DE7612706U1 - Regelventil, insbesondere in klimatechnischen anlagen - Google Patents

Description

Dr.-Ing. WALTER STARK

PATE NTANWALT

D-4150 Krefeld 1 · Moerser Straße 140 · Telefon (02151) 28222 u. 20469

22. April 1976

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Gebrüder Trox, Gesellschaft mit beschränkter Haftung, 4133 Neukirchen-Vluyn, Heinrich-Trox-Platz 3

Regelventil, insbesondere in klimatechnischen Anlagen

Die Erfindung betrifft ein Regelventil zur Aufrechterhaltung finp.R knnstantfin VoI um ens tr oms insbesondere in klimatechnischen Anlagen mit einer in einem Strömungskanal angeordneten, gegen die Wirkung einer Federkraft aus einer Offen- in eine Schließstellung schwenkbaren Klappe.

Derartige Regelventile sind bekannt. Bei einer bekannten Ausführungsform ist die Klappe auf einer im wesentlichen mi-ttig im Strömungskanal angeordneten Schwenkwelle angebracht, die an einer außen am Strömungskanal angeordneten Drehfeder abgestützt ist. Um den "Volumenstrom bei unterschiedlichen Drücken auf der Anströmseite des Regelventils konstant zu halten, muß die Feder eine Kennlinie besitzen, deren Steigung mit zunehmender Federauslenkung zunimmt,, Das wird bei dem be-

boutacfie Dank AG Krefeld 103/1525 BLZ 32070080 Stadt-Sparkasse Krefeld 305722 BLZ32050000 · Postscheck Essen 4055-431 BLZ 36010043

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kannten Regelventil angenähert dadurch erreicht, daß die Drehfeder eine Spiralfeder ist, die bis zu einem Schwenkwinkel disr Klappe von etwa 30° nur biegefederartig und darüber als Spiralfeder beansprucht wird. Dadurch ergibt sich eine aus zwei Geraden zusammengesetzte Federkennlinie, wobei die Regelung des Volumenstromes jedoch zu ungenau ist. Außerdem stört bei dem bekannten Regelventil, daß eine Dämpfung der Klappenbewegung fehlt, so daß unkontrollierbare Klappenschwingungen und dementsprechende Schwankungen des Volumenstromes auftreten können.

Bei einem anderen bekannten Regelventil ist zwar eine Dämpfung der Klappenbewegung verwirklicht, in dem die Schwenkwelle der Klappe über einen Hebel mit der Kolbenstange einer Zylinderkolbenanordnung verbunden ist, dafür fehlt jedoch die Federsbstiiirzung der Klsppe_; die Tfidi glich durch Gewichtskräfte in einer Stellung gehalten wird, die für einen bestimmten minimalen Druck auf. der Anströmseite des Regelventils ausgelegt ist. Deswegen kann dieses Regelventil nur in einer ganz bestimmten Einbaulage eingesetzt werden. ^s

Alle bekannten Regelventile sind für eine bestimmte Mindestdruckdifferenz ausgelegt und erlauben die Konstanthaltung des Volumenstroms nur in einem verhältnismäßig kleinen Bereich. Andererseits werden aber in zunehmendem Maße Regelventile gewünscht, die einen größeren Regelbereich besitzen und die auch bei minimalen Druckdifferenzen noch funktionsfähig sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Regelventil anzugeben,

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mit dem ein Volumenstrom in einem großen Bereich bei geringem Druckverlust und ohne Schwankungen geregelt werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß an die Abströmseite der Klappe ein abgedichteter Balg angeschlossen ist, dessen Innenraum über einer öffnung in der Klappe mit der Anströmseite der Klappe in Verbindung steht.

Bei dieser Anordnung setzt sich der Druck durch die öffnung in der Klappe bis in das Innere des Balges fort und verstärkt dadurch das Schließmoment der Klappe. Das wiederum ermöglicht den Einsatz stärkerer Federn, gegen deren Wirkung die Klappe aus der Offen- in die Schließstellung zu schwenken ist. Hierdurch werden kleinere Hysteresen und damit eine größere Regelgenauigkeit erzielt. Im übrigen spricht das Ventil schon bei geringen Luftgeschwindigkeiten an. Darüber hinaus besitzt die Anordnung auch so gute Dämpfungseigenschaften, daß selbst bei extremen Druckimpulsen kein Aufschwingen der Klappe erfolgt.

