EP0035147B1

EP0035147B1 - Gasdruckregler

Info

Publication number: EP0035147B1
Application number: EP81101003A
Authority: EP
Inventors: Hans Meier
Original assignee: Vaillant Austria GmbH; Cofrabel Nv; Joh Vaillant GmbH and Co; Vaillant GmbH; Vaillant SARL; Vaillant Ltd; SCHONEWELLE BV
Current assignee: Vaillant BV
Priority date: 1980-02-22
Filing date: 1981-02-13
Publication date: 1984-07-25
Also published as: DE8005149U1; ATE8700T1; EP0035147A1

Description

Die vorliegende Patentanmeldung bezieht sich auf einen Gasdruckregler für einen Umlaufwasserheizer mit einem Gebrauchswasserbereiter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechend der älteren Patentanmeldung 801005646, mit der Veröffentlichungs-Nr. EP-A-0016326 vom 1.10.1980.
Es ist bei der älteren Anmeldung vorgesehen, die Regelmembran von einer durch eine Schraube einstellbaren Feder vorzubelasten, mithin kann durch die Einstellung der Schraube der Maximaldruck an der Auslaßkammer des Gasdruckreglers vorgegeben werden.
Um den Gasdruckregler nach der älteren Anmeldung in Weiterentwicklung für einen Umlaufwasserheizer mit einem Gebrauchswasserbereiter verwenden zu können und um ferner unterschiedliche Maximaldruckwerte für Heizungs-und Brauchwasserbetrieb durch unterschiedliche Beaufschlagung der Regelmembran vorgeben zu können, wird, ausgehend von der älteren Anmeldung, eine Maßnahme gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 vorgeschlagen.
Hierdurch wird eine automatische Maximaldruckwertumschaltung erreicht, je nachdem ob der Umlaufwasserheizer gerade für Heizungsbetrieb oder für Brauchwasserbereitung eingesetzt wird. Der Strömungsschalter stellt das Fließen von Wasser im Zapfwasserweg fest und bewirkt automatisch die Umschaltung.
Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung hervor, die anhand der Figuren eins und zwei der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen

Figur eins eine schematische Darstellung der Schaltung eines Umlaufwasserheizers mit Gebrauchswasserbereitung und
Figur zwei den erfindungsgemäßen Gasdruckregler als schematische Detaildarstellung.

