DE2019862A1

DE2019862A1 - Regler zum Konstanthalten des Volumenstroms fuer gasfoermige Medien,insbesondere fuer Hochdruckklimaanlagen

Info

Publication number: DE2019862A1
Application number: DE19702019862
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: ROX LUFTTECHNISCHE GERAETEBAU
Current assignee: ROX LUFTTECHNISCHE GERAETEBAU
Priority date: 1970-04-24
Filing date: 1970-04-24
Publication date: 1971-11-04
Also published as: GB1349363A; BE766076A; AT322155B; FR2090603A5; SE7105398L; NL169224C; NL169224B; DE2019862B2; DE2019862C3; NL7104878A

Description

PATENTANWÄLTE 9(TIQRR?

DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHONWALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLÖPSCH

KÖLN 1, DEIGHMANNHAUS ·

27j. 4. 197° Sch-Is

ROX Lufttechnische Gerätebau GmbH
5 Köln-Braunsfeld, Maarweg IJO

Regler zum Konstanthalten des Volumenstroms für gasförmige Medien, insbesondere für Hochdruckklimaanlagen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Regler zum Konstanthalten des Volumenstroms für gasförmige Medien, insbesondere für Hochdruckklimaanlagen.

Es sind selbsttätige Volumenstromregler bekannt, die mit einer von der Strömung betätigten Drosselvorrichtung und mit von Federn erzeugter Gegenkraft arbeiten. Hierbei ist ein von der Strömung gegen die Wirkung einer Federung verschiebbarer Verdrängungskörper in einem rohrförmigen Gehäuse vorgesehen. Die bekannten Volumenstromregler der genannten Art haben entweder nur einen fest eingestellten

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Soll-Volumenstrom oder der Soll-Volumenstrom läßt sich nur durch aufwendige und umständliche Montagearbeiten verändern. Hierbei ist der Bereich, innerhalb dessen sich der Volumenstrom verändern läßt, bei an sich bequemer Verstellmöglichkeit nur klein, wobei die Regelgenauigkeit außerhalb der Mitte des Bereiches verhältnismäßig stark abnimmt. Bei einem geänderten Soll-Volumenstrom arbeitet derselbe Regler sehr ungenau, weshalb es vielfach keinen Zweck hat, bei dem benutzten Regler eine Änderung hinsichtlich des Soll-Volumenstroms vorzu- W nehmen.

Die bisher bekannten Volumenstromregler sind ferner mehr oder weniger hinsichtlich des Druckfallbereiches beschränkt, innerhalb dessen sie hinreichend genau regeln. Insbesondere liegt der Ansprechdruckfall oft hoch.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Volumenstromregler zu schaffen, der bei bequemer Verstellmöglichkeit des Soll-Volumenstroms eine gleichbleibende Regelgenauigkeit gewährleistet und bei dem ein großer Bereich erfaßt werden kann. Der Regler zum Konstanthalten des Volumenstroms für gasförmige Medien und dgl. zeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch aus, daß die Kennlinie des Reglers, d.h. die auf den Verdrängungskörper wirkende Kraft bei konstantem Volumenstrom in Abhängigkeit von seiner Längsbewegung, den Verlauf einer Exponentialfunktion aufweist und daß der Verdrängungskörper zusammen mit Federung und Lagerung als Ganzes und das rohrförmige Gehäuse zueinander in Längsachse verstellbar sind. Vorteilhaft dient als Federung für den Verdrängungskörper eine solche mit einer Kennlinie ebenfalls nach einer Exponentialfunktion.

Infolge der Abstimmung der Reglerkennlinie nach einer Exponentialfunktion für die von der Strömung auf den Ver-

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drängungskörper wirkende Kraft bei konstantem Volumenstrom in Abhängigkeit von der Längsbewegung des Verdrängungskörpers kann der Soll-Volumenstrom durch einfache Längsverschiebung des ganzen Verdrängungskörpermechanismus gegenüber dem Gehäuse geändert werden, ohne daß die Regelgenauigkeit sich ändert. Die Regelgenauigkeit bleibt bei verändertem Soll-Volumenstrom auch in den Randzonen des neuen Bereiches völlig erhalten. Hierzu dient folgende Erläuterung.

