DE202012011354U1 - Wärmeleistungs- und Volumenstromregler - Google Patents

Wärmeleistungs- und Volumenstromregler Download PDF

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Abstract

Wärmeleistungsregler für fließfähige Medien, bestehend aus einem Stellglied (1) mit einer definierten Durchflusscharakteristik und einem Stellantrieb (18), welcher mit einem in- oder extern angeordneten elektronisch programmgesteuereten Stellungsregler (18.1) ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das als Durchgangs- oder Dreiwegventil ausgebildete Stellglied (1) einen oder mehrere Drosselkörper (2), (2.1) aufweist, wobei sich in deren Innenraum eine oder mehrere voneinander durch elastische Membranen (4) getrennte Druckkammern befinden, die über Bohrungen (15) mit den die Drosselkörperanordnung umgebenden Zu- oder Abströmräumen (A, B, AB) des Stellgliedes (1) verbunden sind, wobei die Membranen (4) ihre, durch Differenzdrücke in den durch sie gebildeten Kammern erzeugten Auslenkungsbewegungen auf einen zu jeder vorhandenen Membran (4) gehörigen Stößel (10) oder Hohlstößel (9) übertragen, wobei der oder die Stößel (9), (10) koaxial in einer hohlzylindrisch ausgeführten Ventilstange gegeneinander reibungsarm verschiebbar angeordnet sind und die Ventilstange (3) an ihrem außerhalb des mediumführenden Stellgliedraumes liegenden Teil eine oder mehrere koaxial auf der Ventilstange...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine mit einem elektronisch gesteuerten Stellantrieb ausgerüstete Regelarmatur, die der Regelung von Wärmeleistung- und Volumenströmen flüssiger Medien und Gase dient.
  • Solche Armaturen werden in großer Zahl z. B. in der Prozessregelung in Chemieanlagen, in Energieerzeugungs- und Verteilanlagen, in der Gebäudeheizungstechnik, der Gas- und Wasserversorgung u. s. w. eingesetzt.
  • Die hier beschriebene Kombination aus Stellantrieb und Regelarmatur zeichnet sich dadurch aus, dass mittels Stellantrieb, Regelarmatur mit Differenzdruckmessung und Temperaturdifferenzmessung zwischen Zu- und Abfluss eines Verbrauchers, der Volumenstrom durch die Armatur gemessen, die Temperaturdifferenz erfasst und mit einem dem Stellantrieb in Form eines analogen Signals bzw. eines binär kodierten Wertes vorgegebenen Wärmeleistungs- bzw. Volumenstromsollwertes verglichen wird und der Stellantrieb die Regelarmatur solange verstellt, bis der Sollwert der Wärmeleistung bzw. des Volumenstromes mit dem durch Armatur und Steuerelektronik des Antriebes erfassten und errechneten Istwert der Wärme-leistung bzw. des Volumenstromes übereinstimmt.
  • Stand der Technik
  • Bekannt sind Volumenstromregler, die mechanisch und ohne Hilfsenergie arbeiten. Sie sind jedoch nur für einen voreingestellten Wert verwendbar. Weiterhin sind Volumenstromregler mit motorischem Antrieb bekannt. Die für die Regelung des Volumenstromes erforderliche Volumenstrommessung erfolgt oft über eine in Strömungsrichtung vor- oder nachgeschaltete Messeinrichtung.
  • Als Messprinzipien kommen Wirkdruckverfahren mit Messblenden, Verfahren mit Messung der aufgrund des Staudruckes auf einen umströmten Körper wirkenden Kraft, Verdrängerverfahren sowie elektrische Verfahren auf induktiver oder akustischer Basis und thermische Verfahren sowie auch optische Verfahren zur Anwendung. Die Beeinflussung des Volumenstromes erfolgt mit Stellgliedern bzw. Regelarmaturen, wie z. B. Stellklappen, Schiebern, Hähnen oder Regelventilen oder durch geregelte Pumpen.
  • Die vorgenannten Stellglieder haben, sofern sie mit Hilfsenergie angetrieben werden, einen Stellantrieb, der elektrisch, pneumatisch, hydraulisch oder thermisch betrieben wird.
