DE102004058144B3

DE102004058144B3 - Selbstregulierender Strömungsmengenbegrenzer

Info

Publication number: DE102004058144B3
Application number: DE200410058144
Authority: DE
Inventors: Frank Wiedenfeld
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2024-12-01

Abstract

Selbstregulierender Strömungsmengenbegrenzer (SSB) in Gehäusejustierungsausführung, mit in einem Gehäuse auf einer gemeinsamen Hauptachse gelagerter Verschlussscheiben in wählbarer Anzahl und Verschlussflächenteilung, und Propellern, die in Abhängigkeit von einer Volumendurchströmmenge in einem Strömungsrohr im und auch als als Gehäuse die Verschlussscheiben auf der Achse derart drehen, dass sich eine Durchströmungsquerschnittfläche ändert, und mindestens eine Feder oder Spirale, die einem Drehmoment des Propellers entgegen wirkt, und einer Achse mit einer Justiermechanik, die senkrecht zur Hauptachse in einem Nippel oder einer Muffe gelagert ist, auf eine Vorspannung der mindestens einen Feder oder Spirale auf der Hauptachse mechanisch einwirkt.

Description

Techniken zur selbsttätigen Regulierung einer Durchströmungsmenge in Lüftungskanälen sind einschlägig bekannt, z.B. in Form eines Ballons in einem rundem Strömungskanal, welcher sich bei Druckabfall hinter dem Ballon (Luftabströmungsseite), z.B. durch öffnen eines Fensters oder einer Tür, im Lüftungskanal weitet und so den Durchströmungsquerschnitt des Kanals verkleinert wodurch die Durchströmungsmenge selbsttätig reguliert wird. Eine weitere stark verbreitete Möglichkeit ist die Verwendung einer runden Scheibe, welche auf einer über dem Durchmesser des runden Lüftungskanal eingebrachten Achse drehbar montiert und mit einer Rückholmechanik versehen ist. Bei einem Experiment mit dieser Lösungsmöglichkeit hatte ich das Problem, dass die Verschlussklappe ständig auf, ständig zu oder diese zwischen auf und zu ständig, sehr geräuschintensiv hin und her geschlagen hat. In der wirtschaftlichen Anwendung wird dieses Problem durch unterschiedliche Mechaniken z.B. durch Stoßdämpfer eher schlecht behoben. Alle mir bekannten Lösungen haben ein stark begrenzten Justierbereich und hohe Durchströmungsmengentoleranzen.

Weitere artverwandte Techniken sind aus den Schriften: US 4.449.664 , DE 200 08 213 U1 , DE 203 19 353 U1 , EP 1 460 352 A1 , EP 1 314 936 A2 , WO 03/086483 A2, JP 2004085115 A und DE 103 50 571 B3 bekannt, welchen jedoch ein anderes Funktionsprinzip zugrunde liegt.

Die Erzielten Vorteile besehen in einem großem Justierbereich von minimaler Durchströmungsmenge (Menge die benötigt wird um den Trägheitswiederstand zu überwinden) bis hin zur statischen Überlastung der Einzelnen Komponenten (Menge, Druckdifferenz bei der, der SSB zerstört wird), einer geringen Durchströmungsmengentoleranz (Menge bei der, der SSB den Volumenstrom reguliert), einem geringen Betriebsgeräusch, einer Beeinflussung des Strömungsverhaltens (tornadoänliche Verwirbelung der Luft im Kanal oder an der Austrittsöffnung bei Montage als Endstück durch den Propeller), sowie einfacher Herstellung durch Teilereduzierung.

Der SSB kann in allen Be-/Entlüftungssystemen in der Gebäudetechnik als Strömungsmengenregulierer und Rückstauventil eingesetzt werden.

Im nachfolgendem werden unterschiedliche Konstruktionslösungen und Funktionen des SSB beschrieben.

