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Vorrichtung zur selbsttätigen Schiebereinstellung bei Warm- und Kaltluftanlagen
zur Beeinflussung von Räumen Die Erfindung bezieht sich auf eine selbsttätig arbeitendeVorrichtung
zurEinstellung derSchieber in den Luftleitungen von Warm- und Kaltluftanlagen zur
Beeinflussung von Räumen, bestehend aus einem hydraulischen, mit dem Schieber verbundenen
Kolbenzylinder, dessen Kolben einseitig unter Federdruck steht.
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Ein rasches Ansprechen und sicheres Arbeiten bei Änderungen der gewünschten
Temperatur- und Lüftungsverhältnisse wird mit der Vorrichtung nach der Erfindung
durch die Vereinigung einer Anzahl Merkmale und :Maßnahmen erreicht, und zwar dadurch,
a) daß der im hydraulisch beaufschlagten Zylinder für den zu verstellenden Schieber
befindliche Kolben unter einem seiner Belastungsfeder entgegenwirkenden Druck eines
durch eine Pumpe geförderten Druckmittels steht, b) daß von der Druckmittelförderleitung
zum Druckmittelbehälter eine mit einem Solenoidventil ausgestattete Kurzschlußleitung
führt, die bei gewöhnlichem Betrieb abgesperrt ist, c) daß der Motor der Druckmittelpumpe
durch einen auf eine bestimmte Raumtemperatur ansprechenden Thermostaten gesteuert
wird, d) daß derselbe Thermostat bei höherer Temperatur den Stromkreis des Solenoidventils
einschaltet, so daß das Druckmittel vom Kolbenzylinder unmittelbar in den Druckmittelbehälter
zurückströmen kann, und
e) daß der Thermostat mit seinen beiden
Kontaktstellen und den dazugehörigen Stromkreisen des Pumpenmotors und des Solenoidventils
derart geschaltet ist, daß bei geschlossenem Motörstromkreis der Solenoidstromkreis
unterbrochen ist und umgekehrt.
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Der Thermostat legt mit seinen beiden Kontaktstellen die obere und
untere Grenze eines bestimmten Temperaturbereiches fest. Liegt die Raumtemperatur
unter der unteren Grenze; so öffnet der Thermostat den Steuerstromkreis mit seinem
unteren Kontakt. Dadurch wird der Motor der Druckmittelpumpe eingeschaltet und Druckmittel
in dem Kolbenzylinder eingeleitet, so daß der darin befindliche Kolben und der mit
ihm verbundene Steuerschieber in den Luftleitungen derart bewegt werden, daß sich
die Warmluftzufuhr verstärkt. Ist die gewünschte Raumtemperatur erreicht, so schließt
der Thermostat den Steuerstromkreis mit seinem unteren Kontakt; hierdurch wird der
Pumpenmotor abgeschaltet. Ein Wärmegleichgewicht bleibt bestehen, solange sich die
Raumtemperatur in den festgelegten Grenzen hält. Steigt sie jedoch an, bis der Thermostat
seinen oberen Kontakt schließt, so wird das Solenoidventil erregt und die Kurzschlußleitung
geöffnet. Das im Kolbenzylinder befindliche Druckmittel kann dann ganz oder teilweise
allmählich in den Druckmittelbehälter zurückströmen. Dabei bewegt sich der im Zylinder
befindliche Kolben unter Wirkung seiner Belastungsfeder und steuert den Schieber
derart, daß die Wärmezufuhr zum Raum gedrosselt wird.
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Nach der Erfindung ist unter anderem auch vorgesehen, den Thermostat
in bekannter Weise mit einer elektrischen Hilfsheizspule auszustatten, mit deren
Hilfe Pendelungen in der Wärme- bzw. Kälteabgabe der Anlage besonders an den oberen
und unteren Temperaturgrenzen- abgeschwächt werden sollen.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach
der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 ein Schaltschema der Regelvorrichtung
und Fig. 2 einen Schnitt durch das bei der Vorrichtung verwendete Solenoidventil.
