DE2019862C3

DE2019862C3 - Regler zum Konstanthalten des Volumenstroms fur gasförmige Medien, insbesondere fur Hochdruckklimaanlagen

Info

Publication number: DE2019862C3
Application number: DE2019862A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Rox Lufttechnische Geraetebau 5000 Koeln GmbH
Current assignee: Rox Lufttechnische Geraetebau 5000 Koeln GmbH
Priority date: 1970-04-24
Filing date: 1970-04-24
Publication date: 1980-06-26
Also published as: AT322155B; BE766076A; NL7104878A; SE7105398L; NL169224C; GB1349363A; DE2019862B2; NL169224B; DE2019862A1; FR2090603A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Regler zum Konstanthalten des Voiumenstroms für gasförmige Medien, insbesondere für Hochdruckklimaanlagen, bei dem ein von der Strömung gegen die Wirkung einer Federung verschiebbarer Verdrängungskörper in einem rohrförmigen Gehäuse vorgesehen ist.

Bei bekannten Volumenstromreglern ist die 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 vorzunehmen. Die bisher bekannten Volumenstromregler sind daher mehr oder weniger hinsichtlich des Druckbereiches beschränkt, innerhalb dessen sie hinreichend genau regeln. Insbesondere liegt der Ansprech

druck oft hoch.

Die DD-PS 45 831 beschreibt einen Regler zur Konstanthaltung eines Durchflusses in Luftkanäien oder vor Luftauslässen. Er besteht im wesentlichen aus einer Drosselklappe, die zusammen mit einem Flügel einen um eine Achse drehbar gelagerten Drehschieber bildet. Der Spreizwinkel für die Klappe ist so bemessen, daß durch den Flügel und die Drosselklappe der zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung liegende Teil

ίο der Mantelfläche von ihm eingeschlossen ist, wobei jedoch die Einlaßöffnung und die Auslaßöffnung nicht verdeckt sind. Dabei soll der Querrschnitt der Auslaßöffnung so gestaltet sein, daß der Strömungsquerschnitt beim Schließen des Drehschiebers nach einer Exponentialfunktion abnimmt Bei dieser Ausbildung des Reglers wird nicht vermieden, daß die anströmende Luft in erheblichem Maße umgelenkt werden muß. Der erstrebte geradlinige Durchfluß ist bei Drehung des Drehschiebers mit mehr oder weniger toten Räumen belastet Es bildet sich ein Stauraum, durch den das Entstehen von Wirbeln nicht ausgeschlossen ist Es entstehen somit Quellen für Druckverluste und Geräuschbildung.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Volumenstromregler der anfangs genannten Art zu schaffen, bei dem mit einfachen Mitteln bei bequemer Verstellmöglichkeit des Soll-Volumenst.omes eine gleichbleibende Regelgenauigkeit erzielt wird und ein großer Bereich erfaßt werden kann. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Verdrängungskörper bei abgerundetem Anströmende zylindrisch gestaltet ist und an der strömungsabgewandten Seile eine Abrißkante aufweist, daß das Gehäuse im Bereich der Abrißkante in Richtung zur Anströmseite düsenförmig mit zunehmendem Innendurchmesser so gestaltet ist, daß die auf den Verdrängungskörper wirkende Kraft der Luftströmung bei konstantem Volumenstrom in Abhängigkeit von seiner Längsbewegung den Verlauf einer Exponentialfunktion aufweist und daß als Federung eine solche mit einer Kennlinie nach einer Exponentialfunktion vorgesehen ist.

Durch die Ausbildung eines solchen Reglers hinsichtlich der Form des Gehäuses und des Verdrängungskörpers läßt sich erreichen, daß vom Anfang bis zum Ende des Verdrängungskörpers eine stetig beschleunigte Strömung entsteht, wobei die Strömung am Ende des Verdrängungskörpers eine definierte Abrißkante besitzt. In diesem Bereich der Abrißkante des Verdrängungskörpers ist das Gehäuse düsenförmig, in Richtung zur Anströmseite erweitert, wobei es vorteilhaft ist, daß die Innenfläche des Gehäuses in Richtung zur Anströmseite bis zu dem maximalen Durchmesser eine steiler werdende Neigung aufweist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Achse, längs der der Verdrängungskörper gleitet, zum Gehäuse längsverschiebbar und einstellbar sein. Dabei kann ein Widerlager der auf den Verdrängungskörper einwirkenden Federung mit der Achse fest verbunden sein. Infolge der Abstimmung der Reglerkennlinie nach einer Exponentialfunktion für die von der Strömung auf den Verdrängungskörper 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 Volumenstrom Vo

P₅ = a-exp(b-X_s),

es bedeute P₅, die auf den Verdrängungskörper von der Strömung ausgeübte Kraft, a und b seien Konstanten, X₁. sei die Verschiebung in Längsrichtung des Verdrän- 10 tert. gungskörpers. Die Kennlinie der Feder oder des Federsatzes laute

Achse mittels eines druckmittelbeaufschlagten Stellmotors verstellt werden, der mit einem Positionsrelais versehen ist und dessen Steuerdruck in Abhängigkeit von der Hochdruckklimaanlage reguliert werden kann. Dadurch ist es möglich, den Volumenstrom mittels des Steuerdruckes des Stellmotors einzustellen, von dem er eindeutig abhängt

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele nachstehend erläu-

P_f = ß ■ exp φ ■ X_F),

wobei Pf die von der Feder auf den Verdrängungskörper ausgeübte Kraft und .Xpder Federweg sei. P_s und Pf sind einander entgegengesetzt gerichtet und, da Xs = Xf sein soll, dem Betrage nach gleich. Nun werde der Volumenstrom von Vo auf Vi geändert. Da die von der Strömung ausgehenden Kräfte quadratisch vom Volumenstrom abhängen, Iauiet die Kennlinie der Drosselvorrichtung jetzt

P₅ = «! · exp (b ■ XJ

ο, = α ·

P₅ = ο-exp (/)■ [X₄ + X₁])

15

20

25

30

35

Wenn die auf der Achse festsitzende Aufhängung für den Verdrängungskörper mit der Achse um X\ verschoben wird, wird Xf um X\ vergrößert. Die aq Federkennlinie ist dann

P₁, = «cxp(/)[X_f + X₁J)

und es gilt wieder Pf — P_s.