SSB Lösung A

Durch Luftströmung im Kanal wird Druck an den Schaufeln (1) des Propellers erzeugt, wodurch dieser Rotationskraft, -energie erzeugt, wodurch die Verschlussscheiben entsprechend der eingestellten Volumendurchströmungsmenge den Durchströmungsquerschnitt verkleinern. Die Justierung erfolgt über verschiedene (Mechaniken, durch eine Schnecke (2) dessen Justierachse (3) parallel zum Durchmesser verläuft und außerhalb des Gehäuses mit einem Stellknauf (4) versehen ist, welche mit einem Schneckenrad (5) verbunden ist, welches auf der Hauptachse (6) fest oder lose montiert ist, an welchem eine Feder oder Spirale (7) befestigt ist, welche um die Hauptachse angeordnet ist, welche mit dem Propeller als Rückholmechanik verbunden ist. Durch Drehung am Stellknauf und so der Mechanik, wird die (Feder oder Spirale gespannt oder entlastet, wodurch die Rückholspannung und so Durchströmungsmenge eingestellt wird. Durch Aussparungen (9 + 15) so wie Stopp-/Mitnehmerbolzen oder -laschen (11 + 12) wird der Rotationswinkel, die Bewegungsgröße der Verschlussscheiben so begrenzt, dass die Verschlussscheiben maximal eine geschlossene Oberfläche ergeben oder minimal die Verschlussflächen (13) der Verschlussscheiben hintereinander angeordnet sind. Die Teilung der Verschlussflächen ist individuell. Bei großen Flächen, großen Winkeln wenig Scheiben und starke Verkleinerung des Durchströmungsquerschnittes. Bei kleine Flächen, kleinen Winkeln viele Scheiben und geringe Verkleinerung des Durchströmungsquerschnitts. Die Größe des Durchströmungsquerschnitts hängt fortführend von der Anzahl der Verschlussflächen hab. Als Mittelmaß gilt, 4 Verschlussflächen pro Verschlussscheibe bei einem Verschlussflächenwinkel von 10°. Folglich, minimale Reduzierung des Runden Durchströmungsquerschnittes um 40° = 11,1% durch die Verschlussscheiben.

SSB Lösung B

Wie Lösung A jedoch Justierung durch drehen am Gehäuse.

Hier wird die Rückholspannung dadurch eingestellt, dass parallel zum Durchmesser eine Achse oder ein Befestigungssteg fest mit einem Nippel oder einer Muffe (Lüftungsrohrverbindungsstück) verbunden ist, welche vorerst drehbar in oder auf das Gehäuse geschoben ist, an welcher die Feder oder Spirale befestigt ist, welche an dem Propeller oder der Hauptachse befestigt ist.

Alternativ hierzu kann die Feder oder Spirale auch direkt mit dem Nippel oder der Muffe verbunden werden. Das Hauptfunktionsteil, Verschlussscheiben mit Achse und Propeller wird im Idealfall mit der Anschlagscheibe ins Gehäuse eingeklebt.

SSB Lösung C

Wie A jedoch Justierung durch einen Servomotor.

Hier wird die Stellung der Verschlussscheiben über einen Servomotor elektronisch oder manuell reguliert wobei die Durchströmungsmenge durch einen individuellen Sensor gemessen wird, zum Bsp. an Hand der Drehzahl des Propellers.

Bei dieser Lösung können sämtliche SSB über einen separaten Serviceraum justiert werden. Weiterführend kann an dem frei rotierendem Propeller ein Dynamo für die Energieversorgung des Servos und zur Drehzahlmessung angebracht werden. Die Energie wird in einem Speichermedium, welches ggf. zusammen mit der Ansteuerelektronik außerhalb des Lüftungskanals montiert ist gespeichert. So kann auf eine externe Energieversorgung verzichtet und der SSB digital zum Bsp. über Liehtwellenleiter reguliert werden.

