DE2011696A1 - Luftmengenregler - Google Patents

Description

DipUng. A. Spatthoff JMHBWD Essen, Petmanstr.31 Telefon 772008 »Luftwengderegulator

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Nor disk Ventilator Co· A/S, Naeetved,Dänemark Luftmengenregler.

Die Erfindung betrifft einen Luftmengenregler mit einem Durchtrittspalt, dessen Gröese mit Hilfe einer Drosselklappe verstellbar ist, deren Welle unter dem Einfluss eines mit dem Kleinerwerden des Spalts zunehmenden, der Sctsliessrichtung entgegengerichteten Drehmoments zum Konstanthalten der pro Zeiteinheit durchtre tenden Luftmenge, und zwar unabhängig vom Druckunterschied zwischen dem Eintritt und dem Austritt der Luft, steht. i

Es ist ein Luftmengenregler mit einer Drosselklappe bekannt geworden, die mit Hilfe eines Gewichtes so ausbalanciert ist, dass der Unterschied zwischen den zu beiden Seiten der Klappe herrschenden Drücken die Klappe entgegen der Wirkung des Gewichtes zu schliessen sucht.

Solche Regler werden hauptsächlich in Ventilationsöffnungen in Gebäudewänden, z.B. Stallwänden, benutzt und dienen insbesondere zum Verhindern oder Reduzieren von Zug bei direkten, kräftigen* Windeinflüssen· Sie eignen sich dahingegen nicht für die Anwendung in solchen Fällen, in denen man wünscht, die durchströmende Luftmenge mit erheblicher Genauigkeit auf einem konstanten Wert zu halten, wie z.B. bei Klimaanlagen, wobei es beispielsweise an allen Ausblasstellen erwünscht ist, dass die Luftmenge auf einem konstanten Wert gehalten wird, und zwar unangesehen Druckschwankungen in der Anlage, die beispielsweise aufgrund von Schwankungen im Verbrauch an anderen Stellen der Anlage auftreten können.

In solchen Fällen werden in der Regel kompliziertere LuftBengenregler verwendet, bei denen eine Drossel irgendeiner Art von einem gesonderten Organ gesteuert wird, das unter dem Einfluss von Variationen im Eintrittdruck steht. Zum Beispiel ist eine Konstruktion bekannt, bei der sich zwischen der Eintrittseite und der Austrittseite des Reglere eine Trennwand befindet, die mit

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Schlitten versehen let und die Form eines Zylinderabechnlttee besitzt. Bine entsprechende zylindrische Platte kann längs dieser Trennwand bewegt werden und die Schlitse lassen sich auf diese Weise mehr oder weniger öffnen. Die zuletzt genannte Platte 1st an einer planen Platte befestigt, die in einer Radialebene im Zylinder liegt und drehbar um eine Achse gelagert iet, die mit der Achse des Zylinders zusammenfällt. Beim Hindurchströmen der Luft entsteht ein Druckunterschied zwischen den beiden Selten der planen Platte, so dass ein Drehmoment ausgeübt wird, das die zylindrische Platte zum Schliessen der Schlitze zu bewegen sucht, und ein entgegengesetzt gerichtetes Drehmoment wird von einer Feder ausgeübt. Da das von der Feder ausgeübte Drehmoment nicht linear mit dem Drehwlnkel variiert, 1st es, um eine selche Regelung zu erzielen, dass die Luftmenge konstantgehalten wird, erforderlich, dass die Schlitze in der zylindrischen Platte einer Kurve folgend variieren, die der Variation des von der Feder ausgeübten Drehmoments entspricht· Die Seitenlinien der Schlitse müssen daher eine bestimmte, der Wirkung der Feder angepasste Kurvenform aufweisen. Ausser in ihrer Ausführung kompliziert zu sein, geben die angewendeten Spalte Anlass zu erheblichem Lärm, und ferner besteht Neigung zum Pendeln.

Der erfindungegea&see Luftmengenregler ist dadurch gekennzeichnet, dass auf der Welle der Klappe eine Kurvenscheibe angebracht 1st, die mit Hilfe eines tangentialen Zugbandes mit einer Feder verbunden ist, und dass die Form dieser Kurrenscheibe so bestimmt 1st, dass das von der Feder auf die Welle der Klappe ausgeübte Drehmoment in jeder gegebenen, innerhalb des Regelbereiches befindlichen Winkelstellung dem vom Luftstrom auf die Welle der Klappe ausgeübten Drehmoment in derselben Winkelstellung und bei einem Luftdurchtritt, der bei dieser Winkelstellung der gewünschten Luftmenge pro Zeiteinheit entspricht, gleich und dieser¹ entgegengerichtet 1st.

