DE7015203U - Regler zum konstanthalten des volumenstroms fuer gasfoermige medien, insbesondere fuer hochdruckklimaanlagen. - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE DR.-ING. VON KREISLER DR.-!NG. SCHÖNWALD DR.-ING. TH. MEYEft DR. FUES DIPL-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLOPSCH KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

23. 4. 1970 Sch-ls

ROX Lufttechnische Gerätebau GmbH
5 Köln-Braunsfeld, Maarweg 130

Regler zum Konstanthalten des Volumenstrcms für gasförmige Medien, insbesondere für Hochdruckklimaanlagen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Regler zum Konstanthalten des Volumenstroms für gasförmige Medien, insbesondere für Hochdruckklimaanlagen.

Es sind selbsttätige Volumenstromregler bekannt, die mit einer von der Strömung betätigten Drosselvorrichtung und mit von Federn erzeugter Gegenkraft arbeiten. Hierbei ist ein von der Strömung gegen die Wirkung einer Federung verschiebbarer Verdrängungskörper in einem rohrförmigen Gehäuse vorgesehen. Die bekannten Volumenstromregler der genannten Art haben entweder nur einen fest eingestellten

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Soll-Volumenstrom oder der Soll-Volumenstrom läßt sich nur durch aufwendige und umständliche Montagearbeiten vsrändern. Hierbei ist der Bereich* innerhalb dessen sich der Volumenstrom verändern läßt, bei an sich bequemer Verstellmöglichkeit nur klein, wobei die Regelgenauigkeit außerhalb der Mitte des Bereiches verhältnismäßig stark abnimmt. Bei einem geänderten Soll-Volumenstrom arbeitet derselbe Regler sehr ungenau, weshalb es vielfach keinen Zweck hat, bei dem benutzten Regler eine Änderung hinsichtlich des Soll-Volumenstroms vorzunehmen .

Die bisher bekannten Volumenstromregler sind ferner mehr oder weniger hinsichtlich des Druckfallbereiches beschränkt, innerhalb dessen sie hinreichend genau regeln. Insbesondere liegt der Ansprechdruckfall oft hoch.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Volumenstromregler zu schaffen, der bei bequemer Verstelltnöglichkeit des Soll-Volumenstroms eine gleichbleibende Regelgenauigkeit gewährleistet und bei dem ein großer Bereich erfaßt werden kann. Der Regler zum Konstanthalten des Volumenstroms für gasförmige Medien und dgl. zeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch aus, daß die Kennlinie des Reglers, d.h. die auf den Verdrängemgskörper wirkende Kraft bei konstantem Volumenstrom in Abhängigkeit von seiner Längsbewegung, den Verlauf einer Exponentialfunktion aufweist und daß der Verdrängungskörper zusammen mit Federung und Lagerung als Ganzes und das rohrförmige Gehäuse zueinander in Längsachse verstellbar sind. Vorteilhaft dient als Federung für den Verdrängungskörper eine solche mit einer Kennlinie ebenfalls nach einer Exponentialfunktion.

Infolge der Abstimmung der Reglerkennlinie nach einer Exponentialfunktion für die von der Strömung auf den Ver-

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drängungskörper wirkende Kraft bei konstantem Volumenstrom in Abhängigkeit von der Längsbewegung des Verdrängungskörpers kann der Soll-Volumenstrora durch einfache Längsverschiebung des ganzen Verdrängungskörpermechanismus gegenüber dem Gehäuse geändert werden, ohne daß die Regelgenauigkeit sich ändert. Die Regelgenauigkeit bleibt bei verändertem Soll-Volumenstrom auch in den Randzonen des neuen Bereiches völlig erhalten. Hierzu dient folgende Erläuterung.