In beiden Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.
Gemäß Figur eins ist ein Umlaufwasserheizer 1 an eine Vorlaufleitung 2 angeschlossen, die zu einem Verbraucher 3 führt, von dem wiederum eine Rücklaufleitung 4 zum Umlaufwasserheizer führt. Der Verbraucher 3 besteht hier aus einer Vielzahl parallel und/oder in Serie geschalteter Radiatoren, die regelmäßig mit nicht dargestellten Thermostatventilen an ihrem Einlaß bestückt sind.
Die Vorlaufleitung 2 geht von einem Drei-Wege-Umschaltventil 5 ab, dessen einer Auslaß mit der Vorlaufleitung 2 und dessen anderer Auslaß mit der Gebrauchswasserbereiter-Vorlaufleitung 6 verbunden ist, die zu einem Gebrauchswasser-Wärmetauscher 7 führt, von dem eine Gebrauchswasserbereiter-Rücklaufleitung 8 abgeht, die sich an einer Vereinigungsstelle 9 mit der mit einer Pumpe versehenen Rücklaufleitung 4 vereinigt, um zu einem von Verbrennungsgasen eines Brenners 10 beaufschlagten Wärmetauscher 11 zu führen, an den sich eine Leitung 12 anschließt, die zu dem Drei-Wege-Umschaltventil 5 führt. Bei dem Brenner 10 handelt es sich um einen Gasbrenner, der über eine Gasleitung 13 mit einem Gasdruckregler 14 verbunden ist. Zum Gasdruckregler 14 führt eine Stellstange 15, die von einem als Strömungsschalter wirkenden Membranschalter 16 ausgeht, von diesem Membranschalter geht eine weitere Stellstange 17 ab, die zu dem Drei-Wege-Umschaltventil 5 führt. Der Membranschalter 16 ist über eine Druckübertragungsleitung 18 mit einem Strömungsmesser 19 verbunden, der im Zuge einer Zapfleitung 20 für Zapfwasser liegt, die über eine Rohrschlange 21 im Inneren des Gebrauchswasserbereiters 7 führt und an ihrem Ende von einem Zapfventil 22 beherrscht ist.
Aus der Figur zwei geht der Gasdruckregler im einzelnen hervor : Dieser Gasdruckregler weist ein Gehäuse 30 auf, das im Zuge der Gasleitung 13 eine Einlaßkammer 31 und eine Auslaßkammer 32 aufweist. Zwischen Ein- und Auslaßkammer befindet sich ein Ventilsitz 33, der von einem von einer Stange 34 angelenkten Ventilkörper 35, der unter der Rückstellkraft einer Druckfeder 36 steht, im Ruhezustand verschließbar ist, wobei die Stellstange 34 mit einem Membranteller 37 einer Stellmembran 38 verbunden ist, die im Bereich der Auslaßkammer 32 an ihrem Rand druckdicht im Gehäuse 30 eingespannt ist. Ein- und Auslaßkammer sind somit im Ruhezustand über das verschlossene Ventil 33, 35 voneinander getrennt. Die Stellmembran teilt eine weitere Kammer 39 ab, von der ein Kanal 40 zu einem Ventilmittelraum 41 führt. Der Ventilmittelraum 41 ist über 2 Ventilsitze 42 und 43 sowie eine Abströmöffnunng 44 begrenzt.
Vom Ventilsitz 43 führt ein Kanal 45 zu einer Verzweigungsstelle 46, von der ein weiterer Kanal 47 zur Auslaßkammer 32 führt. Ein weiterer Kanal 48 führt zu einer Membrankammer 49, die über eine Leitung 50, in der ein Ventilsitz 51 vorgesehen ist, mit der Abströmöffnung 44 verbunden ist. Mit dem Ventilsitz 51 korrespondiert ein Ventilkörper 52, der von einer sich gegenüber dem Gehäuse 30 abstützenden Druckfeder 53 in Öffnungstellung bewegbar und beherrscht ist. Der Ventilkörper 52 ist an einer ersten Regel Membran 54 befestigt, die unter der Wirkung einer Druckfeder 55 steht, die von einer Stellschraube 56 justierbar ist, die ihrerseits in einem Gewinde im Gehäuse 30 gasdicht geführt ist.
Auf der der Membrankammer 49 abgewandten Seite der Regelmembran 54 ist eine weitere Membrankammer 57 gebildet, die über eine Öffnung 58 mit einer weiteren Membrankammer 59 in Verbindung steht. Diese Membrankammer 59 wird außer von dem Gehäuse 30 von einer zweiten Regelmembran 60 begrenzt, die auf der der Membrankammer 59 abgewandten Seite eine weitere Membrankammer 61 bildet, in welcher eine Druckfeder 62 gelagert ist, die sich gegenüber einem Federteller 63 abstützt. Der Federteller 63 ist mit der Stellstange 15 starr verbunden, die Stellstange trägt ein Anschlagstück 64, das sich über eine Druckfeder 65 gegenüber dem Gehäuse 30 elastisch abstützt. Das Anschlagstück 64 trägt eine als Anschlag wirkende Justierschraube 66, deren Spitze gegen die Oberseite des Gehäuses 30 bei maximalem Stellweg fahren kann, den maximalen Stellweg vom Gehäuse 30 weg begrenzt die Spitze einer weiteren Justierschraube 67, die in einem Fortsatz 68 des Gehäuses 30 eingeschraubt ist.
