DD140075A5

DD140075A5 - Betaetigungsvorrichtung fuer die verstellung beweglicher elemente,insbesondere eines ventilverschlussstuecks

Info

Publication number: DD140075A5
Application number: DD78209309A
Authority: DD
Inventors: Zbigniew R Huelle
Original assignee: Danfoss As
Priority date: 1977-11-25
Filing date: 1978-11-24
Publication date: 1980-02-06
Also published as: FR2410309A1; AU4187278A; JPS5482727A; GB2011072A; IT7869695A0; DE2752571A1; GB2011072B; SE7812077L; DK517778A

Description

Betätigungsvorrichtung zur Verstellung beweglicher Elemente, insbesondere eines Ventilverschlußstücks

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Betätigungsvorrichtung für die Verstellung eines bev/eglichen Elements, insbesondere des Verschlußstücks eines Ventils, mit einer Kapsel, die ein Ausdehnungsmittel, eine diesem Wärme zuführende oder entziehende, elektrische Heiz- bzw. Kühlvorrichtung, einen Rückmelde-Temperaturfühler und einen die Verstellung des beweglichen Elements bewirkenden, verlagerbaren Wandabschnitt aufweist, und mit einer Steuereinheit, die die Heiz- bzw. Kühlvorrichtung in Abhängigkeit von der rückgemeldeten Temperatur und.mindestens einer weiteren Größe, wie Sollwert, Pührungsgröße o. dgl., mit Strom versorgt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei einer bekannten Betätigungsvorrichtung dieser Art ist die Kapsel mit einer Ausdehnungsflüssigkeit gefüllt, die bei Erwärmung einen mit dem Verschlußstück eines Heizungsventils verbundenen Kolben verschiebt. Der Verstellweg ist eine Punktion der Temperatur der Ausdehnungsflüssigkeit, so daß das Ventil in Abhängigkeit von der genannten weiteren Größe betätigt werden kann.

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Gemäß einem weiteren Vorschlag wird als Ausdehnungsmittel ein zweiphasiges Medium benutzt, bei dem der Druck der Dampfphase eine Funktion der Temperatur an der Oberfläche der flüssigen Phase ist. Die Stellung des Verschlußstücks eines Ventils hängt von dem Gleichgewichtszustand einer Membran o« dgl. ab, die einerseits von diesem Dampfdruck und andererseits von einer Gegenkraft, z. B. dem Druck des zu regelnden Mediums oder einer Feder, belastet ist«

Bei Verwendung einer Heizvorrichtung erfolgt die Temperaturerhöhung in der Kapsel, indem über die Heizvorrichtung Wärme zugeführt wird. Eine Abkühlung erfolgt durch Wärmeabfuhr an die Umgebungsluft, sofern nicht, wie bei einem Kälteventil, Wärme auch über das Ventil abfließen kann. Wird eine Kühlvorrichtung, z. B. ein Peltier-Element, verwendet, entzieht diese der Kapsel Wärme, während die Wärmezufuhr aus der Umgebungsluft erfolgt. Da die Temperatur sich aufgrund eines Gleichgewichtszustandes zwischen zugeführter und abgeführter Wärme einstellt, führt die Abhängigkeit von der Umgebungsluft dann zu Störungen, wenn singuläre. Luftströme mit anderer Temperatur oder anderer Geschwindigkeit auf die Kapselwand auftreffen, also wenn bei geöffnetem Fenster oder geöffneter Tür Zugluft entsteht oder ein Ventilator einen Gebläseluftstrom erzeugt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, Regelvorgänge über Verstellungen beweglicher Elemente, wie das Verschlußstück eines Ventils_s sicherer und effektiver durchführen zu können.

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,, eine Betätigungsvorrichtung der eingangs beschriebenen Art, bei der Umgebungsluft Wärme abführt oder aufnimmt, anzugeben, die gegen solche singulären Luftströme weniger empfindlich ist«.

