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Vorrichtung zur Regelung der Durchflußmenge von Luft in Ventilationsleitungen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Durchflußmenge von Luft
in Ventilationsleitungen, bestehend aus einem luftdurchlässiges Gefüge besitzenden
Widerstandskörper, welcher sich über den gesamten Durchströmquerschnitt erstreckt,
sowie aus einer Drosselvorrichtung, durch welche der Durchströmquerschnitt des Widerstandskörpers
veränderbar ist. Derartige Widerstandskörper mit Drosselvorrichtungen haben gegenüber
durch verschiebbare Abdeckplatten mehr oder weniger außer Wirkung setzbare Lochplatten
den Vorteil einer relativ geringen, durch den hervorgerufenen Druckabfall erzeugten
Geräuschbildung. Bei den Widerstandskörpern wird nämlich der Strömungswiderstand
im wesentlichen durch Reibungsverluste hervorgerufen, die nicht zu einer Geräuschbildung
führen.
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Bei derartigen Widerstandskörpern besteht. aber das Problem einer
genauen und möglichst wirksamen Regelung des Luftdurchtritts. Diese Regelung kann
nur dann in zufriedenstellender Weise erfolgen, wenn der von dem Widerstandskörper
hervorgerufene Strömungswiderstand in dem gleichen Maße wie der freie, von der Drosselvorrichtung
nicht außer Wirkung gebrachte Teil des Widerstandskörpers, d. h. dessen freier Durchströmquerschnitt
sich ändert. Dies ist aber bei einem Widerstandskörper mit luftdurchlässigem Gefüge
kompliziert, da sich in ihm die Luft nicht geradlinig, sondern in unbestimmter Weise
durch sein Gefüge hindurchbewegen kann. Der Erfindung liegt daher der Gedanke zugrunde,
daß man verhindern muß, daß das gasförmige Strömungsmittel durch Schrägströmung
innerhalb des Widerstandskörpers in einen Bereich eindringen kann, der von der Drosselvorrichtung
außer Wirkung gesetzt werden soll.
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Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird auf einfache und
absolut sichere Weise dadurch gelöst, daß die Drosselvorrichtung aus mindestens
einer an sich bekannten, über die Oberfläche des Widerstandskörpers hinwegschiebbaren
und diesen luftdicht abdeckenden Platte besteht und daß der Widerstandskörper in
seinem luftdurchlässigere Gefüge luftdichte Trennwände besitzt, durch die der Strömungsweg
für die Luft in eine Vielzahl von sich in Strömungsrichtung erstreckenden parallelen
oder etwa parallelen Durchströmwegen aufgeteilt ist und durch welche im wesentlichen
durch Reibungsverluste ein solcher Strömungswiderstand hervorgerufen wird, der erheblich
größer als der dynamische Druck der entsprechenden Durchflußmenge in der Ventilationsleitung
ist. Durch die Anordnung luftdichter Trennwände im luftdurchlässigen Gefüge des
Widerstandskörpers wird die Ventilationsluft gezwungen, den Widerstandskörper geradlinig
und parallel oder etwa parallel zum Strömungsweg in der Ventilationsleitung zu durchströmen.
Zur Gewährleistung der genauesten Regelung reicht daher eine Drosselvorrichtung
aus, die aus mindestens einer über die Oberfläche des Widerstandskörpers hinwegsphiebbaren
und diesen luftdicht abdeckenden Platte besteht. Um mit Sicherheit eine Geräuschbildung
soweit wie möglich auszuschalten, ist der Widerstandskörper mit seinen luftdichten
Trennwänden derart ausgestaltet, daß seine Strömungswege für die Luft im wesentlichen
durch Reibungsverluste einen solchen Strömungswiderstand hervorrufen, der erheblich
größer als der dynamische Druck der entsprechenden Durchflußmenge in der Ventilationsleitung
ist, Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht der Widerstandskörper aus
einer. Vielzahl enger Rohre oder dünner Stäbe, die dicht nebeneinander, im wesentlichen
in Strömungsrichtung angeordnet sind.