Die Kennlinie der Drosselvorrichtung sei bei dem Volumenström V P = a . exp (b .X ), es bedeute P auf den

O S S S

Verdrängungskörper von der Strömung ausgeübte Kraft, a und b seien Konstanten, X sei die Längsbewegung des Verdrängungskörpers. Die Kennlinie der Feder oder des Federsatzes laute P„ = a . exp (b . X™), wobei P₁-, die von der Feder auf den Verdrängungskörper ausgeübte Kraft und X_p der Federweg sei. P₃ und P_FSind einander entgegengesetzt gerichtet und, da X = X„ sein soll, dem Betrage nach gleich. Nun werde der Volumenstrom von V auf V₁ geändert. Da die von der Strömung ausgehenden Kräfte quadratisch vom Volumenstrom abhängen, lautet die Kennlinie der Drosselvorrichtung jetzt

P = a. . exp (b . X) mit a. = a . 1 oder a I ^V s 1 «

= a . exp (b . Γ X +Xj ) mit X₁ = ~- . In ·

V ²

Wenn die auf der Achse festsitzende Aufhängung für den Verdrängungskörper mit der Achse um X 'verschoben wird, wird Xp um X, vergrößert. Die Federkennlinie 1st dann Pp = a . exp (b.Γ X_p + X. Π ) und es gilt wieder

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Die Kennlinien können also immer durch Verschiebung der Aufhängung des Verdrängungskörpermechanismus exakt in Übereinstimmung gebracht werden, solange die Bereiche von X und X_p sich überdecken.

Die Achse, längs der der Verdrängungskörper gleitet, ist zu dem Gehäuse längsverschiebbar und einstellbar, wobei mit der Achse ein Widerlager der auf den Verdrängungskörper einwirkenden Federung fest verbunden ist. Auf diese Weisebesteht die Möglichkeit einer einfachen Verstellung Ά unter Erfassung eines großen Bereiches. Es kann zum Beispiel das Verhältnis des größten zu dem kleinsten Soll-Volumenstrom wie 10 : 1 betragen. Es kann somit bei niedrigem Ansprechdruckfall der Druckfallbereich nach oben groß gewählt waden, wobei zum Beispiel der Ansprechdruckfall 10 mm Wassersäule und höchster Druckfall 400 mm Wassersäule ist. Durch geeignete Wahl der Querschnitte, der Länge des rohrförmigen Gehäuses und der Federkennlinie lassen sich Druckfallbereich und Volumenstrombereich festlegen.

Vorteilhaft kann der eingestellte Volumenstrom an einer Skala abgelesen werden, zu der die Längsbewegung der Achse " übertragen wird. Es kann ferner die Achse mittels eines druckmittelbeaufschlagten Stellmotors verstellt werden, der mit einem Positionsrelais versehen ist und dessen Steuerdruck ii Abhängigkeit von der Hochdruckklimaanlage reguliert werden kann. Dadurch ist es möglich, den Volumenstrom mittels des Steuerdruckes des Stellmotors einzustellen, von dem er eindeutig abhängt.

Der Regler weist vorzugsweise einen Verdrängungskörper auf, der über den größten Teil seiner Länge etwa zylindrisch ist und an der der Strömung abgewandten Seite zweckmäßig ,scharf abgeschnitten begrenzt ist. Dadurch wird eine Ab-

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rißkante für die Strömung gebildet. Das Entstehen von Wirbelabströmungen mit Diffusoreffekten wird vermieden, so daß der Regler akustisch geräuscharm arbeitet. Die zyllnderförmige Ausbildung des Verbrennungskörpers erlaubt weiterhin, daß das eine Widerlager für die Federung als Scheibe ausgebildet werden kann, die bis fast zur Größe des Innenquerschnittes des Verbrennungskörpers reicht. Dadurch erzielt man zugleich eine .pneumatisch wirkende Schwingungsdämpfung für den Verdrängungskörper.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele nachstehend erläutert.