Diese Aufgabe wird erf.indungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kapsel mit einer Schutzhülle versehen ist, die einen Abstand von der Kapselwand hat und der verbleibende Zwischenraum über obere und untere Öffnungen mit der Umgebung in Verbindung steht· .

Bei dieser Konstruktion wird die Umgebungsluft lediglich durch Konvektionsströmung infolge der positiven oder negativen Kaminwirkung in dem Zwischenraum zwischen Kapselwand und Schutzhülle an der Kapsel vorbeigeführt_β Diese Kaminwirkung entsteht, weil die Kapsel grundsätzlich wärmer oder kälter alß die Umgebungsluft ist. Sie führt zu einem intensiven Wärmeaustausch» Hierbei ist aber der Einfluß der singulären Luftströme anderer Geschwindigkeit oder anderer Temperatur außerordentlich gering. Die Geschwindigkeit der Konvektionsströmung wird durch außerhalb der Schutzhülle auftretende Luftströme höherer Geschwindigkeit praktisch überhaupt nicht beeinflußt. Die Temperatur der im Zwischenraum strömenden Luft liegt im ungünstigsten Fall zwischen der Temperatur der singulären Luftströmung und der übrigen Umgebungsluft, da lediglich Teile des singulären Luftstromes unter Vermischung mit der übrigen Umgebungsluft in den Zwischenraum eintreten« Die Schutzhülle hat den weiteren Vorteil, daß auch zeitweilig auftretende Strahlung nur einen geringen Einfluß auf die Wärmeabfuhr oder -zufuhr hat. Ins-

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gesamt ist daher wirksam vermieden, daß sich aufgrund solcher singulären Luftströme eine unerwünschte Verstellung des beweglichen Elements ergibt. Eventuell verbleibende Einflüsse sind so gering, daß sie sehr leicht über den Regelkreis Rückmelde-Temperaturfühler - Steuereinheit Heiz» bzw. Kühlvorrichtung ausgeglichen werden können« Da hierbei vielfach auf PD oder PID-Glieder verzichtet werden kann, ergibt sich eine verhältnismäßig einfache elektronische Steuerung.

Wenn die Kapsel eine annähernd zylindrische Seitenwand hat, empfiehlt es sich, sie mit einer im wesentlichen zylindrischen Schutzhülle zu umgeben. Dies führt zu einer sehr einfachen Bauform mit genau definiertem Strömungskanal für die Konvektionsluft» Normalerweise stehen die Achsen der zylindrischen Seitenwand und der zylindrischen Schutzhülle vertikal. -

Man kann aber auch eine horizontale oder eine beliebige Anordnung der Achsen zulassen, wenn die im wesentlichen zylindrische Schutzhülle Längsschlitze, vorzugsweise drei gleichmäßig über den Umfang verteilte Längsschlitze, aufweist _β Wenigstens einer dieser Längsschlitze dient als untere Öffnung, wenigstens ein weiterer Längsschlitz dient als obere Öffnung für die Konvektionsströmung.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Eg zeigen:

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Pig· 1: einen Längsschnitt durch ein thermostatisches Expansionsventil mit einer Betätigungsvorrichtung gemäß der Erfindung und

Pig· 2: in räumlicher Darstellung eine Ausführungsform der Schutzhülle·

Ein thermostatisehes Expansionsventil 1 hat einen Eintrittsstutzen 2 zum Anschluß an den Kondensator einer Kälteanlage und einen Austritfsstutzen 3 zum Anschluß an einen Verdampfer dieser Kälteanlage· Das Ventil weist ein Gehäuse 4 auf, an dem ein Ventilsitz 5 ausgebildet ist· Ein zugehöriges Verschlußstück 6 steht einerseits unter dem Einfluß einer Feder 7_f die mit Hilfe eines Schraubstutzens 8 justierbar ist und stützt sich andererseits unter Zwischenschaltung eines Schaftes 9 und einer Druckplatte 10 an einer Membran 11 ab, die vom Dampfdruck p_f in einer Kapsel 12 belastet ist· Der Raum 13 unterhalb der Membran 11 ist mit einem Balgelement 14 versehen, das den Ventilschaft 9-derart abschließt, daß der Kondensatordruck keinen Einfluß auf die Ventilfunktion hat· . [