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Bei der dargestellten Heizungs- und Belüftungsanlage wird Warmluft
aus einer Luftverteilungsleitung io einem Raum A- zugeführt. Die Leitung io steht
mit Zweigleitungen i i und 12 in Verbindung, von denen die Leitung ii die Warmluft
führt. Das Verhältnis von Warm- und Kaltluft in der Leitung io läßt sich durch ein
Ventil oder einen Schieber 13 verändern, der bei 14 drehbar ist. In der voll ausgezeichneten
Schieberstellung ist-.die Leitung i i abgeschlossen, während in der gestrichelt
gezeichneten Schieberstellung die Leitung 12 verschlossen ist.
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Im wesentlichen enthält die erfindungsgemäße Regelvorrichtung eine
hydraulisch betätigte Antriebsvorrichtung 15 in Form eines Zylinders 16 mit einem
starren verschiebbaren Kolben 17, dessen Schaft 18 über einen Lenker 2o mit dem
Schieber' 13 verbunden ist. Der Kolben 17 steht unter der Belastung der Druckfeder
21, wobei bei einer Bewegung des Kolbens gegen die Kraft der Feder der Schieber
13 in seine gestrichelte Stellung bewegt wird und die Leitung 12 absperrt. Der Raum
im Zylinder 16 auf der einen Seite des Kolbens 17 steht mit der Atmosphäre über
eine Öffnung 22 in Verbindung, während der Raum 23 auf der anderen Seite des Kolbens
an die Austrittsseite einer Druckmittelpumpe 24 über Leitungen 25, 26, ein Rückschlagventil
27 und eine Leitung 28 angeschlossen ist. Die Pumpe 24 ist mit ihrer Eintrittsseite
über eine Leitung 29 mit einem Druckmittelbehälter 30 verbunden. Eine Kurzschlußleitung
31 mit einem gewöhnlich geschlossenen Solenoidventil 32 stellt die Verbindung zwischen
dem Raum 23 im Zylinder 16 und dem Behälter 3o her. Die Pumpe 24 wird von einem
Elektromotor 33 angetrieben.
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Der Zylinder 16, die Ventile 32 und 27, die Pumpe 24 und der Druckmittelbehälter
3o bilden die einzigen hydraulischen Vorrichtungen der Regelvorrichtung. Aus der
gegenseitigen Anordnung der beschriebenen Teile läßt sich erkennen, daß bei laufendem
Motor 33 das Druckmittel vom Behälter 3o durch die Pumpe abgezogen und durch die
Leitung 28, das Rückschlagventil 27 und die Leitungen 26, 25 zum Raum 23 im Zylinder
16 gedrückt wird, so daß sich der Kolben 17 nach oben bewegt und diese Aufwärtsbewegung
auf den Schieber 13 überträgt. Durch die Bewegung des Schiebers 13 wird der Zustrom
warmer Luft aus der Leitung i i gesteigert und der Zustrom ungeheizter Luft aus
der Leitung 12 gedrosselt. Der Räum 23 bildet somit eine Ausdehnungskammer veränderlichen
Rauminhaltes, dessen Änderungen sich in einer Bewegungsänderung des Schiebers 13
widerspiegeln.
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Das Solenoidventil32 ist in Fig.2 im Schnitt dargestellt und enthält
ein nichtmagnetisches Ventilgehäuse 35 mit miteinander in Verbindung stehenden Ein-
und Auslässen 3.6 bzw. 37, die gewöhnlich durch ein im Gehäuse 35 verschiebbares
und durch die Feder 39 angedrücktes Ventil 38 unterbrochen sind. Eine Spule 40 umgibt
das Ventilgehäuse 35 und bewegt bei Stromdurchfluß das Ventil 38 gegen die Kraft
der Feder 39, so daß die Ein- und Auslässe 36 und 37 miteinander in Verbindung treten
und das Ventil sich öffnet. Die Spule4o bleibt in ihrem elektrischen Kreis gewöhnlich
stromlos und damit das Ventil 32 geschlossen, so daß das Druckmittel nicht durch
die Kurzschlußleitung 31 strömen kann und das von der Pumpe in die Ausdehnungskammer
23 im Zylinder 16 geförderte Druckmittel dort voll zur Wirkung kommt.
