DE68922090T2

DE68922090T2 - Proportionales Regelventil.

Info

Publication number: DE68922090T2
Application number: DE68922090T
Authority: DE
Inventors: Kenmei Kuneguchi; Keiichiroh Nakatsukasa
Original assignee: Ranco Japan Ltd
Current assignee: Ranco Japan Ltd
Priority date: 1989-01-26
Filing date: 1989-01-26
Publication date: 1995-12-21
Anticipated expiration: 2009-01-27
Also published as: EP0379759B1; EP0379759A1; DE68922090D1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Proportionalregelventil für ein Fluid und im einzelnen ein Proportionalregelventil für die Regelung der Gaszufuhr für gasbetriebene Durchlauferhitzer, welche für die Warmwasserversorgung in Bad, Dusche und Küche verwendet werden.
Bei einem gasbetriebenen Durchlauferhitzer für die Warmwasserversorgung in Bad, Dusche und Küche erfolgt die Regelung der Wassertemperatur üblicherweise durch Einstellen der Wasserdurchflußmenge, d.h. durch Erhöhen oder Verringern derselben.
Bei dieser Art von Durchlauferhitzer tritt jedoch insofern ein Problem auf, als zur Erhöhung der Wassertemperatur die Wasserdurchflußmenge verringert und umgekehrt zur Verringerung der Wassertemperatur die Wasserdurchflußmenge erhöht werden muß.
Um das obengenannte Problem zu lösen, ist ein System zur Bereitstellung von Warmwasser bei konstanter Temperatur und konstanter Durchflußmenge entwickelt worden. Bei diesem System muß jedoch die Menge des ihm zugeführten Gases mittels eines Proportionalregelventils geregelt werden, um eine erwünschte Warmwasserdurchflußmenge zu erhalten, während deren Temperatur konstant gehalten wird, und ferner muß zur Regelung eines Fluids wie beispielsweise Gas ein veränderbares Ventil, beispielsweise ein Reglerventil 1 wie in Figur 1 gezeigt, verwendet werden.
Üblicherweise ist dieses Reglerventil 1 so konstruiert, daß ein Ventilteil 15 mit einer Klappe 4 in einem Hauptdurchlaß 13, welcher einen Einlaß 2 und einen Auslaß 3 für ein Fluid R verbindet, angeordnet ist und eine separate Kammer 11 auf einer der Einspeiserichtung des Fluids R zugewandten Seite des Ventilteils 15 angeordnet ist. Ferner werden zwei separate Teilkammern innerhalb der separaten Kammer 11 gebildet, indem eine Membran 6 zwischen einem Wandbereich der separaten Kammer 11 und einem Tragbolzen 5 angeordnet ist, welchletzterer auf der Klappe 4 des Ventilteils 15 gehalten und mit der Klappe 4 bewegbar ist, wodurch eine der zwischen dem Ventilteil und der Membran gebildeten Teilkammern ein Teil des Hauptdurchlasses für das Fluid wird. Die Klappe 4 wird mittels einer an dem unteren Teil der Klappe 4 befestigten unteren Feder 7 nach oben und mittels einer an dem oberen Teil des Tragbolzens 5 befestigten oberen Feder 8 durch den Federaufnahmeteil 10 nach unten vorgespannt.
Wenn bei dieser Konstruktion das Fluid R nicht in diesen Hauptdurchlaß eingespeist wird, d.h. wenn kein Fluiddruck auf die Oberfläche der Klappe 4 ausgeübt wird, ist der Ventilteil 15 ganz offen, weil die Federkraft A der Feder 8 größer als die Federkraft B der Feder 7 ist.
Wenn ein Fluid R mit einem geregelten Druck, d.h. einem Anfangsdruck P&sub1;, am Eingang 2 des Hauptdurchlasses eingeführt wird und das Fluid R einen Ausgangsdruck, d.h. einen Sekundärdruck P&sub2; hat, wird die Klappe 4 in eine Gleichgewichtsstellung wie in der folgenden Gleichung angegeben gebracht,
P&sub2; x (wirksame Fläche der Klappe) = A - B
und daher wird ein Spalt 16 zwischen der den Hauptdurchlaß 13 und die Klappe 4 trennenden Wand 19 gebildet und die Menge des durch den Spalt 16 strömenden Gases eingestellt.
Bei diesem Typ eines Reglerventils wird jedoch die Menge des zugeführten Fluids, beispielsweise eine Gasmenge, auf einen konstanten Wert eingestellt, wenn der Durchmesser einer Düse eines Gashauptbrenners konstant ist.
Das heißt, wenn die Gaszufuhr erhöht werden soll, d.h. dessen Anfangsdruck P&sub1; zum Erhöhen der Wassertemperatur erhöht werden soll oder umgekehrt, wird der Sekundärdruck P&sub2; des abstromseitigen Gases im allgemeinen auf einen bestimmten Wert eingestellt, wie durch eine Kurve c in Figur 2 gezeigt, aufgrund der auf die Klappe 4 des Ventilteils 15 durch die Federn 7 und 8 ausgeübten Federkräfte, und daher kann eine gewünschte genaue Regelung nicht erhalten werden.
