiderstand derselben vernachlässigbar klein ist.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert:
Fig. 1 bis 4 zeigen mehrere einfache Ausführungsformen von Blasebalgmembranen in Ansicht und im Schnitt,
Fig. 5 zeigt eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung mit einer mehrgliedrigen Blasebalgmembrane,
Fig. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform, und
Fig. 7 und 8 zeigen weitere Ausführungsformen der Vorrichtung.
Fig. 1 bis 4 zeigen eine Blasebalgmembrane mit rechteckigem Grundriss.
Fig. 2 und 3 zeigen Querschnitte einer eingliedrigen Blasebalgmembrane in zwei verschiedenen Positionen, und zwar plattgedrückt (Fig. 2) und aufgeblasen (Fig. 3). Diese Membrane besteht aus einer flachen Tasche mit luftdichter, dünner und biegsamer Wand 1. Die Tasche ist mit einem Druckanschluss 6 versehen und zwischen zwei Abschlussplatten 2 und 3 eingebaut, die sich gegenüber einander bewegen können. Grundsätzlich bedeutet diese Relativbewegung eine Änderung des mittleren Abstandes zwischen den beiden Platten, die übrigens nahezu parallel zueinander angeordnet sind. Aus praktischen Gründen soll oft eine Verschwenkung mit beschränktem Drehwinkel um eine zu beiden Plattenebenen parallele Achse 7 bevorzugt werden (siehe Fig. 1).
Grundsätzlich soll die grösste Dicke H der aufgeblasenen Tasche relativ klein sein, verglichen mit der Taschenbreite, zur Beschränkung der Spannungen in den Wänden und zur Beschränkung der Veränderung der wirksamen Taschenbreite Le. Wenn grössere Hübe verlangt werden, kann eine Blasebalgmembrane mit mehreren Taschen 11 Anwendung finden, wie in Fig. 1 dargestellt. Einen schematischen Querschnitt zeigt Fig. 4.
Die zusammenliegenden Taschen, jede vergleichbar mit der Einzeltasche in den Fig. 2 und 3, stehen miteinander durch die Öffnungen 5 in den gemeinsamen flachen Wandteilen in Verbindung, während das Ganze durch Schweissen bzw.
Leimen der einander berührenden Wandteile luftdicht gemacht ist. Ebenso wie die Membrane mit Einzeltasche hat auch die mehrgliedrige Blasebalgmembrane einen Druckanschluss 6 und wird zwischen zwei steifen Abschlussplatten 2 und 3 mit veränderlichem Abstand eingebaut.
Es sei darauf hingewiesen, dass die beschriebene, mehrgliedrige Blasebalgmembrane keinesfalls einem Balg gleichgestellt werden kann, und dass ihr Verhalten ganz verschieden ist.
Die dünnen und biegsamen Wände der Blasebalgmembrane zeigen keine spürbare Steifheit gegen Biegung und sind nur Zugkräften gegenüber formfest. Die flachen Wandteile zwischen den einzelnen Taschen oder in Berührung mit den Platten 2 und 3 werden im Betrieb nicht verformt. Sie dienen im wesentlichen nur dazu, die Zugkräfte, die am Umfang in den gebogenen Wandteilen mit veränderlicher Krümmung hervorgerufen werden, auszugleichen. Die Fläche der Öffnungen 5 muss selbstverständlich relativ klein sein im Vergleich zur wirksamen Fläche der Membrane; sonst würde das Ausgleichen der Zugkräfte, wie oben dargelegt, nur fehlerhaft oder nicht gesichert sein.
Verschiedene Herstellungsverfahren können verwendet werden, z. B. kann man von einem gezogenen Schlauch mit passendem Durchmesser ausgehen und die Taschen und Mehrfachtaschen durch Schneiden, Schweissen bzw. Leimen fertigen.
Fig. 5 bis 8 zeigen weitere Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen. Es werden verschiedene Konstruktionsvarian- ten gezeigt sowie einige der vielfachen Schaltmöglichkeiten.