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Der Stromkreis für den Motor 33 führt von der positiven Klemme einer
Stromquelle über die Leitung 41, die gewöhnlich offenen Kontakte 42 eines Relais
B, die ebenfalls offenen Kontakte 43 eines Relais C, die Leitung 44, ein gewöhnlich
geschlossenes Endschalterkontaktpaar 45, die Leitung 46, den Motor 33 und die Leitungen
49, 59 zur negativen Klemme der Stromquelle. Die Endschalterkontakte
45
sitid in der Bahn eines Fingers 47 angeordnet, der an der Kolbenstange 18 sitzt
und beim Erreichen der oberen Grenzlage des Kolbens 17 die Kontakte 45 trennt, so
daß der Motor abgeschaltet wird.
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Außer den offenen Kontakten 42 enthält das Relais B ein Paar gewöhnlich
geschlossene Kontakte 48 und ein Paar ebenfalls offene Kontakte 50. Die drei Kontaktsätze
werden von einer Relaismagnetspule 5 r gesteuert, deren Kern 5.2" sich -bei Erregung
der Magnestpule verschiebt und damit die einzelnen Kontaktüberbrückungsglieder52
und 53 verstellt, die Kontakte 48 öffnet und die Kontakte 42 und 50 schließt.
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Neben den offenen Kontakten 43 enthält das Relais C ein Paar gewöhnlich
offene Kontakte 54. Die beiden Kontaktpaare werden durch eine Relaismagnetspule
55 mit einem beweglichen Kern 56 und Überbrückungsgliedern 57 und 58 gesteuert,
wobei diese bei Erregung der Spule 55 beide Kontaktpaare 43 und 54 schließen.
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Die Magnetspule 5 z des Relaisschalters B liegt in einem unter Strom
stehenden Kreis, der von der positiven Leitung durch den Strombegrenzungswiderstand
6o, die Spule 5 r und die Leitung 6r zur negativen Leitung führt. Die Magnetspule
55 des Schalters C liegt in einem ähnlichen Kreis, der von der positiven Leitung
über den Strombegrenzungswiderstand 62, die Leitungen 63 und 64, die Spule 55 und
die Leitung 65 zur negativen Leitung führt.
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Die Wicklung 4o des Solenoidventils 32 liegt in einem Stromkreis von
der positiven Leitung über die Leitung 67, die gewöhnlich geschlossenen Kontakte
48, die Leitung 68, die Wicklung 40 und die Leitungen 69 und 59 zur negativen Leitung.
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Die beiden Relais B und C werden durch einen Thermostaten T, vorzugsweise
einen Quecksilbersäulenthermostaten mit drei Kontakten 8o, 81 und 82, geregelt,
die beim Steigen der Quecksilbersäule fortschreitend überbrückt werden, wodurch
verschiedene Tätigkeiten ausgelöst werden.
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Der Thermostat T ist mit einer Hilfsheizspule 79 versehen, die in
dem Stromkreis von der positiven Leitung über die Leitung 84, die Kontakte 5o des
Relais B, die Leitungen 85, 86, den Widerstand 87, die Leitungen' 88, 89, die Heizwicklung
79 und die Leitungen 9o und 78 zur negativen Leitung liegt. Die Heizspule 79 liegt
ferner in einem Parallelkreis, der von der Leitung 85 über die Kontakte 54
des Relais C und die Leitung 86' zur Leitung 89 führt. Die Thermostatkontakte 8o,
81 und 82 liegen in Stromkreisen, die bei der Beschreibung der Wirkungsweise der
Regelvorrichtung erläutert sind.
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Der Thermostat T arbeitet bei bestimmten Umgebungstemperaturen, und
der Ohmwert des Widerstandes 87 kann so gewählt werden, daß die Hilfsheizspule 79
i° Wärme an die Quecksilbersäule 83 abgibt, um ein regelmäßig wiederkehrendes Arbeiten
des Thermostaten zu bewirken, was weiter unten beschrieben ist. Beispielsweise kann
der Thermostat so sein, daß die Quecksilbersäule 83 mit dem Kontakt 81 bei einer
Temperatur von 2z° in Berührung kommt, den Kontakt 82 bei einer Temperatur von 24°
und den Kontakt 8o bei einer viel geringeren Temperatur, beispielsweise bei ro°
oder geringer, erfaßt.