Ea ist unmittelbar ersichtlich, dass eine solche Konstruktion feit einfacher als die gewuhnlicherweise benutzten Luftmengenregler ist, und ferner hat es sich durch Versuche erwiesen, dass es möglich ist, ein äusserst zufriedenstellendes Konstanthalten der Luftmenge zu erreichen, und dass Pendeln überhaupt nicht vorkommt.

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Daneben hat der erfindungegemäsee Luftmengenregltr noch den Vorteil, «Saee eich die konstantsuhaltend«, pro Zeiteinheit hindurchstrÖMnde Luftmenge auf Susserat einfache Weise innerhalb eines erheblichen Bereiches Auf jeden beliebigen Wert einstellen laset·

Nachstehend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es ieigt

Fig. 1 schematised eine Seitenansicht einer Aueführungeform dee erfindungegemäeaen Luftaengenreglers und

Fig. 2 einen Teil derselben in der Draufsicht,,

Der geieigte Regler hat ein Gehäuse 1 mit einer zum Anschluss eines Luftkanals bestimmtenElntrlttuffnung 2 und einer Austrittöffnung 3.

Im Inneren des Gehäuses 1st eine Drosselklappe 4 auf einer drehbaren Welle 5 angebracht und ausserdera ist in der geseigten Ausführungafoni eine Seitenwand 6 vorgeeehen, die eine solche Form hat j dass der Durchströsaquerschnitt ungefähr proportional der Winkeldrehung der Klappe 4 geändert «ird·

An d«r Welle 5 ist ein Organ β mit einer Kurvenfläche 9 befestigt, so dass dieses Organ 6 als eine Kurvenscheibe betrachtet werden kann. Ar. diesem Organ oder dieser Kurvenscheibe β ist ein Zugband 10 befestigt» das in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Klappe 4 gegen «inen grOeseren oder kleineren Teil der Kurvenfläche 9 anliegt· Dieses Zugband ist mit einer Schraubenfeder 11 verbunden, die einstellbar an eine» Halteorgan 12 befestigt 1st, und nmr ist eine Schraub· 13 in die Schraubenfeder 11 eingeschraubt und auf dieser Schraube sitit eine Kutter Η mit einer Ansah! Kerben 15, τοπ denen jeweils swei «dt ungebogenen Kanten 16 am Halteorgan 12 in Eingriff gehalten *er<dtn können.

Kit Hilfe der !futter 14 liest sieh eine Einstellung^ der Hullstellung Tomehatn, indea die Mutter 14 durch der Federepannung entgegenwirkenden lug ausser Eingriff alt der Kante 16 gebracht und daraufhin in die gewünschte Stelliuig gedreht werden kann. Sie Einstellung Wird so Torgenoeeen, dass das Band 10 gerade gestreckt ist, wenn die Klappe L*&&&~&ßll· Jtoyhlag 7 anliegt, jedoch ohne

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dasa die Windungen der Feder auseinandergezogen werden, bevor die Klappe 4* wenn sie geschwenkt wird, geradeeben den Anschlag 7 verlässt.

Das Gewinde der Schraube 13 hat die gleiche Steigung wie die Schraubenfeder 11 und ein solches Profil, dass die Schraube in die Feder eingeschraubt werden kann, ohne dass deren Windungen ihre Form oder ihre Lage relativ zueinander ändern. Die Spannung der Feder 11 wird deshalb dadurch, dass die Schraube mehr oder weniger in die Feder eingeschraubt wird, nicht geändert, so dass das bereits erwähnte Einstellen der Nullstellung bei jeder beliebigen Einschraubtiefe der Schraube 13 in die Feder 11 vorgenommen P und die Nullstellung danach beibehalten werden kann, auch wenn die Einschraubtiefe geändert wird. Wenn die Klappe 4 vom Anschlag 7 weg und in Richtung Ihrer geschlossenen Stellung geschwenkt wird, wird die Feder 11 immer stärker gespannt und es lässt sich eine Kurve zeichnen, die die Federspannung als Funktion des Drehwinkels der Welle 5 der Klappe 4 veranschaulicht.

