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Gasdruckregler
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Gasdruckregler für
einen Umlaufwasserheizer mit einem Gebrauchswasserbereiter gemäß dem Oberbegriff
des Hauptanspruchs entsprechend dem Hauptanspruch der älteren Anmeldung P 29 09
876.8-52 Bei dieser älteren Anmeldung ist vorgesehen, den bei Null beginnenden Gasdurchsatz
bei der Inbetriebnahme der angeschlossenen Feuerstelle auf einen Überzündgasstrom
ansteigen zu lassen und nach erfolgter Überzündung im Brenner des Gerätes diesen
Gasstrom auf einen geregelten Nenngasstrom ansteigen zu lassen.
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Hierbei hat sich herausgestellt, daß es für bestimmte Anwendungsfälle
zweckmäßig
ist, statt des geregelten Uberzündgasdurchsatzes und gleichfalls geregelten Nenngasdurchsatzes
anzustreben, beide Zustände ungeregelt darstellen zu können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß die aus dem kennzeichnenden
Teil des Hauptanspruchs hervorgehende Maßnahme vorgeschlagen.
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Hierdurch wird erreicht, daß zum Beispiel für Heizungsbetrieb und
Überzündgasstrom einstellbare Teilleistungen vorgegeben werden können, die die Regelfunktion
des Gasdruckreglers unterlaufen.
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Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung
ersichtlich, die anhand der Figuren eins und zwei ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
erläutert.
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Es zeigen Figur eins eine schematische Darstellung der Schaltung eines
Umlaufwasserheizers mit einem Gebrauchwasserbereiter und Pigur zwei die schematische
Detaildarstellung des Gasdruckreglers selber
In beiden Figuren bedeuten
gleihe Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.
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Gemäß Figur eins ist ein Umlaufwasserheizer 1 an eine Vorlaufleitung
2 angeschlossen, die zu einem Verbraucher 3 führt, von dem wiederum eine Rücklaufleitung
4 zum Umlaufwasserheizer führt. Der Verbraucher 9 besteht hier aus einer Vielzahl
parallel und/oder in Serie geschalteter Radiatoren, die regelmäßig mit nicht dargestellten
Thermostatventilen an ihrem Einlaß bestückt sind.
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Die Vorlaufleitung 2 geht von einem Drei-Wege-Umschaltventil 5 ab,
dessen einer Auslaß mit der Vorlaufleitung 2 und dessen anderer Auslaß mit der Gebrauchswasserbereiter-Vorlaufleitung
6 verbunden ist, die zu einem Gebrauchswasser-Wärmetauscher 7 führt, von dem eine
Gebrauchswasserbereiter-Rücklaufleitung 8 abgeht, die sich an einer Vereinigungsstelle
9 mit der mit einer Pumpe versehenen Rücklaufleitung 4 vereinigt, um zu einem von
Verbrennungsgasen eines Brenners 10 beaufschlagten Wärmetauscher 11 zu führen, afl
den sich eine Leitung 12 anschließt, die zu dem Drei-Wege-Umschaltventil 5 führt.
Bei dem Brenner 10 handelt es sich um einen Gasbrenner, der über eine Gasleitung
13 mit einem Gasdruckregler 14 verbunden ist.
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Zum Gasdruckregler 14 führt eine Stellstange 15, die von einem Membranschalter
16 ausgeht, von diesem Membranschalter geht eine weitere Stellstange 17 ab, die
zu dem Drei-Wege-Umschaltventil 5 führt. Der Membranschalter 16 ist über eine Druckübertragungsleitung
18 mit einem Strömungsmesser 19 verbunden,
der im Zuge einer Zapfleitung
20 für Zapfwasser liegt, die über eine Rohrschlange 21 im Inneren des Gebrauchswasserbereiters
7 führt und an ihrem Ende von einem Zapfventil 22 beherrscht ist.