SSB Lösung D

Ähnlich wie A, B und C jedoch sind hier die Verschlussscheiben durch Gewebe ersetzt. Auf das Gewebe sind in bestimmten Winkelabständen Versträbungen aufgebracht, welche sowohl am Gehäuse als auch an der Achse in Führungsschlitzen eingebracht oder auf eine Führungsschiene aufgeschoben sind. Im offenen Zustand ist das Gewebe gefaltet, im geschlossenem gestrafft.

SSB Lösung E

Durch Luftströmung im Kanal wird ein Lüfterrad, Propeller zum Drehen gebracht, welches über Kegelzahnräder mit der symmetrisch oder asymmetrisch angeordneten Achse der Verschlussklappe verbunden ist. Durch das sich drehende Lüfterrad wird die Verschlussklappe, entsprechend des eingestellten Durchgangvolumenstromes durch drehen so in die Luftströmung gestellt, dass der eingestellte Volumenstrom stets auf gleichem Niveau gehalten wird. Durch eine Rückholfeder und ggf. durch die asymmetrische Aufhängung der Verschlussklappe wird diese und das Lüfterrad in Nullstellung (Stellung bei der die Verschlusskappe 100% der maximal möglichen Durchströmungsmenge durch läst) gebracht. Ggf. kann durch die asymmetrische Anordnung der Verschlussklappenachse für voreingestellte und nicht justierbare SSBes auf die Rückholfeder verzichtet werden.

In weiteren zeichnerisch dargestellten Beispielen wird für die mechanische Verbindung zwischen Lüfterrad und Verschlussklappe eine biegsame Achse oder ein Schneckengetriebe verwendet. Weitere, zeichnerisch nicht dargestellte mechanische Verbindungsmöglichkeiten sind z.B.: Seilzüge, Keil-/Zahnriemen, Magnete, Reibungselemente, Wellengelenke, Kettenantriebe und Gewinde-/Zahnstangenmechaniken, so wie die Steuerung durch Servomotoren und den dazugehörigen Messvorrichtungen.

