DE3332529A1 - Vorrichtung zum veraendern der regelgroesse eines stroemungsmengenreglers einer klimaanlage - Google Patents

Description

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Dr.-Ing. W. Bernhardt Kobenhüttenweg 43, 660C1 Saarbrücken

Patentanwalt Telefon (0681) 65000

Emil Siegwart, D-6603 Sulzbach-Neuweiler

"Vorrichtung zum Verändern der Regelgröße eines Strömungsmengenreglers einer Klimaanlage"

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verändern der Regelgröße eines Strömungsmengenreglers einer Klimaanlage, bei dem ein im Strömungsquerschnitt angeordnetes Regelelement gegen die von der Strömung darauf ausgeübte Kraft in einer den Strömungsquerschnitt mehr oder weniger verschließenden Stellung gehalten ist durch eine Feder, die an einem in Richtung der Federausziehung vor und zurück verstellbaren Halter befestigt ist.

Der Strömungsmengenregler regelt unabhängig vom Vordruck (dem Druck, mit dem er beaufschlagt wird) stets eine gleiche Strömungsmenge (in der Zeiteinheit hindurchströmende Luftmenge) ein. Je größer der Vordruck und die damit auf das Regelelement ausgeübte Kraft, um/so mehr verschließt das Regelelement den Strömungsquerschnitt. Bei.richtiger Wahl der Federvorspannung, der Federkennlinie und der Kraftübertragung von der Feder auf das Regelelement bleibt so die Durchlaßmenge immer gleich. Trotz u. U. weiten Schwankungen des Vordrucks herrscht in dem Leitungssystem hinter dem Strömungsmengenregler immer die gleiche Strömung.

Zu unterscheiden von Veränderungen des Vordrucks sind Änderungen der hinter dem Regler gewünschten Strömungsmenge. Sie erfordern es, die Federvorspannung und/oder die Federkennlinie und/oder den Kraftangriff der Feder am Regelelement durch Eingriff von außen zu ändern, wiederum mit dem Ergebnis, daß die gewünschte, nun andere, Strömungsmenge bei verschiedensten Vordrücken erhalten wird.

Für Änderungen der von einem Strömungsmengenregler einzuregelnden Strömungsmenge, d.h. Änderungen der Regelgröße des Reglers, besteht z.B. ein Bedürfnis

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in Klimaanlagen, die in der wärmeren Jahreszeit mit Luft kühlen und in der kälteren Jahreszeit mit der Luft heizen. Hier muß die in der Zeiteinheit in einen Raum abgegebene Luftmenge nach der erforderlichen Wärmeabfuhr bzw. Wärmezufuhr bemessen werden. Das bedeutet die Forderung nach einer möglichst stufenlosen Veränderbarkeit der genannten Regelgröße und dies möglichst in einer Form, die die Veränderungen selbsttätig zu steuern, d.h. die eine Regelung erlaubt. Diese Regelung ist dann,' wohlgemerkt, eine der Strömungsmengenregelung überlagerte, andere Regelung. Sie regelt die Regelgröße des Strömungsmengenreglers nach dem Bedarf der Klimatisierung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe'zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die ein Verändern der Regelgröße eines Strömungsmengenreglers in einem weiten Bereich zuläßt. Darüber hinaus soll die Vorrichtung die Möglichkeit bieten, die Veränderung in Form einer Regelung zu gestalten.

Die Erfindung geht zu diesem Zweck aus von der eingangs bezeichneten, zum Inhalt der noch unveröffentlichten Patentanmeldung P 33 09 579.5 gehörenden Vorrichtung, und besteht darin, daß mindestens eine weitere Feder zum Halten des Regelelements vorgesehen und an einem weiteren Halter befestigt ist,der bei vorderer Stellung des ersteren Halters lose und erst.bei einer Zurückverstellung des ersteren Halters, zusammen mit diesem, selber gehalten ist.

Eine solche Vorrichtung erlaubt ein Verändern der vom Strömungsmengenregler einzuregelnden Strömungsmenge z.B. zwischen 1.000 und 4.000 m³/h.