Fig. 5 zeigt eine besonders einfache Bauart einer Vorrichtung mit einer mehrgliedrigen Blasebalgmembrane. Diese Vorrichtung besitzt eine Einlasskammer 21 und eine Auslasskammer 22, die miteinander durch die Öffnung 23 in einer schrägen Zwischenwand, deren freier Durchlass stetig mittels der um das Gelenk 7 bewegbaren Platte 24 verändert werden kann, in Verbindung stehen. Diese Platte 24 wird von der direkt anliegenden Membrane 11, die zwischen der Platte 24 und der festen oberen Wand der Auslasskammer 22 montiert ist, beeinflusst. Die Membrane wird einem geeigneten Druckunterschied ausgesetzt, und zwar mit ihrer Aussenseite dem Luftdruck stromabwärts der als Drosselklappe wirkenden Platte 24, und mit ihrem Hohlraum einem veränderlichen Steuerdruck Px, derart, dass die Klappe 24 in die gewünschte Stellung gebracht wird.
Im gezeigten Beispiel wird der Steuerdruck einem Steuerkreis 30 bis 32 entnommen. Das Verhältnis der Strömungswiderstände der Steuerkreiszweige 31 und 32 kann durch Verstellen einer kleinen Scheibe 30 geändert werden, die dem offenen Ende des Zweiges 32 gegenüberliegt.
Die Klappe 24 stellt sich so ein, dass alle an ihr angreifenden Kräfte sich ausgleichen. Es lässt sich leicht verstehen, dass die Klappe bei entsprechender Bemessung ihrer Bauteile und des Steuerkreises in Abhängigkeit vom ausgelegten Steuerdruck, d. h. von der Position der Scheibe 30 (und dem Einlassdruck), geschlossen oder geöffnet oder auch in einer beliebigen Zwischenlage gehalten werden kann. Wenn die Scheibe 30 auf einem Bimetallstreifen montiert ist, kann die Klappe 24 eine stetige thermostatische Regelung durchführen.
Fig. 6 zeigt schematische Querschnitte einer verbesserten Bauart. Auch hier ist eine Einlasskammer 21 und eine Auslasskammer 22 vorgesehen. Ausserdem ist ein Kasten 12 mit einer eine: ten und um das Gelenk 7 drehbaren Platte 3 einge- baut. Auf das Plattenende ist eine bewegbare Platte 24a fest aufgesetzt, die eine zum Gelenk 7 konzentrische Form aufweist.
Diese Platte 24a gleitet durch einen engen Schlitz in der Decke des Kastens 12 zwischen den Kammern 21 und 22 und ändert den freien Durchlass. Der bewegbare Teil 3 und 24a wird von einer direkt an der Platte 3 anliegenden im Kasten 12 eingebauten Blasebalgmembrane beeinflusst. Für Sonderzwecke kann zusätzlich ein Gegengewicht bzw. eine Feder vorgesehen sein.
Der Schlitz für den Durchtritt der Platte 24a verursacht notwendigerweise eine gewisse Undichtigkeit, wodurch die im Betrieb verwendbaren Druckunterschiede beschränkt sind.
Mittels einer sehr einfachen Schaltung kann jedoch eine Luftklappe der beschriebenen Art einen trotz veränderlicher Drücke konstanten Durchfluss hervorrufen. Hierzu wird die Membrane 11 dem Eunfluss des dynamischen Druckunterschiedes ausgesetzt, der an einer geeigneten Stelle des zu regelnden Luftstromes, z.B. in der Einlasskammer 21, abgenommen wird, wie Fig. 6 zeigt. Über einen innenliegenden Druckanschluss 6i wird der Kasten 12 dem statischen Druck ausgesetzt. Der Gesamtdruck gelangt über den Druckanschluss 6 in das Membraninnere. Der gewünschte Druchfluss kann von Hand mittels der Platte 16 eingestellt werden. Die resultierende Kraft der Membrane steht dem Gewicht der bewegbaren Teile gegenüber. Die Momente der beiden Kräfte um das Gelenk 7 sollen einander ausgleichen.