  • Der für die Regelung des Volumenstromes notwendige Vergleich von Strömungsistwert und Strömungssollwert wird in externen elektronischen Reglern vorgenommen. Früher erfolgte das mit Hilfe von Analogrechnern, derzeit mit programmgesteuerten Digitalrechnern.
  • Nachteilig bei den bekannten Systemen ist das Erfordernis von separatem Volumenstrommesser, Stellgerät und elektronischem Regler, was mit hohen Anschaffungskosten und erhöhtem Installations- und Platzaufwand verbunden ist.
  • Ein weiterer Nachteil ist der begrenzte Messbereich, insbesondere bei Anwendung des Wirkdruckverfahrens mit Messblende. Auch lässt die Messgenauigkeit nahe der unteren Messbereichsgrenze stark nach. Geregelte Pumpen zur separaten Wärmeleistungs- und Volumenstromregelung sind häufig nicht geeignet, da sie oft mehrere Regelkreise zentral versorgen und teuer sind.
  • Aus der EP 0470935A1 ist ein Verfahren zur Wärmemengenmessung bekannt, bei welchem durch Auswertung elektrischer Größen am Pumpenkreislaufmotor auf den zur Bestimmung der Wärmeleistung eines Heizkreises erforderlichen Massenstrom des Wärmeträgers geschlossen wird. Das System hat den Nachteil, dass der Massenstrom nur über die Auswertung der momentanen Motormessdaten, die starken Schwankungen und einer Drift durch Alterungseinflüsse unterliegen, bestimmt wird. Die Wärmeleistung und/oder die hydraulische Beeinflussung mehrerer, von nur einer Pumpe gespeister Kreise, kann damit nicht geregelt werden.
  • Aus der EP 0309643A1 ist ein Stellglied zur Beeinflussung der Durchflussmenge eines gasförmigen oder flüssigen Mediums bekannt. Dieses hat den Nachteil, dass es eine frei im Medium befindliche Membrandose zur Differenzdruckmessung enthält, die bei einem hohen Differenzdruck plastisch verformt werden kann, da Stützflächen für die Membranwände fehlen.
  • Um auch kleine Differenzdrücke Messen zu können, muß die Membrandose dünnwandig hergestellt werden, was ihre Fähigkeit Überlastungen unbeschädigt zu ertragen, zusätzlich verringert. Die Erfassung der Membrandosenverformung mittels Magnet und Hallsensor reagiert auf äußere Magnetfelder mit Messwertverfälschung. Das dort beschriebene Prinzip ist nur auf Durchgangs-(Zweiweg-)Ventile anwendbar.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeleistungsregler zu schaffen und die vorgenannten Nachteile bekannter Wärmeleistungsregler zu vermeiden bzw. zu verringern. Es soll ein Volumenstrom- und Wärmeleistungsregler mit Hilfsenergie geschaffen werden, der kompakt und preisgünstig ist, mit geringem Platz- und Installationsaufwand auskommt, einen großen Regelbereich mit guter Regelgenauigkeit aufweist und zudem für weitere Meß- und Regelaufgaben erweiterbar ist.
  • Als weitere Mess- und Regelaufgaben seien beispielhaft genannt:
    Regelung von Drücken in Rohrleitungsnetzen.
  • Ausgabe aktueller Messwerte, wie beispielsweise Differenzdruck, Volumenstrom, Stellung des Stellgliedregelorganes, Soll- und Istwert des Volumenstromes, Wärmeleistung und Mediumtemperatur mit visueller Anzeige oder in Form elektrischer Signale.
  • Weiterhin soll der maximale Volumenstrom durch Voreinstellung begrenzt werden können. Letzteres macht einen hydraulischen Abgleich von Rohrleitungssystemen mit mehreren zu regelnden Verbrauchern überflüssig.
  • Erfindungsgemäße Lösung
  • Ein Wärmeleistungs- und Volumenstromregler, der vorgenannte Eigenschaften aufweist, wird durch ein Stellglied (1) mit Drosselkörper (2), (2.1) zur Beeinflussung des Volumenstromes, einen das Stellglied (1) betätigenden Stellantrieb (18), einen oder mehrere im Drosselkörper (2), (2.1) angeordnete Differenzdruckaufnehmer, einen oder mehrere Temperaturfühler (23), (23.1) und einen im Stellantrieb (18) integrierten elektronischen Stellungsregler (18.1) mit integriertem Wärmeleistungsregler gebildet.