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Aus der Figur zwei geht der Gasdruckregler im einzelnen hervor: Dieser
Gasdruckregler weist ein Gehäuse 30 auf, das im Zuge der Gasleitung 13 eine Einlaßkammer
31 und eine Auslaßkammer 32 aufweist. Zwischen Ein- und Auslaßkammer befindet sich
ein Ventilsitz 33, der von einem von einer Stange 94 angelenkten Ventilkörper 35,
der unter der Rückstellkraft einer Druckfeder 36 steht, im Ruhezustand verschließbar
ist, wobei die Stellstange 34 mit einem Membranteller 37 einer Regelmembrane 38
verbunden ist, die im Bereich der Auslaßkammer 32 an ihrem Rand druckdicht im Gehäuse
30 eingespannt ist. Ein- und Auslaßkammer sind somit im Ruhezustand über das verschlossene
Ventil 33, 35 voneinander getrennt. Die Membran teilt eine weitere Kammer 39 ab,
von der ein Kanal 40 zu einem Ventilmittelraum 41 führt. Der Ventilmittelraum 41
ist über 2 Ventilsitze 42 und 43 sowie eine Abströmöffnnung 44 begrenzt.
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An das Gehäuse 30 ist ein Fortsatz 100 angeschraubt, dessen abgewinkeltes
Ende 101 einen Anschlag bißdet. Mit dem Gehäuse 30 ist das Gehäuse 16 des Wasserschalters
verbunden, das in seinem Inneren die von der Membran 70 getrennten Membrankammern
71 und 72 aufweist. Die Membrankammern 71 und 72 sind über die Leistung 18 an den
Strömungsmesser 19 angeschlossen. Mit der
Membran 70 ist der Membranteller
69 verbunden, der mit der Stellstange 15 seinerseits verbunden ist. Die Stellstange
15 trägt einen Doppelanschlag 102, der mit zwei einstellbaren Schrauben 103 und
104 versehen ist. Während die Schraube 103 mit ihrem freien Ende mit dem Anschlag
101 zusammenwirkt, wirkt das freie Ende der Schraube 104 mit der Oberseite des Gehäuses
30 zusammen. Hieraus folgt, daß die Stellstange 15 nur zwischen beiden Anschlägen
und deren Doppelanschlag bewegbar ist. Die Stellstange 15 ragt durch eine abgedichtete
Öffnung in das Innere der Einlaßkammer 31 hinein und trägt an ihrem Ende einen Stopper
105. Dieser Stopper liegt in einem Abstand 106 von der Oberseite des Ventilkörpers
35. Der Stopper steht unter der Rückstellwirkung einer Druckfeder 107, die in der
Einlaßkammer 31 angeordnet ist und sich gegenüber der Unterseite des Gehäuses 30
abstützt.
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Vom Ventilsitz 43 führt ein Kanal 45 zu einer Verzweigungsstelle 46,
von der ein weiterer Kanal 47 zur Auslaßkammer 32 führt. Ein weiterer Kanal 48 führt
zu einer Membrankammer 49, die über eine Leitung 50, in der ein Ventilsitz 51 vcrgesehen
ist, mit der Abströmöffnung 44 verbunden ist. Mit dem Ventilsitz 51 korrespondiert
ein Ventilkörper 52, der von einer sich gegenüber dem Gehäuse 30 abstützenden Druckfeder
53 in Öffnungstellung bewegbar und beherrscht ist. Der Ventilkörper 52 ist an einer
Membran 54 befestigt, die unter der Wirkung einer Druckfeder 55 steht, die von einer
Stellschraube 56 justierbar ist, die ihrerseits in einem Gewinde im Gehäuse 30 gasdicht
geführt ist.