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Die Erfindung wird nunmehr an Hand verschiedeteer in der Zeichnung
dargestellter Ausführungsformen näher beschrieben. )Es zeigt F i g. 1 im
Vertikalschnitt ein Lufteinblasventil reit Regulierdrosselklappe üblicher Bauart,
F i g. 2 verschiedene Kennlinien, F i g. ß einen Schnitt durch eine Ausführungsform
der Regelvorrichtung gemäß der Erfindung, F i g. 4 eine weitere Ausführungsform
dieser Regelvorrichtung im Vertikalschnitt,
F i g. 5 einen Horizontalschnitt
der Ausführungsform gemäß F i g. 4, F i g. 6 eine weitere Ausführungsform, mit welcher
eine Kennlinie gemäß der Kurve IH in F i g. 2 erhalten wird, F i g. 7 die Stirnansicht
einer Ausführungsform mit einem Widerstandskörper in der Form einer kreisrunden
Platte und F i g. 8 bis 11 im Längs- bzw. Querschnitt zwei weitere Ausführungsformen
mit einem Widerstandskörper in Form eines Hohlzylinders (F i g. 8 und 9) bzw. in
Form von Sektoren oder Mantelflächen eines solchen Zylinders (F i g. 10 und 11).
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Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung kann sowohl zum Einblasen als
auch zum Absaugen von Ventilationsluft verwendet werden. Bei den in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsformen ist daher die Strömungsrichtung der Luft nur beispielsweise
mit Pfeilen angedeutet.
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In der F i g. 1 ist mit 1 ein Ventilationsschacht für die Einblasluft
bezeichnet, welcher von dem zu belüftenden Raum durch eine Wand 2 getrennt ist.
In dieser Wand befindet sich eine Öffnung 3 für das Einblasen von Luft in Richtung
der Pfeile. Die öffnung 3, welche im vorliegenden Fall nur eine geringe Länge in
Strömungsrichtung der Luft hat, kann in anderen Fällen auch aus einer Abzweigung
großer Länge eines Kanalsystems bestehen. Dieses Teil 3 soll daher nachstehend als
»Kanal« bezeichnet -werden. An der Einmündung des Kanals in den Raum befindet sich
ein Einblasventil 4 mit einem Gitter in Form von Leitschienen, Leitblechen od. dgl.,
hinter welchen zwei Drosselklappen 5 zur Regelung der durchströmenden Luftmenge
vorgesehen sind.
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Bei Verwendung eines Einblasventils dieser Art erhält man eine Kennlinie
für die Durchflußmenge q als Funktion des freien Durchgangsquerschnittes A in der
Drosselklappenöffnung (F i g. 2). Diese Kennlinie hat die Form der Kurve I in F
i g. 2. Mit zunehmendem freiem Durchgangsquerschnitt A aus der geschlossenen Lage
nimmt die Durchflußmenge q zu Beginn sehr rasch, dann aber immer langsamer zu. Das
bedeutet, daß bei kleinen Durchflußmengen der Wirkungsgrad der Regelvorrichtung
minimal ist, was natürlich ein großer Nachteil ist. In den meisten Fällen genügt
es, eine Gerade als Kennlinie zu bekommen, wie sie durch die Linie II in F i g.
2 dargestellt ist. Das bedeutet, daß die Durchflußmenge proportional zu dem freien
Durchgangsquerschnitt zunimmt. Der Vorteil eines solchen Ventils ist, daß man die
Durchflußmenge direkt nach dem öffnungsgrad des Ventils einstellen kann. In gewissen
Fällen, insbesondere bei Verwendung großer Ventile und großer Druckunterschiede,
kann es erwünscht sein, daß die Durchflußmenge zu Beginn bei zunehmendem Durchgangsquerschnitt
sehr langsam, bei weiterer Öffnung jedoch immer schneller zunimmt. Die entsprechende
Kennlinie wird durch die Kurve IH in F i g. 2 dargestellt.