Fig. 1 zeigt den Regler gemäß der Erfindung im Längsschnitt schematisch,

Fig. 2 veranschaulicht eine abgeänderte Ausführungsform des Verdrängungskörpers für den Regler der Fig. 1 im Längsschnitt,

Fig. 5 stellt den Regler gemäß der Erfindung mit einer Steuervorrichtung dar.

Der Regler 1 zum Konstanthalten des Volumenstroms für gasförmige Medien weist ein^ rotationssymmetrisches röhrförmiges Gehäuse 2 auf, in dem ein rotationssymmetrischer Verdrängungskörper 5 vorgesehen ist. Der Verdrängungskörper 3 ist längs einer Achse 4 gleitend gelagert, die in zwei Achshaiterungen 5 und 6, die möglichst wenig Querschnitt versperren, geführt ist und mittels einer Schraube J arretiert werden kann. Das eine Widerlager 8 für die Federung 9* die sich aus einer oder mehreren Federn zusammensetzen kann, ist mittels des Stiftes 10 fest mit der Achse 4 verbunden. Das andere Federwiderlager 11 stützt sich an dem Verdrängungskörper 3 ab.

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Das rohrförmige Gehäuse 2 weist einen im Querschnitt kurvenförmigen Teil 2a auf, zu dem die obere Kante des Verdrängungskörpers 3 verschiebbar ist. Infolge der Kraft, die die Strömung gemäß den Teilen 12 auf den Verdrängungskörper 3 ausübt, drückt sich die Feder zusammen und der Strömungsquerschnitt wird immer so weit verengt, daß der Volumenstrom konstant bleibt. Hierbei ist die kurvenförmige Gestaltung des Gehäuseteiles 2a in Verbindung mit der Gestaltung des Verdrängungskörpers so ausgebildet, daß die Kennlinie dieser Drosselvorrichtung,das ist die auf den " Verdrängungskörper wirkende Kraft bei konstantem Volumenstrom in Abhängigkeit von der Längsbewegung desselben, die Form einer Exponentialfunktion hat. Die Kennlinie der Federung oder eines Federsatzes hat zweckmäßig ebenfalls eine dazu passende Exponentialfunktion. Die Feder selbst kann eine Exponentialfeder sein, d.h. eine solche, bei der die Windungen der Feder sich nach dem Exponentialgesetz hinsichtlich ihres Abstandes vergrößern.

Der Verdrängungskörpermechanismus, d.h. das mit der Achse fest verbundene Federwiderlager 8, die Feder 9 und dar Verdrängungskörper 3 kann zusammen mit der Achse 4 nach k Lösen der Feststellschraube 7 in Achsrichtung zu dem rohrförmigen Gehäuse 2, 2a in einem verhältnismäßig weitem Maß verstellt werden. Die Verstellung kann mittels des an der Achse befestigten Zeigers 12 und der an dem Gehäuse 2, 2a befindlichen Skala 13 sichtbar gemacht werden. Bei Verstellung der nach einer Exponentialfunktion arbeitenden Drosselvorrichtung wird ein anderer Soll-Volumenstrom eingestellt, der ebenfalls eine Kennlinie nach einer Exponentialfunktion aufweist. Dadurch ist die Gewähr gegeben, daß die R£egelgenauigkeit über den ganzen Bereich auch bei geändertem Soll-Volumenstrom beibehalten wird.

Der Verdrängungskörper 3 zeigt im oberen Bereich eine

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zylinderförmige Ausbildung, wobei der obere zylinderförmige Teil des Verdrängungskörpers eine scharf abgeschnittene Begrenzungsfläche I²I aufweist. Dadurch ergibt sich eine scharfe Kante 15* die als Abrißkante für die Strömung dient und den Regler geräuscharm macht. Der Verdrängungskörper 3a kann an der oberen Kante 15a auch etwas nach außen erweiternd verlaufen, um die Wirkung der Abrißkante 15a zu verstärken.