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Auf der der Membrankammer 49 abgewandten Seite der Membran 54 ist
eine weitere Membrankammer 57 gebildet, die über eine Öffnung 58 mit einer weiteren
Membrankammer 59 in Verbindung steht. Diese Membrankammer 59 wird außer von dem
Gehäuse 30 von einer Membran 60 begrenzt, die auf der der Membrankammer 59 abgewandten
Seite eine weitere Membrankammer 61 bildet, in welcher eine Druckfeder 62 gelagert
ist, die sich gegenüber einem Pederteller 63 abstützt, der Teil einer Justierschraube
110 ist, die im Gehäuse 30, über ein Gewinde 30 einstellbar gelagert ist.
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Der Strömungsmesser 19 ist in an sich bekannterweise als Venturi ausgestattet
und liegt im Zapfwasserweg 20.
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Die Membrankammer 61 ist über eine Drosselb.ohrung 73 mit der Atmosphäre
verbunden. Mit der Membran 60 ist ein Ventilkörper 74 verbunden, der mit einem im
Gehäuse 30 angeordneten Ventilsitz 75 korrespondiert. Der Ventilsitz 75 steht über
eine Leitung 76 mit der Membrankammer 59 in Verbindung. Der Ventilkörper 74 steht
unter der Wirkung einer Druckfeder 77, die sich gegenüber dem Gehäuse 30 abstützt
und das Bestreben hat, den Ventilkörper 74 von seinem Ventilsitz 75 abzuheben.
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Auf der anderen Seite der Leitung 76 schließt sich an den Ventilsitz
75 eine Kammer 78 an, die über eine Bohrung 79 relativ kleinen Querschnitts mit
der Membrankammer 59 und über eine Zuluftbohrung 80 sowie einen Luftfilter 81 mit
der Atmosphäre verbunden ist. Über eine Ansaugleitung 82 ist die Kammer 78 mit dem
Saugstutzen einer Membranpumpe 83 verbunden, die über eine Welle von einem nicht
dargestellten
Motor angetrieben ist. Der Motor seinerseits ist
von einem Stellglied mit Spannung beziehungsweise elektrischer Leistung beaufschlagbar,
um ein bestimmtes Antriebsverhalten des Motors zu gewährleisten. Die Membranpumpe
weist eine Druckleitung 85 auf, die über eine Drosselbohrung 86 mit der Membrankammer
59 in Verbindung steht.
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Von der Einlaßkammer 31 gelangt Gas über eine Drosselbohrung 87 in
einen Operator-Raum 88, der von dem Ventilsitz 42 begrenzt ist. Im Inneren des Operator-Raums
ist ein Elektromagnet 89 vorgesehen, der über eine elektrische Zuleitung 90 mit
elektrischer Leistung speisbar ist. Mit dem Elektromagneten 89 wirkt ein Anker 91
zusammen, der als zweiarmiger Hebel 92 verlängert ist und bei 93 drehbar im Gehäuse
30 gelagert ist. Der Anker beziehungsweise der Hebel steht unter der Wirkung einer
Zugfeder 94, die einen Endes am Gehäuse 30 befestigt ist. Am freien Ende des Hebels
92 ist über einen Drehpunkt 95 eine Stange 96 angelenkt, die mit einem Ventilkörper
97 verbunden ist, der mit den Ventilsitzen 42 und 43 korrespondiert.
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Der eben beschriebene Gasdruckregler gemäß Figur zwei hat folgende
Punktion: Ausgehend von dem in der Zeichnung dargestellten Ruhezustand, ist der
Ventilsitz 33 durch den Ventilkörper 35 unter der Ausdehnungswirkung der Druckfeder
36 verschlossen, das heißt, die Verbindung zwischen Gaseinlaß und Gasauslaß ist
unterbrochen. Die Membranpumpe 83 ist in Ruhe, Druck- und Saugleitung 85 beziehungsweise
82 weisen
zueinander keinen Differenzdruc auf. Die Ventile 97,
42 sowie 52, 51 und 74, 75 sind geschlossen. Der Elektromag.net 89 ist stromlos.