  • Differenzdruckaufnehmer erfassen den Wirkdruck, welcher bei Umströmung über dem entsprechenden Drosselkörper (2), (2.1) entsteht und geben Differenzdruckwerte in elektrischer Form an den im Stellantrieb (18) befindlichen Stellungsregler (18.1).
  • Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen System befinden sich eine oder mehrere Membranen (4) innerhalb eines oder mehrerer Drosselkörper (2), (2.1), je nachdem ob das Stellglied (1) als Durchgangs- oder Dreiwegventil vorgesehen ist.
  • Das Differenzdruckaufnehmerprinzip entspricht dem der bekannten Membranmanometer.
  • Die vorzugsweise aus einem Elastomer gefertigten Membranen (4), können sich bei voller Auslenkung durch den Differenzdruck an eine entsprechend geformte Gegenfläche, die Bestandteil des Drosselkörpers (2), (2.1), des Drosselkörpermittelteils (8) und des Drosselkörperdeckels (17) ist, anschmiegen, so dass deren unzulässige Verformung bzw. Überdehnung vermieden wird.
  • Die Membranen (4) werden einseitig, für eine Wirkrichtung, oder beidseitig, für zwei Wirkrichtungen, mit einer oder mehrere Schraubenfedern (7), (7.1), (7.2) belastet. Stellt sich auf der der jeweiligen Feder gegenüberliegenden Membranseite ein Überdruck ein, so wird dieses zur Auslenkung der Membran (4) und damit unter Nutzung des Stößels (9), (10) als mechanisches Übertragungsglied, zur Kompression der entsprechenden Feder (7), (7.1), (7.2) führen. Je nach gewünschter, mediumdruckverursachter Auslenkungsrichtung der Membran (4), kann eine Feder (7) auch zwischen der, der Membran (4) entgegengesetzten Stirnseite eines Druckstückes (13) und der inneren Stirnfläche der hohlen Ventilstange (3) angeordnet werden, wie in 1 dargestellt. Das zylindrische Druckstück (13) besteht dabei aus ferromagnetischem Werkstoff sofern der Stößel (10) aus nichtmagnetischem Werkstoff be-steht. Ein Überdruck seitens des Zuströmraumes A gegenüber dem Abströmraum B, wird in diesem Fall eine Verringerung der Spuleninduktivität der Spule (11) gegenüber dem Zustand des ausgeglichenen Druckes zwischen Raum A und B hervorrufen.
  • Andererseits wird bei den vorgenannten Druckverhältnissen eine Vergrößerung der Spuleninduktivität der Spule (11) bewirkt, wenn der Stößel (10) aus ferromagnetischem Werkstoff und das Druckstück (13) aus nichtmagnetischem Werkstoff besteht.
  • Der Stößel (10) liegt bei der Ausführung nach 1 lose auf der Membran (4) auf und übt auf diese die durch die Druckfeder (7) hervorgerufene Kraft aus. Stößel (10) und Druckstück (13) sind reibungsarm axial verschiebbar in der hohlzylindrischen Ventilstange (3) geführt.
  • Die Membran (4) kann bei bestimmten Ausführungen auch mit einem Stößel (10) oder einem Hohlstößel (9) fest verbunden sein, wie in 2, 3, 6, 8, 11 dargestellt.
  • Der Stößel (10) bzw. Hohlstößel (9) ist in diesem Fall durch einen Durchbruch mittig der Membran (4) durchgesteckt und Mediumdicht an der Membran (4), z. B. durch Umbördeln befestigt. Ein oder mehrere Stößel (9), (10) befinden sich reibungsarm und axial verschiebbar geführt in der hohlzylindrischen Ventilstange (3). Die Ventilstange (3) und der Hohlstößel (9) sind aus nichtmagnetischem Werkstoff, wie z. B. austenitischem CrNi-Stahl oder Rotguß gefertigt. Der innere Stößel (10) in 2 kann bei einer Wirkungsrichtung mit einer gewünschten Zunahme der Spuleninduktivität, hervorgerufen durch tieferes Eintauchen des Stößels (10) in die Spule, komplett aus einem ferromagnetischen Werkstoff, wie z. B. korrosionsbeständigem ferritischem Cr-Stahl, hergestellt werden.
