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Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für Gasbrenner
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Regeleinrichtungen für Gasbrenner
sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Bekannte Regeleinrichtungen
für Gasbrenner
verfügen über ein
Hauptventil, ein Servoventil und einen Servoregler, wobei nach dem
Stand der Technik der Servoregler der Sollwerteinstellung und der
Regelung eines Gasausgangsdrucks dient.
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Eine derartige Regeleinrichtung ist
aus der
DE 100 26
035 A1 bekannt. Die dort beschriebene Regeleinrichtung
für Gasbrenner
weist ein Haupt- und ein Servoventil auf, wobei über das Servoventil die Öffnung des
Hauptventils geregelt wird. Zur Modulation des Gasausgangsdrucks
ist ein Aktuator für das
Servoventil vorgesehen, der ein Öffnen
und Schließen
des Servoventils mit der entsprechenden Frequenz erzielt, die moduliert
werden kann.
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Weiterhin ist eine Regeleinrichtung
bekannt, deren Funktionsprinzip in 2 dargestellt
ist. Diese Regeleinrichtung verfügt über ein
Hauptventil, dessen Ventilteller 21 mit einem Ventilsitz 22 zusammenwirkt
und von einer Feder 30 in die Schließstellung belastet wird. Der
Ventilteller 21 ist mit einer Membran 23 verbunden,
oberhalb der ein erster Gasraum 24 vorgesehen ist. Das
Gas strömt
vom Einlass 34 in den zweiten Gasraum 25 ein und
kann bei geöffnetem
Hauptventil in den dritten Gasraum 31 weiterströmen und
von dort zum Auslass 35. Ist das Hauptventil geschlossen,
wird eine Gasströmung
unterbunden. In der Schließstellung
befindet sich das Zweiwegeventil 29, das elektrisch betätigbar ist,
in der geschlossenen Stellung. In dieser Stellung wird das Zweiwegeventil 29 aufgrund
einer entsprechenden Druckdifferenz in den Gasräumen 24, 25,
die auf die Membran 25 wirkt, und aufgrund der Kraft der
Feder 30 gehalten, die auf den Ventilteller 21 wirkt.
Daher strömt
Gas über
die zweite Gasleitung 26, die einen gewissen Widerstand
aufweist, der ggf. durch eine Drossel 32 beeinflusst werden
kann, in die erste Gasleitung 27, da ein Durchfließen des
Zweiwegeventils 29 aufgrund der geschlossenen Stellung
desselben nicht möglich
ist. Kommt es zum Druckausgleich zwischen dem ersten Gasraum 24 und
dem zweiten Gasraum 25, so wird das Hauptventil dennoch
sicher in der geschlossenen Stellung gehalten, da dieses durch die
Druckfeder 30 in die geschlossene Stellung belastet wird.
Wird das Zweiwegeventil 29 geöffnet, strömt Gas über die erste Gasleitung 27 und
die zweite Gasleitung 26 durch das Zweiwegeventil 29 in die
dritte Gasleitung 28, die im dritten Gasraum 31 mündet. Der
Leitungsabschnitt vor dem Zweiwegeventil 29 bzw. durch
das Zweiwegeventil 29 hindurch weist einen gewissen Strömungswiderstand
auf, der ggf. durch eine Drossel 33 beeinflusst werden
kann. Gas strömt
somit aus dem ersten Gasraum 24 ab, bis in dem ersten Gasraum 24 und
in dem dritten Gasraum 31 der gleiche Gasdruck herrscht.
Weiterhin fließt
kein Gas über
die erste und zweite Gasleitung 27, 26 in den
ersten Gasraum 24 nach, da dieses vielmehr über das
Zweiwegeventil 29 in die dritte Gasleitung und damit in
den dritten Gasraum 31 strömt.
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Wird das Zweiwegeventil 29 wieder
geschlossen, ist also ein Abströmen über die
dritte Gasleitung 28 in den dritten Gasraum 31 unmöglich, kommt
es wieder zum Druckausgleich zwischen dem ersten 24 und
dem zweiten Gasraum 25 mit der Folge, dass das Hauptventil
wieder schließt.