Die Steigerung von 1.000 bis 2.000 m³/h wird dabei z.B. allein durch die im ersten Abschnitt der Zurückverstellung bewirkte Vergrößerung der Vorspannung der ersteren Feder hervorgebracht, und für die Steigerung von 2.000 auf 4.000 mVr> kommt dann durch Aktivierung der weiteren Feder eine Veränderung der Federkennlinie insgesamt und fortschreitend eine Vergrößerung der Vorspannung auch der weiteren Feder hinzu. An die zunächst flachere Kennlinie der ersteren Feder allein schließt sich beim Hinzutreten der weiteren Feder eine steilere gemeinsame Kennlinie an. Damit wird bereits eine genügende Annäherung an die Soll-Kennlinie erzielt.Die Annäherung ließe sich jedoch durch eine Mehrzahl weiterer Federn, die nacheinander durch Festhalten ihres Halters aktiviert werden, verfeinern.

Um in einer einfachen und zweckmäßigen Weise den genannten weiteren Halter erst bei einer Zurückverstellung des ersteren Halters selbst zu halten, kann man ihn vorzugsweise mit einem an ihm angebrachten Anschlag, im Verstellweg des ersteren Halters oder eines mit diesem verbundenen Mitnehmers anordnen.

Ein von Hand oder durch einen Regler betätigtes Stellglied zum Einstellen der Regelgröße greift dann zweckmäßiger^weise an dem genannten Mitnehmer an und stellt so beide Halter ein. Der Mitnehmer wird damit selbst zum, letzten, Stellglied. Man könnte das Stellglied aber auch unmittelbar mit dem ersteren Halter verbinden.

Die hier konkretisierte Möglichkeit, die Veränderung der Regelgröße in Form

auch einer Regelung zu gestalten, ist aber durchaus/in anderer Weise vorhanden.

Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Halter Stangen, und der genannte Mitnehmer umfaßt die den weiteren Halter bildende Stange in einer Bohrung und ist bis zu einem an ihr angebrachten Anschlag auf ihr verschiebbar. Die Konstruktion ist einfach, einfach zu montieren und erlaubt auch ohne Schwierigkeit, eine Mehrzahl weiterer Halter anzubringen und in gleicher Weise durch dasselbe Stellglied zu betätigen.

Vorzugsweise umfaßt dabei der Mitnehmer die den ersteren Halter bildende Stange in einer Bohrung, in der diese Stange durch Längsverschiebung und Festklemmung justierbar ist, und der genannte Anschlag ist auf der den weiteren Halter bildenden Stange durch Längsverschiebung und Festklemmung justierbar. Mit diesen Justierungen können die Vorspannungen der Federn in den Ausgangsstellungen ihrer Halter beliebig, auch nahe oder gleich null, eingestellt werden.

Vorzugsweise sind die Stangen ferner, ggf. nach Lösen einer Verklemrnung, drehbar, und die Federn sind Schraubenfedern und die Stangen sind zur Befestigung der Federn, mit einem Querteil in die Federwindungen greifend, in die Federn hineingedreht. So läßt sich durch die Drehung der Stangen, bei der sich das genannte Querteil in der Feder entlang/schraubt und damit die Zahl der wirksamen Federwindungen vergrößert oder verkleinert, die jeweilige Federkennlinie verändern.

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Das Regelelement ist in den vorbeschriebenen Zusammenhängen zweckmäßigerweise eine an sich bekannte, gewinkelte Klappe, un die Federn greifen an einem an der Klappe und/oder ihrer Welle angeordneten Hebelarm über zu der Welle parallele Querarme des Hebelarms an.

Abgesehen von anderen Vorteilen ist hier gerade für die Mehrzahl eingesetzter Federn die Anordnung im Leitungsquerschnitt, wo genügend Platz ohnehin vorhanden ist, besonders praktisch.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere geeignet zur Anwendung als Vorrichtung zum Steuern der Regelgröße eines Strömungsmengenreglers durch einen Temperaturfühler nach dem Warmluft- bzw. Kühlluftbedarf eines Raumes oder einer Raumgruppe nach der Patentanmeldung P 33 09 579.5.

Die Zeichnung gibt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder.

Fig. 1 zeigt zur Erleichterung des Verständnisses eine einfachere Vorrichtung (nach der Patentanmeldung P 33 09 579.5) zum Steuern der Regelgröße eines Strömungsmengenreglers in einem axialen Längsschnitt durch den Strömungsmengenregler und die angesetzte Steuervorrichtung.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einem axialen Teillängsschnitt durch den Strömungsmengenregler und die angesetzte Steuervorrichtung.