Demgemäß muß zum Lösen des obengenannten Problems beispielsweise die am oberen Teil der Feder 8 angeordnete Schraube 9 verstellt und somit die von der Feder 8 auf die Klappe 4 ausgeübte Kraft variiert werden, um variable Kurven wie von den Kurven a und b in Figur 2 dargestellt zu erhalten.
In Figur 2 zeigt die Kurve a eine Kurve des Sekundärdrucks P&sub2; bezogen auf den Anfangsdruck P&sub1;, wenn eine starke Kraft von der Feder 8 auf die Klappe 4 ausgeübt wird, und die Kurve b zeigt die Kurve des Sekundärdrucks P&sub2; bezogen auf den Anfangsdruck P&sub1;, wenn ein niedrigerer Druck von der Feder 8 auf die Klappe 4 ausgeübt wird.
Nichtsdestoweniger muß dieser Mechanismus von Hand bedient werden und daher ist eine Anpassung wie im voranstehenden beschrieben mit gleichzeitiger Prüfung der Wassertemperatur schwierig, die Vorrichtung deshalb komplex und daher eine genaue Anpassung schwierig, wodurch dieses System zur Regelung der Wassertemperatur nicht befriedigend ist.
Bei einem anderen bekannten System, das in einem Versuch zur Lösung dieser Probleme vorgeschlagen wurde, wird eine Vielzahl von elektromagnetischen Auf-Zu-Ventilen verwendet und die diesen zugeführte Gasmenge in mehreren Stufen geregelt.
Bei diesem System kann die Anpassung jedes Ventils jedoch nur solchermaßen durchgeführt werden, daß die von der Feder auf die Ventilklappe ausgeübte Kraft mittels eines AN-AUS-Signals verändert wird, welches dann erzeugt wird, wenn ein Signal detektiert wird, welches über einem vorher bestimmten Schwellenwert bezüglich der Veränderung der detektierten Daten für beispielsweise die Wassertemperatur liegt.
Dementsprechend kann bei diesem System der Betrieb der Elektromagnetwerte und die Anpassung der Federkraft nur in zwei Schritten verändert werden und daher ist das Ausmaß, in welchem die Gaszufuhrmenge bei diesem System verändert werden kann, begrenzt und die präzise Regulierung der Wassertemperatur daher sehr schwierig.
Ferner ist auf dem Stand der Technik die Verwendung eines Transformators weitverbreitet, um die elektromagnetischen Ventile mit elektrischem Strom zu versorgen, und dies bringt die Nachteile eines großen und komplexen Steuerschaltkreises und der Erzeugung von Lärm an dem Elektromagneten, wenn er durch eine AN-AUS-Schaltung betätigt wird, mit sich.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Andere bekannte Systeme für die elektromagnetische Steuerung von Ventilen sind in der internationalen Patentanmeldung WO 85/03761 und in der europäischen Patentanmeldung EP 0 043 256 beschrieben.
In WO 85/03761 ist ein Ventil mit einem Ventilsitz beschrieben, gegen welchen eine Ventilklappe von einer Feder gedrückt wird. Ein Ventilstößel erstreckt sich von der Klappe und bildet den Anker eines Elektromagneten, welcher auf den Anker einwirkt und das Öffnen des Ventils und die Regelung des Fluidflusses bewirkt. Das beschriebene Ventil ist kein Proportionalventil der in Figur 1 der vorliegenden Beschreibung dargestellten Form, da die Nutzung des anströmseitigen Fluiddrucks zur Verringerung oder Regelung der Kraft zur Öffnung des Ventils nicht vorgesehen ist. In WO 85/03761 leitet ein Steuersystem einen gepulsten Strom zu dem Elektromagneten, wobei sich der Tastgrad des Aktivierungsstroms im Einklang mit der Differenz zwischen einem Steuersignal und einem Bezugssignal in einer Rückkopplungsschleife verändert. Das Ventil wird daher in einer AUF/ZU- Manier in Antwort auf die Impulsgabe des Steuersignals betrieben.