Die Stellstange 15 durchsetzt die Wandung des Wasserschalters 16 und ist mit einem Membranteller 69 verbunden, der von einer Membran 70 getragen ist. Beiderseits der Membran werden Membrankammern 71 und 72 gebildet, die über die Leitung 18 mit dem Strömungsmesser 19 verbunden sind. Der Strömungsmesser 19 ist in an sich bekannterweise als Venturi ausgestattet und liegt im Zapfwasserweg 20.
Die Membrankammer 61 ist über eine Drosselbohrung 73 mit der Atmosphäre verbunden. Mit der zweiten Regelmembran 60 ist ein Ventilkörper 74 verbunden, der mit einem im Gehäuse 30 angeordneten Ventilsitz 75 korrespondiert. Der Ventilsitz 75 steht über eine Leitung 76 mit der Membrankammer 59 in Verbindung. Der Ventilkörper 74 steht unter der Wirkung einer Druckfeder 77, die sich gegenüber dem Gehäuse 30 abstützt und das Bestreben hat, den Ventilkörper 74 von seinem Ventilsitz 75 abzuheben. Auf der anderen Seite der Leitung 76 schließt sich an den Ventilsitz 75 eine Kammer 78 an, die über eine Bohrung 79 relativ kleinen Querschnitts mit der Membrankammer 59 und über eine Zuluftbohrung 80 sowie einen Luftfilter 81 mit der Atmosphäre verbunden ist. Über eine Ansaugleitung 82 ist die Kammer 78 mit dem Saugstutzen einer Fluid- insb. Membranpumpe 83 verbunden, die über eine Welle 84 von einem nicht dargestellten Motor angetrieben ist. Der Motor seinerseits ist von einem Stellglied mit Spannung beziehungsweise elektrischer Leistung beaufschlagbar, um ein bestimmtes Antriebsverhalten des Motors zu gewährleisten. Die Membranpumpe weist eine Druckleitung 85 auf, die über eine Drosselbohrung 86 mit der Membrankammer 59 in Verbindung steht.
Von der Einlaßkammer 31 gelangt Gas über eine Drosselbohrung 87 in einen Operator-Raum 88, der von dem Ventilsitz 42 begrenzt ist. Im Inneren des Operator-Raums ist ein Elektromagnet 89 vorgesehen, der über eine elektrische Zuleitung 90 mit elektrischer Leistung speisbar ist. Mit dem Elektromagneten 89 wirkt ein Anker 91 zusammen, der als zweiarmiger Hebel 92 verlängert ist und bei 93 drehbar im Gehäuse 30 gelagert ist. Der Anker beziehungsweise der Hebel steht unter der Wirkung einer Zugfeder 94, die einen Endes am Gehäuse 30 befestigt ist. Am freien Ende des Hebels 92 ist über einen Drehpunkt 95 eine Stange 96 angelenkt, die mit einem Ventilkörper 97 verbunden ist, der mit den Ventilsitzen 42 und 43 korrespondiert.
Der eben beschriebene Gasdruckregler gemäß Figur zwei hat folgende Funktion : Ausgehend von dem in der Zeichnung dargestellten Ruhezustand, ist der Ventilsitz 33 durch den Ventilkörper 35 unter der Ausdehnungswirkung der Druckfeder 36 verschlossen, das heißt, die Verbindung zwischen Gaseinlaß und Gasauslaß ist unterbrochen. Die Fluid- bzw. Membranpumpe 83 ist in Ruhe, Druck- und Saugleitung 85 beziehungsweise 82 weisen zueinander keinen Differenzdruck auf. Die Ventile 97, 42 sowie 52, 51 und 74, 75 sind geschlossen. Der Elektromagnet 89 ist stromlos. Die Gaszufuhr zu dem Brenner 10 ist unterbrochen.
Wird nun Gas am Brenner verlangt, so wird über die Leitung 90 der Elektromagnet 89 erregt, worauf dieser seinen Anker 91 anzieht und den Ventilkörper 97 vom Sitz 42 auf den Sitz 43 bewegt und diesen Ventilsitz gegen die Wirkung der Rückstellfeder 94 verschließt. Somit ist der Kanal 47 und damit der Gasauslaß von der Kammer 39 druckmäßig abgetrennt. Somit baut sich nunmehr Druck aus dem Gaseinlaß über die Einlaßkammer 31 und die Drosselbohrung 87 verzögert im Operator-Raum 88 auf. Der Ventilmittelraum steht bei geschlossenem Ventil 52, 51 über den Kanal 40 mit der Kammer 39 in Verbindung, so daß sich langsam ein Druck in dieser Kammer aufbaut, der dazu führt, daß der Ventilkörper 35 gegen die Rückstellkraft der Druckfeder 36 von seinem Ventilsitz 33 abhebt. In diesem Moment beginnt Gas vom Einlaß über die Einlaßkammer 31 zur Auslaßkammer 32 und damit über die Leitung 13 zum Brenner zu fließen. Der Druck in der Kammer 39 wird jedoch dadurch begrenzt, daß sich in der Auslaßkammer 32 ein Staudruck, verursacht durch die Stauwirkung der Brennerdüsen, im Brenner aufbaut. Der Rückstaudruck wirkt über die Leitung 47 und 48 auf die Membrankammer 49 und ist bestrebt, bei Ansteigen über einen gewissen Wert die Membran 54 gegen die Rückstellkraft der Feder 55 zu bewegen. Die Druckschwelle, bei der diese Bewegung eintritt, ist über die Stellschraube 56 einstellbar. Eine Bewegung der ersten Regelmembran 54 gegen die Stellschraube 56 hat ein Abheben des Ventilkörpers 52 vom Ventilsitz 51 zur Folge, diese Bewegung wird durch Druckfeder 53 unterstützt. Die Charakteristik der Druckfeder 53 ist aber wesentlich schwächer als die der Druckfeder 55. Somit wird auch der Druck im Ventilmittelraum 41 begrenzt.