  • Bestehen die Stößel (9), (10) aus nichtmagnetischen Werkstoffen, befindet sich an deren, der Membran abgewandtem Ende ein Druckstück (13), welches aus ferromagnetischem Werkstoff, wie z. B. ferritischem Cr-Stahl besteht und welches mit dem jeweiligen Stößel (9), (10), fest verbunden ist. Auf der hohlzylindrischen Ventilstange (3) sind auf dieser eine oder mehrere Spulen (11) koaxial außerhalb des mediumführenden Stellgliedbereiches fest angeordnet. Zur Verringerung der Beeinflussung der Spulen (11) durch äußere elektro-magnetische Felder, sind diese mit Abschirmbechern (14) geschirmt.
  • Die Spulen (11) werden in so einer Position auf der Ventilstange (3) fixiert, dass das ferromagnetische Druckstück (13.1) oder der ferromagnetische Stößel (10) von Beginn ihres möglichen Hubbereiches an, die Spulen (11) derart durchsteigen können, wie dieses allgemein von Tauchspulenkernen der Hochfrequenztechnik bekannt ist. Die jeweils aktuelle Stellung von Druckstück (13), (13.1) bzw. Stößel (10) entspricht aufgrund deren mechanischer Kopplung an die Membran (4), der vom Differenzdruck abhängigen Auslenkung der federbelasteten Membran (4) und ist damit weitgehend proportional zum herrschenden Differenzdruck über der zwischen den Strömungsräumen A-B oder A-AB bzw. B-AB befindlichen Drosselstelle.
  • Die jeweils einer Membran (4) zugeordnete Spule (11), ist frequenzbestimmender Teil eines im elektronischen Stellungsregler (18.1) integrierten Oszillators.
  • Da sich durch die differenzdruckabhängige Verschiebung des im Innern der Spule (11) befindlichen ferromagnetischen Druckstückes (13), (13.1) bzw. des Stößels (10) die Permeabilität innerhalb der Spule (11) und damit deren Induktivität L ändert, folgt daraus eine Frequenzverstimmung des Oszillatorkreises nach den bekannten physikalischen Gesetzmäßigkeiten (Thomsonsche Schwingungsgleichung). Diese Frequenzänderung wird mittels eines im Stellungsregler (18.1) integrierten Frequenzzählers erfasst sowie durch einen Mikrorechner ausgewertet und liefert ein Maß für den momentan herrschenden Differenzdruck über der entsprechenden Drosselstelle.
  • Die Verbindung der Membrankammern zu den Druckmessstellen erfolgt über die Zulaufbohrungen (15), die so kalibriert sind, dass ein die Differenzdruckmessung dämpfender Effekt entsteht und damit eine durch Strömungsunstetigkeiten hervorgerufene Differenzdruck und Messwertschwankung vermindert wird.
  • Um den Rand des Durchbruches in den Membranen (4) mechanisch zu stabilisieren, sind auf den Stößeln (9), (10) Stützscheiben (16) beidseitig der Membranen (4) angeordnet, wie in 6 dargestellt.
  • Die Membran (4) wird zwischen Drosselkörper (2), (2.1) und Drosselkörperdeckel (17) bzw. Drosselkörpermittelstück (8) geklemmt. Dazu befindet sich am äußeren Umfang der Membran (4) ein zur horizontalen Mittelebene der Membran (4) symmetrisch angeformter Wulst mit vorzugsweise kreisförmigem Querschnitt.
  • Drosselkörper (2), (2.1), Drosselkörpermittelstück (8) und Drosselkörperdeckel (17) sowie dazwischen geklemmte Membranen (4) werden durch Gewinderinge (5) fixiert und vorgespannt.
  • Der Druckpilz (6) dient der Abstützung der Feder (7) auf der Membran (4) zur gleichmäßigen Kraftverteilung.
  • In 1 ist ein Drosselkörper mit der erfindungsgemäßen integrierten Differenzdruckmessung für ein Durchgangsventil dargestellt.
  • In 2 ist ein Drosselkörper mit der erfindungsgemäßen integrierten Differenzdruckmessung für ein Dreiwegventil dargestellt, welches als Verteilventil angeordnet ist.
