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Einrichtung für die Regelung des Heißluftstromes in einer Warmluft-Heizungsanlage
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung für die Regelung des Heißluftstromes
in einer Warmluft-Heizungsanlage zur Erzeugung eines aus kalter und heißer Luft
zusammengesetzten Luftgemisches mit konstanter Temperatur in der Auslaßleitung,
mit einer in der Heißluftleitung angeordneten Drosselklappe, deren Bewegung voweiner
mittels einer ersten Feder in einer Richtung vorgespannten beweglichen Platte gesteuert
wird, welche durch die aus einer ersten Düse einer Servoleitung in Abhängigkeit
von unerwünschten Temperaturänderungen des Luftgemisches in der Auslaßleitung mit
unterschiedlichem Druck ausströmende Luft betätigt wird.
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Es ist bereits bekannt, bei Warmluft-Heizungsanlagen die Zufuhr von
heißer Luft mittels einer beweglichen Drosselklappe in Abhängigkeit von Temperaturänderungen
des aus Heiß- und Kaltluft zusammengesetzten Luftgemisches selbsttätig zu regeln.
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Auch ist die Betätigung einer derartigen Drosselklappe mittels einer
beweglichen Platte und einer auf diese einwirkenden Feder bekannt. Dabei wird der
gesamte Regelvorgang durch eine bei Temperaturänderungen entsprechende Impulse in
Form von Druckänderungen liefernde Vorrichtung eingeleitet, wobei die aus einer
Düse einer Servoleitung ausströmende Luft, deren Druck den erwähnten Impulsen entspricht,
die Kraft zur Betätigung der beweglichen Platte liefert.
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Die bekannte Anordnung zum Ausregeln unerwünschter Temperaturänderungen
hat den Nachteil, daß sie verhältnismäßig langsam anspricht, d. h., es sind
relativ starke Impulse zur Auslösung des Regelvorganges notwendig. Auch sind keine
Maßnahmen vorgesehen, die eine überkompensation der auszugleichenden Temperaturänderung
verhindern, so daß ein einmal eingeleiteter Regelvorgang für einen langen Zeitraum
eine zu starke Temperaturänderung hervorruft und beispielsweise bei einer zu hohen
Temperatur, die ausgeglichen werden soll, leicht eine unter dein Sollwert liegende
Temperatur als Folge des Regelvorganges auftritt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verhältnismäßig träges
oder langsames Ansprechen der Regeleinrichtung auszuschalten und eine auf geringe
Temperaturschwankungen empfindlich ansprechende Einrichtung zu schaffen, die auch
eine überkompensation von auszugleichenden Temperaturänderungen vermeidet.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die bei
der Bewegung der Drosselklappe in Schließrichtung infolge Steuerung durch eine Kurvenscheibe
eine gegen die obenerwähnte erste Feder eine geringere Kraft ausübende zweite Feder
an der beweglichen Platte befestigt ist und in der Auslaßleitung eine aus einem
Bimetallstreifen bestehende Temperaturmeßvorrichtung angeordnet ist, deren beweglicher
Schenkel mit der bei unerwünschten Temperaturänderungen zusammen mit einer zweiten
Düse Druckänderungen in der Servoleitung bewirkenden Membran verbunden ist.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert.
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Die Heißluftleitung 24 dient der Zufuhr verdichteter Luft, beispielsweise
vom Kompressor eines Flugzeuges, wenn die Warmluft-Heizungsanlage für eine Flugzeugkabine
verwendet oder zur Verhinderung des Beschlagens und zur Enteisung einer Windschutzscheibe
dienen soll. Die Temperatur des Heißluftstromes kann geregelt werden, indem ausgewählte
Mengen warmer Luft aus der Heißluftleitung 24 mit kühlerer Luft aus der Leitung
42 gemischt werden. Das auf diese Weise in der Auslaßleitung 39 vorhandene
Luftgemisch wird durch die im folgenden beschriebene
Einrichtung
38 auf einer konstanten Temperatur gehalten.
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Wie aus der Figur ersichtlich ist, ist in der Heißluftleitung 24 eine
Drosselklappe 44 angeordnet, die zwecks Drehung mit einer Welle 46 verbunden ist.
Die Welle 46 befindet sich in einem Gehäuse 48 - und ist über ein Verbindungsglied
50 mit einem Schaft 52
verbunden, der an einer Membran 54 befestigt
ist. Auf einer Seite der Membran befindet sich eine Luftkammer 56 -und auf
der anderen Seite eine Kammer 58 für eine Feder. Innerhalb der Federkammer
58 befindet sich eine Feder 60, welche die Membran 54 innerhalb des
Gehäuses 48 in einer Richtung drückt, wobei hier angenommen werden soll, daß dabei
die Drosselklappe 44 geschlossen wird. Die auf die Membran 54 wirkende Federkraft
ist dem Luftdruck in der Kammer 56 entgegengesetzt, wobei der letztere die
Membran in der entgegengesetzten Richtung zu bewegen, d. h. zu öffnen sucht.