Der Balg wird auf einer Fläche abgestützt, die im wesentlichen in einer von der Schwenkachse und der Längsache des Kanals gebildeten Ebene angeordnet ist. Dadurch stört er die Strömung im Kanal nicht.

Die Verstärkung des Schließmomentes der Klappe kann dadurch verbessert werden, daß über die Öffnung auf der Anströmseite der Klappe ein Winkelstutzen angeordnet ist, dessen offenes Ende gegen die Strömungsriciitung gerichtet ist. Dadurch wird nicht nur der statische Druck, sondern auch der dynamische

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Druck der Strömung erfaßt und in das Innere des Balges übertragen.

Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Regelventil bei entsprechendem Gewichtsausgleich an der Klappe in jeder Lage eingebaut werden. Zusätzlich kann die Schwenkwelle der Klappe einen sich durch die Wandung des Kanals erstreckenden Zapfen für ein an einem Hebel angeordnetes Ausgleichsgewicht aufweisen, so daß ein nachträglicher Gewichtsausgleich möglich 1st,

Zweckmäßig ist der Hebel eine Scheibe, durch die keine zusätzlichen Drehmomente auf die Schwenkwelle übertragen werden.

Die vorgenannte Scheibe dient zweckmäßig als Widerlager für eine an der Wandung des Kanals gehaltene Feder, gegen deren Wirkung die Klappe in Schließstellung zu schwenken ist.

Wenn eine Änderung der Regelgröße, nämlich des Volumenstromes, gewünscht" wird, kann die Feder auch an einem schwenkbar gelagerten Stellhebel gehalten sein, der gelenkig mit einer Spindel eines Stellmotors verbunden ist₀ Dadurch ist z.B. eine Fernverstellung des Volumenstromes mögliche

Eine weiters Anpassung der Kennlinie der von der Feder erzeugten Rückstellkraft an die Übertragungsfunktion des Regelventils kann dadurch erreicht werden, daß die Feder eine Schraubenfeder ist und daß zwischen zwei benachbarten Windungen der Schraubenfeder ein bis zu einem Anschlag verschiebliches Widerlager eingreift. Das Widerlager kann insbesondere

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ein an Windungen gehaltener Kern sein, der eine sich in Längsrichtung der Feder erstreckende und durch eine öffnung in einem weiteren Kern geführte Stange aufweist, an deren Ende als An- ϊ schlag eine Verdickung angeordnet ist, deren Abmessung größer I als der Querschnitt der Öffnung ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert; es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch ein Regelventil für klimatechnische Anlagen,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Gegenstandes nach Fig. 1, Fig. 4 eine Draufsicht auf den Gegenstand nach Fig. -3,

Fig. 5 schematisch und teilweise geschnitten eine Rückstellfeder in Ruhestellung,

Fig. 6 die Feder nach Fig. 5 in ausgelenktem Zustand.

Das in Fig. 1 dargestellte Regelventil besitzt einen Kanal 1, der aus einem Rohrabschnitt 2 gebildet ist und durch den Luft in Richtung des Pfeiles 3 strömt. Der Rohrabschnitt 2 besitzt im Bereich seiner Enden Umfangssicken 4, 5» so daß er bis zu

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diesen Sicken in weiterführende Rohre einer klimatechnischen f Anlage eingesetzt werden kann. I

Etwa in der Mitte des Kanals 1 ist eine Schwenkwelle 6 angeordnet, die eine Klappe 7 trägt, die den Kanalquerschnitt in der mit durchgezogenen Linien gezeichneten Stellung teilweise freigibt und den Kanalquerschnitt schließt, wenn sie sich in der mit strichpunktierten Linien gezeichneten vertikaler« Stellung befindet.