Fig. 3 zeigt die Vorrichtung nach Fig. 2 in einem in verschiedenen Ebenen geführten Teilquerschnitt, Ansicht gemäß Fig. 2 von links.

In der Vorrichtung nach Fig. 1 ist in einer in der Pfeilrichtung durchströmten Luftleitung 1 auf einer Welle 2 eine gewinkelte Regelklappe 3 gelagert. Sie wird gegen die Luftströmung, die sie zu schließen sucht, gehalten durch eine Feder 4, die über einen Hebelarm 5 an ihr angreift und die selbst durch eine mit einem Querstift 6 versehene Stange 7 gehalten ist. Die Stange 7 ist mit dem Querstift 6 so weit in die Windungen der Feder 4 eingeschraubt, daß die zwischen dem Querstift 6 und dem Hebelarm 5 verbliebene Zahl von Windungen die benötigte Federkonstante hervorbringt, nämlich im Zusammenwirken mit dem mit der Klappenstellung sich ändernden Kraftangriffwinkel am Hebelarm 5 derart, daß steigender Druck der anströmenden Luft die Regelklappe 3 immer so viel weiter schließt, daß die Strömungsmenge hinter der Regelklappe gleich bleibt.

Gezeichnet ist die Ruhestellung, gestrichelt angedeutet eine mittlere Arbeitsstellung und strichpunktiert die vollständig verschließende Endstellung.

Über einen als Schraube mit einem Außengewinde und einer Art Schraubenkopf 8 versehenen Stutzen 9, der mittels einer Mutter 10 an der Wandung der Luftleitung 1 angeschraubt ist, ist mittels einer weiteren Mutter 11 eine Steuervorrichtung 12 an der Luftleitung 1 befestigt. Eine weitere Befestigung ist bei 13 angedeutet. Die Steuervorrichtung 12 sitzt an dem Stutzen 9 und der weiteren Befestigung 13 mit dem einen Schenkel eines flach-U-förmig gewinkelten, den Vorrichtungsrahmen bildenden Bleches 14. Auf dem Rücken des Bleches 14 ist ein nicht gezeichneter Stellmotor angeordnet, dessen Abtriebswelle 16 das Blech 14 durchsetzt. Die Stange 7 ragt durch den Stutzen 9, in dem sie bei 17 geführt ist, hindurch bis in eine Bohrung 18 im anderen Schenkel des Bleches 14 als zweite Führung. Am Ende der Stange 7 ist ein Einschnitte zu erkennen, in den für die weiter oben erwähnte Drehung der Stange ein Schraubenzieher greifen kann. Die Stange durchsetzt in einer Bohrung ein Verbindungsteil 20, das mittels einer Schraube 21 auf ihr festgeklemmt ist und in das rechtwinklig zu der Stange 7 eine weitere Stange 22 eingeschraubt ist. Diese durchragt mit geringem Spiel eine Bohrung in einem Verbindungsteil 23, das in einem auf der Abtriebswelle 16 sitzenden Schwenkhebel 25 drehbar gelagert ist.

Die in Fig. 1 gezeigte Stellung des Schwenkhebels 25 entspricht beispielsweise einer mittleren Heizlast. Für eine größere Heizlast würde der Schwenkhebel noch etwas weiter im Uhrzeigersinn schwenken und damit über die weitere Stange 22, auf der dabei das Verbindungsteil 23 noch weiter nach außen rutscht, und die Stange 7 die Feder 4 weiter anziehen, d.h. stärker spannen. Die Regelgröße des Volumenstromreglers würde damit erhöht, d.h. der Volumenstromregler regelt, unabhängig von Druckschwankungen, eine bestimmte, größere Strömungsmenge ein. Gibt, umgekehrt, bei steigender Temperatur der Temperaturfühler, an den der Stellmotor 15 angeschlossen ist, ein einer Verkleinerung der Strömungsmenge entsprechendes Steuersignal, so dreht sich die Antriebswelle 16 des Stellmotors mit dem Schwenkhebel 25 im Gegenuhrzeigersinn und schiebt die Stange 7 mit dem Querstift 6 vor. Die Vorspannung der Feder 4 wird dann verringert und damit die Strömungsmenge, da sich die Regelklappe 3 nunleichter schließt. Gelangt der

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Schwenkhebel 25 über den Totpunkt, d.h. seine zur weiteren Stange 22 senkrechte Stellung, hinaus, so zieht er die Stange 7 und die Feder 4 wieder an und erhöht demgemäß die Strömungsmenge. Dies ist für steigende Kühllast vorgesehen; die Vorwärmung der Luft hört bei der Stellung des Schwenkhebels 25 am Totpunkt auf.