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Die Funktion der Einrichtung 38 besteht darin, die Stellung
der Drosselklappe 44 in der Heißluftleitung 24 einzustellen, wodurch die durch die
Leitung strömende Heißluftmenge geregelt wird und so in der Auslaßleitung
39 eine praktisch konstante Temperatur aufrechterhalten wird. Die Regelung
könnte auch in der Weise vorgenommen werden, daß die Einrichtung 38 und die
Drosselklappe 44 in der Zuleitung 42 für kühlere Luft zugeordnet wird, jedoch befindet
sich die Drosselklappe 44 vorzugsweise in der Heißluftleitung 24.
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Die Funktion der* Temperaturmeßvorrichtung 40 besteht darin, die Temperatur
in der Auslaßleitung 39 abzufühlen und einen entsprechenden Impuls an die
Einrichtung 38 abzugeben, um eine Korrektur herbeizuführen, falls die Temperatur
von einem bestimmten eingestellten Wert abweicht.
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Zu der Temperaturmeßvorrichtung 40 gehört ein Bimetallstreifen
62, der in der Auslaßleitung 39 angeordnet und der dort herrschenden
Temperatur ausgesetzt ist. Zweckmäßigerweise hat dieser Bünetallstreifen U-Form
mit einem festen Schenkel 64 und einem beweglichen Schenkel 66. Der bewegliche
Schenkel 66 ist neben einer Düse 68 (zweite Düse) in einer Servoleitung
70 angeordnet und bewegt sich durch eigene Federkraft bei Teinperaturschwankungen
in der Auslaßleitung 39, wobei die Düse 68 geöffnet oder geschlossen
wird. Bei der besonderen hier dargestellten Anordnung erfolgt das öffnen der Düse
bei einer Zunahme der Temperatur, das Schließen der Düse bei einer Abnahme der Temperatur.
Die aus der Düse 68 entweichende Luft verläßt die Temperaturmeßvorrichtung
40 durch eine Entlüftungsbohrung 72.
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Die das Schließen der Düse 68 bewirkende Federkraft des Bünetallschenkels
66 wird unterstützt durch eine Feder 74, die auf einer Verstellschraube
76 sitzt. Beiden Federkräften entgegen wirkt der Luftdruck in einer Kammer
78, wobei derselbe eine Membran 80
beaufschlagt, welche, durch ein
Verbindungsglied 82
mit dem Schenkel 66 verbunden ist. Eine Leitung
84 verbindet die, Servoleitung 70 mit der Kammer 78.
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Die Servoleitung 70 erhält dauernd Druckluft aus einer Quelle
über eine Leitung 85, in welche eine Strömungsdrossel 87 eingebaut
ist. Der Druck innerhalb der Servoleitung 70 schwankt stromabwärts von der
Drossel 87 je -nach der tatsächlichen Größe der öffnung der Düse 68, Nimmt
diesc; wirksame öffnung zu, wie es geschieht, wenn der bewegliche Schenkel
66 des Bimetallstreifens 62 infolge der Temperaturzunahme verschoben
wird, dann nimmt der Druck in der Servoleitung 70 ab. Wird dagegen die wirksame
Düsenöffnung kleiner, wie es der Fall ist, sobald der bewegliche Schenkel
66 infolge der Temperaturabnahme verschoben wird, dann nimmt der Druck in
der Servoleitung 70 zu. Durch Einstellung der auf den Schenkel
66 wirkenden Federkraft und der Lage des Schenkels 66 gegenüber der
Düse 68 kann bei irgendeiner bestimmten Temperatur innerhalb der Auslaßleitung
39 für die Servoleitung 70 ein spezifischer Druck ausgewählt werden.
Diese Einstellung erfolgt durch Bewegung der Verstellschraube 76. Es ist
nur eine einmalige Einstellung erforderlich.