Die Kennlinie der Drosselvorrichtung sei bei dem Volumenstrom V P β a . exp (b . X₈)* es bedeute P auf den Verdrängungskörper von der- Strömung ausgeübte Kraft, a und b seien Konstanten, X sei die Längsbewegung des

VerdrängungskQrpers. Die Kennlinie der Feder oder des Federsatzes laute P_p = a . exp (b . Xp), wobei P_p die von der Feder auf den Verdrängungskörper ausgeübte Krp.it und Xp der Federweg sei. P₅ und P_{p glnd einander ent}gegengesetzt gerichtet und, da X = Xp sein soll, dem Betrage nach gleich. Nun werde der Volumenstrom von V_Q auf V₁ geändert. Da die von der Strömung ausgehenden Kräfte quadratisch vom Volumenstrom abhängen, lautet die Kennlinie der Drosselvorrichtung jetzt

a. . exp (b . X_e) mit a. = a . ^Ί\ oder

X SX ^~~~™*

V ²

V P₈ » a . exp (b . [x_ß + X₁ ~] ) mit X₁ - £ . In —

Wenn die auf der Achse festsitzende Aufhängung für den Verdrängungskörper mit der Achse um X₁ verschoben wird, wird Xp um X₁ vergrößert. Die Federkennlinie ist dann

[ü ^J )

P„ = a . exp (b. Γ X₁, + X, | ) und es gilt wieder ^PF - V

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; Die Kennlinien können also immer durch Verschiebung der

- Aufhängung des Verdrängungskörpermechanismus exakt in

Übereinstimmung gebracht werden, solange die Bereiche

r νοη X_ und Χ« sich überdecken.

1 S f

!■' 5 Die Achse, längs der der Verdrängungskörper gleitet, ist

- zu dem Gehäuse längsverschiebbar und einstellbar, wobei ] mit der Achse ein Widerlager der auf den Verdrängungskörper einwirkenden Federung fest verbunden ist. Auf diese Weisebesteht die Möglichkeit einer einfachen Verstellung

ν 10 unter Erfassung eines großen Bereiches. Es kann zum Bei- < spiel das Verhältnis des größten zu dem kleinsten SoIl-

I Volumenstrom wie 10 : 1· betragen. Es kann somit bei

f. niedrigem Ansprechdruckfall der Druckfallbereich nach

i oben groß gewählt weden, wobei zum Beispiel der Ansprech-

S 15 druckfall 10 mm Wassersäule und höchster Druckfall 400 rm I Wassersäule ist. Durch geeignete Wahl der Querschnitte„

I der Länge des rohrförmigen Gehäuses und der Federkenn-

f linie lassen sich Druckfallbereich und Volumenstrombereich

i festlegen.

t 20 Vorteilhaft kann der eingestellte Volumenstrom an einer

I Skala abgelesen werden, zu der die Längsbewegung der Achse

§ übertragen wird. Es kann ferner die Achse mittels eines

f\ druckmittelbeaufschlagten Stellmotors verstellt werden,

der mit einem Positionsrelais versehen 1st und dessen 25 Steuerdruck ii Abhängigkeit von der Hochdruckklimaanlage p reguliert werden kann. Dadurch ist es möglich, den

Volumenstrom mittels des Steuerdruckes des Stellmotors einzustellen, von dem er eindeutig abhängt. .

Der Regler weist vorzugsweise einen Verdrängungskörper auf, 50 der über den größten Teil seiner Länge etwa zylindrisch ist und an der der Strömung abgewandten Seite zweckmäßig scharf abgeschnitten begrenzt ist. Dadurch wird eine Ab-

riflicante für die Stromes gebildet. Das Entstehen von Wirbelabströmungen mit diffusor effekt en wird vermi .v <>-*>., so daß der Regler akustisch geräuscharm arbeitet« "^e zylinderförmige Ausbildung des Verbrennungskörpers erlaubt weiterhin, daß das eine Widerlager für die Federung als Scheibe ausgebildet werden kann, die bis fast zur Größe des Innenquerschnittes des Verbrennungskörpersreicht. Dadurch erzielt man zugleich eine pneumatisch wirkende Schwingungsdämpfung für den Verdrängungskörper.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele nachstehend erläutert.