Das obere Federwiderlager 8 ist zweckmäßig zu einer Scheibe 16 erweitert, die in ihrem Durchmesser bis nahe zu dem Innenumfäng des Verdrängungskörpers 3 reicht. Durch die Scheibe 16 wirkt das Federwiderlager 8 zusammen mit dem Verdrängungskörper 3 als pneumatischer Schwingungsdämpfer, so daß der Verdrängungskörper bei veränderter Strömung 12 gedämpft in die neue Lage übergeht.

Bei der Ausführungsform der Fig. 3 ist eine selbsttätige Steuerungsmöglichkeit für die Verstellung des Verdrängungskörpermechanismus im ganzen dargestellt. Für die Verstellung der Achse 4 ist ein Stellmotor 17 mit Positionsrelais vorgesehen, der als druckmittelbeaufschlagte Kolbenzylindereinheit ausgebildet ist. Die Kolbenstange ist mittels eines Hebels 19 mit der Achse Λ gelenkig verbunden, wobei der Hebel 19 um den Drehpunkt 20 schwenkbar gelagert ist. Mittels des Hebels 19 wird die Längsbewegung des Stellmotors 17 in eine Längsbewegung der Achse des Volumenstromreglers übersetzt^ Der Stellmotor 17 kann mittels des Steuerdruckes einer Hochdruckklimaanlage beaufschlagt werden, so daß der Soll-Volumenstrom des Reglers 1 in einfache Abhängigkeit von dem Steuerdruck für den Stellmotor und damit der Hochdruckklimaanlage steht.

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Claims

Ansprüche

I./Regler zum Konstanthalten des Volumenstroms für gasfÖrmlge Medien, Insbesondere für Hochdruckklimaanlagen·, bei dem ein von der Strömung gegen die Wirkung einer Federung verschiebbarer Verdrängungskörper in einem rohrförmigen Gehäuse vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennlinie des Reglers (l), d.h. die auf den Va> drängungskörper (3) wirkende Kraft bei konstantem

™ Volumenstrom in Abhängigkeit von seiner Längsbewegung,

den Verlauf einer Exponentialfunktion aufweist, und daß der Verdrängungskörper zusammen mit Federung (9) und Lagerung (8, 10) als Ganzes und das rohrförmige Gehäuse (2, 2a) zueinander in Längsachse verstellbar sind.
2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Federung eine solche mit einer Kennlinie nach einer Exponentialfunktion vorgesehen ist.

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3. Regler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Achse (4), längs der der Verdrängungskörper (3) gleitet, zum Gehäuse (2, 2a) längsverschiebbar und einstellbar ist, und daß ein Widerlager (8) der auf den Verdrängungskörper (3) einwirkenden Federung (9) mit der ,Achse (4) fest verbunden ist.

4. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Achse (4) eine skalenartige Anzeigevorrichtung (5, 13) angeordnet ist.

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•5. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (4) mittels eines druckmittelbeaufschlagten Stellmotors (17) verstellbar ist, der mit einem Positionsrelais versehen ist und dessen Steuerdruck in Abhängigkeit von einer Hochdruckklimaanlage regulierbar i st.

6. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 5» i a ■ durch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (j5) als Zylinderkörper mit einer an der strömungsabgewandten Seite scharf abgesetzten Begrenzungsfläche (l4) ausgebildet ist.

7. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Achse (4) verbundene Widerlager (8) für die Federung (9) als Scheibe (16) ausgebildet ist, die einen etwas kleineren Durchmesser als der Innendurchmesser des zylindrischen Verdrängungskörpers (3) aufweist. * ■

8. Regler nach einem der Ansprüche Ibis 7, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß der an der strömungszugewandten Seite abgerundete Verdrängungskörper (;5a) zum arideren Ende sich erweiternd verläuft und mit einer nach außen gerichteten Abrißkante (15a) versehen ist.

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