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Membrandruckregler für Gasregelgeräte
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Membrandruckregler für Gasregelgeräte
gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige Druckregler sind beispielsweise aus DE-AS 12 23 644 und
DE-Gbm 19 27 013 bekannt. ort stützt sich die gegebenenfalls auswechselbare Vorspannungsfeder
einseitig gehäusefest ab und überträgt ihre Kraft über den Umlenkhebel auf den Membranteller.
Während bei dieser Anordnung das Auswechseln der Vorspannfeder, beispielsweise bei
der Umstellung von Stadtgas auf Erdgas relativ einfach ist, haben sich im Betrieb
Schwierigkeiten und Ungenauigkeiten dadurch ergeben, daß die Lagerung des Umlenkhebels
nicht reibungsfrei ist und folglich der Druckregler eine nicht vernachlässigbare
Hysterese zeigt. Aufgabe der Erfindung ist es es folglich, diese Mängel zu beheben
und einen Druckregler zu schaffen, der durch Reibungsverluste des Umlenkhebels nicht
beeinträchtigt ist. Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete
Erfindung. Sie hat den Vorteil, daß im Betrieb der Umlenkhebel seine jeweilige Lage
nicht ändert und somit auch keine mechanischen Reibungsverluste auftreten können.
Die Feder ist-vielmehr unmittelbar zwischen Membran und Umlenkhebel wirksam. Eine
besonders raumsparende Ausführungsform ist Gegenstand des Anspruches 3. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele
erläutert. Dabei zeigt Fig.1 einen Druckregler im Schnitt und
Fig.2
eine Einzelheit hiervon in vergrößertem Maßstab; Fig.3 eine zweite Ausführungsform
eines durch einen Temperaturfühler zusätzlich gesteuerten Druckreglers, Fig.4 wiederum
eine entsprechende vergrößerte Darstellung einer Einzelheit und Fig.5 den Verlauf
des Ausgangsdruckes P in Abhängigkeit von der Temperatur beim Druckregler gemäß
Figur 3 Bei dem in den Figuren 1 und 2 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel besteht
der Druckregler aus einem im wesentlichen quaderförmigen Gehäuse 1 dessen Innenraum
in drei Gehäusekammern 2,3 und 4 unterteilt ist. Die Kammern 2 und 3 trennt eine
Membran 5, an deren Membranteller 6 der Drosselkörper 7 eines Ventils befestigt
ist, dessen Sitz 8 in der Trennwand 9 zwischen den Kammern 3 und 4 angeordnet ist.
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Der hinsichtlich seines Ausgangsdruckes zu regelnde Gasstrom tritt
durch die Einlaßöffnung 10 in die Kammer 4 ein, wird durch das Ventil 7, 8 mehr
oder minder gedrosselt und verläßt die Kammer 3 über den Auslaß 11. Die Kammer 2
ist nach außen hin durch eine Dichtung 12 und einen Deckel 13 und dementsprechend
die Kammer 4 durch eine Dichtung 14 und einen Deckel 15 abgeschlossen, der zugleich
den Auslaßbereich der Kammer 3 mit der Auslaßöffnung 11 überdeckt.
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Auf das Grundgehäuse 1 ist abgedichtet aufgesetzt ein turmartiges
Einstellgehäuse 16, welches von einer im Durchmesser abgesetzten Durchqangsbohrung
durchsetzt ist. Im oberen Teil ist diese mit einem Innengewinde 17 versehen, in
dem eine Einstellschraube 18 verstellbar ist. Gegen die Unterseite der Einstellschraube
wird durch eine sich einseitig auf einem gehäusefesten Absatz 19 abstützende Schraubenfeder
20 der umlaufende Kragen 21 einer als Einstellstift
dienenden Einstellhülse
22 gedrückt, deren unteres Ende durch eine glatte Bohrung 23 im Gehäuse 1 hindurchragt
und mit seiner kreisringförmigen Stirnfläche 24 (vergl.
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Fig.2) auf wenigstens einem zur Einstellhülse hingerichteten Vorsprung
25 eines Umlenkhebels 26 aufliegt.
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Dieser Umlenkhebeh 26 ist mittels eines gehäusefest gehaltenen Bügels
27 und einer darin gelagerten Schwenkachse 28 in der Zeichungsebene schwenkbar.
