DE2011696C - Luftmengenregler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftmengenregler mit einem Durchtrittspalt, dessen Größe mit Hilfe einer Drosselklappe verstellbar ist, deren Welle unter dem Einfluß eines mit dem Kleinerwerden des Spalts zunehmenden, der Schlicßrichtung entgegengerichteten Drehmoments zum Konstanthalten der pro Zeiteinheil durchtretenden Luftmenge, und rwar unabhängig vom Druckunterschied zwischen dem Eintritt und dem Austritt der Luft, steht.

Es ist ein Luftmengenregler mit einer Drosselklappe bekanntgeworden, die mit Hilfe eines Gewichtes so ausbalanciert ist, daß der Unterschied zwischen den zu beiden Seiten der Klappe herrschenden Drükken die.Klappe entgegen der Wirkung des Gewichtes zu schließen sucht.

Solche Regler werden hauptsächlich in Ventilaticnsöffnungen 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 Luftmengenregler 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 Reglers eine Trennwand befindet, die mit Schlitzen versehen ist und die Form eines Zylinderabschnittes besitzt. Eine entsprechende zylindrische Platte kann längs dieser Trennwand bewegt werden und die Schlitze lassen sich auf

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diese Weise mehr oder weniger öffnen. Die zuletzt eenannte Platte ist an einer planen Platte befestigt, die in einer Radialebene im Zylinder liegt und drehbar um eine Achse gelagert ist, die mit der Achse des Zylinders zusammenfällt. Beim Hindurchströmen der Luft entsteht ein Druckunterschied zwischen den beiden Seiten der piancn Platte, so daß ein Drehmoment ausgeübt wird, das die zylindrische Platte zum Schließen der Schlitze zu besvegen sucht, und ein entgegengesetzt gerichtetes Drehmoment wird von einer Feder ausgeübt. Da das von der Feder ausgeübte Drehmoment nicht linear mit dem Drehwinkel variiert, ist es, um eine solche Regelung zu erzielen, daß die Luftmenge konstantgehalten wird, erforderlich, daß die Schlitze in der zylindrischen Platte einer Kurve fol- n:nd variieren, die der Variation des von der Feder ausgeübten Drehmoments entspricht. Die Seitenlinien de τ Schlitze müssen daher eine bestimmte, der Wirkung der Feder angepaßte Kurvenform aufweisen. Außer in ihrer Ausführung kompliziert zu sein, aeben -Ji-.- angewendeten Spalte Anlaß zu erheblichem Lärm, und ferner besteht Neigung zum Pendeln.

Der erfindungsgemäße Luftmengenregler ist dadurch gekennzeichnet, daß auf der Welle der Klappe r'-nc Kurvenscheibe angebracht ist, die mit Hilfe eines •:::igentialen Zugbandes mit einer Feder verbunden i->, und daß die Form dieser Kurvenscheibe für jeden I üftungsfall experimentell so bestimmt ist, daß Jas ·.:;n der Feder auf die Welle der Klappe ausgeübte Drehmoment in jeder gegebenen, innerhalb des Regelbereiches befindlichen Winkelstellung dem vom ί uftstrom auf die Welle der Klappe ausgeübten Drehmoment in derselben Winkelstellung und bei einem Luftdu.-chtritt, der bei dieser Winkelstellung der gewünschten Luftmenge pro Zeiteinheit entspricht, gleich und diesem entgegengerichtet ist.

Es ist unmittelbar ersichtlich, daß eine solche Konstruktion weit einfacher als die gewöhmichcrweise 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.

Daneben hat der erfindungsgemäße Luftmengenregler noch den Vortc-il, daß sich die konstant zu haltende, pro Zeiteinheit hindurchströmende Luftmenge auf äuß-rst einfache Weise innerhalb eines erheblichen Bereiches auf jeden beliebigen Wert einstellen läßt.

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

F i g. 1 schematisch eine Seitenansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Luftmengenreglers und.

Fig. 2 einen Teil derselben in der Draufsicht.

Der gezeigte Regler hat ein Gehäuse 1 mit einer zum Anschluß eines Luftkanals bestimmten Eintrittöffnung 2 und einer Austrittöffnung 3.

Im Inneren des Gehäuses ist eine Drosselklappe 4 auf einer drehbaren Welle 5 angebracht und außerdem ist in der gezeigten Ausführungsform eine Seitenwand 6 vorgesehen, die eine solche Form hat, daß der Druchströmquerschnitt ungefähr proportional der Winkeldrehung der K'appe 4 geändert wird.