  • 3 zeigt eine Differenzdruckmessanordnung für ein Dreiwegventil, jedoch mit entgegengesetzter Wirkrichtung der Differenzdruckmessung, wie es bei einer Ventilanordnung als Dreiwegmischventil erforderlich ist.
  • 4 zeigt die auf der Ventilstange angeordnete Spule (11) und deren axiale Fixierung durch Sicherungsringe (14). Die Ausbildung des Differenzdruckmeßsystems ist hier durch die Anordnung der Federn (7) beidseitig wirkend und für ein Durchgangsventil dargestellt.
  • In 5 ist die Spulen(11)-, Stößel(9), (10)- und Druckstück(13)-Anordnung für ein Dreiwegventil dargestellt. Stößel (10) und Druckstück (13.1) sind in diesem Beispiel aus ferromagnetischem Werkstoff, Hohlstößel (9) und Druckstück (13) hingegen aus nichtmagnetischem Werkstoff.
  • 6 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Darstellung eines Drosselkörpers mit integrierter Differenzdruckmessung für ein Dreiwegventil zur Verwendung als Verteilventil (Druck in AB immer höher oder gleich den Drücken in A und B).
  • Gemäß der Darstellung in 7, welche den außerhalb des Ventilkörpers angeordneten Teil der Ventilstange (3) mit den darauf befestigten Spulen (11) zeigt, ist das ferromagnetische Druckstück (13.2) mit dem nichtmagnetischen Hohlstößel (9) verschraubt. Der Stößel (10) besteht aus ferromagnetischem Werkstoff.
  • In 8 wird die Anordnung der Federn (7.1), welche sich auf einem Zwischensteg des Drosselkörpermittelstückes (8) abstützen, dargestellt. Differenzdruckmessanordnungen der in 8 gezeigten Art sind für die Verwendung in Dreiwegventilen als Mischventile geeignet (Druck AB immer kleiner oder gleich den Drücken in A und B).
  • In 11 ist die Anordnung der Federn (7), (7.1), (7.2) und der Membranen (4) in einem Drosselkörper (2), (2.1) für ein Dreiwegventil mit jeweils beidseitiger Wirkrichtung der Differenzdruckmesser dargestellt.
  • Der Spulenanschluss erfolgt wie in 9 und 10 abgebildet über flexible Zuleitungen (ΔL/Δf) zum Stellantrieb (18) bzw. Stellungsregler (18.1). Vorzugsweise kommt hier vollgeschirmtes Koaxialkabel zur Verwendung, dessen Schirm mit den Abschirmbechern (12) elektrisch verbunden ist.
  • Über einen externen elektrischen Eingang wird dem in den Stellungsregler (18.1) integrierten Wärmeleistungsregler ein Wärmeleistungssollwert vom Sollwertgeber (21) zugeführt.
  • Jedes Stellglied (1) besitzt eine eigene Durchflusscharakteristik, die zu jedem beliebigen Öffnungsverhältnis (Öffnungsgrad des Drosselorgans 2) einen eindeutig zuzuordnenden Durchflusskoeffizienten hat. Der Durchflusskoeffizient des Stellgliedes (1) ist damit eine mathematische Funktion des Stellgliedöffnungsverhältnisses.
  • Das Öffnungsverhältnis ist der Quotient aus Istwert und Maximalwert einer eindimensionalen geometrischen Größe, entweder ein Drehwinkel, ein Bogenmaß oder eine lineare Hubstrecke. Diese geometrische Größe wird durch ein im Stellungsregler (18.1) des Stellantriebs (18) vorhandenes Wegmeßsystem (19) erfaßt und steht zur weiteren rechnerischen Verarbeitung im Stellungsregler (18.1) zur Verfügung.
  • Aus der Funktionsgleichung für den Zusammenhang von Öffnungsverhältnis und Durchflusskoeffizient ergibt sich der bei dem jeweiligen Öffnungsverhältnis gültige Durchflusskoeffizient.