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Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 ist gemäß der Erfindung in den
Kanal 3 ein Strömungswiderstandskörper in Form einer planparallelen Platte 6 derart
eingesetzt, daß sich ihre planparallelen Oberflächen senkrecht zu der Längsausdehnung
des Kanals 3 erstrecken. Die etwas hinter der Ausmündung 7 des Kanals 3 angeordnete
Platte besteht aus einem Gehäuse mit einer Rückwand 8, einer Vorderwand 9 und der
Seitenwandung 10, die um das ganze Gehäuse herumläuft. Die Rückwand und die Vorderwand
sind durchlocht und umschließen einen Einsatzkörper 11. Dieser kann, um die gewünschte
Widerstandswirkung zu erhalten, in verschiedener Weise ausgeführt sein. Er kann
beispielsweise aus dünnen, dicht nebeneinander angeordneten Rohren aus Glas, Porzellan
od. dgl. bestehen, deren Länge gleich der Dicke der Platte ist. In diesem Fall bilden
sowohl die Rohre selbst als auch die Zwischenräume zwischen den Rohren Strömungskanäle
für die Luft. An Stelle der Rohre können auch Vollkörper in Form runder Stangen
verwendet werden, wobei dann die Strömungskanäle nur durch die Zwischenräume zwischen
den Stangen gebildet werden. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 besteht
der Einsatz dagegen aus einem homogenen Körper 11 mit parallel zum Luftstrom sich
erstreckenden eingebauten luftundurchlässigen Zwischenwänden 11'.
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Knapp oberhalb der Platte 6 befindet sich in der Kanalwand ein Hohlraum
12, in welchem ein Abdeckschild 14 für die Platte verschiebbar angeordnet ist. Zur
Abdichtung sind an den Kanten des Schildes 14 und des Hohlraums 12 Dichtungsleisten
16 angebracht. Je weiter der Schild 14 in F i g. 3 nach links verschoben wird, desto
mehr wird die Platte 6 abgedeckt und desto geringer wird der freie Durchgangsquerschnitt
für die Luft. Die Menge von durch die Platte und damit durch die Regelvorrichtung
strömender Luft wird bei einem gewissen Druckunterschied zwischen den beiden Seiten
der Platte nahezu verhältnisgleich zu dem freien Durchgangsquerschnitt der Platte,
d. h. zu der Fläche, die nicht durch, den Schild abgedeckt ist. Wenn der Körper
11 homogen wäre und keine Zwischenwände 11' hätte, d. h. wenn er in allen Richtungen
den gleichen Strömungswiderstand darbieten würde, würde die Luft an der Kante des
Schildes 14 längs einer gekrümmten Linie nach rechts strömen. Dieser Leckstrom würde
um so größer, je mehr die Platte von dem Schild 14
abgedeckt wird. Diese Strömung
verzerrt die gerade Kennlinie II in F i g. 2 in Richtung nach der Kurve I. Dieser
Leckstrom ist jedoch beim erfindungsgemäßen Einsatzkörper mit seinen luftdichten
Trennwänden völlig ausgeschlossen.
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Für die Bewegung des Abdeckorgans, sei es nun ein Schild, eine Haube
od. dgl., können verschiedene Vorrichtungen verwendet werden. F i g. 4 und 5 zeigen
eine Ausführung mit einer Zugkette, wobei für die gleichen Bestandteile dieselben
Bezugsziffern wie in F i g. 3 verwendet sind. Der Schild 14 ist dort senkrecht beweglich
und gleitet in den Führungsschienen 17, wobei er nach oben in die Abdecklage durch
eine Zugfeder 18 gezogen wird. An der Unterkante des Schildes ist eine Kugelkette
19 befestigt, welche mittels eines Rohres 20 durch die Wand 2 hindurchgeführt wird.
Die Kugelkette ist hierfür ganz besonders geeignet, da sie jeden unerwünschten Luftverlust
durch das Rohr 20 hindurch verhindert. Mittels der Kette 19 kann der Schild
14 entgegen der Wirkung der Zugfeder 18 nach unten gezogen werden, um einen
größeren oder kleineren Bereich der Platte 6 freizulegen. Dadurch kann die Strömung
auf größere bzw. kleinere Durchflußmengen eingestellt werden.