An seinem linken Ende ist durch einen Niet 29 oder dergleichen eine flache Biegefeder
30 befestigt, welche sich parallel zum Hebel 26 erstreckt und mit ihrem rechten
Ende 31 an einem Ansatz 32 des Membrantellers 6 anliegt. Diese Biegefeder 30 übt
eine Vorspannung auf die Membran 6 in Öffnungsrichtung des Ventils 7, 8 aus. Schraubt
man die Einstellschraube 18 tiefer in das Gewinde 17 hinein, so bewegt sich die
Einstellhülse 22 gegen die Kraft der Feder 20 nach unten und schwenkt mit ihrer
Stirnfläche den Umlen,khebel 26 im Gegenuhrzeigersinn. Hierdurch erhöht sich die
Kraft, mit welcher die Feder 30 gegen den Ansatz 32 des Membrantellers 6 drückt,
d.h. die in Öffnungsrichtung des Ventils 7, 8 wirksame Federvorspannung. Beim Zurückschrauben
der Einstellschraube 18 sorgt die Feder 20 dafür, daß die Einstellhülse 22 mrt ihrem
oberen Kragen 21 der Bewegung der Einstellschraube 18 folgt. Mit Hilfe von Einstellschraube
18 und Einstellhülse 22 kann somit der gewünschte Ausgangsdruck des Druckreglers
von Hand vorgegeben werden. Steigt dieser Druck in der Kammer 3 über den Sollwert
an, so bewegt sich die Membran 5 nach unten und drosselt über den Drosselkörper
7 den Zustrom von Gas aus der Kammer 4 solange, bis sich wieder ein Kräftegleichgewicht
zwischen dem in der Kammer 3 auf der Membran 5 lastenden Druck und dem von der Feder
30 ausgeübten Gegendruck einstellt.
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Sinkt der Druck in der Kammer 3 und damit am Auslaß 11 hingegen unter
den Sollwert ab, so drückt die Feder 30 die Membran und mit ihr den Drosselkörper
7 nach oben,
so daß mehr Gas durch den Ventilsitz 8 in die Kammer
3 einströmt und damit der Ausgangsdruck erhöht wird. Die Einstellhülse 22 kann auch
als Zylinderstift ausgebildet sein. Da der Umlenkhebel 26 während des Druckregelvorganges,
d.h. bei Bewegung der Membran 5 und des Drosselkörpers 6 einschließlich des Federendes
31 seine Lage beibehält und somit nicht um die Achse 28 geschwenkt wird, treten
keine Reibungsverluste auf, so daß hierdurch bedingte Hystereseerscheinungen herkömmlicher
Druckregler vermieden sind.
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Das Ausführungsbeispiel nach Figuren 3 und 4 zeigt die Erweiterung
des bisher beschriebenen Druckreglers zu einem modulierenden Druckregler' bei dem
der Sollwert des Ausgangsdrucks durch eine FUhrungsgrößebeispielsweise die von einem
Temperaturfühler erfaßte Temperatur, selbsttätig veränderbar ist. Soweit die Bauteile
mit denjenigen der Ausführungsform nach Figur 1 übereinstimmen, sind gleiche -Bezugszeichen
verwendet, Figur 4 zeigt wiederum den Bereich IV aus Figur 3 in vergrößertem Maßstab.
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Zusätzlich zu den bereits beschriebenen Bauteilen ist hier in eine
Durchgangsbohrung 33 der Einstellschraube 18 ein zylindrischer Steuerstift 34 eingesetzt,
der auch verschiebar durch den zylindrischen Hohlraum der Einstellhülse 22 hindurchragt.
Das untere Ende 35 des Steuerstiftes 34 ragt durch eine öffnung 36 des Umlenkhebels
26 berUhrungsfrei hindurch und liegt unmittelbar an der Biegefeder 30 an (vergl.Fig.
4). Eine Schraubenfeder 37 ist zwischen dem Deckel 13 und dem linken Ende des Umlenhebels
26 angeordnet und sorgt dafür, daß der Umlenkhebel mit der Feder 30 ständig am unteren
Ende 35 des Steuerstifts 34 anliegt.
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Auf das Grundgehäuse 1 ist hier abgedichtet aufgesetzt ein Gehäuseoberteil
38j an dem um eine gehäusefeste Achse 39 schwenkbar ein Steuerhebel 40 gelagert
ist. Dieser trägt an seinem freien Ende eine Feder 41, welche auf der oberen Stirnfläche
des Steuerstifts 34 aufliegt. Eine den Steuerstift 34 ungebendeSchraubenfeder 42
stützt sich
einerseits an einem Kragen 43 des Steuerstifts und andererseits
an einem Absatz 44 der den Steuerstift umschließenden Einstellschraube 18 ab und
sorgt dafür, daß das Steuerstiftende an der Feder 41 anliegt. 0-Ringe 45 und 46
sorgen für die gewünschte Abdichtung. Die Feder 41 ist beispielsweise mit Hilfe
eines Niets 47 am Steuerhebel 40 befestigt. Verstellt wird dieser Steuerhebel mit
Hilfe eines an eine Membrankapsel 48 angeschlossenen Temperaturfühlers 49, bei dessen
Erwärmung sich die darin enthaltene Flüssigkeit ausdehnt und die Membrankapsel aufweitet
und damit deren Steueransatz 50 nach unten schiebt.