Wird hiernabh eine Einstellung der Einschraubtiefe der Schraube 13 in die Feder 11 vorgenommen, wird, wie bereits erwähnt, die Spannung der Feder 11 in der Nullstellung nicht verändert. Dahingegen wird die wirksame Länge der Feder geändert, da derjenige Teil der Feder, in den die Schraube 13 eingeschraubt ist, nicht ^ mehr wie eine Feder wirkt. Dies bedeutet, dass beim Schwenken der ™ Klappe 4 swar die Federspannung völlig der gleichen Kurve wie vorher folgt, nur muss die Abszisse entsprechend der Änderung der wirksamen Länge der Feder 11 geändert werden.

Wenn sich ein Luftstrom durch den Regler bewegt, besteht ein Unterschied zwischen den zu beiden Seiten der Klappe 4 herrschenden Drücken, so dass sich die Klappe so zu bewegen sucht, dass sie den Durehetrömquerschnitt verkleinert. Hierdurch wird die Feder 11 gespannt, so dass die Klappe eine Stellung einnimmt, in der Gleichgewicht zwischen Druckunterschied und Federspannung herrscht.

Ee bereitet nun keine Schwierigkelten, der Kurvenfläche 9 eine solche Form zu verleihen,dass die den Regler durchströmende Luftmenge unangesehen Druckschwankungen auf der Eintrittseite des

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Reglers kwistantgehalten werden kann. ■

Jeder Stellung der Klappe 4 entspricht ein bestimmter Durchströmquerschnitt. Um eine konstante Luftmenge zu erreichen, muss jedem Durchströmquerschnitt eine bestimmte Strömungsgeschwindigkeit der Luft entsprechen. Eine bestimmte Strömungsgeschwindigkeit bei einem gegebenen Durchströmquerschnitt bewirkt einen bestimmten Druckunterschied zwischen den beiden Seiten der Klappe 4 und damit ein bestimmtes Drehmoment an der Welle 5. Die Feder 11 übt ein entgegengesetztes Drehmoment auf die Welle 5 aus, das von der Federspannung und dem Arm bestimmt wird, mit welchem die Feder durch das Band 10 auf die Welle 5 wirkt. Der Kurvenfläche 9 wird deshalb eine solche Form verliehen, dass das von der Feder 11 ausgeübte Drehmoment bei jeder Stellung der Klappe 4 die gleiche Grosse hat wie das von der Klappe 4 ausgeübte, entgegengesetzt gerichtete Drehmoment in derjenigen Stellung, in der die Strömungs.-geschwindigkeit bei dem durch diese Stellung festgelegten Durchströmquerschnitt eine solche Grosse besitzt, dass die bestimmte Luftmenge pro Zeiteinheit vom Regler abgegeben wird.

Wenn dies der Fall ist, wird unabhängig vom Druck innerhalb der durch die mögliche Variation des Durchströmquerschnitts festge-_ legten Grenzen die festgelegte, konstante Luftmenge pro Zeiteinheit abgegeben. .

Wird nun die Schraube 13 verstellt, wird, wir oben erwähnt, die Nullstellung beibehalten und die Federspannung für jede einzelne Stellung braucht lediglich mit dem Verhältnis zwischen der ursprünglichen und der neuen wirksamen Länge der Feder 11 multipliziert zu werden, welches bedeutet, dass das Drehmoment^ das durch den Druckunterschied in jeder einzelnen Stellung auf die Klappe 4 ausgeübt werden soll, mit derselben GrÖsse multipliziert werden muss, was wiederum bedeutet, dass die hindurchströmende Luftmenge für jeden gegebenen Durchströmquerschnitt mit der Quadratwurgel dieser Grösse multipliziert werden muss, so dass bei der neuen Einstellung ebenfalls eine konstante, aber geänderte hindurchströmende Luftmenge pro Zeiteinheit aufrechterhalten wird.

Man kann deshalb den Regler Innerhalb eines gewissen Regelinter-

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- 6 -valls auf jede beliebige konstantzuhaltende Luftmenge einstellen·

Wie aus Fig« 2 hervorgeht, ist in der gezeigten Ausführungsform an jeder Seite, d.h. an jedem Ende der Welle 5 ein Organ β mit augehöriger Feder 11 vorgesehen. In diesem Fall wird jede der beiden Federn für sich in die Nullstellung gebracht, und zwar wird zu diesem Zweck zuerst die eine und dann die andere unwirksam gemacht, z.B. durch Lösen des Bandes 10 von seiner Verbindung mit der Feder 11.