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Angenommen, bei einer Temperatur von etwa 381 C innerhalb der
Auslaßleitung 39 stehe die Verstellschraube 76 so, daß sich der bewegliche
Schenkel 66 des Bimetallstreifens zu der Düse 68 in der Lage befindet,
wie sie die Figur darstellt. Damit ist für die Servoleitung 70 ein bestimmter
Druck gewählt. Dieser Druck. herrscht auch in der Membrankammer 78, so daß
die- Membran 80 eine errechenbare Kraft auf den beweglichen Schenkel
66 ausübt. Wenn nun die Temperatur in der Auslaßleitung 39
auf etwa
431 C ansteigt, wie es infolge einer Druck-oder Temperaturzunahme in einer
oder in beiden Leitungen 24 und 42 vorkommen kann, bewegt sich der Schenkel
66 im Uhrzeigersinn und vergrößert damit die wirksame Öffnung an der Düse
68. Das hat einen sofortigen und starken Druckabfall innerhalb der Servoleitung
70 sowie der Membrankammer 78
zur Folge. Bei einem Druckabfall in der
Kammer 78
nimmt die von der Membran 80 auf den Schenkel 66
ausgeübte
Kraft ab, wodurch der Schenkel gegen die Düse zurückbewegt wird, um eine neue Stellung
einzunehmen, in welcher die auf die Membran 80 und den Schenkel
66 wirkenden Kräfte sich gegenseitig aufheben. Jedoch wurde bei der ersten
Bewegung des Schenkels 66 der sich ergebende Impuls auf die Einrichtung
38 übertragen, wobei letztere der Drosselklappe 44 in der Heißluftleitung
24 eine andere Stellung gibt. Wie noch ausführlicher erklärt werden wird, erhält
die Drosselklappe dabei eine neue Einstellung, um die Heißluftzufuhr zu der Auslaßleitung
39 zu vermindern, wodurch auch die Temperatur in der Auslaßleitung herabgesetzt
wird.
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Fällt die Temperatur in der Auslaßleitung 39 von etwa
38' C auf etwa 32' C, dann bewegt sich der Schenkel 66 in der
Richtung gegen die Düse 68, womit eine erhebliche Druckzunahme in der Servoleitung
70 und der Membrankammer 78 verbunden ist. Infolge des erhöhten Druckes
auf die Membran übt dieselbe eine größere Kraft aus, so daß sich der Schenkel
66 von der Düse 68 fort in eine neue Lage bewegt, wo die auf den Schenkel
66 und die Meinbran 80 wirkenden Kräfte sich gegenseitig aufheben.
Indessen wurde der aus dem zunehmenden Druck resultierende Impuls in der Servoleitung
70 bereits auf die Einrichtung 38 übertragen, welche dann eine Neueinstellung
der Drosselklappe 44 veranlaßte, um den Zustrom warmer Luft zu der Auslaßleitung
39
zu vergrößern.
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Wie bereits erwähnt wurde, weist die Einrichtung 38 eine Luftkammer
56 auf, wobei die Einstellung der Drosselklappe 44 in der Heißluftleitung
24 durch die Zunahme bzw. Abnahme des Druckes in der Kammer 56 geregelt wird.
Die Kammer 56 erhält
Luft aus irgendeiner Druckluftquelle,
welche durch eine Leitung86 angeschlossen werden kann. In der Leitung
86 befindet sich ein Ventil 88; es wird selektiv so eingestellt, daß
es Luft aus der Leitung 68 in die Leitung 85, welche die Servoleitung
70 versorgt, sowie in eine Leitung 90, welche die Luftkammer
56
versorgt, strömen läßt. Das Ventil 88 kann nach Wahl auch so eingestellt
werden, daß es die Leitung 86 absperrt und die Leitungen 85 und
90 über eine Abflußleitung 92 entlüftet. In der Leitung
90 befindet sich eine Strömungsdrossel 94, so daß der Druck in der Kammer
56 stromabwärts von der Drossel geändert werden kann.
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Der Druck innerhalb der Kammer 56 wird geändert durch Änderung
der wirksamen öffnung einer Düse 96 (erste Düse) am Ende einer Leitung
98, welche mit der Leitung 90 sowie mit der Luftkammer 56 in
Verbindung steht, um für die letzteren einen Auslaß zu bilden. Die wirksame öffnung
der Düse 96 wird durch eine bewegliche Platte 100 bestimmt, auf welche
eine Membran 102 einwirkt, die mit der Platte 100 durch ein Verbindungsglied
104 verbunden ist. Die Membran 102 befindet sich in einer Kammer 106, welche
durch eine Leitung 108 mit der Servoleitung 70 in Verbindung steht.
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Die bewegliche Platte 100 ist bei 110 angelenkt, so
daß eine Zunahme des Druckes in der Servoleitung 70 mit der damit verbundenen
Zunahme der durch die Membran 102 ausgeübten Kraft die Platte 100 so bewegt,
daß die Düse 96 geschlossen wird. Bei einer Abnahme des Druckes und der durch
die Membran ausgeübten Kraft bewegt sich die Platte so, daß die Düse geöffnet wird.