Es ist ersichtlich, dass für
die Funktionsweise dieser Regeleinrichtung die Abstimmung der Leitungswiderstände von
entscheidender Bedeutung ist. Derartige Regeleinrichtungen müssen eine
gewisse Mindestschließgeschwindigkeit
aufweisen. Um ein entsprechend schnelles Schließen des Hauptventils zu ermöglichen,
müssen
daher die Leitungswiderstände
entsprechend abgestimmt sein. Weiterhin muss eine bestimmte Öffnungsgeschwindigkeit
gewährleistet
sein und selbstverständlich
eine bestimmte Maximalöffnung
des Hauptventils, die den erwünschten
Gasstrom vom Einlass 34 zum Auslass 35 gewährleistet. Eine
Druckmodulation durch nur Einstellen eines bestimmten Differentialdrucks
zwischen erstem 24 und zweiten Gasraum 25, ist bei dieser
Regeleinrichtung nicht möglich.
Die Querschnitte und Strömungswiderstände der
Gasleitungen sind so abgestimmt, dass die erforderliche und gewünschte Öffnungs- und
Schließgeschwindigkeit
erreicht wird. Beim Öffnen
des Zweiwegeventils 29 wird das Hauptventil somit zwangsläufig mit
einer vorbestimmten Geschwindigkeit in die Offenstellung gebracht,
wohingegen bei Schließen
des Zweiwegeventils 29 sich mit der erwünschten Schließgeschwindigkeit
ein vollständiges Schließen des
Hauptventils einstellt. Eine Druckmodulation ist daher nur möglich, wenn
das Servo-Zweiwegeventil 29 gepulst betrieben wird, wobei
die Pulsweite moduliert werden kann.
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Aus der
DE 100 18 757 A1 ist eine
Gasarmatur bekannt, die über
zwei hintereinander geschaltete Hauptventile verfügt. Das
zweite Hauptventil wird mittels einer Membran betätigt, durch
die zwei Räume
abgetrennt werden, die jeweils mit einem Drei-/Zweiwegeventil verbunden sind und das
Hauptventil durch entsprechende Drücke in den genannten Kammern
steuern. Der Auslassbereich des zweiten Hauptventils ist mit einem
Servoventil verbunden, das wiederum mit dem genannten Drei-/Zweiwegeventil
in Wirkverbindung ist.
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Aus dem Dokument
DE 689 22 090 T2 ist ein Proportionalregelventil
bekannt, mittels dem das Regelverhalten eines gasbetriebenen Durchlauferhitzers
verbessert werden soll. Dieses Proportionalregelventil weist ein
Hauptventil auf, dessen Einlassbereich mit einem Steuerventil über eine
Drossel verbunden ist. Das Hauptventil wird mittels einer Membran
gesteuert, die zwei Gasräume
voneinander trennt, von denen der obere Gasraum mit dem Steuerventil
verbunden ist. Das Steuerventil ist somit mit dem Gasraum oberhalb
der Membran des Hauptventils und mit dem Auslassbereich des Hauptventils
verbunden, um die gewünschte
vorteilhafte Regelung des Gasstromes durch das proportionale Regelventil zu
gewährleisten.
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Das Dokument
DE 100 18 757 A1 beschreibt eine
Gasarmatur zum Regeln des Druckes und zum Absperren eines Gasstroms,
mittels der eine Regelung über
einen breiten Bereich und ein optimales Regelverhalten ermöglicht werden
soll.
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Diese Gasarmatur verfügt über zwei
hintereinander geschaltete Hauptventile, die über Membranen gesteuert werden.
