DE10014901C2 - Volumenstromregler - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Volumenstromregler für raumlufttechnische Anla­ gen.

Bekannte mechanisch selbsttätige Volumenstromregler sind teilweise sehr aufwendig gebaut und benötigen eine präzise Justierung bei deren Montage. Damit reagieren sie auch auf kleine Fertigungsungenauigkeiten sehr sensibel. Dies insbesondere, wenn deren Klappenrückstell­ mimiken gekoppelt bzw. komplex sind, da sich das Rückstellmoment eines in der Klappen­ rückstellmimik verwendeten Federsystems als komplexe Berechnung bzw. Kombination aus Federeigenschaften, Grad der Federverformung, verbleibenden Federlängen, Veränderung der Wirkrichtung der Rückstellkraft und Veränderung des wirksamen Hebelarms ergibt.

Aus der US 5 398 728 A ist ein Volumenstromregler für raumlufttechnische Anlagen mit einer in ein Kanalstück ragenden und mittels einer Schwenkwelle mit einem Hebelarm drehbaren Klappe bekannt, wobei an dem Hebelarm eine von einem Federsystem einer Klappenrück­ stellmimik erzeugte Federkraft angreift, das Federsystem aus einer Blattfeder besteht, deren eines Ende an eine Kurvenscheiben befestigt ist und deren anderes Ende eine Federkraft auf die Klappe überträgt, eine Krafterzeugungseinrichtung zum Erzeugen einer an der Blattfeder angreifenden Kraft zum Durchbiegen der Blattfeder zwischen ihren beiden Enden sowie eine Fixiereinrichtung zum Fixieren der Durchbiegung der Blattfeder vorhanden ist. Bei Verstel­ lung der Kurvenschreibe um einen Drehpunkt wird die Blattfeder von der Kurvenscheibe mit­ genommen und rollt sie auf der Kurve ab. Damit verbunden werden gleichzeitig die Feder­ konstante, die Federvorspannung und die Kraftangriffsrichtung am Hebel verändert.

Die DE 32 27 882 C2 offenbart einen Volumenstrom- bzw. Druckregler für raumlufttechni­ sche Anlagen mit einer in einem Kanalstück auf einer über einen Hebel drehbaren Welle be­ festigten Klappe, wobei zusätzlich auf der Welle eine Kurvenscheibe befestigt ist und an die­ ser einzigen Abhängigkeit vom Öffnungswinkel der Klappe auf einem Teil des Umfanges der Kurvenscheibe mit einem Teil seiner Länge anliegendes Zugseil angreift, das mit einem Ende einer Biegefeder verbunden ist, deren anderes Ende ortsfest eingespannt ist.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Volumenstromregler mit einer Klap­ penrückstellmimik mit progressivem Rückstellverhalten bereitzustellen, die durch möglichst einfache und einzige Veränderung auf einen anderen Volumenstrom einstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Volumenstromregler für raumluft­ technische Anlagen mit einer in ein Leitungsende oder Kanalstück ragenden und mittels einer Schwenkwelle mit einem Hebelarm drehbaren Klappe, wobei an dem Hebelarm eine von ei­ nem Federsystem einer Klappenrückstellmimik erzeugte Federkraft angreift, das Federsystem aus einer Blattfeder oder einem Blattfederpaket besteht, deren/dessen eines Ende ortsfest, aber drehbar befestigt ist und deren/dessen anderes Ende eine Federkraft auf die Klappe überträgt, eine Krafterzeugungseinrichtung zum Erzeugen einer lediglich an einer Stelle der Blattfeder oder des Blattfederpaketes angreifenden Kraft zum Durchbiegen der Blattfeder oder des Blatt­ federpaketes zwischen ihren/seinen beiden Enden sowie eine Fixiereinrichtung zum Fixieren der Durchbiegung der Blattfeder oder des Blattfederpaketes vorhanden ist.

Dabei kann gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, daß die Krafterzeugungseinrichtung eine exzentrisch auf einer Drehachse angebrachte Scheibe aufweist, die derart angeordnet ist, daß bei Verstellung der Scheibe um die Drehachse die Blattfeder oder das Blattfederpaket eine Druckkraft erfährt.

Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, daß die Krafterzeugungseinrichtung eine exzen­ trisch auf einer Drehachse angebrachte Scheibe und eine Schlaufenscheibe aufweist, die über eine Schlaufe mit der Blattfeder oder dem Blattfederpaket zur Führung der Blattfeder oder des Blattfederpakets verbunden ist, wobei die Scheibe und das Schlaufenrad derart angeordnet sind, daß bei Verstellung der Scheibe die Lage der Schlaufenscheibe so verändert wird, daß die Blattfeder oder das Blattfederpaket eine Druck- oder Zugkraft erfährt. Die Blattfeder oder das Blattfederpaket erfährt eine Druckkraft, wenn sich die Scheibe und das Schlaufenrad auf der der Schwenkwelle für die Klappe zugewandten Seite der Blattfeder oder des Blattfederpa­ kets befindet, während es eine Zugkraft erfährt, wenn sich die Scheibe und das Schlaufenrad auf der von der Schwenkwelle für die Klappe angewandten Seite der Blattfeder oder des Blattfederpakets befinden.

Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Krafterzeugungseinrichtung eine Schwenkwelle mit einem Hebelarm aufweist, der im mittleren Bereich der Blattfeder oder des Blattfederpakets mit der Blattfeder oder dem Blatt­ federpaket verbunden ist, wobei die Schwenkwelle derart angeordnet ist, daß bei Verstellung des Hebelarms die Blattfeder oder das Blattfederpaket eine Zugkraft erfährt.

Dabei kann zur Verbindung des Hebelarms mit der Blattfeder oder dem Blattfederpaket ein Verbindungsdraht vorgesehen sein.

Schließlich kann gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung zur Ver­ bindung des Hebelarms mit dem zugeordneten Ende der Blattfeder oder des Blattfederpakets ein Verbindungsdraht vorgesehen sein.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß durch das ortsfeste, aber drehbare Ende der Blattfeder oder des Blattfederpakets in Kombination mit der Krafterzeu­ gungseinrichtung eine Entkopplung des Einspannpunkts der Blattfeder oder des Blattfederpa­ kets vom für die Federvorspannung und die Federkennlinie, die von dem Verhältnis der Blatt­ feder bzw. der Blattfederpaketteile abhängt, maßgeblichen Berührpunkt möglich wird. Durch die Verwendung eines Blattfederpakets anstelle einer einzigen Blattfeder lassen sich auch kritische Biegespannungen vermeiden. Neben einer zielgerechteren Realisierung der notwen­ digen Verhältnisse von Federvorspannung zur verbleibenden steigenden Federkennlinie weist der erfindungsgemäße Volumenstromregler auch den Vorteil auf, daß auf eine aufwendige Konstruktion und bei Verwendung eines Blattfederpakets dicke Blattfedern verzichtet werden kann, wodurch sich der Volumenstromregler preisgünstiger herstellen läßt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachstehenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele anhand der schematischen Zeich­ nungen im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Kanalstückes mit einem Volumenstromregler gemäß der vor­ liegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht in Richtung A auf des Kanalstück von Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III von Fig. 2;

Fig. 4a eine Ansicht einer Klappenrückstellmimik einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Volumenstromreglers mit entspanntem Blattfederpaket;

Fig. 4b eine Ansicht der Klappenrückstellmimik von Fig. 4a mit durchgebogenem Blattfe­ derpaket,

Fig. 5a eine Ansicht einer Klappenrückstellmimik einer weiteren besonderen Ausführungs­ form der erfindungsgemäßen Volumenstromreglers mit entspanntem Blattfederpaket;

Fig. 5b eine Ansicht der Klappenrückstellmimik von Fig. 5a mit durchgebogenem Blattfe­ derpaket;

Fig. 6a eine Ansicht einer Klappenrückstellmimik einer weiteren besonderen Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Volumenstromreglers mit entspanntem Blattfederpaket;

Fig. 6b eine Ansicht der Klappenrückstellmimik von Fig. 6a mit durchgebogenem Blattfe­ derpaket;

Fig. 7a eine Ansicht auf eines Einstellrades von vorne,

Fig. 7b eine Ansicht auf eines Einstellrades von Fig. 7a von hinten;

Fig. 8a eine Ansicht einer Klappenrückstellmimik einer weiteren besonderen Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Volumenstromreglers mit entspanntem Blattfederpaket; und

Fig. 8b eine Ansicht der Klappenrückstellmimik von Fig. 8a mit durchgebogenem Blattfe­ derpaket.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Kanalstückes 1 mit einem Volumenstromregler gemäß der vorliegenden Erfindung, von dem lediglich ein Gehäuseoberteil 10 einer Klappenrück­ stellmimik mit einem darauf angebrachten Strömungsrichtungspfeil 10a und ein Einstellrad 11 mit zwei Einstelllaschen 11a, einer Fixiermutter 11b, einer Volumenstromskala 11c und einem Einstellzeiger 11d gezeigt sind. Die Fixiermutter 11b sitzt auf einer Drehachse 15 mit einem Gewindeende. Das Kanalstück 1 weist an seinen Enden jeweils eine Sicke 2a für eine Lippendichtung und eine Anschlagsicke 2b auf.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht in Richtung A auf das Kanalstück 1 von Fig. 1. Der Volumen­ stromregler weist eine in das Kanalstück 1 ragende und mittels einer Schwenkwelle 7 mit einem Hebelarm 7a drehbare Klappe auf, wobei an den Hebelarm 7a eine von einem Federsy­ stem einer Klappenrückstellmimik erzeugte Federkraft gelenkig angreift. Neben dem Kanal­ stück 1 befindet sich die Klappenrückstellmimik, von der hier nur ein Gehäuseunterteil 3, das Gehäuseoberteil 10, das Einstellrad 11 sowie die Drehachse 15 mit einem Gewinde an ihrem Ende, auf dem sich die Fixiermutter 11b befindet, gezeigt sind.

Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie III-III von Fig. 2. Deutlich ist die mittels der Schwenkwelle 7 drehbare Klappe 4 zu erkennen. Weiterhin ist ein Anschlag 13 vorgese­ hen. Die bei über ein Federsystem gehaltenen Klappen bekannten Drehschwingungen werden gewöhnlich mit einer Dämpfungseinrichtung, wie z. B. einem Balg oder einem Kolben- Zylinder-System, kompensiert. Bei dem vorliegenden Volumenstromregler sind im Prinzip beide Arten von Dämpfungseinrichtungen denkbar, wobei bei Benutzung eines Balges die durch Druckbelastung zwischen dem Anschlag 13 und der Klappe 4 zusätzlich entstehende Rückstellkraft zu berücksichtigen ist.

Fig. 4a zeigt eine Ansicht einer Klappenrückstellmimik einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Volumenstromreglers mit entspanntem Blattfederpaket S. Der Volu­ menstromregler ergibt sich praktisch aus einer Kombination der in dem Kanalstück 1 drehba­ ren Klappe (nicht gezeigt), deren Schwenkwelle 7 einen Hebelarm 7a aufweist, und der hier dargestellten Klappenrückstellmimik. Die Klappenrückstellmimik umfaßt das Blattfederpaket 5, dessen eines Ende mittels eines Verbindungsdrahts 7b mit dem Hebelarm 7a verbunden ist und dessen anderes Ende 8 ortsfest, aber drehbar an dem Gehäuseunterteil 3 befestigt ist. Weiterhin umfaßt die Klappenrückstellmimik eine exzentrisch auf der Drehachse 15 ange­ brachte Scheibe 9, die derart angeordnet ist, daß bei Verstellung der Scheibe 9 um die Dreh­ achse 15 das Blattfederpaket 5 lediglich an einer Stelle 21 eine Druckkraft erfährt (siehe Fig. 4b). Die Position der Stelle 21 wandert mit der Verstellung der Scheibe 9 um die Drehachse 15 auf näherungsweise einer Kreislinie. Es handelt sich dabei nur um näherungsweise eine Kreisbahn, da der Endbereich des Blattfederpakets 5 verbogen wird. Eine annähernd kreis­ förmige Bahn ist jedoch für die exakte Funktion und insbesondere zum Anpassen des Ein­ satzbereiches des Volumenstromreglers wichtig. Sie ergibt sich zudem daraus, daß die Schei­ be 9 eine kreisrunde Scheibe ist. Durch Verstellen der Scheibe 9 wird somit das Blattfederpa­ ket 5 zum einen durchgebogen und damit vorgespannt, zum anderen wird das Verhältnis der Blattfederpaketteile so geändert, daß bei einer Drehung der Klappe 4 eine stärker zunehmende Rückstellkraft erreicht wird. Es wird somit die Federkennlinie verändert. Mit der Entkopplung des ortsfesten, aber drehbar gelagerten Endes 8 des Blattfederpakets 5 vom Berührpunkt der Scheibe 9 lassen sich die für die Einstellung des Volumenstromreglers auf höhere Volumen­ ströme notwendigen Verhältnisse von Vorspannung zu verbleibender steigender Federkennli­ nie zielgerechter realisieren. Eine Veränderung der Kontur sowie der Lage der Scheibe 9 kön­ nen dabei zur Optimierung des Regelverhaltens beitragen. So kann eine Veränderung der Kontur der Scheibe 9 unter Umständen zu Linearisierung der Einstellskala notwendig sein. So könnte z. B. die Scheibe 9 so ausgeformt werden, daß ein mittlerer Volumenstrom (50%- Einstellung), der normalerweise beispielsweise mittels einer Drehung der Scheibe 9 um 22,5 Grad eingestellt würde, bei einer 45 Grad-Drehung der Scheibe 9 erreicht würde. Dazu müßte die Scheibe 9 zunächst eine geringere Exzentrizität und letztendlich wieder bei 100% die volle Exzentrizität aufweisen. Die resultierende Scheibe würde dann eine äußere Kontur auf­ weisen, die nicht mehr derjenigen eines Kreises entspricht. Wird die Scheibe 9 aus ihrer Aus­ gangslage, in der das Blattfederpaktet 5 nahezu entspannt ist, anstatt in die Durchbiegerich­ tung in die entgegengesetzte Richtung verstellt, so gibt sie das Blattfederpaket 5 völlig frei. Dies ist für eine sogenannte Nulleinstellung möglich. Bei dieser wird die Klappe 4 praktisch freigegeben, so daß sie sich quer zur Strömung im Kanalstück 1 stellt und das Kanalstück 1 so weit wie möglich absperrt. Es verbleibt dann lediglich die Nulleckage.