Im Kanal 1 ist in einer von der Achse der Schwenkwelle 6 und der Längsachse 8 des Kanals 1 gebildeten Ebene eine ortsfeste Platte 9 auf der Abströmseite der Klappe 7 angeordnet. Mit der Platte 9 ist abgedichtet ein Balg 10 verbunden, dessen anderes Ende an die Saugseite der Klappe 7 angeschlossen ist. Der Innenraum 11 des Balges 10 steht über einer Öffnung 12 in der Klappe 7 mit der Anströmseite der Klappe 7 in Verbindung. Dadurch ist der statische Druck auf der Druckseite der Klappe auch im Innenraum 11 wirksam und verstärkt das Schließmoment der Klappe 7.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Regelventil bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile. Die Klappe 7 ist etwas größer ausgebildet als beim Regelventil nach Fig. 1, so daß sie den Querschnitt des Kanals 1 bereits mit der in strichpunktierten Linien gezeichneten Schrägstellung schließt. Außerdem trägt die Klappe 7 auf ihrer Anströmseite über der Öffnung 12 einen Winkelstutzen 13» dessen offenes Ende gegen die Strömungs-

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richtung (Pfeil 3) gerichtet ist, so daß neben dem statischen auch der dynamische Druck der Strömung auf der Druckseite der Klappe 7 erfaßt wird.

Während beim Regelventil nach Fig. 1 die Klappe 7 von einer durchgehend ebenen Platte gebildet wird, besitzt sie beim Regelventil nach Fig. 2 im Bereich der Schwenkwelle 6 eine Stufe 14,

Ij an die sich ein parallel zu dem auf dem Balg 10 abgestützten |i

Abschnitt 15 erstreckender Abschnitt 16 anschließt. |

Wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich, weist die Schwenkwelle einen durch die Wandung des Rohrabschnittes 2 hindurchgeführten Zapfen 17 auf, der eine Scheibe 18 trägt, an der ein Ausgleichsgewicht 19 befestigt ist. Das Ausgleichsgewicht 19 ist so angeordnet, aaß keine aus Gewichtskräften resultierenden Drehmomente auf die Schwenkwelle 6 bzw. die Klappe 7 einwirken.

Die Scheibe 13 besitzt ferner eine öffnung 20, in die mit einem Haken 21 das Ende einer Schraubenfeder 22 eingehängt ist, deren anderes Ende 23 bei 24 gelenkig an einem Schwenkhebel 25 angeschlossen ist. Der Schwenkhebel 25 ist in einem Schwenklager 26 an der Wandung des Rohrabschnittes 2 gelagert und mit seinem freien Ende 27 über ein Gelenk 28 an eine Spindel 29 eines Stellmotors 30 angeschlossen.

Wie sich aus der Darstellung in den Fig. 3 und 4 ergibt, wird die Schraubenfeder 22 gar nicht oder nur geringfügig gespannt, solange sich die Öffnung 20 beim Schwenken der Schwenkwelle 6

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bzw. der Scheibe 18 im Bereich der Längsachse 8 befindet. Erst bei größeren Schwenkwinkeln wird die Schraubenfeder in zunehmendem Maße ausgelenkt und erzeugt dadurch ein entsprechendes Rückstelldrehmoment in der Schwenkwelle 6 bzw. eine Rückstellkraft an der Klappe 7. Zur Ein: teilung dieser Rückstellkraft und damit auch des vom Regelventil konstant zu haltenden Volumenstroms dient der Stellmotor ß, der durch Fernbedienung betätigt werden kann und der bei Betätigung den Hsbel 25 verschwenkt, wodurch gleichzeitig die Schraubenfeder 22 mehr oder weniger vorgespannt wird.