  • Für den Zusammenhang zwischen der Strömungsgeschwindigkeit des zu regelnden Mediums und der Druckdifferenz über der Drosselstrecke des Stellgliedes gilt die Bernoulligleichung. Bei bekanntem Durchflusskoeffizienten, der wie bereits beschrieben eindeutig aus dem Öffnungsverhältnis des Stellgliedes (1) abzuleiten ist, lässt sich mittels des über dem Drosselkörper (2), (2.1) erfassten Wirkdruckes (Druckdifferenz) die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums und daraus der Volumenstrom nach der Bernoulligleichung errechnen.
  • Die Multiplikation von Volumenstrom, Temperaturdifferenz über dem Verbraucher (25) und der volumenbezogenen Wärmekapazität cv des Wärmeträgers ergibt die über dem Verraucher (25) umgesetzte Wärmeleistung.
  • Der Istwert von Wärmeleistung und/oder Volumenstrom wird im Stellungsregler (18.1) mit dem entsprechenden Sollwert verglichen.
  • Bei Abweichungen zwischen beiden Werten erfolgt eine Angleichung des Istwertes durch entsprechende Verstellung des Stellgliedes (1) mittels des Stellantriebs (18) solange, bis die Differenz beider Werte eine definierte zulässige Abweichung nicht mehr übersteigt.
  • Bei der Verstellung des Stellgliedes (1) werden die aktuellen Differenzdrücke und Temperaturdifferenzen laufend mit den aus der Charakteristik des Stellgliedes (1) folgenden Durchflusskoeffizienten im Stellungsregler (18.1) rechnerisch ausgewertet und mit dem Sollwert verglichen. Übersteigt die Abweichung zwischen Soll- und Istwert die zulässige Abweichung, so erfolgt eine erneute Verstellung des Stellgliedes (1) durch den Stellantrieb (18) solange, bis die Abweichung zwischen Soll- und Istwert verschwindet, bzw. innerhalb des Bereiches der zulässigen Abweichung liegt.
  • Da bei allen Medien deren Dichte, welche in die Volumenstromberechnung eingeht, mehr oder weniger stark von der Temperatur abhängig ist, wird der Messwert des Temperaturfühlers (23) zur Bestimmung der Mediumdichte berücksichtigt.
  • Alle vom Mikrorechner des Stellungsreglers (18.1) erfassten und/oder berechneten Werte können optisch, als elektrisches Signal oder elektromagnetisch in Analog- oder Binärform zur weiteren Verarbeitung ausgegeben werden.
  • Um mit dem beschriebenen Regler auch Wärmeleistungen bzw. Volumenströme gas- oder dampfförmiger Medien Regeln zu können, ist zur Bestimmung der Mediumdichte noch ein Absolutdruckgeber (24) für das Medium vor oder nach dem Drosselkörper (2), (2.1) des Stellgliedes (1) vorzusehen. Der Messwert des Absolutdruckgebers (24) wird dem im Stellantrieb (18) befindlichen Stellungsregler (18.1) ebenfalls als elektrisches Signal zugeführt und zur Dichtebestimmung des Mediums rechnerisch darin weiterverarbeitet.
  • Der beschriebene Wärmeleistungs- und Volumenstromregler kann auch Bestandteil von elektropneumatischen- bzw. elektrohydraulischen Stellungsreglern (18.1), wie sie in Verbindung mit pneumatischen bzw. hydraulischen Stellantrieben zum Einsatz kommen, sein.
  • In 10 ist ein der erfindungsgemäßen Lösung entsprechendes Dreiwegventil, geschaltet als Mischventil, in Verbindung mit einem pneumatischen Antrieb (18) und einem elektronisch/pneumatischen Stellungsregler (18.1) in einem wärmeleistungsgeregelten Heizkreis, dargestellt.
  • Ein besonderer Vorteil des beschriebenen Reglers liegt darin, dass auch noch sehr kleine Volumenströme und Wärmeleistungen mit guter Genauigkeit bestimmt und geregelt werden können.
  • Der Grund dafür liegt darin, dass bei kleinen Volumenströmen der Durchflusskoeffizient des Stellgliedes (1) kleine Werte annimmt und nicht wie z. B. bei festen Messblenden eine Konstante darstellt.
  • Da die über dem Stellglied (1) herrschenden Druckdifferenzen durch permanente Messung über einem oder mehreren Drosselkörpern (2), (2.1) jederzeit bekannt sind, kann durch eine regelungstechnische Differenz- bzw. Volumenstrombegrenzung im Stellungsregler (18.1) ein hydraulischer Abgleich weit verzweigter Wärmeträgerrohrleitungsnetze entfallen.