Die dem zweiten Hauptventil zugeordnete Membran grenzt zwei Kammern
voneinander ab, die jeweils mit einem Drei-/Zweiwegeventil verbunden
sind, um das Hauptventil zu steuern. Der Auslassbereich des zweiten
Hauptventils ist mit einem Servoventil verbunden, das wiederum mit
dem genannten Drei-/Zweiwegeventil in Wirkverbindung ist. Die Regelung
des Hauptventils erfolgt im Wesentlichen über das genannte Drei-/Zweiwegeventil.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine
Regeleinrichtung für
Gasbrenner mit einem Hauptventil und einem Servoventil zu schaffen,
die auf relativ einfache Weise eine Druckmodulation ohne Frequenzmodulierung
des Servoventils ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Mit der Erfindung wird eine Regeleinrichtung für Gasbrenner
geschaffen, die als Servoventil eine Dreiwegeventileinrichtung aufweist,
das über
Gasleitungen mit einem ersten Gasraum verbunden ist, der im Wesentlichen
abgeschlossen ausgebildet ist und über dessen Druck das Hauptventil
betätigt
wird, was später
anhand des konkreten Ausführungsbeispiels noch
detailliert erläutert
wird. Weiterhin verbindet die Dreiwegeventileinrichtung wahlweise
den ersten Gasraum mit einem zweiten Gasraum im Einlassbereich der
Regeleinrichtung oder mit einem dritten Gasraum im Auslassbereich
des Regelventils. Die Dreiwegeventileinrichtung kann durch ein einziges Dreiwegeventil
oder eine entsprechende Kombination von Zweiwegeventilen geschaffen
werden.
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Über
eine derartige Schaltung lässt
sich auf einfache Weise das Hauptventil steuern und darüber hinaus
der Öffnungsquerschnitt
des Hauptventils modulieren, um die gewünschte Modulation der Gasströmung durch
die Regeleinrichtung zu erzielen.
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Zweckmäßig wird das Hauptventil durch
eine entsprechende Druckdifferenz zwischen den Gasräumen und
weiterhin mittels einer Feder in die geschlossene Stellung belastet
und wird durch Unterdruck in dem ersten Gasraum gegenüber dem
zweiten Gasraum geöffnet.
Hierzu ist das Hauptventil mit einer Membran in Wirkverbindung,
die den ersten Gasraum abtrennt.
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An derartige gattungsgemäße Regeleinrichtungen
werden hinsichtlich der Öffnungs-
und Schließgeschwindigkeit
des Hauptventils bestimmte Anforderungen gestellt. Um diese zu erfüllen, sind
die Querschnitte und Strömungswiderstände in den
Gasleitungen und durch die Dreiwegeventileinrichtung hindurch auf
die gewünschte Öffnungs-
und Schließgeschwindigkeit
des Hauptventils vorteilhafter Weise abgestimmt. Weiterhin ist vorteilhaft
der Querschnitt und die Strömungswiderstände in den
Gasleitungen und der Dreiwegeventileinrichtung, insbesondere in der
Gasleitung, die die Dreiwegeventileinrichtung mit dem zweiten Gasraum
verbindet, und dem entsprechenden Einlassbereich der Dreiwegeventileinrichtung
für eine
Modulation der Öffnung
des Hauptventils abgestimmt. Eine wirkungsvolle und gut steuerbare
Modulation ist nur möglich,
wenn der gewünschte Öffnungsquerschnitt
des Hauptventils reproduzierbar und zuverlässig einstellbar ist. Dies
ist bei der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung
ohne weiteres möglich,
da die Gasleitung für
den Druckaufbau im ersten Gasraum vollkommen unabhängig von
der Gasleitung für
den Druckabbau im ersten Gasraum ausgeführt ist.
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Die Erfindung wird nun anhand eines
bevorzugten Ausführungsbeispiels
beschrieben.
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1 zeigt
eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung.
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Das Gas strömt vom Einlass 14 zum
zweiten Gasraum 5. Befindet sich das Hauptventil in der
dargestellten geschlossenen Stellung, sitzt also der Ventilteller 1 auf
dem Ventilsitz 2 auf, kann das Gas nicht weiter zum dritten
Gasraum 11 und somit nicht weiter zum Auslass 15 strömen. Die
Gasströmung
ist unterbrochen und die Regeleinrichtung gesperrt. Der Ventilteller 1 wird
mittels einer Druckfeder 10 in die geschlossene Stellung,
daher auf den Ventilsitz 2 gedrückt. Der Ventilteller 1 ist
in Wirkverbindung mit einer Membran 3, die im oberen Bereich
der Regeleinrichtung eine erste Gaskammer 4 abtrennt. Das
Dreiwegeventil 9 ist mit drei Gasleitungen verbunden, von denen
die erste Gasleitung 7 mit dem ersten Gasraum 4 oberhalb
der Membran 3 verbunden. Die zweite Gasleitung 6 verbindet
das Dreiwegeventil 9 mit dem zweiten Gasraum 5.