Die eben eingestellte Druckschwelle dient dazu, einen Gasdruck in der Auslaßkammer 32 sicherzustellen, der für ein einwandfreies Überzünden im Bereich des angeschlossenen Rostbrenners notwendig ist. Ein zu kleiner Druck in der Auslaßkammer 32 bewirkt ein nur teilweises Brennen der Gasflammen im Rostbrenner, zu großer Überdruck wird eine Verpuffungserscheinung in der Feuerstelle zur Folge haben.
Soll nun der Gasdruck in der Auslaßkammer 32 auf einen Nennwert ansteigen, so wird die Welle 84 der Membranpumpe 83 beaufschlagt, so daß die Membranpumpe 83 zu fördern beginnt. Somit baut sich in der Membrankammer 59, verzögert durch die Drosselbohrung 86, ein Druck auf, der über die Öffnung 58 auch in der Membrankammer 57 ansteht. Das bedeutet, daß das Ventil 52, 51 mehr oder weniger geschlossen wird. Der hier anstehende Druck wird begrenzt durch eine Stellbewegung der Membran 60. Steigt der Druck in der Membrankammer 59 auf einen Wert an, der ein Einfahren der zweiten Regelmembran 60 gegen die Rückstellkraft der Feder 62 bewirkt, so hebt der Ventilkörper 74 von seinem Sitz 75 unterstützt durch die Wirkung der Feder 77 ab. Damit wird der Druck in der Membrankammer 59 begrenzt. Somit ist die Höhe des Drucks in der Membrankammer 59 proportional dem jeweiligen Nenndruck des gasförmigen Brennstoffs im Brenner.
Die bis eben beschriebene Funktion des Gasdruckreglers gilt für Heizungsbetrieb. Der Nennwert, der eben beschrieben wurde, gilt somit auch für Heizbetrieb.
Wird nunmehr durch Aufdrehen des Zapfventils 22 Warmwasser angefordert, so beginnt Wasser aus dem Kaltwassernetz 20 über den Strömungsmesser 19 in die Rohrschlange 21 des Gebrauchswasserbereiters 7 zu fließen. Der Strömungsmesser 19 registriert den Brauchwasserdurchsatz und teilt ihn als Druckschwankung über die Meßleitung 18 dem Strömungs- bzw. Membranschalter 16 mit. Somit erfolgt Druckanstieg in der Membrankammer 71 und Druckabfall in der Membrankammer 72, was eine entsprechende Auslenkung der Membran 70 gegen die Rückstellkraft der Feder 65 veranlaßt. Die Stellstange 15 fährt aus dem Membranschalter 16 aus und drückt die Druckfeder 62 zusammen. Das Zusammendrücken findet seine Grenze, wenn der Anschlag 66 gegen die Oberseite des Gehäuses 30 fährt. Die Ruhestellung ist dadurch gegeben, daß das Anschlagstück 64 unter der Rückstellwirkung der Feder 65 gegen das freie Ende der Justierschraube 67 fährt. Durch Bewegen der Justierschraube 67 ist somit der Nennwert für den Gasdruck bei Heizungsbetrieb vorgegeben, durch Justieren der Justierschraube 66 kann somit ein gegenüber dem Druckwert für Heizbetrieb erhöhter Druckwert bei Brauchwasserzapfung vorgegeben werden. Beide Druckwerte werden über die zweite Regelmembran 60 konstantgehalten.
Der Motor der Fluid- bzw. Membranpumpe ist, wie bereits geschildert, steuerbar. Je höher mithin der Förderdruck der Membranpumpe 83 ist, um so höher ist der Druck in der Membrankammer 59. Je größer dort der Druck ist, um so größer ist die Schließkraft des Ventils 52, 51. Je mehr dieses Ventil geschlossen wird, um so größer ist über den Operator-Raum 88 beziehungsweise über den Druckweg 47, 48, 50, 44, 40 der Druck, der sich in der Kammer 39 aufbaut und der einen sich vergrößernden Gasdruck in der Auslaßkammer 32 zur Folge hat.
Soll der Brenner stillgesetzt werden, so wird die Beaufschlagung der Membranpumpe 83 unterbrochen. Das bedeutet, daß die Membrankammer 57 drucklos wird, da die Druckdifferenz zwischen Saug- und Druckstutzen der Membranpumpe über die Drosselbohrung 79 abgebaut wird. Das bedingt ein Öffnen des Ventils 52, 51, der Druck in der Gasauslaßkammer 32 wird über den Kanal 40 abgebaut, das heißt, es steht nur noch der Vordruck aus der Einlaßkammer 31 über die Bohrung 87, geringfügig entlastet über den angehobenen Ventilkörper 97, in der Kammer 39 an, so daß unter der Rückstellkraft der Feder 36 der Ventilkörper 35 sehr nah an seinen Sitz 33 herangedrückt wird. Somit steht nur noch der Überzündgasstrom in der Auslaßkammer 32 an, der auch unterbrochen werden kann, wenn man die Stromzuführung auf der Leitung 90 unterbricht, da dann unter der Rückstellwirkung der Feder 94 der Ventilkörper 97 von seinem Sitz 43 weg auf den Sitz 42 gedrückt wird. Die Kammer 39 wird nunmehr druckentlastet.