Es zeigen die Zeichnungen:
1, Vorderer Montagering, zum anpassen an Lüftungsrohr, zur Montage als Gehäusejustierungsgerät. (Nippel oder Muffe)
2, Reduzierring, Ausgleichsstück zwischen vorderem Montagering (Zeichnung 1) und Gehäuse (Zeichnung 4). Zum befestigen der Anschlag-/Verschlussscheibe (Zeichnung 3).
3, Anschlag-/Verschlussscheibe, als Anschlag für Stellung 0 und 1 und als erstes Verschlussstück. Befestigungsvorrichtung für die Achse und den Stopbolzen. Wird mit den Laschen in die Aussparungen im Gehäuse (Zeichnung 4) geschoben.
4, Gehäuse, zum einbringen der verschiedenen Komponenten.
5 bis 12, Verschlussscheiben, zum regulieren des Volumenstroms. Werden über die Achse in die Anschläge der Anschlag-/Verschlussscheibe (Zeichnung 3) geschoben.
13, Verschlussring, zum Verschließen des Luftspaltes zwischen Verschlussscheiben (Zeichnung 5–12) und Gehäuse. Wird gegenüber von der Anschlag-/Verschlussscheibe (Zeichnung 3) in die Aussparungen im Gehäuse (Zeichnung 4) geschoben. Kann bei Lösung B, C & D auch durch Zeichnung 16 ersetzt werden.
14, Propeller, zur Erzeugung eines volumenstromabhängigem Drehmomentes, wird frei drehbar auf die Achse geschoben, Einbringung des Mitnehmerbolzens. Wird mit der Feder verbunden.
15, Äußerer Reduzier-/Montagering, Ausgleichsstück zwischen hinterem Montagering (Zeichnung 17) und Gehäuse (Zeichnung 4). Zum befestigen des Justierringes (Zeichnung 16) und des Verschlussringes (Zeichnung 14)
16, Justierkreuz, zum befestigen der Achse und für die Justierung durch drehen am Gehäuse. Wird mit den Laschen in die Aussparungen des äußeren Reduzier-/Montageringes (Zeichnung 15) und des hinteren Montageringes (Zeichnung 17) geschoben.
17, Hinterer Montagering, zum anpassen an Lüftungsrohr. Siehe Zeichnung 15.
16, Hinterer Montagering, zur Montage des SSB als Lüftungskanal-Endstück. Ersetzt Zeichnung 15 und 17.
19, SSB in Kavaliersperspektive, Darstellung mit Justierung über Schneckenmechanik und einer Kombination aus Propeller und Verschlussscheibe.
20, SSB in Querschnittsansicht, siehe Zeichnung 19
21, Siehe Zeichnung 3
22, Propeller-/Verschlussscheibe, siehe Zeichnung 14 und 5 bis 12.
23 bis 28, Siehe Zeichnung 5 bis 12
29, einen SSB mit Schneckenmechanik, Verschlussklappe, Lüfterrad auf der Abströmungsseite, justierbarer Rückholfeder, Lagereinheiten und einer Muffe als Gehäuse in Querschnittansicht entlang der Muffenachse auf zwei Ebenen, Prinzipzeichnung;
30, einen SSB mit Kegelzahnradmechanik, Verschlussklappe, Lüfterrad auf der Abströmungsseite und Achsenhaltebügeln in Querschnittansicht entlang der Muffenachse, ohne Darstellung der Lagereinheiten und der Justiermechanik;
31, einen SSB wie Zeichnung 2 jedoch mit Lüfterrad auf Anströmungsseite;
32, einen SSB mit Schneckenmechanik, Verschlussklappe, Lüfterrad auf der Anströmungsseite, justierbarer, innenliegender Rückholfeder, einer Muffe als Gehäuse in Verbindung mit einem Stück Rohr als Justiermechanik und Achsenhaltebügeln in Querschnittansicht entlang der Muffenachse, ohne Darstellung der Lagereinheiten;
33, eine Verschlussklappe mit Aufhängungsachsen und einer Biegsamen Achse als Übertragungsmechanik zur 90° versetzten und auf der Anströmungsseite angeordneten Lüfterradachse in Querschnittansicht entlang des Achsenquerschnitts.

Bezugszeichenliste zu Zeichnung 1 bis 28, zur Erfindung SSB, selbstregulierender Strömungsmengenbegrenzer

01: Propellerschaufeln
02: Schnecke
03: Justierachse
04: Stellknauf
05: Schneckenknauf
06: Hauptachse
07: Feder, Spirale
08: Aussparungen für Montagelaschen
09: Stopaussparung
10: Befestigung für Feder oder Spirale
11: Stoplasche
12: Mitnehmerlaschen
13: Verschlussflächen
14: Bohrung für Stopbolzen
15: Mitnehmeraussparung
16: Anschlag
17: Montagelaschen
18: Bohrung für Achse bzw. Kugellager
19: Bohrung für Mitnehmerbolzen

Bezugszeichenliste zu Zeichnung 29 bis 33, zur Erfindung SSB, selbstregulierender Strömungsmengenbegrenzer

01: Schnecke
02: Schneckenrad
03: Verschlussklappe
04: Lüfterrad
05: Rückholfeder
06: Lagereinheiten (hier Gleitlager)
07: Muffe
08: Achsenhaltebügel
09: Stellringe
10: Justierscheibe
11: Antirutschscheibe, -beschichtung
12: Verschlussklappenachse
13: Lüfterradachse
14: Kegelzahnräder
15: Lüftungsrohrstück
16: Biegsame Achse z.B. Kunststoff oder Federstahl
17: Strömungsrichtung