Die dritte Gasleitung 8 schließlich verbindet das Dreiwegeventil 9 mit
dem dritten Gasraum 11.
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In der dargestellten geschlossenen
Stellung ist das Dreiwegeventil so geschaltet, dass die erste Gasleitung 7 und
die zweite Gasleitung 6 miteinander verbunden sind. Aufgrund
dieser Schaltung ergibt sich eine Druckdifferenz zwischen dem ersten
Gasraum 4 und dem zweiten Gasraum 5, die zusammen mit
der Kraft der Feder 10 den Ventilteller 1 des Hauptventils
in der geschlossenen Stellung hält.
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Zum Öffnen des Hauptventils wird
das Dreiwegeventil 9 in eine Stellung gebracht, in der
es die erste Gasleitung 7 mit der dritten Gasleitung 8 verbindet.
Durch diese Verbindung wird der Druck im ersten Gasraum 4 zum
dritten Gasraum 11 und damit zur Auslassseite der Regeleinrichtung
hin entlastet. Aufgrund des Strömungswiderstands
vor dem Dreiwegeventil 9 fällt der Druck vor dem Dreiwegeventil 9 ab und
der Druck im ersten Gasraum 4 wird daher rasch abgebaut.
Aufgrund der so entstehenden Druckdifferenz zwischen dem ersten
Gasraum 4 und dem zweiten Gasraum 5 wird das Hauptventil
geöffnet,
da der Druck im zweiten Gasraum 5 höher wird als der Druck im ersten
Gasraum 4. Über
die Membran 3 wird somit der Ventilteller 1 gegen
die Kraft der Feder 10 nach oben bewegt und vom Ventilsitz 2 abgehoben,
wodurch der Öffnungsquerschnitt
des Hauptventils freigegeben wird. Soll das Hauptventil wieder geschlossen
werden, wird das Dreiwege ventil 9 einfach in die eingangs
genannte Stellung gebracht, in der die erste Gasleitung 7 mit
der zweiten Gasleitung 6 verbunden ist. Auf diese Weise
wird wieder Druck im ersten Gasraum 4 aufgebaut und das
Hauptventil geschlossen. Durch geeignete Zwischenstellung des Dreiwegeventils 9 ist
es möglich,
eine bestimmte Druckdifferenz zwischen dem ersten Gasraum 4 und dem
zweiten Gasraum 5 einzustellen. Hierzu muss das Einströmen des
Gases über
die zweite Gasleitung 6 und die erste Gasleitung 7 in
den ersten Gasraum 4 sowie das Abströmen des Gases über die dritte
Gasleitung 8 entsprechend eingestellt werden.
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Die Strömungsquerschnitte durch die
Gasleitungen sowie durch das Dreiwegeventil 9 hindurch sind
ebenso wie die Strömungswiderstände auf
das Öffnungs-
und Schließverhalten
des Hauptventils abgestimmt. Um ein schnelles Öffnen und/oder Schließen zu erreichen,
sind grundsätzlich
große
Querschnitte und geringe Strömungswiderstände zweckmäßig. Die
Abstimmung der Querschnitte und Strömungswiderstände muss
jedoch auch hinsichtlich des gewünschten
Modulationsverhaltens des Hauptventils erfolgen. Insbesondere die
Verbindung des ersten Gasraums 4 mit dem zweiten Gasraum 5 muss
daher hinsichtlich Querschnitt und Strömungswiderstand auf das Öffnungsverhalten
des Hauptventils besonders auf die Feder 10 sowie die Membran 3 abgestimmt
werden, um die gewünschte
Modulation des Öffnungsquerschnitts
zu ermöglichen.