In EP 0 043 256 ist ein Ventil zur Regelung der Fluiddurchflußmenge beschrieben, bei welchem die Stellung einer Ventilklappe bezogen auf einen geformten Ventilsitz oder eine Öffnung verändert wird, um den Fluidstrom zu variieren. Die Stellung der Ventilklappe wird durch den Strom in einem Elektromagneten gesteuert, welcher einen sich direkt von der Ventilklappe erstreckenden Ventilstößel umgibt. Verwendet wird ein Analogsteuerstrom. Während des Betriebs berührt die Ventilklappe den Ventilsitz bzw. die Öffnung nicht, damit eine Abnutzung reduziert wird. Das Ventil ist nicht so konzipiert, daß es bei seiner Verwendung den Fluß des Fluids gänzlich absperrt, sondern dient zur Regelung der Durchflußmenge. Das Ventil ist daher zur Verwendung mit einem gepulsten bzw. einem AN-AUS-Steuerstrom schlecht geeignet.
Gepulste Steuersignale für elektrisch betriebene Systeme werden sehr weitverbreitet verwendet und bieten wohlbekannte Vorteile gegenüber analogen Steuersystemen in vielen Anwendungsbereichen, insbesondere hinsichtlich der leichten Verwirklichung und der Genauigkeit im Einsatz. Jedoch kann bei Proportionalregelventilen, wie schon oben erwähnt, die Verwendung von Impulssteuerströmen zu Nachteilen wie der Erzeugung von Lärm führen.
Gemäß dieser Erfindung wurde ein Proportionalregelventil wie in Anspruch 1 definiert geschaffen. Bevorzugte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Unteransprüchen definiert.
Die Oberbegriffe der Ansprüche der Anmeldung basieren auf dem in Figur 1 gezeigten und im entsprechenden Text beschriebenen Ventil.
Das erfindungsgemäße Ventil kann vorteilhafterweise zum Beispiel zur Regelung der Menge des zu einem Brenner in einem gasbetriebenen Durchlauferhitzer fliegenden Brenngases, der Ventilöffnung und daher des Sekundärdrucks des Gases verwendet werden, da es in Antwort auf die gemessene Temperatur des Wassers aus dem Erhitzer beliebig und steuerbar verändert werden kann.
Bei den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 einen Querschnitt eines herkömmlichen Reglerventils;
Figur 2 einen Graph, welcher die Beziehungen zwischen dem Sekundärdruck P&sub2; und dem Anfangsdruck P&sub1; eines Fluids und einem Parameter der Federkraft einer oberen Feder, wenn sie auf das Reglerventil ausgeübt wird, darstellt;
Figur 3 einen Querschnitt einer Ausführungsform des Proportionalregelventils gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 4 einen teilweise vergrößerten Querschnitt der Figur 3; und
Figur 5 ein Beispiel einer bei dieser Erfindung verwendeten Impulswellenform.
Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Diese Ausführungsformen dienen nur als Beispiele für diese Erfindung und viele Variationen hiervon können hergestellt werden.
Jedes Fluid wie etwa eine Flüssigkeit oder ein Gas kann in dieser Erfindung verwendet werden, doch wird vorzugsweise ein Brenngas verwendet. Ferner ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Proportionalregelventils nicht auf gasbetriebene Durchlauferhitzer beschränkt, sondern kann für jede Art von Regelsystem, bei welchem der Betrieb des Geräts unter vorher bestimmten Bedingungen durch Detektieren charakteristischer Daten für beispielsweise eine Menge eines Fluids, eine Temperatur des Fluids, die Konzentration, Viskosität und Dichte des Fluids, gesteuert wird.
Figur 3 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Proportionalregelventils, bei welcher das Proportionalregelventil als ein Vorsteuerventil verwendet wird und eine Impulswelle nutzt.
Bei dieser Ausführungsform umfaßt das Proportionalregelventil einen Hauptfluiddurchlaß 13, einen Ventilteil 15 mit einer im Hauptdurchlaß 13 angeordneten Klappe 4, eine Magnetvorrichtung 32, welche in der Nähe des Ventilteils 15 einstückig in dem Hauptdurchlaß angeordnet ist, und einen beweglichen Körper, welcher innerhalb der Magnetvorrichtung angeordnet und von dieser betätigt wird.
Diese Vorrichtung umfaßt ferner eine separate Kammer 11 auf einer Seite des Ventilbereichs 15 gegenüber der Richtung, aus welcher das Fluid eingeführt wird. Zwischen dem Ventilbereich 15 und der Magnetvorrichtung 32 sind zwei separate Teilkammern 11' und 11" durch Unterteilen der separaten Kammer 11 mittels einer Membran 6 angeordnet, welche sich zwischen einem Wandbereich 19 der separaten Kammer 11 und einem Tragbolzen 5 erstreckt, welchletzterer auf der Klappe 4 des Ventilteils 15 gehalten und mit der Klappe 4 bewegbar ist, um die Teilkammer 11" zwischen dem Ventilteil 15 und der Membran 6 als Teil des Hauptfluidurchlasses 13 zu bilden.