Claims

Selbstregulierender Strömungsmengenbegrenzer (SSB) in Gehäusejustierungsausführung, mit in einem Gehäuse auf einer gemeinsamen Hauptachse gelagerter Verschlussscheiben in wählbarer Anzahl und Verschlussflächenteilung, und Propellern, die in Abhängigkeit von einer Volumendurchströmmenge in einem Strömungsrohr im und auch als als Gehäuse die Verschlussscheiben auf der Achse derart drehen, dass sich eine Durchströmungsquerschnittfläche ändert, und mindestens eine Feder oder Spirale, die einem Drehmoment des Propellers entgegen wirkt, und einer Achse mit einer Justiermechanik, die senkrecht zur Hauptachse in einem Nippel oder einer Muffe gelagert ist, auf eine Vorspannung der mindestens einen Feder oder Spirale auf der Hauptachse mechanisch einwirkt.
Selbstregulierender Strömungsmengenbegrenzer (SSB), mit einer parallel zum Gehäusedurchmesser gelagerten Hauptachse, von welcher ein Ende aus dem Gehäuse heraus ragt, welche am herausragendem Ende mit einer Justiermechanik, bestehend aus einer Feder oder Spirale in Verbindung mit einer Einstell- und Fixiermechanik, verbunden ist, welche dem in Abhängigkeit des durch einen Volumenstrom erzeugten Drehmomentes des Propellers mechanisch entgegen wirkt, mit einem auf der Hauptachse gelagerten Kegelzahnrad und symmetrisch oder asymmetrisch flächig gelagerten Verschlussscheiben, mit einer senkrecht zur Hauptachse gelagerten Achse mit Propeller und Kegelzahnrad, welches mit dem Kegelzahnrad der Hauptachse im Eingriff steht.
Selbstregulierender Strömungsmengenbegrenzer (SSB) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Achse der Justiermechanik, welche senkrecht zur Hauptachse im Gehäuse gelagert ist, eine Schnecke fest montiert ist, welche im Eingriff mit einem auf der Hauptachse beweglich gelagertem Schneckenrad steht, welches mit einer Feder oder Spirale verbunden ist, welche mit der Hauptachse oder Propeller oder Verschlussscheibe verbunden ist.
Selbstregulierender Strömungsmengenbegrenzer (SSB) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende der Achse der Justiermechanik aus dem Gehäuse heraus ragt und an diesem Ende ein Justierknauf mit oder ohne Fixiermöglichkeit festigt ist.
Selbstregulierender Strömungsmengenbegrenzer (SSB) nach Anspruch 1 und 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussscheiben über Laschen und/oder Aussparungen und/oder Bolzen mit Verschlussscheiben und/oder einer Anschlagscheibe und/oder dem Propeller im Eingriff stehen.
Selbstregulierender Strömungsmengenbegrenzer (SSB) nach Anspruch 1 und 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer Verschlussscheibe die Propellerblätter integriert sind.
Selbstregulierender Strömungsmengenbegrenzer (SSB) nach Anspruch 1 und 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Verschlussscheibe aus einem fächerförmig gefaltetem Gewebe ist.
Selbstregulierender Strömungsmengenbegrenzer (SSB) nach Anspruch 1 und 4 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende der Feder oder Spirale aus dem Gehäuse geführt ist und durch herausziehen und Fixieren des Endes der Feder, insbesondere durch verkleben oder verklemmen, eine Federspannung justierbar ist.
Selbstregulierender Strömungsmengenbegrenzer (SSB) nach Anspruch 1 und 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussscheiben durch, in Nullstellung betrachtet, fächerförmig gefaltete Plättchen, welche insbesondere mittels Klebeband oder Scharnieren nach dem Fächerprinzip funktionieren, ersetzt oder ergänzt werden.
Selbstregulierender Strömungsmengenbegrenzer (SSB) nach Anspruch 1 und 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse der Justiermechanik, an welcher die Feder eingehängt ist, durch einen in den Strömungskanal hineinragenden Befestigungssteg ersetzt wird.