Fig. 1 zeigt den Regler gemäß der Erfindung im Längsschnitt schematisch,

Fig. 2 veranschaulicht eine abgeänderte Ausführungsform des Verdrängungskörpers für den Regler der Fig. 1 im Längsschnitt,

Fig. 3 stellt den Regler gemäß der Erfindung mit einer Steuervorrichtung dar.

Der Regler 1 zum Konstanthalten des Volumenstroms für gasförmige Medien weist ein^ rotationssyrametrlsches rohrförmiges Gehäuse 2 auf, in dem ein rotationssymmetrischer Verdrängungskörper 3 vorgesehen ist. Der Verdrängungskörper 3 ist längs einer Achse 4 gleitend gelagert, die in zwei Achshalterungen 5 und 6, die möglichst wenig

Querschnitt versperren, geführt ist und mittels einer Schraube 7 arretiert werden kann. Das eine Widerlager für die Federung 9, die sich aus einer oder mehreren Federn zusammensetzen kann, ist mittels des Stiftes 10 fest mit der Achse 4 verbunden. Das andere Federwiderlager 11 stützt sich an dem Verdrängungskörper 3 ab.

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Das rohrförmige Gehäuse 2 weist einen im Querschnitt kurvenförmigen Teil 2a auf, zu dem die obere Kante des Verdrängungskörpers 3 verschiebbar ist. Infolge der Kraft, die die Strömung gemäß den Teilen 12 auf den Verdrängungskörper 3 ausübt, drückt sich die Feder zusammen und der Strömungsquerschnitt wird immer so weit ^.verengt ,daß der Volumenstcom konstant bleibt. Hierbei ist die kurvenförmige Gestaltung des Gehäuseteiles 2a in Verbindung mit der Gestaltung des Verdrängungskörpers so ausgebildet, daß die Kennlinie dieser Drosselvorrichtung,das ist die auf den Verdrängungskörper wirkende Kraft bei konstantem Volumenstrom in Abhängigkeit von der Längsbewegung desselben, die Form einer Exponentialfunktion hat. Die Kennlinie der Federung oder eines Federsatzes hat zweckmäßig ebenfalls eine dazu passende Exponentialfunktion. Die Feder selbst kann eine Exponent!alfeder sein, d.h. eine solche, bei der die Windungen der Feder sich nach dem Exponentialgesetz hinsichtlich ihres Abstandes vergrößern.

Der Verdrängungskörpermechanismus, d.h. das mit der Achse fest verbundene Federwiderlager 8, die Feder 9 und der Verdrängungskörper 3 kann zusammen mit der Achse 4 nach Lösen der Feststellschraube 7 in Achsrichtung zu dem rohrförmigen Gehäuse 2, 2a in einem verhältnismäßig weitem Maß verstellt werden. Die Verstellung kann mittels des an der Achse befestigten Zeigers 12 und der an dem Gehäuse 2, 2a befindlichen Skala 13 sichtbar gemacht werden. Bei Verstellung der nach einer Exponentialfunktion arbeitenden Drosselvorrichtung wird ein anderer Soll-Volumenstrom eingestellt, der ebenfalls eine Kennlinie nach einer Exponentialfunktion aufweist. Dadurch ist die Gewähr gegeben, daß die Riegelgenauigkeit über den ganzen Bereich auch bei geändertem Soll-Volumenstrom beibehalten wird.

Der Verdrängungskörper 3 zeigt im oberen Bereich eine

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zylinderförmige Ausbildung, wobei der obere zylinderfönnige Teil des Verdrängungskörpers eine scharf abgeschnittene Begrenzungsfläche 14 aufweist. Dadurch ergibt sich eine scharfe Kante 15* die als Abrißkante für die Strömung dient und den Regler geräuscharm macht. Der Verdrängungskörper "^a kann an der oberen Kante 15a auch etwas nach außen //eiternd verlaufen, um die Wirkung der Abrißkante 15a zu verstärken.

