DE2752571A1

DE2752571A1 - ACTUATION DEVICE FOR THE ADJUSTMENT OF A MOVABLE ELEMENT, IN PARTICULAR THE CLOSURE OF A VALVE

Info

Publication number: DE2752571A1
Application number: DE19772752571
Authority: DE
Inventors: Zbigniew Ryszard Dipl I Huelle
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1977-11-25
Filing date: 1977-11-25
Publication date: 1979-05-31
Also published as: GB2011072B; AU4187278A; DD140075A5; IT7869695A0; GB2011072A; JPS5482727A; DK517778A; FR2410309A1; SE7812077L

Description

DR.-ING. ULRICH KNOBLAUCHDR.-ING. ULRICH GARLIC

a-a-

PATENTANWALT ο β frankfurt/main ι. denPATENT ADVOCATE ο β frankfurt / main ι. the KUHHORNSHOFWEG 10KUHHORNSHOFWEG 10 POSTSCHECK KONTO FRANKFURT/M 34^ 6Ο5 "* K/CPOST CHECK ACCOUNT FRANKFURT / M 34 ^ 6Ο5 "* K / C ORESDNER BANK. FRANKFURT/M 2 3OO 3Ο8 TELEFON: 56 1O 78FOLDER BANK. FRANKFURT / M 2 3OO 3Ο8 TELEPHONE: 56 1O 78

TELESRAMM: KNOPAT TELEX 411877 KNOPA DTELESRAM: KNOPAT TELEX 411877 KNOPA D

DA 470DA 470

DANFOSS A/S, Nordborg (Dänemark)DANFOSS A / S, Nordborg (Denmark)

Betätigungsvorrichtung für die Verstellung eines beweglichen Elements, insbesondere des Verschlußstücks eines VentilsActuating device for adjusting a movable element, in particular the closure piece of a valve

Die Erfindung bezieht sich auf eine Betätigungsvorrichtung für die Verstellung eines beweglichen Elements, insbesondere des Verschlußstucks eines Ventils, mit einer Kapsel, die ein Ausdehnungsmittel, eine diesem Wärme zuführende oder entziehende, elektrische Heiz- bzw. Kühlvorrichtung, einen Rückmelde-TemperaturfUhler und einen die Verstellung des beweglichen Elements bewirkenden, verlagerbaren Wandabschnitt aufweist, und mit einer Steuereinheit, die die Heiz- bzw. Kühlvorrichtung in Abhängigkeit von der rUckgemeldeten Temperatur und mindestens einer weiteren Größe, wie Sollwert, Führungsgröße o. dgl., mit Strom versorgt.The invention relates to an actuating device for the adjustment of a movable element, in particular the Closure piece of a valve, with a capsule, which contains an expansion medium, a heat supplying or withdrawing from it, electrical heating or cooling device, a feedback temperature sensor and an adjustment of the movable element, having displaceable wall section, and with a control unit that controls the heating or cooling device as a function of the reported temperature and at least one more Variable, such as setpoint, reference variable or the like, supplied with power.

Bei einer bekannten Betätigungsvorrichtung dieser Art ist die Kapsel mit einer Ausdehnungsflüssigkeit gefüllt, die bei Erwärmung einen mit dem Verschlußstück eines Heizungsventils verbundenen Kolben verschiebt. Der Verstellweg ist eine Funktion der Temperatur der Ausdehnungsflüssigkeit, so daß das Ventil in Abhängigkeit von der genannten weiteren Größe betätigt werden kann.In a known actuating device of this type, the capsule is filled with an expansion liquid which, when heated one connected to the closure piece of a heating valve Piston moves. The displacement is a function of the temperature of the expansion fluid so that the valve can be actuated depending on the other size mentioned.