In Fig. 2 und 3 finden sich die vorbeschriebenen Einrichtungen mit gleichen Bezugszeichen wieder. Als Unterschied gegenüber Fig. 1 braucht insoweit nur vermerkt zu werden, daß die Feder 4 nicht unmittelbar am Hebelarm 5 eingehängt ist, sondern an einem von diesem abstehenden Quersrm 3o, wobei im übrigen die wirksame Hebellänge kurzer ist.

Die Vonichtung nach Fig. 2 und 3 unterscheidet sich von der Vorrichtung nach, Fig. 1 durch eine weitere Feder und deren Halterung. Die betreffenden mit der ersteren Feder und ihrer Halterung übereinstimmenden Teile haben jeweils das gleiche Bezugszeichen mit Index " ' ".

Die beiden Federn 4 und 4¹ und die sie haltenden Stangen 7 und 7' verlaufen parallel nebeneinander; die Feder 4¹ ist an einem gegenüber dem Querarm angeordneten Querarm 30' des Hebelarms 5 eingehängt. Die Anordnungen sind gleich mit der Ausnahme, daß die Stange 7¹ das Verbindungsteil 20 in einer Bohrung 31 frei verschiebbar durchsetzt und auf ihrem dahinter liegenden Abschnitt einen mit einer Schraube 32 auf ihr festgeklemmten Anschlag 33 trägt. Fig. 2 und .3 zeigen eine "Stellung "der'Steuervorrichtung 12, in der das Verbindungsteil 20, das die Stellung der Stangen 7 und 7' unmittelbar bestimmt, gegenüber seiner vordersten Stellung etwas zurückgezogen ist. Die Feder 4 hat dadurch schon eine etwas vergrößerte Vorspannung erhalten; die Regelgröße des Strömungsmengenreglers, d.h. die von ihm einzuregelnde Strömungsmenge in mVh, ist erhöht worden. Dies schreitet bei weiterer Zurückziehung des Verbindungsteils 20 fort,wie zu Fig. 1 Geschrieben. Erreicht das Verbindungsteil 20 den Anschlag 33, kommt jedoch die Wirkung der Feder V hinzu. Auch diese Feder wird dann bei einer Verdrehung der Rerjelklappe 3 aus der gezeichneten Ausgangsstellung heraus gelängt. ie Federkennlinie, von beiden Federn zusammen, ist jetzt steiler. Bei noch weiterem Zurückziehen des Verbindungsteils 20 wird dieses zum Mitnehmer für die Stange 7',und es wird auch die Vorspannung der Feder 4¹ fortschreitend erhöht.

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Bei dieser Vorrichtung ist in einem weiten Bereich vorzugebender Regelgrößen an jedem einzelnen Punkt dieses Bereichs eine Rückhaltekraft für die Regelklappe durch die Feder(n) von annähernd solcher Veränderlichkeit mit der Veränderung der Klappenstellung geschaffen, wie es für die Einregelung einer gleichbleibenden Strömungsmenge bei wechselnden Vordrücken erforderlich ist.

Statt der Steuerung der Regelgröße des Strömungsmengenreglers im Rahmen der beschriebenen Regelung durch einen Temperaturfühler und Stellmotor wäre auch eine willkürliche Steuerung möglich oder auch nur eine Veränderung in wenigen Stufen· Hierfür könnte z.B. statt der Stange 22, die auf der Mitte des Verbindungsteils 20 an diesem angreift, in anderer Weise ein Stellglied mit dem Verbindungsteil 20 verbunden sein, etwa auch nur eine parallel zu den Stangen 7, 7¹ durch das Blech 14 herausgeführte Gewindespindel mit einer Stellmutter o.a.m. .