Ist der maximale Hub der bewegbaren Teile klein im Vergleich mit der Länge der Platte 3, so kann der dynamische Druckunterschied innerhalb annehmbarer Grenzen reguliert werden. Ein konstanter Druckunterschied in einer konstanten Durchflussöffnung bedeutet einen konstanten Durchfluss. Praktisch kann ein konstanter Durchfluss mit günstigen Toleranzen erzeugt werden. Es ist übrigens klar, dass eine Beschränkung des freien Durchlasses bei den Druckentnahmestellen durch Verstellung der Platte 16 auch eine Beschränkung des erzeugten Durchflusses zur Folge hat.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 besteht das Gelenk 7 aus einer Welle 77, die in durch die Wände der Luftklappe hindurchgehenden Lagern montiert ist. Im Kasteninneren ist der bewegbare Teil 3, 24a mit der Welle 77 fest verbunden. Die Position dieses Teiles kann durch Drehen des Wellenendes mittels eines aussenseitigen Hebels 13 verändert werden, wenn eine entsprechende Kraft am Hebel angreift. Beim vorliegen den Auführungsbeispiel wird dazu die resultierende Kraft einer aussenliegenden, von einem veränderlichen Steuerdruck aufgeblasenen Membrane 11' herangezogen. Gleichzeitig wird auch die innenliegende Blasebalgmembrane 11 von dem dem
Luftstrom in der Einlasskammer 21 entnommenen dynami schen Druckunterschied aufgebläht wie im Fall der Fig. 6.
Man erkennt, dass dieser Aufbau einen trotz Druckänderungen konstanten und dem Steuerdruck entsprechenden Durchfluss sicherstellt, weil die resultierenden Kräfte der beiden Membra nen die Gewichte gemeinsam ausgleichen. Es handelt sich demnach um eine Klappe für sog. konstanten, veränderlichen
Durchfluss .
Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Die hier gezeigte Luftklappe weist zwei bewegbare Platten 24a und 24'a auf und ist geeignet zum Erzeugen eines konstanten veränder lichen Durchflusses , und zwar mit strengen Toleranzen.
Eine erste bewegbare Platte 24a ist an der Welle 77 eines ersten Kastens 12 befestigt und wird mittels einer im Kasten montierten Blasebalgmembrane 11, die dem dynamischen
Druckunterschied des Luftstromes in der Einlasskammer 21 ausgesetzt ist, eingestellt, wie schon im Zusammenhang mit Fig.
6 erläutert. Der freie Durchlass an der Stelle, an der die
Luftdrücke entnommen werden, wird von einer zweiten bewegbaren Platte 24'a geändert, welche unabhängig von der ersten Platte 24a starr auf der Welle 77' eines zweiten Kastens
12' befestigt ist. Die Platte 24'a wird mittels einer im Kasten 12' montierten Blasebalgmembrane 11' eingestellt. Der Innenraum der Membrane 11' unterliegt einem veränderlichen Steuer druck Px, während innerhalb des Kastens 12' der örtliche
Raumdruck herrscht. Die Wirkung dieser Vorrichtung ist ähnlich derjenigen der Vorrichtung für konstanten Durchfluss nach Fig. 6. In der hier vorliegenden Ausführung nach Fig. 8 wird jedoch der freie Durchlass an der Stelle der Druckfühler stetig und automatisch durch den Steuerdruck Px reguliert, der seinerseits in einer zu regulierenden Veränderlichen bestimmt wird.
Der dynamische Druckunterschied, der an der Membrane
11 angelegt wird, kann mittels einer profilierten Platte 17 oberhalb des Druckanschlusses 6i verstärkt werden, indem eine
Venturidüse gebildet wird. Damit können strengere Toleranzen eingehalten werden.
Alle dargestellten Ausführungsbeispiele können derart ausgelegt werden, dass zum Betrieb ganz niedrige Steuerdrücke genügen, auch solche Drücke, die niedriger sind als die in der
Klimatechnik üblichen Kanalluftdrücke. Es können daher, ausgehend von vorhandenen Kanaldrücken, mittels geeigneter
Steuerkreise leicht geeignete Steuerdrücke erzeugt werden. Die beschriebenen Vorrichtungen können ohne elektrische oder pneumatische Servoenergie betrieben werden. Weiterhin weisen sie grosse funktionelle Flexibilität auf, sowie eine besonders einfache Konstruktion. Hierdurch wird ein niedriger
Kostenaufwand und eine leichte Instandhaltung gewährleistet.