2/01362/0136

Gemäß einem weiteren Vorschlag wird als Ausdehnungsmittel ein zweiphasiges Medium benutzt, bei dem der Druck der Dampfphase eine Punktion der Temperatur an der Oberfläche der flüssigen Phase ist. Die Stellung des VerschlußstUcks eines Ventils hängt von dem Gleichgewichtszustand einer Membran o. dgl. ab, die einerseits von diesem Dampfdruck und andererseits von einer Gegenkraft, z. B. dem Druck des zu regelnden Mediums oder einer Feder, belastet ist.According to a further proposal, a two-phase medium is used as the expansion means, in which the pressure of the vapor phase is a puncture of temperature on the surface of the liquid phase. The position of the plug of a valve depends on the state of equilibrium of a membrane or the like, on the one hand on this vapor pressure and on the other hand by an opposing force, e.g. B. the pressure of the medium to be controlled or a spring is loaded.

Bei Verwendung einer Heizvorrichtung erfolgt die Temperaturerhöhung in der Kapsel, indem über die Heizvorrichtung Wärme zugeführt wird. Eine Abkühlung erfolgt durch Wärmeabfuhr an die Umgebungsluft, sofern nicht - wie bei einem Kälteventil -Wärme auch über das Ventil abfließen kann. Wird eine Kühlvorrichtung, z. B. ein Peltier-Element, verwendet, entzieht dieses der Kapsel Wärme, während die Wärmezufuhr aus der Umgebungsluft erfolgt. Da die Temperatur sich aufgrund eines Gleichgewichtszustandes zwischen zugeführter und abgeführter Wärme einstellt, führt die Abhängigkeit von der Umgebungsluft dann zu Störungen, wenn singuläre Luftströme mit anderer Temperatur oder anderer Geschwindigkeit auf die Kapselwand auftreffen, also wenn bei geöffnetem Fenster oder geöffneter Tür Zugluft entsteht oder ein Ventilator einen Gebläseluftstrom erzeugt.When using a heating device, the temperature in the capsule is increased by applying heat to the heating device is fed. Cooling takes place by dissipating heat to the ambient air, unless - as with a cold valve - heat can also flow away through the valve. If a cooling device, e.g. B. a Peltier element is used, withdraws this heats the capsule, while the heat is supplied from the ambient air. As the temperature changes due to a Adjusts the state of equilibrium between supplied and removed heat, leads to the dependence on the ambient air then to disturbances when singular air flows with others Temperature or other speed impinge on the capsule wall, i.e. when the window is open or open Drafts occur in the door or a fan generates a blown air flow.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Betätigungsvorrichtung der eingangs beschriebenen Art, bei der Umgebungsluft Wärme abführt oder aufnimmt, anzugeben, die gegen solche singulären Luftströme weniger empfindlich ist.The invention is therefore based on the object of specifying an actuating device of the type described in the introduction, in which the ambient air dissipates or absorbs heat, which against such singular air currents is less sensitive.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kapsel mit einer Schutzhülle versehen ist, die einen Abstand von der Kapselwand hat und der verbleibende Zwischenraum über obere und untere Öffnungen mit der Umgebung in Verbindung steht.This object is achieved according to the invention in that the capsule is provided with a protective cover which is spaced apart from the capsule wall and the remaining space is in communication with the environment via upper and lower openings.

9098 2 2/01369098 2 2/0136

Bei dieser Konstruktion wird die Umgebungsluft lediglich durch Konvektionsströmung infolge der positiven oder negativen Kaminwirkung in dem Zwischenraum zwischen Kapselwand und Schutzhülle an der Kapsel vorbeigeführt. Diese Kaminwirkung entsteht, weil die Kapsel grundsätzlich wärmer oder kälter als die Umgebungsluft ist. Sie führt zu einem intensiven Wärmeaustausch. Hierbei ist aber der Einfluß der singularen Luftströme anderer Geschwindigkeit oder anderer Temperatur außerordentlich gering. Die Geschwindigkeit der Konvektionsströmung wird durch außerhalb der Schutzhülle auftretende Luftströme höherer Geschwindigkeit praktisch überhaupt nicht beeinflußt. Die Temperatur der im Zwischenraum strömenden Luft liegt im ungünstigsten Fall zwischen der Temperatur der singulären Luftströmung und der übrigen Umgebungsluft, da lediglich Teile des singulären Luftstromes unter Vermischung mit der übrigen Umgebungsluft in den Zwischenraum eintreten. Die Schutzhülle hat den weiteren Vorteil, daß auch zeitweilig auftretende Strahlung nur einen gerin-With this construction, the ambient air is only through Convection flow as a result of the positive or negative chimney effect guided past the capsule in the space between the capsule wall and the protective cover. This chimney effect arises because the capsule is generally warmer or colder than the ambient air. It leads to an intensive exchange of heat. Here but is the influence of the singular air currents of others Speed or other temperature extremely low. The speed of the convection flow is through outside The higher speed air currents occurring in the protective cover practically not influenced at all. The temperature the air flowing in the gap lies in the worst case between the temperature of the singular air flow and the remaining ambient air, as only parts of the singular air flow enter the space mixed with the rest of the ambient air. The protective cover has the further advantage that even intermittent radiation only