Bei dieser Ausführungsform ist die zwischen der Membran 6 und der oberen Wand der separaten Kammer 11 gebildete Teilkammer 11' mit einem zusätzlichen Durchlaß 53 versehen, welcher mit einem stromaufwärts von dem Hauptfluiddurchlaß 13 gelegenen Punkt verbunden ist und einen darin angeordneten zusätzlichen Ventilteil 50 mit einer Zusatzventilklappe 51 in direktem oder indirektem Kontakt mit dem beweglichen Körper 33 innerhalb der Magnetvorrichtung 32 aufweist. Ein Elektromagnet wird als Magnetvorrichtung verwendet und damit verbunden ist eine elektrische Steuervorrichtung 37, welche mit einer Detektiervorrichtung 39 zum Detektieren von zu regelnden charakteristischen Daten verbunden ist.
Bei dieser Ausführungsform sendet die elektrische Steuervorrichtung eine Impulswelle zu dem Elektromagneten 32, welche einen gemäß der von dem Detektor detektierten Daten veränderten Tastgrad hat, wodurch der bewegliche Körper 33 proportional zu den detektierten Daten verlagert wird und dadurch die Ventilklappe 51 in dem Zusatzventilteil verlagert wird, um die Öffnung des Ventils zu verändern.
Bei dieser Erfindung ist eine Regulierkammer 61 zwischen dem Zusatzventilteil 50 und dem zusätzlichen Durchlaß 53 vorgesehen. Die Regulierkammer 61 wird durch die innere Oberfläche des zusätzlichen Durchlasses 53 und einer sich zwischen dem oberen Endbereich des Tragbolzens 64 und dem Wandbereich des zusätzlichen Durchlasses 53 erstreckenden Membran 6' gebildet. Der obere Teil des Tragbolzens 64 ist an einem Ende des beweglichen Körpers 33 mittels einer Feder 8' befestigt und das andere Ende des beweglichen Körpers 33 ist an einer Stellschraube 35 mittels der Feder 8 befestigt. Dementsprechend wird die Klappe 51 des Zusatzventilteils 50 durch den sich nach oben oder unten bewegenden beweglichen Körper 33 nach oben oder unten verschoben, wobei die Bewegungen des letzteren von Schwingungen verursacht werden, welche durch Veränderungen des magnetischen Induktionsflusses bewirkt werden, die wiederum von dem unterschiedlichen Tastgrad der auf den Elektromagneten 32 einwirkenden Pulswelle zur Regelung des Drucks der Fluidmenge, welche durch den zusätzlichen Durchlaß 53 fließt, verursacht wird.
Das von dem Zusatzventilteil 50 regulierte Fluid wird in die Regulierkammer 61 eingeführt und die von der Klappe 51 verursachten Schwingungen in dem Fluid werden darin absorbiert.
Bei dieser Ausführungsform reguliert das von dem Zusatzventilbereich geregelte und innerhalb des zusätzlichen Durchlasses 53 fliegende Fluid den Hauptfluidstrom des Hauptdurchlasses, indem es die Membran 6 des Reglerventils 31 betätigt.
Bei dieser Ausführungsform wird ein Teil des Fluidstroms im vorderen Teil des Eintrittsbereichs 2 des Reglerventils 31 geteilt und veranlaßt, entlang des zusätzlichen Durchflusses 53 zu dem Zusatzventilteil 50 durch einen Filter 60 zu fließen, und der durch den Zusatzventilteil 50 gesteuerte Ausgangsfluidstrom wird zum Fließen in die Teilkammer 11' veranlaßt, welche auf einer Seite der Membran 6 gegenüber der dem Hauptdurchfluß 13 zugewandten Seite gebildet ist.
Wie oben erläutert regelt das Zusatzventil mit der Zusatzklappe die Menge des durch den zusätzlichen Durchlaß fließenden Fluids proportional zu Veränderungen der durch den Detektor detektierten Daten, und demgemäß wird bei der Verwendung des Ventils beispielsweise zur Regelung der Brenngasdurchflußmenge in einem Wasserdurchlauferhitzer bei einer niedrigen Wassertemperatur die Öffnung des Zusatzventilteils vergrößert, und daher kann mehr Gas in die Teilkammer 11' fließen, wodurch der Druck innerhalb der Teilkammer 11' erhöht wird. Ein Teil des in die Teilkammer 11" eingeführten Fluids stammt aus der Öffnung 65. Daher wird die Oberfläche der Klappe 6 einem hohen Druck ausgesetzt und der zwischen der Klappe 4 und der Trennwand 19 des Hauptdurchflusses 13 gebildete Spalt 16 wird auf den gewünschten Wert für die Regelung des Gasstroms durch den Hauptdurchlaß im Einklang mit den detektierten Daten verändert.