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An der Wand kann zur Befestigung der Kette 19 in einer bestimmten
Lage ein nicht dargestellter Beschlag angebracht werden. Bei der Verwendung von
Regelvorrichtungen mit einer einzigen Zugkette ist
es zweckmäßig,
die Vorrichtung so wie in. F i g. 4 dargestellt auszubilden, so daß sie beim Ziehen
der Kette geöffnet wird. Wird jedoch die Vorrichtung so konstruiert, daß sie durch
Ziehen der Kette geschlossen wird, dann besteht die Gefahr dafür, daß sie versehentlich
auch dann offen gelassen wird, wenn eine Ventilation überhaupt nicht erwünscht ist.
Es können aber auch zwei Ketten, die eine zum Öffnen und die andere zum Schließen,
vorgesehen werden. Daneben sind aber auch beliebige andere Bedienungsvorrichtungen
möglich.
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Bei der in F i g. 6 gezeigten Ausführungsform nimmt der Einsatzkörper
11 auf Grund seiner geneigten Oberfläche 9 nach unten zu an Dicke ab. Infolgedessen
nimmt auch der Durchflußwiderstand der Platte 6 von oben nach unten ab. Hierdurch
erhält man für die durchströmende Luftmenge bei fortschreitender Freigabe der Oberfläche
8 eine Kennlinie in Form der Kurve III in F i g. 2, d. h. also, die Zunahme der
Durchflußmenge erfolgt progressiv. Vor der schrägen Fläche 9 ist zweckmäßig eine
vertikale gelochte Wand 9' angeordnet.
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Die in F i g. 7 gezeigte Ausführungsform ist kreisrund. Der Kanal
3 hat hier einen kreisrunden Querschnitt, in welchem ein Einsatzkörper 6 in Form
einer kreisrunden Scheibe mit einem Dichtungsring 16 angeordnet ist. Innerhalb des
Hohlraums 12, welcher durch einen halbkreisförmigen feststehenden Schild ersetzt
werden kann, befindet sich ein zweiter halbkreisförmiger Schild 14, der drehbar
auf einer zentralen Welle 21 angebracht ist. Durch Drehen des Schildes 14 um die
Welle 21 wird ein größerer oder kleinerer Bereich der freien halbkreisförmigen Oberfläche
des Einsatzkörpers 6 freigelegt und damit die Durchflußmenge reguliert. Zum Drehen
der Welle 21 kann diese mit zwei Zugketten verbunden werden oder mit einer anderen
geeigneten Bedienungsvorrichtung ausgestattet sein. Die Kreisfläche kann aber auch
in anderer Weise als in zwei Halbkreisflächen unterteilt sein, so z. B. in Quadranten
oder in Sektoren mit kleinem Zentriwinkel. Der Schild 14 kann aus einer Anzahl Sektoren
zusammengesetzt sein, die übereinander gleiten, wodurch in der geöffneten Lage nur
ein kleiner Teil der Scheibenoberfläche abgedeckt ist. Ebenso kann man eine Abdeckvorrichtung
in der Form einer Irisblende verwenden.
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Es ist nicht notwendig, daß das Abdecken bzw. Freilegen der Oberfläche
des Widerstandskörpers mittels eines längs der Oberfläche verschiebbaren Schirmes
oder Schildes erfolgt. Die Oberfläche kann auch durch Mittel abgedeckt bzw. freigelegt
werden, die von der Oberfläche stufenweise oder stetig entfernt werden können.
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Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 8 und 9 ist ein zylindrischer
Widerstandskörper 6 vorgesehen. Auch der Schild 14 hat die Form eines Zylinders.
Der Außenmantel des Gehäuses für den Widerstandskörper ist zur Bildung eines Einbaufutters
22 verlängert, an welchem ein Frontring 23 befestigt ist. In einer zentralen Nabe
24 dieses Ringes ruht eine Achse, welche durch die Regelvorrichtung bis zu deren
Rückwand hindurchgeht. Diese Achse 25 bildet eine Führung für die Tragarme 26 des
Schildes 14, wobei die Nabe 27 längs der Achse gleitet, so daß der Schild 14 längs
der Achse 25 verschiebbar ist. Zur Regelung der Durchflußmenge wird nun der zylindrische
Schild im Widerstandskörper 6 hin- und herbewegt, nach einwärts zu dem Luftzufuhrkanal,
um die Durchflußmenge zu vermindern, und in Richtung des Kanals 3 nach außen, um
die Durchflußmenge zu erhöhen. Wenn die Regelvorrichtung ein Einstellventil sein
soll, kann der Schild 14 mit Armen 26 und Naben 27 in einer bestimmten Lage an der
Achse 25 mittels einer Stellschraube od. dgl. befestigt werden. Soll die Vorrichtung
jedoch zum wiederholten Nachstellen geeignet sein, kann der Schild 14 zum Verschieben
mit Ketten oder einer sonstigen Bedienungsvorrichtung versehen werden.