  • Da es in der Serienherstellung nur mit großem Aufwand möglich ist, Stellglieder (1) mit immer exakt gleicher Charakteristik zu erzeugen, werden Abweichungen von der theoretisch idealen Charakteristik durch Korrekturfaktoren berücksichtigt. Je nach Anforderung an die Genauigkeit der Mess- und Berechnungsergebnisse können die Korrekturfaktoren für eine Geräteserie einmalig erfasst und im Mikrorechner als Festwert hinterlegt werden oder bei höheren Genauigkeitsanforderungen für jede Reglereinheit, bestehend aus Stellantrieb (18), Stellungsregler (18.1) und zugehörigem Stellglied (1) einschließlich des integrierten Differenzdruckmessers, während einer Endprüfung im Fertigungsprozess separat ermittelt und dem Datenspeicher des zugehörigen Mikrorechners übertragen werden.
  • Hierzu kann vorgesehen sein, dass der komplette Volumenstrommesser bestehend aus Stellglied (1) und Stellantrieb (18) sowie dem Stellungsregler (18.1) und insbesondere der Spulen (11) nach erfolgter Fertigung zur Gewährleistung einer hohen Genauigkeit der vom Mikrorechner errechneten Werte einer Abgleichprozedur unterzogen wird, indem er mit einem Referenzvolumenstrommesser strömungsmäßig in Reihe geschaltet, der gesamte Regelbereich durchfahren wird und die Istwerte mit den Referenzwerten des Referenzvolumenstrommessers verglichen werden, zu dem Zweck, dass aus den Differenzen von Ist- und Referenzwerten Korrekturwerte ermittelt und in einem nichtflüchtigen Speicher des Mikrorechners dauerhaft zur Volumenstrommesswertkorrektur gespeichert werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 0470935 A1 [0010]
    • EP 0309643 A1 [0011]

Claims (19)

  1. Wärmeleistungsregler für fließfähige Medien, bestehend aus einem Stellglied (1) mit einer definierten Durchflusscharakteristik und einem Stellantrieb (18), welcher mit einem in- oder extern angeordneten elektronisch programmgesteuereten Stellungsregler (18.1) ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das als Durchgangs- oder Dreiwegventil ausgebildete Stellglied (1) einen oder mehrere Drosselkörper (2), (2.1) aufweist, wobei sich in deren Innenraum eine oder mehrere voneinander durch elastische Membranen (4) getrennte Druckkammern befinden, die über Bohrungen (15) mit den die Drosselkörperanordnung umgebenden Zu- oder Abströmräumen (A, B, AB) des Stellgliedes (1) verbunden sind, wobei die Membranen (4) ihre, durch Differenzdrücke in den durch sie gebildeten Kammern erzeugten Auslenkungsbewegungen auf einen zu jeder vorhandenen Membran (4) gehörigen Stößel (10) oder Hohlstößel (9) übertragen, wobei der oder die Stößel (9), (10) koaxial in einer hohlzylindrisch ausgeführten Ventilstange gegeneinander reibungsarm verschiebbar angeordnet sind und die Ventilstange (3) an ihrem außerhalb des mediumführenden Stellgliedraumes liegenden Teil eine oder mehrere koaxial auf der Ventilstange (3) angeordnete Spulen (11) trägt.
  2. Wärmeleistungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilstange (3) und der Hohlstößel (9) aus einem nichtmagnetischen Werkstoff mit einer niedrigen magnetischen Permeabilität bestehen.
  3. Wärmeleistungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranen (4) an ihrem äußeren Umfang einen umlaufenden Wulst aufweisen und aus einem Elastomer bestehen.
  4. Wärmeleistungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerwerkstoff für die Membran (4) mit einer oder mehreren Gewebezwischenlagen verstärkt ist.
  5. Wärmeleistungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran als eine dünnwandige Metallwellmembran ausgebildet ist.
  6. Wärmeleistungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine mediumdichte Verbindung zwischen Stößel (9), (10) und Membran (4) besteht.