Wenn die Temperatur des Wassers hoch ist, wird der oben beschriebene Vorgang umgekehrt.
Bei dieser Ausführungsform wird der bewegliche Körper des Zusatzventilteils durch die darauf angelegte Impulswelle in Schwingung versetzt und diese Schwingung wird auf das Fluid innerhalb des zusätzlichen Durchlasses übertragen, doch wird die Schwingung letztendlich von dem Fluid innerhalb des zusätzlichen Durchlasses absorbiert und wird daher nicht zu dem Reglerventil übermittelt.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Magnetvorrichtung ein Dauermagnet oder ein mit einer konstanten Spannung bzw. elektrischem Strom versorgter Elektromagnet sein.
Wie schon bekannt ist, wird der bewegliche Körper innerhalb der Magnetvorrichtung sowohl durch die obere Feder, welche die Klappe nach unten drückt, als auch die untere Feder, welche die Klappe nach oben drückt, in einem Gleichgewichtszustand gehalten.
Bei der ersten Ausführungsform dieser Erfindung besteht die Magnetvorrichtung aus einem Elektromagneten, welcher mit einer elektrischen Steuervorrichtung zur Regelung der elektrischen Spannung bzw. des dem Elektromagneten eingespeisten elektrischen Stroms verbunden ist.
Die elektrische Steuervorrichtung ist mit einer Detektiervorrichtung zum Detektieren von zu steuernden bzw. zu regelnden charakteristischen Daten, beispielsweise einem Wassertemperaturdetektor, einem Fluidkonzentrationsdetektor, einem Fluidmengendetektor oder dergleichen, durch einen geeigneten elektrischen Schaltkreis wie etwa einer Vergleichsschaltung, einem Verstärker, einem Analog/Digital-Wandler oder dergleichen verbunden.
Das analoge Signal entsprechend den zu regelnden und von dem Detektor zu detektierenden charakteristischen Daten wird entweder direkt oder nach seiner Umwandlung in ein digitales Signal durch einen A/D-Wandler zu der elektrischen Steuervorrichtung geleitet und das Signal wird mit einem vorher als Schwellendaten bestimmten Signal verglichen, wodurch eine unterschiedliche elektrische Spannung bzw. elektrischer Strom entsprechend der Differenz zwischen dem detektierten Datenwert und dem Schwellenwert erzeugt und die Spannung bzw. der Strom in den Elektromagneten eingespeist wird.
Bei einem anderer Ausführungsform kann die Magnetvorrichtung aus einem Dauermagneten und einem auf der äußeren Oberfläche des beweglichen Körpers vorgesehenen Spulenelement bestehen.
Bei dieser Ausführungsform wird eine Spule in einer geeigneten Anzahl von Windungen um die Oberfläche des beweglichen Körpers gewunden und dieselbe elektrische Steuervorrichtung wie im vorigen Ausführungsbeispiel mit dem Spulenelement verbunden.
Bei jeder Ausführungsform ist bei einer Versorgung der Spule mit der elektrischen Spannung bzw. dem elektrischen Strom durch die elektrische Steuervorrichtung der innerhalb der Magnetvorrichtung erzeugte magnetische Induktionsfluß unterschiedlich und verlagert den beweglichen Körper um eine vorher bestimmte Entfernung, welche dem von der Detektiervorrichtung beim Prüfen der zu steuernden charakteristischen Daten detektierten Wert entspricht und der auf ihn ausgeübten Federkraft entgegenwirkt, und daher wird die Klappe des Ventilteils oder der auf der Klappe angeordnete und mit dem beweglichen Körper verbundene Tragbolzen verlagert, wodurch die Öffnung des Ventils auf eine gewünschte Weite beliebig verändert werden kann.
Daher wird bei diesen Ausführungsformen durch das Einspeisen eines elektrischen Signals, welches den Veränderungen der von der elektrischen Steuervorrichtung zu steuernden charakteristischen Daten proportional entspricht, die Stellung des beweglichen Körpers in der Magnetvorrichtung um die vorher bestimmte, der Veränderung der detektierten Daten entsprechende Entfernung verändert und somit wird die Öffnung des Ventilteils im Verhältnis zu der Änderung der detektierten Daten verändert und der Regelvorgang kann variabel und genau ausgeführt werden.