gen Einfluß auf die Wärmeabfuhr oder -zufuhr hat. Insgesamt ist daher wirksam vermieden, daß sich aufgrund solcher singulären Luftströme eine unerwünschte Verstellung des beweglichen Elements ergibt. Eventuell verbleibende Einflüsse sind so gering, daß sie sehr leicht über den Regelkreis RUckmelde-Temperaturfühler - Steuereinheit - Heiz- bzw. Kühlvorrichtung ausgeglichen werderi können. Da hierbei vielfach auf PD oder PID-Glieder verzichtet werden kann, ergibt sich eine verhältnismäßig einfache elektronische Steuerung.gen has an influence on the dissipation or supply of heat. Overall, it is therefore effectively avoided that due to such singular Air currents result in an undesirable displacement of the movable element. Any remaining influences are so small that they can be easily compensated for via the feedback temperature sensor - control unit - heating or cooling device can. Since PD or PID elements can be dispensed with in many cases, the result is a relatively simple electronic one Steering.

Wenn die Kapsel eine annähernd zylindrische Seitenwand hat, empfiehlt es sich, sie mit einer im wesentlichen zylindrischen Schutzhülle zu umgeben. Dies führt zu einer sehr einfachen Bauform mit genau definiertem Strömungskanal für die Konvektionsluft. Normalerweise stehen die Achsen der zylindrischen Seitenwand und der zylindrischen Schutzhülle vertikal.If the capsule has an approximately cylindrical side wall, it is advisable to have it with an essentially cylindrical one Protective cover to surround. This leads to a very simple design with a precisely defined flow channel for the convection air. Usually the axes of the cylindrical side wall and the cylindrical protective cover are vertical.

Man kann aber auch eine horizontale oder eine beliebige Anordnung der Achsen zulassen, wenn die im wesentlichen zylindrische Schutzhülle Längsschlitze, vorzugsweise drei gleichmäßigBut you can also allow a horizontal or any other arrangement of the axes, if the substantially cylindrical Protective cover longitudinal slots, preferably three evenly

9098??/M369098 ?? / M36

liber den Umfang verteilte Längsschlitze, aufweist. Wenigstens einer dieser Längsschlitze dient als untere Öffnung, wenigstens ein weiterer Längsschlitz dient als obere öffnung für die KonvAtionsströmung.has longitudinal slots distributed over the circumference. At least one of these longitudinal slots serves as a lower opening, at least Another longitudinal slot serves as an upper opening for the convection flow.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown in the drawing. Show it:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein thermostatischen Expansionsventil mit einer Betätigungsvorrichtung gemäß der Erfindung und1 shows a longitudinal section through a thermostatic expansion valve with an actuating device according to of the invention and

Fig. 2 In räumlicher Darstellung eine Ausführungsform der Schutzhülle.Fig. 2 In a three-dimensional representation, an embodiment of the Protective cover.