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Damit wird der Steuerhebel 40 im Gegenuhrzeigersinn geschwenkt. Die
gewünschte Temperatur kann in bekannter Weise mit Hilfe eines den Abstützpunkt für
die Membrankapsel 48 verstellenden Einstellknopfes 51 vorgegeben werden Der Steuerhebel
40 wirkt über eine zweite Feder 52 auf den Stössel eines Schnappventils 53 ein,
dessen Schließkörper 54 im Gasweg zwischen dem Auslaß 11 des Druckreglers und dem
Auslaß 55 des Ventiloberteils liegt. Schnappventile sind an sich bekannt (vergl.US-PS
28 31 504). Sie schließen schlagartig,sobald die vom Temperaturfühler geförderte
Gaszufuhr unter eine das sichere Arbeiten des Brenners gewährleistende Mindestmenge
absinkt. Diese Abschaltung könnte auch durch einen Schalter in Verbindung mit einem
Magnetventil erfolgen.
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Während mit der Einstellschraube 18 in Verbindung mit der Einstellhülse
22 der maximal zul--ssige Ausgangsdruck des Druckreglers einstellbar ist, und der
Temperaturfühler 49 über den Steuerstift 34 den Druck auf einen unterhalb des Maximalwertes
liegenden von der gemessenen Temperatur abhängigen Wert regelt, greift im gezeigten
Ausführungsbeispiel noch eine zweite Biegefeder 56 mit ihrem linken Ende 57 ebenfalls
am Ansatz 32 des Membrantellers 6 an.
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Sie ist mittels eines Niets 58 am Ende eines zweiten Umlenkhebels
59 befestigt, welcher um eine gehäusefeste
Achse 60 schwenkbar
gelagert ist. Eine Einstellschraube 61 ist abgedichtet mit Hilfe eines 0-Rings 62
im Innengewinde einer Gehäusebohrung 63 verstellbar und liegt mit ihrem unteren
Ende am zweiten Umlenkhebel 59 an.
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Hiermit ist der gewünschte minimale Auslaßdruck des Druckreglers einstellbar.
Er erhöht sich wenn die Schraube 61 tiefer in die Gewindebohrung 63 eingeschraubt
wird.
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Hinsichtlich des mit der Einstellschraube 18 und der Einstellhülse
22 vorgegebenen maximalen Auslaßdruckes arbeitet der Druckregler wie zuvor beschrieben.
Mißt der Temperaturfühler 49 eine erhöhte Temperatur, so daß dem Brenner weniger
Brennstoff zugeführt werden sollte, so dehnt sich die Membrankapsel 48 aus und schwenkt
über ihren Ansatz 50 den Stellhebel 40 im Gegenuhrzeigersinn. Diese Bewegung wird
mittels der Überlauffeder 41 auf den Steuerstift 34 übertragen, welcher wie erwähnt
nicht am Umlenkhebel 26 sondern unmittelbar an der Biegefeder 30 angreift. Er schwenkt
folglich die Biegefeder 30 im Uhrzeigersinn um ihren Befestigungspunkt 29 am Umlenkhebel
26. Dabei verhindert die Schraubenfeder 37, daß sich der Umlenkhebel 26 dabei im
Gegenuhrzeigersinn um die Achse 28 dreht. Die Federkraft der Feder 37 muß folglich
größer gewählt sein als diejenige der Biegefeder 30 im Angriffspunkt des Steuerstifts
34.
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Durch die genannte Schwenkung der Biegefeder 30 im Uhrzeigersinn wird
deren auf den Ansatz 32 des Membrantellers 6 einwirkende Federkraft verringert,
so daß die Membran 5 den Drosselkörper 7in Schließrichtung bewegt. Sinkt die vom
Temperaturfühler 49 gemessene Temperatur hingegen ab, so ergeben sich Bewegungsabläufe
in umgekehrter Richtung. Wiederum ist durch das Festhalten des Umlenkhebels 26 mittels
der Schraubenfeder 37 gewährleistet, daß keine Reibungsverluste infolge Drehung
dieses Hebels um die Achse 28 auftreten.