Bei diesen Ausführungsformen kann bei einer Verringerung des magnetischen Induktionsstroms der bewegliche Körper durch die immer auf ihn einwirkende Federkraft rückwärts bewegt werden. Ferner kann bei diesen Ausführungsformen der bewegliche Körper in direkten Kontakt mit einem Bereich der Klappe oder des Tragbolzens der Klappe, welche beide ein Bestandteil des Reglerventils sind, oder in indirekten Kontakt durch beispielsweise eine Feder oder eine Federscheibe, oder in indirekten Kontakt mit einem sich dazwischen befindenden Fluid gebracht werden.
Bei dieser Erfindung ist die elektrische Steuervorrichtung zur Steuerung des beweglichen Körpers entweder durch Betätigen des Elektromagneten oder durch ein auf dem beweglichen Körper angeordnetes Spulenelement vorgesehen und das Grundprinzip dieser Steuerung ist, daß die Anpassung der von der Feder auf die Klappe ausgeübten Kraft durch Verlagerung der Stellung des beweglichen Körpers erfolgen kann, indem der innerhalb der Magnetvorrichtung erzeugte magnetische Induktionsstrom variiert wird, wobei eine elektrische Spannung bzw. ein elektrischer Strom entsprechend der Veränderung der detektierten, zu steuernden charakteristischen Daten zu dem Elektromagneten bzw. der Spule geleitet wird, um die Anziehungs- bzw. Abstoßungskraft zwischen ihnen zu variieren.
Die elektrische Steuervorrichtung kann so ausgebildet sein, dar das zu steuernde charakteristische Datensignal von einer Detektiervorrichtung detektiert wird, üblicherweise in analoger Form, und zu einem digitalen Signal umgewandelt und eine gepulste Spannung, welche vorzugsweise eine konstante Frequenz hat, gemäß dem digitalen Signal erzeugt wird. Die elektrische Steuervorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß eine Impulswellenspannung erzeugt werden kann, welche einen entsprechend der Differenz zwischen den zu steuernden detektierten charakteristischen Daten und deren Bezugswert veränderten Tastgrad aufweist.
Bei dieser Erfindung ist der Tastgrad als ein Verhältnis der Breite W des ausgegebenen Pulses zu seiner Frequenz T (W/T) definiert.
Das heißt, wie in Figur 5 (A) gezeigt ist, daß beim Anlegen eines Impulses mit einem kleinen Tastgrad W/T auf den Elektromagneten bzw. die Spule die auf den beweglichen Körper ausgeübte Magnetkraft gering ist und daher der bewegliche Körper von dem Magneten angezogen wird, wodurch die Öffnung des Ventilteils verkleinert wird. Andererseits wird, wie in Figur 5 (B) gezeigt, beim Einspeisen eines Impulses mit einem hohen Tastgrad W/T in den Elektromagneten bzw. die Spule die auf den beweglichen Körper ausgeübte Magnetkraft vergrößert und der bewegliche Körper daher von dem Magneten abgestoßen, wodurch die Öffnung des Ventilteils vergrößert wird.
Anzumerken ist, daß bei dieser Erfindung aufgrunddessen, daß der Impuls mit einem unterschiedlichen Tastgrad entsprechend der Veränderung der zu steuernden detektierten charakteristischen Daten mit einer konstanten Frequenz im Einklang mit dem detektierten Datensignal hiervon erzeugt und für die Steuerung verwendet wird, der Steuervorgang leicht ausgeführt wird und eine Proportionalregelung hiervon mit extremer Genauigkeit und Präzision ausgeführt werden kann.
Üblicherweise erfordert die Spule, welche für das in einem Niederspannungsschaltkreis mit einem Gleichstrom verwendete Proportionalregelventil verwendet wird, einen elektrischen Strom von ungefähr 200 ma und daher wird ein großer Transformator benötigt, wodurch Probleme hinsichtlich des Platzes und der Kosten entstehen. Überdies ist zum Erhalten eines vollständigen Gleichstroms ein verhältnismäßig groper Glättungsschaltkreis erforderlich.
Bei der Verwendung des Proportionalregelsystems dieser Erfindung, welches einen Impuls von 100 V mit einem unterschiedlichen Tastgrad verwendet, wird eine Gleichstromquelle mit einer niedrigen Spannung benötigt, während ein Transformator nicht erforderlich ist, da ein solcher Impuls von einer handelsüblichen Stromquelle mit Wechselstrom 100 V leicht durch einen Zweiweggleichrichterschaltkreis und einen Einweggleichrichterschaltkreis erhalten werden kann.