Die Gaszufuhr zu dem Brenner 10 ist unterbrochen.
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Wird nun Gas am Brenner verlangt, so wird über die Leitung 90 der
Elektromagnet 89 erregt, worauf dieser seinen Anker 91 anzieht und den Ventilkörper
97 vom Sitz 42 auf den Sitz 43 bewegt und diesen Ventilsitz gegen die Wirkung der
Rückstellfeder 94 verschließt. Somit ist der Kanal 47 und damit der Gasauslaß von
der Kammer 39 druckmäßig abgetrennt. Somit baut sich nunmehr Druck aus dem Gaseinlaß
über die Einlaßkammer 31 und die Drosselbohrung 87 verzögert im Operator-Raum 88
auf. Der Ventilmittelraum steht bei geschlossenem Ventil 52, 51 über den Kanal 40
mit der Kammer 39 in Verbindung, so daß sich langsam ein Druck in dieser Kammer
aufbaut, der dazu führt, daß der Ventilkörper 35 gegen die Rückstellkraft der Druckfeder
36 von seinem Ventilsitz 33 abhebt. In diesem Moment beginnt Gas vom Einlaß über
die Sinlaßkammer 31 zur Auslaßkammer 32 und damit über die Leitung 13 zum Brenner
zu fließen.
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Der Druck in der Kammer 39 wird jedoch dadurch begrenzt, daß sich
in der Auslaßkammer 32 ein Staudruck, verursacht durch die Stauwirkung der Brennerdüsen,
im Brenner aufbaut. Der Rück-staudruck wirkt über die Leitung 47 und 48 auf die
Membrankammer 49 und ist bestrebt, bei Ansteigen über einen gewissen Wert die Membran
54 gegen die Rückstellkraft der Feder 55 zu bewegen. Die Druckschwelle, bei der
diese Bewegung eintritt, ist über die Stellschraube 56 einstellbar. Eine Bewegung
der Membran 54 gegen die Stellschraube 56 hat ein Abheben
des
Ventilkörpers 52 vom Ventilsitz 51 zur Polge, diese Bewegung wird durch Druckfeder
53 unterstützt. Die Charakteristik der Druckfeder 53 ist aber wesentlich schwächer
als die der Druckfeder 55. Somit wird auch der Druck im Ventilmittelraum 41 begrenzt.
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Die eben eingestellte Druckschwelle dient dazu, einen Gasdruck in
der Auslaßkammer 32 sicherzustellen, der für ein einwandfreies Überzünden im Bereich
des angeschlossenen Rostbrenners notwendig ist. Ein zu kleiner Druck in der Auslaßkammer
32 bewirkt ein nur teilweises Brennen der Gasflammen im Rostbrenner, zu großer Überdruck
wird eine Verpuffungserscheinung in der Feuerstelle zur Folge haben.
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Soll nun der Gasdruck in der Auslaßkammer 52 auf einen Nennwert ansteigen,
so wird die Welle 84 der Membranpumpe 83 beaufschlagt, so daß die Membranpumpe 83
zu fördern beginnt.
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Somit baut sich in der Membrankammer 59, verzögert durch die Drosselbohrung
86, ein Druck auf, der über die Öffnung 58 auch in der Membrankammer 57 ansteht.
Das bedeutet, daß das Ventil 52, 51 mehr oder weniger geschlossen wird. Der hier
anstehende Druck wird begrenzt durch eine Stellbewegung der Membran 60. Steigt der
Druck in der Membrankammer 59 auf einen Wert an, der ein Einfahren der Membran 60
gegen die Rückstellkraft der Feder 62 bewirkt, so hebt der Ventilkörper 74 von seinem
Sitz 75 unterstützt durch die Wirkung der Feder 77 ab. Damit wird der Druck in der
Membrankammer 59 begrenzt.
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Somit ist die Höhe des Drucks in der Membrankammer 59 proportional
dem
jeweiligen Nenndruck des gasförmigen Brennstoffs im Brenner.