Ein thermostatisches Expansionsventil 1 hat einen Eintrittsstutzen 2 zum Anschluß an den Kondensator einer Kälteanlage und einen Austrittsstutzen 3 zum Anschluß an einen Verdampfer dieser Kälteanlage. Das Ventil weist ein Gehäuse auf, an dem ein Ventilsitz 5 ausgebildet ist. Ein zugehöriges Verschlußstück 6 steht einerseits unter dem Einfluß einer Feder 7, die mit Hilfe eines Schraubstutzens 8 justierbar ist und stutzt sich andererseits unter Zwischenschaltung eines Schaftes 9 und einer Druckplatte 10 an einer Membran 11 ab, die vom Dampfdruck p_f In einer Kapsel 12 belastet ist. Der Raum 13 unterhalb der Membran 11 ist mit einem Balgelement 14 versehen, das den Ventilschaft 9 derart abschließt, daß der Kondensatordruck keinen Einfluß auf die Ventilfunktion hat.A thermostatic expansion valve 1 has an inlet connection 2 for connection to the condenser of a refrigeration system and an outlet connection 3 for connection to an evaporator of this refrigeration system. The valve has a housing on which a valve seat 5 is formed. An associated closure piece 6 is on the one hand under the influence of a spring 7, which is adjustable with the help of a screw connector 8 and on the other hand braced with the interposition of a shaft 9 and a pressure plate 10 on a membrane 11, which is _{loaded by the vapor pressure p f} in a capsule 12 is. The space 13 below the membrane 11 is provided with a bellows element 14 which closes the valve stem 9 in such a way that the condenser pressure has no influence on the valve function.

Die Kapsel 12 weist einen Behälter 15 auf, der durch einen Deckel 16 abgeschlossen ist. Der Behälter trägt an einem unteren Flansch die Membran 11 und einen Gegenflansch 17, der mit einem Schraubgewinde 18 versehen ist. Die Kapsel kann daher vom Ventilgehäuse 8 abgeschraubt und auf ein anderes Ventilgehäuse aufgeschraubt werden. Der Deckel 16The capsule 12 has a container 15 which is closed by a lid 16. The container carries on one lower flange the membrane 11 and a counter flange 17 which is provided with a screw thread 18. The capsule can therefore be unscrewed from the valve housing 8 and screwed onto another valve housing. The lid 16

909822/0136909822/0136

wird von drei Stiften 19, 20 und 21 durchsetzt, welche mittels einer Glasisolierung 22 in Durchbrüchen des Deckels gehalten sind, so daß sich eine elektrische Durchführung 23 ergibt. In der Kapsel 12 befindet sich ein zweiphasiges Medium 24, das eine Flüssigkeitsphase 25 und eine Dampfphase 26 aufweist. In der Flüssigkeitsphase ist ein Heizwiderstand 27 in der Form eines Heizwendeis untergebracht, der von Drahtträgern 28 gehalten wird. Außerdem befindet sich in der Flüssigkeitsphase ein NTC-Widerstand 29, der als Rückmelde-Temperaturfühler dient. Dieser Fühler ist mit den Stiften 20 und 21 verbunden, der Heizwiderstand 27 mit dem Stift 19 und der Masse der Kapsel 12.is penetrated by three pins 19, 20 and 21, which by means of a glass insulation 22 are held in openings in the cover, so that an electrical leadthrough 23 results. A two-phase medium 24, which has a liquid phase 25 and a vapor phase 26, is located in the capsule 12. In the liquid phase, a heating resistor 27 in the form of a Heizwendeis is housed that of wire supports 28 is held. In addition, there is an NTC resistor 29 in the liquid phase, which acts as a feedback temperature sensor serves. This sensor is connected to pins 20 and 21, the heating resistor 27 to pin 19 and the Mass of the capsule 12.

Masse und Stifte sind über vier Leitungen 30 mit einer Steuereinheit 31 verbunden, die einen Drehknopf 32 zur Sollwerteinstellung aufweist.Ground and pins are connected to a control unit via four leads 30 31 connected, which has a rotary knob 32 for setting the setpoint.