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Liegt die Temperatur im Raum A unter :21', d. h. im Temperaturbereich
des Kontaktes 8z, so werden beim Schließen des Hauptschalters S in der Stromzuführleitung
die beiden Relaismagnetspulen 5r und 55 unmittelbar über die oben beschriebenen
Kreise erregt. Die Kontakte 48 öffnen sich, während sich die Kontakte 50, 43 und
54 schließen. Beim Öffnen der Kontakte 48 wird die Spule 4o des Solenoidventils
32 stromlos, wodurch dieses geschlossen und damit auch die Kurzschlußleitung 31
gesperrt wird. Beim Schließen der Kontakte 42 und 43, die in Reihe mit dem Motorkreis
liegen, läuft der Motor 33 an und nimmt die Pumpe 24 in Betrieb.
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Bei Erregung der beiden Relaismagnetspulen 51 und 55 und dem anschließenden
Schließen derKontakte 5o und 54 werden die beiden zuerst erwähnten Parallelkreise
für die Hilfsspule 79 geschlossen, so daß die Quecksilbersäule 83 rascher ansteigt,
bis sie den unteren Kontakt 81 erreicht. Gleichzeitig entsteht ein Parallelkreis
zur Spule 55 des Relais C. Dieser Parallelkreis führt von der positiven Leitung
über den Widerstand 62, die Leitung 63, die Leitung 93, die Kontakte 81 und 8o und
die Leitungen 94 und 78 zur negativen Leitung. Sobald dieser Parallelkreis geschlossen
ist, fällt der Stromfluß durch die Relaisspule 55 so weit ab, daß sich die Kontakte
43 und 54 öffnen. Beim Öffnen der Kontakte 43 wird aber auch der Motorkreis unterbrochen,
so daß der Motor und damit auch die Pumpe 24 zum Stillstand kommen.
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Beim Schließen der Kontakte 54 durch das Relais C wird die Thermostathilfsheizspule
79 um etwa 8° erwärmt. Diese Hilfsheizung besteht, wenn die Quecksilbersäule des
Thermostaten T unter dem Kontakt 8o steht, während das Relais B erregt -und geschlossen
ist.
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Überschreitet unter diesen Bedingungen die Quecksilbersäule 83 den
Kontakt 8o, bleibt jedoch unterhalb des Kontaktes 82, so erreicht die gesamte Anlage
einen im allgemeinen ausgeglichenen Zustand. Die Dauer dieses Zustandes hängt von
dem Wärmeaustritt aus dem Raum A und derständig in den Raum A eingeführten Wärmemenge
ab. Gleichen sich beide Faktoren im wesentlichen aus, dann stellt sich die Quecksilbersäule
83 auf einen Punkt zwischen den Kontakten 81 und 82 ein, so daß der Motor 33 außer
Betrieb ist. Das vorher in die Ausdehnungskammer 23 eingeführte Druckmittel kann
wegen des Rückschlagventils 27 nicht zurPumpe 24 zurückkehren. Da das Solenoidventil4o
geschlossen ist, kann das Druckmittel auch nicht in den Behälter 30 zurückströmen
und ist somit in der Kammer 23 eingeschlossen. Die Leitung 26 und der Kolben 17
bleiben in ihrer Lage, so daß auch der Schieber 13 in seiner Lage bleibt.
Der einzige Stromverbrauch der elektrischen Vorrichtung besteht in der geringen
Strommenge,
die durch die Spule 5 i des Relais B und durch die Hilfsheizspule
79 des Thermostaten fließt.
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Der ausgeglichene Zustand der Anlage wird lediglich bei Unterbrechung
des Gleichgewichtes zwischen der aus dem Raum austretenden Wärme und der in ihn
eingeführten Wärme geändert. Fällt die Temperatur im Raum, so sinkt die Quecksilbersäule
83 unter den Kontakt 81 und der vorher beschriebene Überbrückungskreis wird unterbrochen.