Die Kapsel 12 weist einen Behälter 15 auf, der durch einen Deckel 16 abgeschlossen ist« Der Behälter trägt an einem unteren Plansch die Membran 11 und einen Gegenflansch 17, der mit einem Schraubgewinde 18 versehen ist· Die Kapsel kann daher vom Ventilgehäuse 4 abgeschraubt und auf ein anderes Ventilgehäuse aufgeschraubt werden· Der Deckel 16 wird von drei Stiften 19j 20 und 21 durchsetzt, welche mittels einer Glasisolierung 22 in Durchbrüchen des Deckels gehalten sind_s so daß sich eine elektrische Durchführung 23 ergibt« In der Kapsel 12 befindet sich ein zweiphasiges

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Medium 24, das eine Flüssigkeitsphase 25 und eine Dampfphase 26 aufweist. In der Plüssigkeitsphase ist ein Heizwiderstand 27 in der Form eines Heizwendeis untergebracht, der von Drahtträgern 28 gehalten wird.· Außerdem befindet sich in der Flüssigkeitsphase ein NTC-Widerstand 29, der als Rückmelde-Temperaturfühler dient· Dieser Fühler ist mit den Stiften 19 und 20 verbunden, der Heizwiderstand 27 mit dem Stift 21 und der Masse der Kapsel 12·

Masse und .Stifte, sind über vier Leitungen 30 mit einer Steuereinheit 31 verbunden, die einen Drehknopf 32 zur Sollwerteinstellung aufweist·

Die zylindrische Wand des Behälters 15 wird von einer zylindrischen Schutzhülle 33 umgeben, welche mit Haltestegen 34 an der Kapsel 12 befestigt ist· Diese Haltestege können beispielsweise in zwei Ebenen je um 120° gegeneinander versetzt angeordnet sein. Sie müssen mit der Kapsel nicht fest verbunden sein, sondern können auch durch Klemmung an ihr halten· Auf diese Weise ergibt sich zwischen Schutzhülle 34 und Wand des Behälters 15 ein Zwischenraum 35, der eine Kaminwirkung hat, da im Betrieb das zweipnasige Medium 25 und damit die Kapsel 12 eine höhere Temperatur hat als die Umgebungsluft.

Für die nachstehend beschriebene Betriebsweise sei angenommen, daß die Steuereinheit 31 zusätzlich von der Temperatur eines Fühlers 36 beeinflußt ist, der die Überhitzungstemperatur am Verdampferausgang mißt· Mit Hilfe der Steuereinheit 31 wird die Temperatur des zweiphasigen Mediums 24 durch Beheizen des Heizwiderstandes 27 und damit der Dampfdruck P^ auf einem solchen Wert gehalten, daß das Expansions-

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ventil 1 eine Öffnungsstellung einnimmt, bei der die gewünschte Überhitzungstemperatur annähernd konstant gehalten wird· Steigt die Überhitzungstemperatur, so bewirkt die Steuereinheit 31 eine stärkere Beheizung des zweiphasigen Mediums 24? der ansteigende Dampfdruck p- führt zu einer größeren Öffnung des Expansionsventils, so daß die Überhitzungstemperatur wieder auf den eingestellten Sollwert zurückgeführt wird« Die über den Heizwiderstand 27 zugeführte Wärme steht in einem Gleichgewicht mit der von der Umgebungsluft, welche als Konvektionsströmung durch den Zwischenraum 35 strömt, abgeführten Wärme. Luftströmungen, die mit höherer Geschwindigkeit oder anderer Temperatur auf die Schutzhülle 33 auftreffen, beeinflussen das Arbeitsverhalten der Betätigungsvorrichtung nur unwesentlich, da die Geschwindigkeit der Konvektionsströmung hierdurch praktisch überhaupt nicht und die Temperatur der Konvektionsströmung infolge von Mischvorgängen nur geringfügig geändert wird·