Die zylindrische Wand des Behälters 15 wird von einer zylindrischen Schutzhülle 33 umgeben, welche mit Haitestegen 34 an der Kapsel 12 befestigt ist. Diese Haltestege können beispielsweise in zwei Ebenen Je um 120° gegeneinander versetzt angeordnet sein. Sie müssen mit der Kapsel nicht fest verbunden sein, sondern können auch durch Klemmung an ihr halten. Auf diese Weise ergibt sich zwischen Schutzhülle 34 und Wand des Behälters 15 ein Zwischenraum 35, der eine Kaminwirkung hat, da im Betrieb das zweiphasige Medium 25 und damit die Kapsel 12 eine höhere Temperatur hat als die Umgebungsluft.The cylindrical wall of the container 15 is of a cylindrical Protective cover 33 surrounded which with Haitestegen 34 on the Capsule 12 is attached. These retaining webs can, for example, be arranged offset from one another by 120 ° in two planes be. You do not have to be firmly connected to the capsule, but can also hold on to it by clamping. To this Way, there is an intermediate space 35 between the protective cover 34 and the wall of the container 15, which has a chimney effect, since the two-phase medium 25 and thus the capsule 12 has a higher temperature than the ambient air during operation.

Für die nachstehend beschriebene Betriebsweise sei angenommen, daß die Steuereinheit 31 zusätzlich von der Temperatur eines Fühlers 36 beeinflußt ist, der die Uberhitzungstemperatur am j Verdampferausgang mißt. Mit Hilfe der Steuereinheit 31 wirdFor the mode of operation described below, it is assumed that the control unit 31 additionally depends on the temperature of a Sensor 36 is influenced, which measures the overheating temperature at the j evaporator outlet. With the help of the control unit 31

die Temperatur des zweiphasigen Mediums 24 durch Beheizen des _; Heizwiderstandes 27 und damit der Dampfdruck p_f auf einem solchen Wert gehalten, daß das Expansionsventil 1 eine Öffnungsstellung einnimmt, bei der die gewünschte Uberhitzungstemperatur annähernd konstant gehalten wird. Steigt die überhitzungs-the temperature of the two-phase medium 24 by heating the _; Heating resistor 27 and thus the vapor pressure p _{f kept} at such a value that the expansion valve 1 assumes an open position in which the desired overheating temperature is kept approximately constant. Increases the overheating

909822/0136909822/0136

temperatur, so bewirkt die Steuereinheit 31 eine stärkere Beheizung des zweiphasigen Mediums 25; der ansteigende Dampfdruck p_f führt zu einer größeren Öffnung des Expansionsventils, so daß die Uberhitzungstemperatur wieder auf den eingestellten Sollwert zurückgeführt wird. Die über den Heizwiderstand 27 zugeführte Wärme steht in einem Gleichgewicht mit der von der Umgebungsluft, welche als Konvektionsströmung durch den Zwischenraum 35 strömt, abgeführten Wärme. Luftströmungen, die mit höherer Geschwindigkeit oder anderer Temperatur auf die Schutzhülle 33 auftreffen, beeinflussen das Arbeitsverhalten der Betätigungsvorrichtung nur unwesentlich, da die Geschwindigkeit der Konvektionsströmung hierdurch praktisch überhaupt nicht und die Temperatur der Konvektionsströmung infolge von Mischvorgängen nur geringfügig geändert wird.temperature, the control unit 31 causes more intense heating of the two-phase medium 25; the increasing vapor pressure p _f leads to a larger opening of the expansion valve, so that the overheating temperature is brought back to the setpoint value. The heat supplied via the heating resistor 27 is in equilibrium with the heat dissipated from the ambient air, which flows as a convection flow through the intermediate space 35. Air currents which impinge on the protective cover 33 at a higher speed or at a different temperature have only an insignificant effect on the operating behavior of the actuating device, since this practically does not change the speed of the convection flow at all and the temperature of the convection flow is only slightly changed as a result of mixing processes.