Claims

1. Gasdruckregler für einen Umlaufwasserheizer mit einem Gebrauchswasserbereiter mit einem in einem Gehäuse (30) angeordneten von einem federrückstellbaren Ventilkörper (35) beherrschten Ventilsitz (33), dessen Ventilkörper mit einer Stellmembrane (38) verbunden ist, die dem Gasdruck hinter dem Ventil (33/35) in der Auslaßkammer (32) ausgesetzt ist, und mit einer ersten Regelmembran (54), die einerseits dem Gasdruck hinter dem Ventil (33/35) ausgesetzt ist, und mit einer Fluid-Pumpe (83), wobei die dem Gas abgewandte Seite der ersten Regelmembran (54) nur vom Druck der Fluid-Pumpe (83) beaufschlagt ist und dieser Druck von einem mit der von einer Feder (62) belasteten zweiten Regelmembran (60) gekoppelten Ventil (75/76) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstützglied (63) für die Feder (62) der zweiten Regelmembran (60) mit einer Stellstange (15) eines Strömungschalters (16) verbunden ist, der einem Zapfwasserweg (20, 21, 22) des Gebrauchswasserbereiters (7) zugeordnet ist.

2. Gasdruckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellstange (15) mit einem Anschlagstück (64) versehen ist, das zwischen zweieinstellbaren Anschlägen (66, 67) beweglich gelagert ist.