Daher kann der Proportionalregelventil-Schaltkreis, welcher einen Impuls mit einem unterschiedlichen Tastgrad verwendet, im Vergleich zu denen des Stands der Technik vereinfacht werden und überdies werden von dem Ventil erzeugte Geräusche vollständig unterdrückt.
Bei der Verwendung des Proportionalregelventils dieses Ausführungsbeispiels zur Anpassung der Brenngasflußmenge in einem gasbetriebenen, unmittelbar ansprechenden Durchlauferhitzer, der eine konstante Wassermenge liefert, wird die Temperatur der hiervon abgegebenen Wassermenge von einem Temperaturdetektor 39 gemessen und die solchermaßen festgestellten analogen Daten werden beispielsweise durch einen A/D-Wandler 38 in digitale Daten umgewandelt und danach an die elektrische Steuervorrichtung 37 weitergeleitet, um diese weitergeleiteten Daten mit den Bezugsdaten zu vergleichen und ein der Differenz zwischen den detektierten Daten und den Bezugsdaten entsprechendes Datensignal auszugeben. Dann wird das von der elektrischen Steuervorrichtung ausgegebene Signal in den Elektromagneten 32 eingespeist, um die Stellung des beweglichen Körpers zu regulieren.
Wenn dieses Signal zu dem Magneten 32 geschickt wird, wird die Dichte des magnetischen Induktionsstroms um einen Betrag verändert, welcher den von dem Detektor der Wassertemperatur detektierten Daten entspricht, und dadurch wird die zwischen dem Magneten und dem beweglichen Körper erzeugte Abstoßungs- bzw. Anziehungskraft verändert, wodurch der bewegliche Körper 33 an eine Stelle gebracht wird, an welcher von der Magnetkraft und den Federkräften ein neuer Gleichgewichtszustand geschaffen wird.
Bei einer anderen Ausführungsform besteht die auf dem Ventil angeordnete Magnetvorrichtung aus einem Dauermagneten mit einer mittigen Öffnung, einem Mittelstab mit einer Stellschraube, welche in die mittige Öffnung und innerhalb des Magneten und der äußeren Oberfläche des Mittelstabs eingefügt ist. Vorgesehen ist ein zylindrischer Anker, d.h. ein Spulenwickelkörper, auf dessen Oberfläche eine Spule gewickelt ist; der zylindrische Anker ist aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt und kann somit nicht von dem Magneten angezogen werden. Der zylindrische Anker wird an einer vorher bestimmten Position von Trägerplatten mit einer Federfunktion gehalten und in manchen Fällen ist sein unteres Ende an einer Federplatte, welche am oberen Ende des Tragbolzens des Ventils gehalten ist, befestigt.
Der dem Reglerventil zugewandte Endbereich der Stellschraube ist gegenüber dem Endbereich des Tragbolzens mit einem geeigneten Abstand dazwischen angeordnet, um eine zu große Rückwärtsbewegung desselben zu verhindern.
Bei dem Anlegen eines gewünschten Stroms an der Spule des Ankers wird der auf das Ventil ausgeübte Druck verändert und zu diesem Zeitpunkt kommt das Unterende des Ankers in Kontakt mit der Federplatte, wodurch die Membran, die Klappe und der Tragbolzen nach unten gedrückt werden.
Gemäß dieser Erfindung kann mittels eines Proportionalregelventils mit dem oben erläuterten Aufbau eine genaue Regelung des Fluidflusses leicht ausgeführt werden, weil die Strömungsmenge des Fluids stufenlos und präzise proportional zu der Veränderung der von dem Detektor detektierten Daten verändert werden kann.
Ferner kann der Steuerkreis dieser Erfindung vereinfacht und daher seine Größe minimiert werden, und außerdem erzeugt das Regelgerät keinen Lärm.
Desweiteren wird bei dieser Erfindung, wenn der bewegliche Körper indirekt mit dem Ventilteil verbunden ist, die leichte Schwingung des beweglichen Körpers, welche von der bzw. dem an ihn angelegten Spannung bzw. Strom verursacht wird, beispielsweise von dem Fluid oder der Feder aufgenommen und beeinflußt daher nicht die Öffnung des Ventilteils, und somit kann eine stabile Regelung desselben erhalten werden.