In Fig. 2 ist eine abgewandelte Form der Schutzhülle 37 veranschaulicht. Sie weist drei um 120° versetzte Längsschlitze 38, 39 und 40 auf, die lediglich durch Verbindungsstege 41 unterbrochen sind. Eine solche zylindrische Schutzhülle kann auch mit waagerechter Achse angeordnet werden, wie es in Verbindung mit einer gestrichelt eingezeichneten Kapsel 12 mit horizontaler Achse veranschaulicht ist. In der dargestellten Lage wirken die beiden Längsschlitze 39 und 40 als untere Offnungen und der Längsschlitz 38 als obere öffnung, so daß im Zwischenraum 35 wieder eine Konvekti ons strömung auftritt. Die Schutzhülle 37 kann daher wahlweise mit vertikaler Achse, mit horizontaler Achse oder mit beliebiger Achse angeordnet werden.In Fig. 2, a modified form of the protective cover 37 is illustrated. It has three longitudinal slots offset by 120 ° 38, 39 and 40, which are only interrupted by connecting webs 41. Such a cylindrical protective cover can can also be arranged with a horizontal axis, as in connection with a capsule 12 shown in dashed lines horizontal axis is illustrated. In the position shown, the two longitudinal slots 39 and 40 act as lower ones Openings and the longitudinal slot 38 as an upper opening, so that In the space 35 a Konvekti ons flow occurs again. The protective cover 37 can therefore optionally with a vertical axis, can be arranged with a horizontal axis or with any axis.

Wenn die Betätigungsvorrichtung in beliebigen Einbaulagen montiert werden können soll, empfiehlt e* sich, Fühler und Heizwiderstand annähernd in der Mitte des Behälters anzuordnen, damit einerseits diese Teile immer von der Flüssigkeit bedeckt sind, andererseits aber ein möglichst großer Dampfraum vorhanden ist. Empfehlenswert let ein Volumen der FlUssigkeitsphase von 60 bis 75 % des Behältervolumens.If the actuating device should be able to be installed in any installation position, it is advisable to arrange the sensor and heating resistor approximately in the middle of the container so that on the one hand these parts are always covered by the liquid, but on the other hand there is as much vapor space as possible. It is recommended that the volume of the liquid phase be 60 to 75 % of the volume of the container.

909827/0136909827/0136

Abweichungen von den dargestellten AusfUhrungsbeispielen können in vielfacher Hinsicht vorgesehen werden. Beispielsweise können die Einzelstege J>k durch Längsstege ersetzt werden, wenn lediglich eine vertikale Anordnung der zylindrischen Schutzhülle in Betracht kommt. Die Stege können einfach durch Prägungen der Schutzhülle erzeugt sein. Die Schutzhülle bzw. die Stege 34 können auch aus einem schlecht wärmeleitenden Material bestehen, damit die singulären Luftströme nicht durch Erwärmung oder Abkühlung der Schutzhülle einen zu groBen Einfluß auf das Ausdehnungsmittel nehmen.Deviations from the illustrated exemplary embodiments can be provided in many ways. For example, the individual webs J> k can be replaced by longitudinal webs if only a vertical arrangement of the cylindrical protective cover is considered. The webs can be produced simply by embossing the protective cover. The protective cover or the webs 34 can also consist of a poorly heat-conducting material so that the singular air flows do not have too great an influence on the expansion means by heating or cooling the protective cover.

909822/0136909822/0136

Claims

1.] Actuating device for adjusting a moving

V 'borrowed element, in particular the closure piece of a

Valve, with a capsule containing an expansion means, an electrical heating or cooling device that supplies or extracts heat, a feedback temperature sensor and a displaceable wall section which effects the displacement of the movable element having, and with a control unit that controls the heating or cooling device as a function of the reported temperature and at least one other variable, such as setpoint, control variable or the like, supplied with electricity, characterized in that the capsule (12) is provided with a protective cover (33, 37), which has a distance from the capsule wall and the remaining space (35) via upper and lower openings is in connection with the environment.

2. Actuating device according to claim 1, characterized in that that in the case of a capsule (12) with an approximately cylindrical side wall, this with a substantially cylindrical protective sheath (33, 37) is surrounded.

3. Actuating device according to claim 2, characterized in that that the essentially cylindrical protective sheath (37) has longitudinal slots (38, 39, 40).

4. Actuating device according to claim 3, characterized in that that three longitudinal slots (38, 39, 40) distributed evenly over the circumference are provided.

909822/0136909822/0136