Die Kennlinien können also immer durch Verschiebung der Aufhängung des Verdrängungskörpermechanismus exakt in Obereinstimmung gebracht werden, solange die Bereiche von X₅ und Xt sich überdecken.

Durch Verschieben der Achse einschließlich Feder und Verdrängungskörper kann der Volumenstrom im Bereich von 10:1 unabhängig vom Vordruck konstant gehalten werden. Der erforderliche Mindestdruck vor dem Regler darf dabei 100 Pa nicht unterschieden, während als Maximaldruck 4000 Pa zulässig sind.

Statt der zylindrischen Gestaltung des Verdrängungskörpers kann dieser im Bereich der Abrißkante erweitert und die Abrißkante nach außen gerichtet sein. Das Entstehen von Wirbelströmungen mit Diffusoreffekten wird vermieden, so daß der Regler akustisch e>o geräuscharm arbeitet. Die Ve. ver.dung einer Scheibe als Widerlager für die Federung, die fast bis zur Größe des Innenquerschnittes des Verdrängungskörpers reicht, ergibt zugleich eine pneumatisch wirkende Schwingungsdämpfung für den Verdrängungskörper.

Vorteilhaft kann der eingestellte Volumenstrom an einer Skala abgelesen werden, zu der die Längsbewegung der Achse übertragen wird. Es kann ferner die F i g. 1 zeigt den Regler gemäß der Erfindung Lm Längsschnitt schematisch,

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

Fig.3 stellt den Regler gemäß der Erfindung mit einer Steuervorrichtung dar.

Der Regler 1 zum Konstanthalten des Volumenstroms für gasförmige Medien weist ein rotationssymmetrisches rohrförmiges Gehäuse 2 auf, in dem ein rotationssymmetrischer Verdrängungskörper 3 vorgesehen ist Der Verdrängungskörper 3 ist längs einer Achse 4 gleitend gelagert, die in zwei Achshalterungen 5 und 6, die möglichst wenig Querschnitt versperren, geführt ist und mittels einer Schraube 7 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.

Das rohrförmige Gehäuse 2 weist einen düsenförmigen Teil 2a auf, in dein die obere Kante des Verdrängungskörpers 3 verschiebbar ist Infolge der Kraft, die die Strömung 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 ao 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 4 fest verbundene Widerlager 8, die Feder 9 und der Verdrängungskörper 3 kann zusammen mit der Achse 4 nach Lösen der Schraube 7 in Achsrichtung zu dem rohrförmigen Gehäuse 2,2a in einem verhältnismäßig weiten 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 Regelgenauigkeit über den ganzen Bereich auch bei geändertem Soll-Volumenstron beibehalten wird.

Der Verdrängungskörper 3 zeigt im oberen Bereich eine zylinderförmige Ausbildung, wobei der obere zylinderförmige Teil des Verdrängungskörpers eine

scharf abgeschnittene Begrenzungsfläche 14 aufweist. Dadurch ergibt sich eine scharfe Kante, die als Abrißkante 15 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 Widerlager 8 der Feder ist zu einer Scheibe 16 erweitert, die in ihrem Durchmesser bis nahe zu dem Innenumfang des Verdrängungskörpers 3 reicht. Durch die Scheibe 16 wirkt das Widerlager 8 zusammen mit dem Verdrängungskörper 3 als pneumatischer Schwingungsdämpfer, so daß der Verdrängungskörper bei veränderter Strömung 22 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 18 ist mittels eines Hebels 19 mit der Achse 4 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 4 des Volumenstromreglers übersetzt. Der Stellmotor 17 kann mittels des Steuerdruckes einer Hochdruckklimaanlage beaufschlagt werden, so daß der Soll-Volumenstrom des Reglers 1 in einfache Abhängkeit von dem Steuerdruck für den Stellmotor und damit der Hochdruckklimaanlage steht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Regler zum Konstanthalten des Voiumenstroms für gasförmige 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 der Verdrängungskörper (3) bei abgerundetem Anströmende zylindrisch gestaltet ist und an der Strömungsabgewandten Seite eine Abrißkante (15) aufweist, daß das Gehäuse (2) im Bereich der Abrißkante (15) in Richtung zur Anströmseite düsenförmig mit zunehmendem Innendurchmesser so gestaltet ist, daß die auf den Verdrängungskörper (3) wirkende Kraft der Luftströmung bei konstantem Volumenstrom in Abhängigkeit von seiner Längsbewegung den Verlauf einer Exponentialfunktion aufweist und daß als Federung eine solche mit einer Kennlinie nach einer Exponentialfunktion vorgesehen ist.

2. Regler nach Anspruch 1, 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.

3. Regler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, 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.

4. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Verdrängungskörper (3a) im Bereich der Abrißkante (15a,) erweitert und die Abrißkante nach außen gerichtet ist.

5. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Achse (4) für den gesamten Verdrängungskörper-Mechanismus eine Anzeigevorrichtung (5, 13) angeordnet ist, wobei- die Achse (4) mittels eines Stellmotors (17) verstellbar ist, der mit dem Steuerdruck einer Hochdruckklimaanlage beaufschlagbar ist.