An der Welle 5 ist ein Organ 8 mit einer Kurvenfläche 9 befestigt, so daß dieses Organ 8 als eine Kurvenscheibe betrachtet werden kann. An diesem Organ oder dieser Kurvenscheibe 8 ist ein Zugband 10 befestigt, das in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Klappe 4 geaen einen größeren oder kleineren Teil der Kurvenfläche 9 anliegt. Dieses Zugband ist mit einer Schraubenfeder 1! verbunden, die einstellbar an einem Halteorgan 12 befestigt ist. und zwar ist eine Schraube 13 in die Schraubenfeder 11 eingeschraubt und auf dieser Schraube sitzt eine Mutter 14 mit einer Anzahl Kerben 15, von denen jeweils zwei mit umgebogenen Kanten 16 am Halteorgan 12 Im Eingriff gehalten werden können.

Mit Hilfe der Mutter 14 läßt sich eine Einstellung der Nullstellung vornehmen, indem die Mutter 14 durch der Federspannung entgegenwirkenden Zug außer Eingriff mit der Kante 16 gebracht und darauf-

hin in die gewünschte Stellung gedreht werden kann. Die Hinstellung wird so vorgenommen, daß das Band iO gerade gestreckt ist. wenr ;iie Klappe 4 gegen den Anschlag 7 anliegt, jedoch ohne daß die Windungen der Feder auseinandergezogen werden, bevor die

«ο Klappe 4. wenn sie geschwenkt wird, gerade eben den Anschlag 7 verläßt.

Jas 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 und die Nullstellung danach beibehalten werden kann, auch wenn die Einschraubtiefe geändert wird. Wenn die Klappe 4 vom Anschlag 7 weg und in Richtung ih-

^rer 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 hiernach 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 zwar die Federsnannung 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 Durchströmquerschnitt verkleinert. Hierdurch wird die Feder 11 gespannt, so daß die Klappe eine Stellung einnimmt, in der Gleichgewicht zwischen Druckunterschied und Federspannung herrscht.

Es bereitet nun keine Schwierigkeiten, der Kurvenfläche 9 eine solche Form zu verleihen, daß die den Regler durchströmende Luftmenge unangesehen Druckschwankungen auf der Eintrittseite des Reglers konstantgehalten werden kann.

Jeder Stellufig der Klappe 4 entspricht ein be-

«5 stimmter Durchströmquerschnitt. Um eine konstante Luftmenge zu erreichen, muß jedem Durchströmquerschnitt eine bestimmte Strömungsgeschwindigkeit der Luft entsprechen. Eine bestimmte Strömungsge-

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schwindigkeit bei einem gegebenen Durehströmqiierschnitt bewirkt einen bestimmten Druckunterschied zwischen den beiden Seiten der Kluppe 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 Ann 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 Il ausgeübte Drehmoment bei jeder Stellung der Klappe 4 die gleiche Größe hat wie das von der Klappe 4 ausgeübte, entgegengesetzt gerichtete Drehmoment in derjenigen Stellung, in der die Strömungsgeschwindigkeit bei dem durch diese Stellung festgelegten Durchströmquerschnitt eine solche Größe besitzt, daß die bestimmte Luftmcngc pro Zcit-, einheit vom Regler abgegeben wird.

Wenn dies der Fall ist, wird unabhängig vom Druck innerhalb der durch die mögliche Variation des Durchströmtiucrschnilts festgelegten Grenzen die festgelegte, konstante Luftmenge pro Zeiteinheit abgegeben.

Wird nun die Schraube 13 verstellt, wird, wie 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 II 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 Quadratwurzel 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 Regelintervalls auf jede beliebige konstantzuhaltcndc Luftmcngc einstellen.

Wie aus F i g. 2 hervorgeht, ist in der gezeigten Ausführungsform an jeder Seite, d. h. an jedem Ende der Welle 5 ein Organ 8 mit zugehöriger 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. 1 beschriebene, bei welcher an sich nur mit einer einzelnen Feder gerechnet wurde.

Die Anwendung zusammenwirkender Federn kann diinensionierungsmäßige Vorteile haben, kann aber auch auf eine ganz besondere Weise ausgenutzt werden, wenn solche dimensionierungsmäßigen Vorteile nicht in Betracht gezogen zu 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 angcbracht 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

ίο 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

t5 die andere Feder ein Drehmoment auf die Weile 5 ausübt, welches eine gewisse bestimmte Luftmcngc bedeutet, wohingegen, wenn die erste Feder wirksam gemacht wird, beide Federn ein Drehmoment auf die Welle 5 ausüben, so (laß nunmehr die durch die

ao Summe dicker beiden Drehmomente bestimmte Luftmenge vom Regler abgegeben wird.