Das obere Federwiderlager 8 ist zweckmäßig zu einer Scheibe 16 erweitert, die in ihrem Durchmesser bis nahe zu dem Innenumfang des Verdrängungskörpers 3 reicht. Durch die Scheibe 16 wirkt das Federwiderlagen 8 zusammen mit dem Verdrängungskörper 3 als pneumatischer Schwingungsdämpfer, so daß der Verdrängungskörper bei veränderter 1.5 Strömung 12 gedämpft in die neue Lage Übergeht.

Bei der Ausführungsforrn der Fig. 3 ist eine selbsttätige Steuerungsmöglichkeit für die Verstellung des Verdrängungskörpermechanismus im ganzen dargestellt. Für die Verstellung der Achse 4 ist ein Stellmotor 17 mit Positionsrelais vorgesehen, der als druckmittelbeaufschlagte Kolbenzylindereinheit ausgebildet ist. Die Kolbenstange ist mittels eines Hebels 19 mit der Achse 4 gelenkig verbunden, wobei der Hebel 19 um den Drehpunkt 20 schwenkbar gelagert ist. Mittels des Hebels 19 wird die Längsbewegung des Stellmotors 17 in eine Längsbewegung der Achse 4 des Volumenstromreglers übersetzt. Der Stellmotor 17 kann mittels des Steuerdruckes einer Hochdruckklimaanlage beaufschlagt werden, so daß der Soll-Volumenstrom des Reglers 1 in einfache Abhängigkeit von dem Steuerdruck für den Stellmotor und damit der Hochdruckklimaanlage steht.

Claims (8)

• t · • · · ■ I I Ansprüche

1. Regler zum Konstanthalten des Volumenstroms für gasförmige Medien, insbesondere für Hochdruckklimaanlage^ bei dem ein von der Strömung gegen die Wirkung einer Federung verschiebbarer Verdrängungskörper in einem rohrförmi· ι Gehäuse vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennlinie des Reglers (1), d.h. die auf den Verdrängungskörper (3) wirkende Kraft bei konstantem Volumenstrom in Abhängigkeit von seiner Längsbewegung, den Verlauf einer Exponentialfunktion aufweist, und daß der Verdrängungskörper zusammen mit Fedorung (9) und Lagerung (8, 10) als Ganzes und das rohrförmige Gehäuse (2, 2a) zueinander in Längsachse verstellbar sind.

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als Federung eine solche mit einer Kennlinie nach einer Exponentialfunktion vorgesehen ist.

3. Regler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Achse (4), längs der der Verdrängungskörper (3) gleitet, zum Gehäuse (2, 2a) längsverschiebbar und einstellbar ist, und daß ein Widerlager (8) der auf den Verdrängungskörper (3) einwirkenden Federung (9) mit der Achse (4) fest verbunden ist.

4. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß an der Achse (4) eine skalenartige Anzeigevorrichtung (5» 13) angeordnet ist.

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5. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da-* durch gekennzeichnet, daß die Achse (4) mittels eines druckmittelbeaufschlagten Stellmotors (17) verstellbar ist, der mit einem Positionsrelais versehen ist und dessen Steuerdruck, in Abhängigkeit von einer Hochdruckklimaanlage regulierbar ist.

6. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (3) als Zylinderkörper mit einer an der strömungsabgewandten Seite scharf abgesetzten Begrenzungsfläche (14) ausgebildet ist.

7. Regler nach einem der Anspruch« 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Achse (4) verbundene Widerlager (8) für die Federung (9) als Scheibe (16) ausgebildet ist, die einen etwas kleineren Durchmesser als der Innendurchmesser des zylindrischen Verdrängungskörpers (3) aufweist.

8. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 7. . _s durch gekennzeichnet, jA der an der strömungszugewandten Seite abf"⁸* _ - -ie Verdrängungskörper (3a) zum anderen Ende sich erweiternd verläuft und mit einer nach außen gerichteten Abrißkante (15a) versehen ist.