In den Fig. 5 und 6 ist eine Schraubenfeder dargestellt, die eine der Übertragungsfunktion des Regelventils entsprechende Kennlinie besitzt, deren Anstieg mit zunehmender Federauslenkung zunimmt. In die Schraubenfeder ist ein zylindrische¹⁰ Kern 31 eingesetzt, der eine Querbohrung für einen Stab 32 aufweist, dessen Enden den Durchmesser der Schraubenfeder 22 -überragen und der an jeweils zwei benachbarten Windungsabschnitten 33, 34 abgestützt ist. Der Kern 31 besitzt eine sich im wesentlichen in Längsrichtung der Schraubenfeder ?.2 erstreckende Stange 35, die sich durch eine öffnung eines weiteren in der Schraubenfeder 22 gehaltenen Kerns erstreckt und an ihrem Ende 38 eine Verdickung 39 trägt, die die Öffnung 36 nicht passieren kann. Wie ans den Flg. 5, 6 ersichtlich, weist auch der Kern 37 einen Stab 40 auf, der an benachbarten Windungsabschnitten 41, 42 abgestützt ist. Im übrigen ist der Kern *>'( mit einer Stange 43 ortsfest gehalten.

Wie ein Vergleich der Flg. 5 und 6 ergibt, werden beim An-

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bringen einer Zugkraft an den Haken 21 zunächst alle Windungen der Schraubenfeder 22 gleichmäßig ausgelenkt, wobei der Kern 31 von den Windungs ab schnitten 33, 3 4· mitgeführt wird, bis die Verdickung 39 der Stange 35 auf den Kern 37 trifft. Bei weiterer Vergrößerung der Zugkraft werden dann nur noch die zwischen dem Haken 21 und dem Kern 31 befindlichen Windungen bzw. Windungsabschnitte ausgelenkt, wobei sich wegen der damit verbundenen Verringerung der Windungszahl der Schraubenfeder die Steigung der Federkennlinie entsprechend vergrößert. Damit entspricht die Kennlinie im wesentlichen der Übertragungsfunktion des dargestellten Regelventils.

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Claims (9)

A/n sprüche t - — ι

1. Regelventil zur Aufrechterhaltung eines konstanten Volumenstroms insbesondere in klimatechnischen Anlagen mit einer in einem Strömungskanal angeordneten gegen die Wirkung einer Federkraft aus einer Offen- in eine Schließstellung schwenkbaren Klappe, dadurch gekennzeichnet, daß an die Abströmseite der Klappe (7) ein abgedichteter Balg (10) angeschlossen ist, dessen Innenraum (11) über einer Öffnung (12) in der Klappe (7) mit der Anströmseite der Klappe (7) in Verbindung steht.

2. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Balg (10) auf einer Fläche (9) abgestützt ist, die im wesentlichen in einer von der Schwenkachse und der Längsachse (8) des Kanals (1) gebildeten Ebene angeordnet ist.

3. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über der öffnung (12) auf der Anströmseite der Klappe (7) ein Winkelstützen (13) angeordnet ist, dessen offenes Ende gegen die Strömungsrichtung (3) gerichtet ist.

4. Regelventil nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkwelle (6) der Klappe (7) einen sich durch die Wandung des Kanals (1) erstreckenden Zapfen (17) für ein an einem Hebel (18) angeordnetes Ausgleichsgewicht (19) aufweist.

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5. Regelventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel eine Scheibe (18) ist.

6. Regelventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5» dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (18) ein Widerlager (20) für eine an der Wandung des Kanals (i) gehaltene Feder (22) aufweist.

7. Regelventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

die Feder (22) an einem schwenkbar gelagerten Stellhebel (25) gehalten ist, der gelenkig mit einer Spindel (29) eines Stellmotors (30) verbunden ist.

8. Regelventil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder eine Schraubenfeder (22) ist und daß zwischen zwei benachbarten Windungen f33, 34) der Schraubenfeder (22) ein bis zu einem Anschlag (39) verschiebliches Widerlager (31, 32) eingreift.

9. Regelventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager ein an Windungen (33, 34) gehaltener Kern (31) ist, der eine sich in Längsrichtung der Feder (22) erstreckende und durch eine Öffnung (36) in einem weiteren Kern (37) geführte Stange (35) aufweist, an deren Ende (38) als Anschlag eine Verdickung (39) angeordnet ist, deren Abmessung größer als der Querschnitt der Öffnung (36.) ist.

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