Die Spule 55 des Relais C wird dann wieder mit Strom versorgt, so daß der Motorkreis
geschlossen und die Pumpe 24 in Betrieb genommen wird. Steigt die Temperatur im
Raum über einen Wert, bei dem die Quecksilbersäule 83 mit dem Kontakt 82 in Berührung
kommt, so schließt sich ein Überbrückungskreis für die Magnetspule 51. Diese Spule
wird dadurch so weit stromlos, daß das Relais die Stellung einnimmt, in der sich
die°Kontakte 42 und 5o öffnen, und die Kontakte 48 schließen. Dieser Überbrückungs-
oder Parallelkreis führt von der positiven Leitung über den Widerstand 6o, die Leitung
95, die Thermostatkontakte 82, 8o und die Leitungen 94 und 78 zur negativen Leitung.
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Öffnen sich die Kontalcte 5o, so wird der Kreis durch die Thermostathilfsheizspule
79 stromlos, während das Öffnen der Kontakte5o ohneWirkung ist, wenn die Kontakte
54 geöffnet sind und die Anlage in ausgeglichenem Zustand war. Beim Schließen der
Kontakte 48 jedoch wird der vorher beschriebene Stromkreis durch die Solenoidwicklung
40 geschlossen und dabei das Ventil 32 geöffnet, so daß die Ausdehnungskammer 23
des Zylinders 16 über die Kurzschlußleitung 31 mit dem Druckmittelbehälter
30 in Verbindung kommt. Das in der Ausdehnungskammer vorhandene Druckmittel
wird unter dem Einfluß des unter Federbelastung stehenden Kolbens herausgedrückt
und kehrt in den Behälter zurück, während gleichzeitig der Schieber 13 in einer
Richtung bewegt wird, in der die Zufuhr von Warmluft in die Leitung io gedrosselt
und die Zufuhr von Kaltluft in diese Leitung verstärkt wird.
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Wenn der ausgeglichene Zustand der Anlage infolge eines Überschusses
an dem Raum zugeführter Warmluft über die aus dem Raum austretende Wärme zu kurz
ist, dann bringt die Umgebungswärme, vermehrt durch die Wärme der Hilfsheizspule
79, die Quecksilbersäule 83 auf die Höhe des Kontaktes 82. Dadurch wird aber die
Hilfsheizspule 79 stromlos und gibt ihre allenfalls noch vorhandene Wärme ab, sobald
die Temperatur des Raumes fällt. Bei niedriger Temperatur gibt die Hilfsheizspule
ihre Wärme wesentlich schneller ab, als bei hoher Temperatur. Daher dauert es im
-ersteren Fall länger, bis die Säule 83 nach der Wiederinbetriebnahme der
Hilfswicklung auf die Höhe der Kontakte 82 kommt, als im letzteren Fall.
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Wenn die Temperatur des Raumes A im wesentlichen der jeweiligen Einstellung
des Thermostaten T entspricht, kann das regelmäßig sich wiederholende Ansprechen
des Thermostaten bei geringen Temperaturschwankungen verhältnismäßig rasch erfolgen.
Zur Verhinderung einer Lagenänderung des Schiebers 13 bei raschen Änderungen des
Thermostaten wird die Strömung des Druckmittels in der Kurzschlußleitung 3 i durch
eine Verengung ioo verzögert. Eine ähnliche Verengung ioi ist in der Leitung 28
- zwischen der Pumpe und dem Rückschlagventil vorgesehen. Auf diese Weise erfolgt
nur ein geringer Mengenwechsel des Druckmittels in der Ausdehnungskammer 23, wenn
die Anlage an sich eine Lagenänderung des Schiebers 13 verlangen würde, so daß Schwankungen
des Schiebers verhindert werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Zeichnungen dargestellte und
beschriebene Anordnung beschränkt, da Änderungen an Einzelteilen vorgenommen werden
können, ohne den Rahmen der Erfindung .zu verlassen. Die Ausdehnungskammer kann
z. B. statt des Kolbens eine Membran, einen Balg od. dgl. aufweisen, deren bewegliches
Glied jeweils mit dem Schieber 13 in Verbindung steht.