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Die Ausführungsform nach F i g. 10 und 11 unterscheidet sich von den
bisher beschriebenen Ausführungsformen insofern, als der Schild 14 für die Regelung
um die zentrale Achse 25 drehbar angeordnet ist. Der Widerstandskörper ist in zwei
zylindrische Sektoren 6 unterteilt durch dazwischen angeordnete undurchlässige Sektoren
6', die voneinander getrennt sind. Der Schild 14 ist mit der Welle 25 starr verbunden,
und zwar mittels der Arme 26 und der Naben 27. Die Welle ist einerseits in der zentralen
Nabe 24 des Ringes, andererseits in einer Lagerbüchse 29 an der Rückseite
der Vorrichtung drehbar gelagert. Durch Drehen der Welle zusammen mit dem Schild
wird die Größe der von der Luft beaufschlagten Oberflächen verändert und somit die
Durchflußmenge reguliert. Man kann dabei einen einzelnen zylindrischen Sektor verwenden,
ebensogut aber auch deren zwei oder mehr.
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Die Dicke des Widerstandskörpers in Richtung der Luftströmung kann
dem gewünschten Druckabfall und dem Strömungswiderstand des Einsatzmaterials, auf
die Längeneinheit in Strömungsrichtung bezogen, angepaßt werden. Ferner ist es zweckmäßig,
die Vorrichtung so zu konstruieren, daß der bzw. die Widerstandskörper leicht ausgebaut
oder ausgewechselt werden können.
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Zur Festlegung der Kennlinie der Regelvorrichtung kann dem Widerstandskörper
auf verschiedene Weise ein wechselnder Strömungswiderstand längs seiner Oberfläche
gegeben werden. Es wurde bereits vorher dargelegt, daß seine Dicke veränderlich
sein kann, und zwar in einem linearen Verhältnis oder nach einer gewissen Kurve.
Bei einer gewissen konstanten Dicke des Widerstandskörpers kann der Widerstand längs
der Oberfläche durch Abänderung der Eigenschaften und der Zusammensetzung des Einsatzkörpers
veränderlich gemacht werden, auch hier wieder in einem linearen Verhältnis oder
gemäß einer bestimmten Kurve.
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Die Regelvorrichtung nach F i g. 10 und 11 besitzt den Vorzug, daß
ihre Einstellung mittels eines Knaufes, Handrades, eines Armes oder Hebels, einer
Kette od. dgl. leicht vorgenommen werden kann. Zu diesem Zweck muß man nur in bekannter
Weise den Stummel 28 der Welle 25 mit der dazu notwendigen Vorrichtung versehen.
Bei gleichem Durchgangsquerschnitt und gleichem Widerstandseinsatz muß jedoch die
Vorrichtung nach F i g. 10 größere Baulänge haben als diejenige nach F i g. 8, da
ja bei der Ausführung nach F i g. 10 nur ein Teil der Mantelfläche luftdurchlässig
ist.
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Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung kann bei Ventilationssystemen
der verschiedensten Art verwendet werden, die mit Drücken oder Druckdifferenzen
völlig unterschiedlicher Größenordnungen arbeiten. Als untere Grenze für den Anwendungsbereich
kommen wohl Ventilationssysteme mit Selbstzug, also mit sogenannter natürlicher
Ventilation in
Betracht, bei welchen die Druckunterschiede oft nur
von der Größenordnung von 1 mm Wassersäule sind. Die größten Vorteile bieten jedoch
die erfindungsgemäßen Regelvorrichtungen bei den Ventilationssystemen, die mit wesentlich
höheren Drücken und Druckunterschieden arbeiten.