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Die bis eben beschriebene Funktion des Gasdruckreglers gilt für Heizungsbetrieb.
Der Nennwert, der eben beschrieben wurde, gilt somit auch für Heizbetrieb.
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Wird nunmehr durch Aufdrehen des Zapfventils 22 Warmwasser angefordert,
so beginnt Wasser aus dem Kaltwassernetz 20 über den Strömungsschalter 19 in die
Rohrschlange 21 des Gebrauchswasserbereiters 7 zu fließen. Der Strömungsschalter
19 registriert den Brauchwasserdurchsatz und teilt ihn als Druckschwankung über
die Meßleitung 18 dem Membranschalter 16 mit.
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Der Motor der Membranpumpe ist, wie bereits geschildert, steuerbar.
Je höher mithin der Förderdruck der Membranpumpe 83 ist, um so höher ist der Druck
in der Membrankammer 59.
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Je größer dort der Druck ist, um so größer ist die Schließkraft des
Ventils 52, 51. Je mehr dieses Ventil geschlossen wird, um so größer ist über den
Operator-Raum 88 beziehungsweise über den Druckweg 47, 48, 50, 44, 40 der Druck,
der sich in der Kammer 39 aufbaut und der einen sich vergrößernden Gasdruck in der
Auslaßkammer 32 zur Folge hat.
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In der Figur zwei ist der Ruhezustand der Teillaststeuerung dargestellt:
Findet keine Beaufschlagung beider Membrankammern 71 und 72 statt, so zieht die
Druckfeder 107 unter Entspannung den Stopper 105 so weit wie möglich an den Ventilkörper
35
heran, so daß der Abstand 106 zu einem Minimum wird.
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Somit kann zwischen dem Schließgrad des Ventilkörpers 35 und der maximalen
Öffnung des Ventilkörpers entsprechend einem zu Null werd.en des Abstandes 106 bei
Anlegen des Ventilkörpers an den Stopper 105 ein geregelter Gasdurchsatz stattfinden,
wobei die Steuerung über die Druckbeaufschlagung durch die Membran 54 geschieht.
Übersteigt der Sollwert des Gasdurchsatzes diesen Wert, so kann der Ventilkörper
35 nicht weiter öffnen, das Gerät wird nunmehr mit einer gesteuerten Teillast bestimmt,
wobei die Größe der Teillast abhängig ist von der Einstellung der Justierschraube
104. Wird nun das Gerät zur Brauchwasserbereitung eingesetzt, so werden die beiden
Membrankammern 71 und 72 mit Druck entsprechend der angegebenen Polarität beaufschlagt.
Diese Druckdifferenz stammt von dem Strömungsmesser 19, der im Zapfwasserweg angeordnet
ist. Bei Auftreten der Druckdifferenz bewegt sich die Membran derartig, daß die
Stellstange 15 in den Wasserschalter 16 einfährt. Somit wird der Stopper 105 vom
Ventilkörper 35 weggezogen, mit wachsendem Zapfwasserdurchsatz durch den Strömungsmesser
19 nähert sich das Ende der Justierschraube 103 dem Anschlag 101, bis sie dort zur
Anlage kommt. Somit wird der maximale Stellwert des Ventilkörpers 35 erst bei größeren
Gasdurchsätzen begrenzt. Der Regelbereich, gegeben durch die Auslenkung der Membran
54, wird somit vergrößert. Überschreitet der an und für sich notwendige Durchsatz
durch das Ventil 35/33 den vorgegebenen Wert, so kann eine weitere Auslenkung des
Ventilkörpers 35 nicht erfolge,n, da dieser nunmehr an einem für Brauchwasserwert
eingestellten Teillastwert
über den Stopper 105 zur Anlage kommt.
Dieser größere leillastwert kann durch Verdrehen der Justierschraube 103 eingestellt
werden.
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