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Ein völliges Schließen des Druckreglerventils 7, 8 wird durch die
zweite Biegefeder 56 verhindert, welche damit den Mindestdruck am Ausgang 11 des
Druckreglers bestimmt.
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Er kann mit Hilfe der Einstellschraube 61 vorgegeben werden. Auch
im Bereich diest Mindestdruckes erfolgt die Regelung hysteresefrei, weil wiederum
der Hebel 59 sich im Zuge der Druckregelung nicht bewegt, sondern die Bewegung auf
die Biegefeder 56 beschränkt ist.
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Anhand von Figur 5 soll noch kurz die Kennlinie des in Figur 3 dargestellten
aus Druckregler, Schaltventil und Temperaturfühler bestehenden Gasregelgerätes erläutert
werden. In Figur 5 ist der Druck P über der vom Temperaturfühler 49 gemessenen Temperatur
aufgetragen, die in dem über das Gasregelgerät von einem Brenner mit Wärme versorgten
Raum herrscht. Bei Inbetriebnahme der Anlage, dh. bei niedriger Temperatur ist die
Membrankapsel 48 völlig zusammengedrückti der Steuer stift 34 also durch die Feder
42 nach oben gedrückt, so daß die Biegefeder 30 am Umlenkhebel 26 anliegt und entsprechend
der Einstellung mittels der Einstellschraube 18 und der Einstellhülse 19 über den
Umlenkhebel 26 die Biegefeder 30 den Membranteller 6 soweit wie möglich nach oben
drückt und damit das Ventil 7, 8 für den maximalen Gasdurchsatz geöffnet ist. Mit
steigender Temperatur dehnt sich die Membrankapsel 48 aus und schwenkt den Hebel
40 im Gegenuhrzeigersinn. Im Punkt A der Kennlinie gemäß Figur 5 drückt das unter
Ende 35 des Steuerstiftes 34 die Feder 30 von ihrer Anlage am Umlenkhebel 26 weg
und schwenkt sie im Uhrzeigersinn.
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Damit läßt die vom Federende 31 auf den Membrantelleransatz 32 ausgeübte
Kraft nach1 rund das Regelventil 7, 8 bewegt sich in Richtung Schließstellung. Mit
wachsender Temperatur wird der Gasstrom immer weiter gedrosselt.
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Am Ende des Modulationsbereiches M erreicht diese Drosselung schließlich
im Punkt B den durch die Einstellschraube 61 und die zweite Biegefeder 56 vorgegebenen
bei
Minimalwert, welcher zunächst auchZweiterem Temperaturanstieg nicht unterschritten
wird. Erst wenn im Punkt C das Schnappventil 53 anspricht und seinen Schließkörper
54 in Schließlage bringt, wird die Gaszufuhr schlagartig ganz unterbrochen. Sinkt
nunmehr die vom Temperaturfühler 49 gemessene Temperatur ab, so schaltet nach dem
Durchlaufen des Schaltdifferentials S das Scbnappventil 53 im Punkt D und öffnet
die Gaszufuhr entsprechend der durch die Einstellschraube 61 vorgegebenen Mindestmenge.
Reicht diese zur Aufrechterhaltung der gewünschten Raumtemperatur nicht aus, d.h.
sinkt die Temperatur weiter ab, so erreicht das Regelgerät im Punkt B die obere
r;renze des des Modulationsbereiches M1in dem abhängig von der gemessenen Temperatur
der Steuerstift 34 die Lage der Biegefeder 30 und damit des Drosselkörpers 7 bestimmt.
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Das Kräftegleichgewicht ergibt sich wie oben beschrieben zwischen
der am Membrantelleransatz 32 wirksamen Federkraft und dem in der Kammer 3 herrschenden
auf die Membran einwirkenden Ausgangsdruck des Druckreglers. Ist die Temperatur
sehr stark abgesunken, d.h. wird viel Wärme benötigt, so wird der Modulationsbereich
M bis zum Punkt A durchlaufen, wo erneut die maximale Gasmenge zum Durchtritt durch
das Regelgerät zum Brenner freigegeben wird.
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Die Steilheit der Kennlinie im Modulationsbereich M hängt im wesentlichen
von der Federkonstanten der Biegefeder 30 ab. Eine starke Feder führt zu einem steilen
Kurvenverlauf und eine weiche Feder zu einem flacheren Kurvenverlauf. Da die Gehäusekammer
2 bei Abnahme des Deckels 1 leicht zugängig ist, kann die Biegefeder 30 im Bedarfsfall
ohne Schwierigkeiten gegen eine andere ausgewechselt werden.