Werden beide Federn in der angegebenen Weise verstellbar gemacht, kann jede für sich auf eine andere LuftmC'ge eingestellt werden, so daß man den Regler

as auf drei verschiedene festgelegte Luftmengen einstellen kann, nämlich je nachdem, ob die eine, die andere oder beide Federn wirksam sind.

1st es erwünscht, kann auf einfache Weise eine Fernsteuerung z. B. dadurch erreicht werden, daß der Halter 12 auf einem Arm angebracht wird, der zwei verschiedene Stellungen einnehmen kann, die der wiiksamen bzw. der unwirksamen Stellung der Feder entsprechen, und mit Hilfe eines Elektromagneten von der einen zur anderen Stellung bewegt werden kann.

Bei der beschriebenen Ausführungsform kann es aus dimensionierungsmäßigen Gründen manchmal schwierig sein, eine genügend starke Feder zu verwen den. Diese Schwierigkeit läßt sieht dadurch umgehen, daß man anstatt der aus dem Haltcorgan 12 und der

Schraube 13 bestehenden Konstruktion zum Festhal ten der Feder eine Hebelverbindung benutzt, bei dci das Zugband mit dem einen Arm eines zweiarmigen Hebels verbunden und die Feder zwischen dem anderen Arm dieses Hebels und einem festen Punkt ange

bracht ist, wobei der andere Arm des Hebels so gebogen ist, daß er einen Kreisbogen bildet, dessen Mittel punkt in der Nullstellung mit dem feisten Punkt zu sammenfällt, und wobei die Feder so am Hebel befestigt ist, daß sich ihr Befestigungspunkt längs de:

kreisbogenförmigen Armes verschieben läßt.

Bei dieser Ausführung erfolgt keine Änderung de; Federspannung, wenn der Befestigungspunkt der Fe der am kreisbogenförmigen Arm verschoben wird sondern nur eine Änderung der Kraft, die auf da:

Zugband ausgeübt wird. Die Nullstellung der Feder spannung kann daher genau wie bei der oben be schriebenen Konstruktion bei einer beliebigen Stel lung vorgenommen werden und wird durch Änderunj der Einstellung der Luftmenge, die durch Verschiebet

des Befestigungspunkies der Feder am krcisbogenför migen Hebelarm erfolgt, nicht verändeirt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

2 Ol I Patentansprüche:

1. Luftmengenregler mit einem Ditrclitrittspalt. dessen Größe mit Hilfe einer Drosselklappe vorstellbar ist, deren Welle unter dem Einfluß eines mit dem Kleinerwerden 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, stellt, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Welle (5) der Klappe (4) eine Kurvens-'-eibe (8) angebracht ist, die mit Hilfe eines tangentialen Zugbandes (10) mit einer Fj ler (II) verbunden ist, und daß di" Form dieser Kurvenscheibe (8) für jeden Lüf-Ii gsfall experimentell 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 URd bei einem Luftdurchtritt, der bei dieser Winkelstellung der gewünschten Luftmenge pro Zeiteinheit entspricht, gleich und diesem entgegengericiitet ist.

2. Luftmengen regler nacii Anspaich 1. dadurch gekennzeichnet, daß der kleinste Ang.iffsarm der Kurvenscheibe (8) für die Federki.,ft nur einen Bruchteil der wirksamen Länge der Kurvenscheibe bildet.

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 Durchtriitspalts sfark mit der Schwenkung der Klappe variiert.

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. .· j

5. Luftmengenreglci nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (11) eine Schraubenfeder ist und daß zwecks Einstellung ihrer Federcharakterislik 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 (12) eingeschraubt ist.

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 fi mit einem Kurvenscheiben-Schraubenfederrvüc^hanismus 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.

8. Luftmengenregler nach Anspruch 7, dadurch »ekennzeichnet, daß sich das einstellbare Halteorgan (12) mit Hiife 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 gehalron werden kann.

9. Luftmengenregler nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugband (10) mit dem einen Arm eines zweiarmigen Hebels verbunden ist, während die Feder (H), 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 Nullstellung mit dem genannten festen Punkt zusammenfällt.