In Fig· 2 ist eine abgewandelte Form der Schutzhülle 37 veranschaulicht. Sie weist drei um 120° versetzte Längsschlitze 38ί 39 und 40 auf, die lediglich durch Yerbindungsstege 41 unterbrochen sind. Eine solche zylindrische Schutzhülle kann auch mit waagerechter Achse angeordnet werden, wie es in Verbindung mit einer gestrichelt eingezeichneten Kapsel 12 mit horizontaler Achse veranschaulicht ist· In der dargestellten Lage wirken die beiden Längsschlitze 39 und 40 als untere Öffnungen und der Längsschlitz 38 als obere Öffnung, so daß im Zwischenraum 35 wieder eine Konvektionsströmung auftritt. Die Schutzhülle 37 kann daher wahlfrei se mit vertikaler Achse, mit horizontaler Achse oder mit beliebiger Achse angeordnet werden·

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Wenn die Betätigungsvorrichtung in beliebigen Einbaulagen montiert werden können soll, empfiehlt es sich, Fühler und Heizwiderstand annähernd in der Mitte des Behälters anzuordnen, damit einerseits diese Teile immer von der Flüssigkeit bedeckt sind, andererseits aber ein möglichst großer Dampfraum vorhanden ist. Empfehlenswert ist ein Volumen der Flüssigkeitsphase von 60 bis 75 % des Behältervolumens·

Abweichungen von den dargestellten Ausführungsbeispielen können in vielfacher Hinsicht vorgesehen werden. Beispielsweise können die Haltestege 34 durch Längsstege ersetzt werden, wenn lediglich eine vertikale Anordnung der zylindrischen Schutzhülle 33 in Betracht kommt. Die Stege kön- · nen einfach durch Prägungen der Schutzhülle .erzeugt sein. Die Schutzhülle bzw. die Stege 34 können auch aus einem schlecht wärmeleitenden Material bestehen, damit die singulären Luftströme nicht durch Erwärmung oder Abkühlung der Schutzhülle einen zu großen Einfluß auf das Ausdehnungsmittel nehmen.

Claims

9 - 9 - 7. 2. 1979 ·'·>.. 54 501 16 Erfinaun^Banspruch · ·

1. Betätigungsvorrichtung zur Verstellung beweglicher Elemente, insbesondere eines Ventilverschlußstücks, mit einer Kapsel, die ein Ausdehnungsmittel, eine diesem Wärme zuführende oder entziehende, elektrische Heiz·» bzw· Kühlvorrichtung, einen Rückmelde-Temperaturfühler und einen die Verstellung des beweglichen Elements bewirkenden, verlagerbaren Wandabschnitt aufweis-t, und mit einer Steuereinheit, die die Heiz- bzw. Kühlvorrichtung in Abhängigkeit von der rückgemeldeten Temperatur und mindestens einer weiteren Größe, wie Sollwert, Führungsgröße ο« dgl., mit Strom versorgt, gekennzeichnet dadurch, daß die Kapsel (12) mit einer Schutzhülle (33; 37) versehen ist, die einen Abstand von der Kapselwand hat und der verbleibende Zwischenraum (35) über obere und untere Öffnungen mit der Umgebung in Verbindung steht«,

2. Betätigungsvorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß bei einer Kapsel (12) mit annähernd zylindrischer Seitenwand diese mit einer im wesentlichen zylindrischen Schutzhülle (33» 37) umgeben ist.

3· Betätigungsvorrichtung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die im wesentlichen zylindrische Schutzhülle (37) Längsschlitze (385 39? 40) aufweist.

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4· Betätigungsvorrichtung nach Punkt 3? gekennzeichnet dadurch, daß drei gleichmäßig über den Umfang verteilte Längsschlitze (38? 39» 40) vorgesehen sind.

Kieizii yf Seite Zeichnung