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Die Platte 100 ist durch eine erste Feder 114 in einer Richtung
vorgespannt. Eine auf eine Kurvenscheibe 116 wirkende und auf die bewegliche
Platte 100 gegenüber der ersten Feder 114 eine geringere Kraft ausübende
zweite Feder 112 ist ebenfalls an der Platte 100 befestigt. Die erste Feder
114 ist mittels einer Stellschraube 118 einstellbar. Die zweite Feder 1.12
drückt die bewegliche Platte 100 in einer die Düse 96 schließenden
Richtung, während die einstellbare erste Feder 114 die Platte 100 in einer
die Düse öffnenden Richtung drückt.
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Ein in Form eines Druckanstiegs in der Servoleitung 70 vorhandener
Impuls, der als Folge in der Auslaßleitung 39 auftritt, erhöht die von der
Meinbran 102 auf die bewegliche Platte 100 ausgeübte Kraft, wodurch die Platte
100 in der Düsenschließrichtung bewegt wird. Dies verursacht einen sofort
fühlbaren Druckanstieg in der Kammer 56 und damit ein öffnen der Drosselklappe
44. Ein von der Temperaturmeßvorrichtung 40 infolge einer Temperaturzunahme übertragener
Impuls eines Druckabfalls vermindert die von der Membran 102 ausgeübte Kraft, wodurch
die erste Feder 114 die Platte 100 in eine Richtung zum Öffnen der Düse
96
schwenkt, um den Druck in der Kammer 56 zu vermindern, wobei die
Drosselklappe 44 durch eine Feder 60 in Schließrichtung gedreht wird.
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Das Nachstellen der Schraube 118 zur Einstellung der Kraft
der ersten Feder 114 ermöglicht die Wahl einer bestimmten Lage der Platte
100 zu der Düse 96
bei einem bestimmten Druck in der Servoleitung
70,
d. h. bei einem bestimmten, von der Membran 102 auf die Platte
100 ausgeübten Druck. Diese Einstellung der Platte ergibt ihrerseits eine
bestimmte Drosselklappenstellung. Hieraus ergibt sich, daß die Verstellschraube
118 ein Mittel zur Wahl der Temperatur in der Auslaßleitung 39 darstellt.
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Eine Änderung des von der Temperatur in der Auslaßleitung
39 abhängigen Impulsdruckes in der Membrankammer 106 ergibt eine verhältnismäßig
große Druckänderung in der Kammer 56. Diese Druckänderung bewirkt daher eine
erhebliche Drehung der Drosselklappe 44. Wenn die Welle 46 sich dreht, dann dreht
sich auch die Kurvenscheibe 116, um die wirksame Kraft der zweiten Feder
112 zu ändern. Wenn sich die Drosselklappe 44 in Ab-
hängigkeit von der zunehmenden
Temperatur in der Auslaßleitung 39 in Schließrichtung bewegt, dann bewegt
sich auch die Kurvenscheibe 116 so, daß die wirksame Kraft der zweiten Feder
112 erhöht wird. Die erhöhte Kraft bewegt die Platte 100 in der Richtung
des Schließens der Düse 96, um den Druck in der Leitung 98 und in
der Kammer 56 zu erhöhen, wodurch die Drosselklappe veranlaßt wird, sich
in öffnungsrichtung zurückzubewegen, bis die auf die Platte einwirkenden Membran-
und Federkräfte in einer neuen Lage der Drosselklappe sich wiederum gegenseitig
aufheben bzw. ausgleichen.
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Wird die Drosselklappe 44 infolge abnehmender Temperatur in der Auslaßleitung
39 in öffnungsrichtung bewegt, dann dreht sich die Kurvenscheibe
116
so, daß die wirksame Kraft der zweiten Feder 112 abnimmt, wodurch die
erste Feder 114 die Platte 100
in der Richtung des öffnens der Düse
96 bewegen kann. Dadurch nimmt der Druck in der Leitung 98
und in der
Kammer 56 ab, so daß sich die Drosselklappe nunmehr in Schließrichtung zurückbewegt.
Eine neue Lage der Drosselklappe ist festgelegt, sobald die auf die Platte einwirkenden
Membran- und Federkräfte wieder im Gleichgewicht sind.
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Die zweite Feder 112 sorgt nämlich für die Nachstellung der beweglichen
Platte 100, um die Drosselklappe 44 neu einzustellen, nachdem letztere bereits
bewegt worden ist, um die Temperatur in der Auslaßleitung 39 zu korrigieren.
Die beschriebene Einrichtung korrigiert die Temperaturabweichungen in der Auslaßleitung
rasch und stellt die Drosselklappe 44 neu, um die berichtigte Temperatur aufrechtzuerhalten.