Wenn daraufhin beide Federn wirksam sind, steht in den einzelnen Stellungen jeweils die Summe der von den beiden Federn auf die . Welle 5 ausgeübten Drehmomente dem von der Klappe 4 ausgeübten Drehmoment entgegen. Die Wirkung ist im übrigen genau die gleiche wie die oben an Hand von Fig.l ·· * beschriebene« bei welcher an sich nur mit einer einzelnen Feder gerechnet wurde.

Die Anwendung zusammenwirkender Federn kann dimensionierungsmässige Vorteile haben, kann aber auch auf eine ganz besondere Weise ausgenutzt werden, wenn solche dimensionierungsmässigen Vorteile nicht in Betracht gezogen werden brauchen, und zwar können die Federn so festgehalten werden, dass sie sich nach Belieben leicht unwirksam und wirksam machen lassen, z.B. dadurch, dass der Halter 12 verschiebbar zwischen zwei festgelegten Stellungen angebracht ist, von denen die eine der wirksamen Stellung der Feder, in welcher das Einstellen der Nullstellung erfolgt, und die andere einer Stellung der Feder entspricht, in welcher diese in jeder Winkelstellung der Klappe 4 unwirksam ist« Wenn die Feder am einen Ende des Reglers in dieser Weise angebracht ist, kann man zu jeder Zeit nach Belieben den Regler entweder auf die eine oder die andere von zwei bestimmten Luftmengen pro Zeiteinheit einstellen, da, wenn die betreffende Feder unwirksam gemacht worden ist, nur j die andere Feder eis Drehmoment auf die Welle 5 ausübt, welches eine gewisse bestirnte Luftnenge bedeutet, wohingegen, wenn die erste Feder wirksam gemacht wird, beide Federn ein Drehmoment auf die Welle 5 aueüben, so dass mineehr die durch die Sum» dieser beiden Drehmomente bestimmte Luftmenge vom Regler abgegeben wird·

Werden beide Federn in der angegebenen Weise verstellbar gemacht,

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kann jede für sich auf eine andere Luftrasnge eingestellt werden, so dass man den Hegler auf drei verschiedene festgelegte Luftmengen einstellen kann, nämlich je nachdem, ob die ©ine, die andere oder beide Federn wirksam sind«

Ist es erwünscht, kann auf einfache Weise eiae Feimsteuerung z.B. dadurch erreicht werden, dass der Halter 12 auf einem Arm angebracht wird, der zwei verschiedene Stellungen eismefuaen kann, die der wirksamen bzw. der unwirksamen Stellung der Feder entsprechen, und mit Hilfe eines Elektromagneten von der einen zur anderen Stellung bewegt werden kann«

Bei der beschriebenen Aiasführimgeform kann es aus diisensionierungsmassigen Gründen manchmal schwierig sein, eine genügend starke Feder zu verwenden* Diese Schwierigkeit lässt sich dadurch umgehen₉ dass man anstatt der aus dem Halteorgan 12 und der Schraube 13 bestehenden Konstruktion zum Festhalten der Feder eine Hebelverbindung benutzt, bei der das Zugband mit dem einen Arm eines zweiarmigen Hebels vs^btmdeH sand die Feder zwiöötea dem anderen Arm dieses Hebels und einem festen Punkt angebracht; ist, wobei der andere Arm des Hebels so gebogen ist _t äsbs bw einsn Kreisbogen btliet₉f dessen Mittalpunkt in der Nullstellung Mit dem festen Punkt zusammenfällt» und wobei die Feder so ai Held befestigt 1st, dass sich ihr Befeetlguugspunkt längs des S&eisbogenformigen Armes verschieben lässt»

Bei dieser Ausfuhrung erfolgt keine Änderung der Federspannung, wenn der Befes&igungspunkt der Feder am kFöistoogenförmijgsn Arm verschoben wird, sondern nur eine Änderung ά®τ Kraft- die auf das Zugband ausgeübt wird* Die Nullstellung der Fades-spaßming kann daher genau wie bei der oben beschriebenen Korbtruktion bei einer beliebigen Stellung forgetioamefi werden und. Mird'.-,aweeh. Änderung der Einstellung der - Liiits»agt, die durch Verschieben ums Bef esti-KUJigapuRktee der Feder am kreißbcgenförmigen Hsbelara erfolgt, nicht ure rändert _a ■:■'■ ""...■' ■ -.".. '.--■.·■- '■"■■ ■ ' ^:''. ;- .. - '