Fertigungstechnisch vorteilhafte Abwandlungsmöglichkeiten wären z.B. verschiedene Bohrungen in dem Hebelarm 5 zur Anbringung von den Querarmen 30 und 30' entsprechenden Querarmen mit anderen wirksamen Hebellängen und/oder zueinander gewinkelt. In verschiedenen Winkelstellungen könnten zur Vereinheitlichung einer Fertigung auch mehrere Querarme tatsächlich vorhanden sein, die aber nur zum Teil, je nach Bedarf dieser oder jener, benutzt werden. Ein nicht benutzter Querarm ist in Fig. 3 bei 34 angedeutet. Die Winkelung solcher Querarme gegeneinander ist erforderlich, damit die betreffende Feder neben einem nicht benutzten Querarm, wie bei 34, Platz hat; die mit der Winkelung verbundene Seitverstellung des Kraftangriffspunktes der Feder bietet darüberhinaus aber auch Möglichkeiten für Änderungen der Kraftübertragung, beispielsweise so, daß eine Feder überhaupt erst ab einer bestimmten Winkelstellung der' Klappe wirksam wird oder da/5 sie ,im Gegenteil, von vornherein mit einer größeren Kraftkomponente wirksam wird, weil sie in kleinerem Winkel zu dem von ihrem Kraftangriffspunkt bei der Klappendrehung beschriebenen Kreisbogen steht.

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Claims (8)

Dr.-lng. W. Bernhardt Kobenhuttenweg Patentanwalt Telefon (0681) 65000 Patentansprüche:

1.j Vorrichtung zum Verändern der Regelgröße eines Strömungsmengenreglers einer Klimaanlage, bei dem ein im Strömungsquerschnitt angeordnetes Regelelement (3) gegen die von der Strömung darauf ausgeübte Kraft in einer den Strömungsquerschnitt mehr oder weniger verschließenden Stellung gehalten ist durch eine Feder (4), die an einem in Richtung der Federausziehung vor und zurück verstellbaren Halter (7) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine weitere Feder (4') zum Halten des Regelelements (3) vorgesehen und an einem weiteren Halter (7¹) befestigt ist, der bei vorderer Stellung des ersteren Halters (7) lose und erst bei einer Zurückverstellung des ersteren Halters (7), zusammen mit diesem, selber gehalten ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte weitere Halter (7¹), vorzugsweise mit einem an ihm angebrachten Anschlag (33), im Verstellweg des ersteren Halters oder eines mit diesem verbundenen Mitnehmers (20) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem genannten Mitnehmer (20) ein von Hand oder durch einen Regler betätigtes Stellglied (22) zum Einstellen der Regelgröße des Strömungsmengenreglers angreift.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Halter Stangen (7;7') sind und der genannte Mitnehmer (20) die den weiteren Halter bildende Stange (7') in einer Bohrung (31; umfaßt und bis zu einem an ihr angebrachten Anschlag (33) frei auf ihr verschiebbar ist.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Mitnehmer (20) die den ersteren Halter bildende Stange (7) in
einer Bohrung umfaßt, in der diese Stange (7) durch Längsverschiebung
und Festklemmung (21) justierbar ist, und daß der genannte Anschlag (33)
auf der den u/eiteren Halter bildenden Stange (7') durch Längsverschiebung
und Festklemmung (32) justierbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,

dadurch gekennzeichnet, j

daß die Stangen (7;7')jggf. nach Lösen einer Verklemmung (21), drehbar t sind und die Federn (4;4') Schraubenfedern sind und die Stangen (7;7^!) i zur Befestigung der Federn (4;4'), mit einem Querteil (6;6') in die Federwindungen greifend, in die Federn (4;4') hineingedreht sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, i dadurch gekennzeichnet,

daß das Regelelement eine an sich bekannte gewinkelte Klappe (3) ist und ■

die Federn (4;4') an einem an der Klappe (3) und/oder ihrer Welle (2) an- :.

geordneten Hebelarm (5), vorzugsweise über Querarme (30;30') des Hebel- : arms (5), angreifen.

8. Anwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche-1 bis 7

als Vorrichtung zum Steuern der Regelgröße eines Strömungsmengenreglers
durch einen Temperaturfühler nach dem Warmluft- bzw. Kühlluftbedarf eines
Raumes oder einer Raumgruppe nach der Patentanmeldung P 33 09 579.5.