  7. Wärmeleistungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Membranen zwischen Drosselkörper (2), (2.1) und Drosselkörpermittelstück (8) oder Drosselkörperdeckel (17) nahe ihres äußeren Umfanges mediumdicht geklemmt werden.
  8. Wärmeleistungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die der jeweiligen Membran (4) gegenüberliegenden Grenzflächen der entsprechenden Membrankammern derart schalenförmig ausgebildet sind, dass sich die Membran (4) bei Überlast an die schalenförmige Wand anschmiegt und somit vor Überdehnung geschützt ist.
  9. Wärmeleistungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (10) aus einem ferromagnetischen Werkstoff hoher magnetischer Permeabilität besteht.
  10. Wärmeleistungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zylindrischen Kammer des Drosselkörpers (2) eine der Rückstellung der Membran (4) und der Messbereichsbestimmung dienende Schraubendruckfeder (7) angeordnet ist.
  11. Wärmeleistungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Rückstellung der Membran (4) und der Messbereichsbestimmung dienende Schraubendruckfeder (7) in der Ventilstange (3) angeordnet ist.
  12. Wärmeleistungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über den Stößeln (9), (10) ein oder mehrere aus ferromagnetischem Werkstoff bestehende Druckstücke (13.1) als Tauchkerne für die Spulen (11) dienend, angeordnet sind.
  13. Wärmeleistungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Spulen (11) auf der Ventilstange (3) in definierter Position und gegenüber der Ventilstange (3) axial nicht verschiebbar angeordnet sind.
  14. Wärmeleistungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Spulen (11) durch metallische Abschirmbecher (12) gegen äußere elektromagnetische Einflüsse abgeschirmt werden.
  15. Wärmeleistungsregler nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die, die Membran (4) auslenkende Druckdifferenz zwischen den Zu- und Abströmräumen (A, B, AB) des Stellgliedes (1), mittels der Stößel (9), (10) bzw. der mit ihnen in Berührungskontakt befindlichen Druckstücke (13), (13.1) eine entsprechende, der Druckdifferenz annähernd proportionale, Induktivitätsänderung der der jeweiligen Membran (4) zugeordneten Spule (11) hervorruft.
  16. Wärmeleistungsregler nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet dass die zur Wärmeleistungsbestimmung und Wärmeleistungsregelung notwendigen Temperaturdifferenzwerte, die Durchflusskoeffizienten des Stellgliedes (1) und die Differenzdruckwerte, welche über den Drosselkörpern (2), (2.1) bei Umströmung derselben entstehen, in Form elektrischer Signale in einem zum Stellantrieb (18) zugehörigen Stellungsregler (18.1) ausgewertet und gemäß den bekannten physikalischen Gesetzmäßigkeiten im Mikrorechner des Stellungs-reglers (18.1) rechnerisch aufbereitet werden, so dass ein Vergleich des vom Sollwertgeber (21) gegebenen Wärmeleistungssollwertes mit dem Wärmeleistungsistwert erfolgen kann.
  17. Wärmeleistungsregler nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Spulen (11) frequenzbestimmender Teil eines oder mehrerer im Stellungsregler (18.1) integrierter Oszillatoren sind.
  18. Wärmeleistungsregler nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Druckdifferenz über einer oder mehreren Membranen (4) hervorgerufene Auslenkung derselben, gefolgt durch die über Stößel (9), (10) und/oder Druckstücke (13), (13.1) bewirkte Induktivitätsänderung der Spulen (11), zu einer Frequenzverstimmung eines oder mehrerer im Stellungsregler (18.1) integrierter Oszillatoren führt, wobei die Größe der Frequenzänderung ein Maß für die Änderung der Druckdifferenz ist.
  19. Wärmeleistungsregler nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (1) mit einem Temperaturfühler (23) ausgerüstet ist sowie einem weiteren Temperaturfühler (23.1) der die Mediumaustrittstemperatur nach einem mit dem Volumenstromregler in Reihe geschalteten Verbraucher (25) erfasst und aus der damit berechenbaren Temperaturdifferenz und der spezifischen Wärmekapazität des Mediums die Wärmeleistung errechnet.
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EP0470935A1 (de) 1990-08-09 1992-02-12 Claudio Meisser Verfahren zur Wärmemengen Messung sowie Heizungsanlage zur Durchführung des Verfahrens

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