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Claims (6)

1. l.j Luftmengenregler mit einem Durchtrittspalt, dessen Grösse mit Hilfe einer Drosselklappe verstellbar ist, deren Welle unter dem Einfluss eines mit dem Kleirar werden des Spalts zunehmenden, der Schliessrichtung entgegengerichteten Drehmoments zum Konstanthalten der pro Zeiteinheit durchtretenden Luftmenge, und zwar unabhängig vom Druckunterschied zwischen dem Eintritt und dem Austritt der Luft, steht, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Welle (5) der Klappe (4) eine Kurvenscheibe (Ö) angebracht ist, die mit Hilfe eines tangentialen Zugbandes (10) mit einer Feder (11) verbunden ist, und dass' die Form dieser Kurvenscheibe (Ö) so bestimmt ist, dass das von der Feder (11) auf die Welle (5) der Klappe (4) ausgeübte Drehmoment in jeder gegebenen, innerhalb des Regelbereiches befindlichen Winkelstellung dem vom Luftstrom auf die Welle (5) der Klappe (4) ausgeübten Drehmoment in derselben Winkelstellung und bei einem Luftdurchtritt, der bei dieser Winkelstellung der gewünschten Luftmenge pro Zeiteinheit ent<» rspricht, gleich und diesem entgegengerichtet ist.
2. 2. Luftmengenregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kleinste Angriffsarm der Kurvenscheibe (Ö) für die Federkraft nur einen Bruchteil der wirksamen Länge der Kurvenscheibe bildet.
3. 3. Luftmengenregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (6) des Durchströmkanals in Höhe der Klappe (4) eine solche Form besitzt, dass die Breite des Durchtrittspalts stark mit der Schwenkung der Klappe variiert.
4. 4· Luftmengenregler nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (4) zum Erzielen des kleinstmöglichen Gewichts aus so dünnem Material hergestellt ist, dass sie die erforderliche Steifigkeit gegenüber Beanspruchungen durch den Luftstrom nur dadurch erhält, dass sie mit Versteifungen versehen ist.
5. 5· Luftmengenregler nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. dass die Feder (11) eine Schraubenfeder ist und dass zwecks Einstellung ihrer Federcharakteristik an ihrem vom Zugband (10) abgekehrten Ende eine Schraube (13) in sie eingeschraubt ist, welche Schraube annähernd die gleiche Steigung wie die Schraubenfeder besitzt und in ein Halteorgan

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   (12) eingeschraubt ist.
6. 6. Luftmengenregler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteorgan (12) eine Mutter (14) umfasst, in die die Schraube (13) eingeschraubt ist, welche Mutter (14) zwecks Nullpunkteinstellung der Federspannung zwar drehbar,aber nicht verschiebbar im Halteorgan (12) angebracht und mit Mitteln (15) versehen ist, die verhindern, dass sie sich beim Einstellen der Federcharakteristik durch Drehen der Schraube (13) mitdrehen kann. 7· Luftmengenregler nach Anspruch 5 oder 6 mit einem Kurvenscheiben-Schraubenfeder-Meehanismus an beiden Enden der Klappenwelle, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Halteorgan (12) am einen oder an beiden Enden von einer wirksamen in eine unwirksame Stellung der mit ihm verbundenen Schraubenfeder (11) bringen lässt.

   Ö. Luftmengenregler nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet. dass sich das einstellbare Halteorgan (12) mit Hilfe einer Feder in die unwirksame Stellung verschieben lässt und mit Hilfe eines Elektromagneten gegen die Wirkung dieser Feder in die wirksame Stellung gebracht und dort gehalten werden kann. 9· Luftmengenregler nach Anspruch 1, 2,33 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugband (10) mit dem einen Arm eines zweiarmigen Höbeis verbunden ist, während die Feder (11), die eine Schraubenfeder ist, mit ihrem einen Ende in einem festen Punkt befestigt und mit ihrem anderen Ende verschiebbar mit dem anderen Hebelarm verbunden ist, der die Form eines Kreisbogens aufweist, dessen Mittelpunkt in der Nullste-llung mit dem genannten festen Punkt zusammenfällt.

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