Claims

1. Proportionalregelventil mit einem Gehäuse, welches einen Fluidhauptdurchlaß (13) mit einem stromabwärts gerichteten Hauptventilsitz bildet, an einem Punkt zwischen dem Fluideinlaß und -auslaß des Proportionalregelventils, mit einem Hauptventil (15) mit einer Ventilklappe (4), welche so vorgespannt ist, daß sie in der Schließstellung auf dem Hauptventilsitz ruht, und welche in der Schließstellung den Fluidhauptdurchlaß in Einlaß- und Auslaßkammern (11", 3) teilt, und mit einer Zwischenwand (6), welche sich zwischen einer Wandung des Gehäuses und einem Ventilstößel oder Tragbolzen (5) erstreckt, wobei der Stößel oder Bolzen an der Ventilklappe (4) auf deren Aufstromseite befestigt ist und sich von dieser wegerstreckt, wobei die Zwischenwand einen Teil der Einlaßkammer (11") begrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ferner eine Zusatzkammer (61) bildet, von welcher ein Teil durch eine rückseitige Oberfläche der Zwischenwand begrenzt wird, und wobei ein Zusatzdurchlaß (53) die Einlaßkammer (11") mit der Zusatzkammer verbindet, und daß das Proportionalregelventil ferner ein elektromagnetisch geregeltes bzw. gesteuertes Zusatzventil (50) zum Regeln bzw. Steuern des Fluiddrucks in der Zusatzkammer umfaßt, wobei dieser Druck auf die Zwischenwand wirkt, um eine Vorspannkraft zum Steuern bzw. Regeln der Öffnung der Ventilklappe und damit des Fluidflusses durch das Hauptventil (15) zu schaffen.

2. Proportionalregelventil nach Anspruch 1, in welchem eine Öffnung (65) die Zusatzkammer (61) mit der Auslaßkammer (3) verbindet und das Zusatzventil den Fluiddruck in der Zusatzkammer durch Regeln bzw. Steuern des Fluidflusses aus der Einlaßkammer durch die Zusatzkammer in die Auslaßkammer steuert bzw. regelt.

3. Proportionalregelventil nach Anspruch 1 oder 2, in welchem das Zusatzventil (50) einen Zusatzventilsitz, welcher durch das Gehäuse gebildet wird, eine Zusatzventilklappe (51), welche so angeordnet ist, daß sie auf der Aufstromseite des Sitzes ruht, einen Zusatzventil oder Tragbolzen (64), der auf der Abstromseite der Klappe angeordnet ist und sich von dieser wegerstreckt, und eine Zusatzventilzwischenwand (6') umfaßt, welche sich zwischen dem Zusatzventilstößel und einer Wandung des Gehäuses erstreckt, wobei die Zusatzventilzwischenwand einen Teil der Zusatzkammer begrenzt, und in welcher das Zusatzventil ferner eine elektromagnetische Vorrichtung zur Betätigung eines beweglichen Elements (33) umfaßt, welche entweder direkt oder indirekt mit dem Zusatzventilstößel gekoppelt ist, wobei die Zusatzventilklappenöffnung elektromagnetisch in Abhängigkeit von einer elektrischen Steuer- oder Regelvorrichtung steuerbar bzw. regelbar ist.

4. Proportionalregelventil nach Anspruch 3, bei welchem das bewegliche Element nachgiebig mit dem Zusatzventilstößel verbunden ist.

5. Proportionalregelventil nach einem der voranstehenden Ansprüche, in welchem das Zusatzventil in dem Zusatzdurchlag an einer Stelle zwischen den jeweiligen Öffnungen in die Einlaßkammer und die Zusatzkammer angeordnet ist.

6. Proportionalregelventil nach Anspruch 3, in welchem die elektrische Steuer- bzw. Regelvorrichtung in Abhängigkeit von einem Prüfmittel arbeitet, welches einen charakteristischen, zu steuernden bzw. zu regelnden Parameter überwacht.

7. Proportionalregelventil nach Anspruch 3, bei welchem die elektrische Steuer- bzw. Regelvorrichtung eine veränderliche Spannung oder veränderlichen elektrischen Strom für die elektromagnetische Vorrichtung bereitstellt.

8. Proportionalregelventil nach Anspruch 3, in welchem die elektromagnetische Vorrichtung eine Spule umfaßt, welche auf dem beweglichen Element zur Verbindung mit der elektrischen Steuer- bzw. Regelvorrichtung zum Steuern bzw. Regeln des beweglichen Elements vorgesehen ist.

9. Proportionalregelventil nach Anspruch 3, bei welchem die elektrische Steuer- bzw. Regelvorrichtung einen Elektromagneten umfaßt, der gegenüber dem Gehäuse ortsfest ist.

10. Proportionalregelventil nach Anspruch 3, bei welchem die elektrische Steuer- bzw. Regelvorrichtung eine Pulserzeugungsvorrichtung zur Erzeugen von Pulsen mit veränderlichem Tastgrad umfaßt.

11. Proportionalregelventil nach Anspruch 10, bei welchem der Tastgrad der Steuer- bzw. Regelpulse in Abhängigkeit von einem Analogwert eines charakteristischen, zu steuernden bzw. zu regelnden Parameters veränderlich ist.