Fig. 5a zeigt eine Ansicht einer Klappenrückstellmimik einer weiteren besonderen Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemäßen Volumenstromreglers mit entspanntem Blattfederpaket 5. Die Klappenrückstellmimik weist eine von der in den Fig. 4a und 4b gezeigten abwei­ chende Krafterzeugungseinrichtung auf. Diese weist eine exzentrisch auf einer Drehachse 15 angebrachte Scheibe 9 und eine Schlaufenscheibe 14 auf, die über eine Schlaufe 20 mit dem Blattfederpaket 5 zur Führung des Blattfederpakets 5 verbunden ist, wobei die Scheibe 9 und die Schlaufenscheibe 14 derart angeordnet sind, daß bei Verstellung der Scheibe 9 die Lage der Schlaufenscheibe 14 so verändert wird, daß das Blattfederpaket 5 eine Druckkraft ledig­ lich an einer Stelle 21 erfährt. Dies führt zu einer Durchbiegung, wie sie in Fig. 5b gezeigt ist.

Fig. 6a zeigt eine Ansicht einer Klappenrückstellmimik einer weiteren besonderen Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemäßen Volumenstromreglers mit entspanntem Blattfederpaket 5, die sich von der in den Fig. 5a und 5b gezeigten Klappenrückstellmimik darin unterschei­ det, daß die Scheibe 9 und die Schlaufenscheibe 14 sich auf der anderen Seite des Blattfeder­ pakets 5 befinden. Dadurch wird anstelle einer Druck- eine Zugkraft zum Durchbiegen des Blattfederpakets 5 erzeugt. Selbstverständlich ist es zum Durchbiegen des Blattfederpakets 5 auch möglich, die Scheibe 9 ortsfest und das in den Fig. 4a, 4b, 5a, 5b, 6a und 6b gezeigte Ende 8 des Blattfederpakets 5 verstell- und drehbar zu gestalten.

Fig. 6b zeigt die Klappenrückstellmimik von Fig. 6a mit durchgebogenem Blattfederpaket 5.

Fig. 7a zeigt eine Ansicht eines Einstellrades 11 von vorne, während Fig. 7b das Einstell­ rad 11 von Fig. 7a von hinten zeigt. Das Einstellrad 11 ist in der Weise über einer Scheibe 9 mit exzentrisch angeordneter Bohrung 22 angeordnet, das eine mittig in dem Einstellrad 11 vorgesehene Bohrung 23 und die Bohrung 22 übereinander liegen, so daß sich eine Drehachse 15 durch beide Bohrungen (22 und 23) erstrecken kann. Wie bereits in Fig. 1 gezeigt, kann das Einstellrad 11 Einstellaschen 11a und einen Einstellzeiger 11d aufweisen. Das Einstellrad 11 kann ein Kunststoff Spritzguß-Bauteil sein. Selbstverständlich ist es auch möglich, daß die Einstellung von einem Stellmotor (nicht gezeigt) durchgeführt wird.

Fig. 8a und 8b zeigen eine Ansicht einer Klappenrückstellmimik einer weiteren besonde­ ren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Volumenstromreglers mit entspanntem Blattfe­ derpaket bzw. durchgebogenem Blattfederpaket. In dieser Ausführungsform weist die Klap­ penrückstellmimik eine Krafterzeugungseinrichtung in Form einer Schwenkwelle 24, auf der dann ein Einstellrad (nicht gezeigt) sitzen würde, mit einem Hebelarm 16, der im mittleren Bereich des Blattfederpakets 5 über einen Verbindungsdraht 17 mit dem Blattfederpaket 5 verbunden ist, wobei die Schwenkwelle 24 derart angeordnet ist, daß bei Verstellung des He­ belarms 16 das Blattfederpaket 5 eine Zugkraft erfährt und durchgebogen wird, wie es in Fig. 8b gezeigt ist.

Allen vorangehend beschriebenen Ausführungsformen ist gemeinsam, daß die Blattfeder bzw. das Blattfederpaket 5 in zwei unterschiedlich lange Teile aufgeteilt wird. Das Verhältnis der Längen beider Blattfedern bzw. Blattfederpaketteile ist für die erzielbare Rückstellkraft sowie deren Zunahme bei Drehung der Klappe 4 (Änderung bzw. Zunahme der Federkennlinie) ent­ scheidend.

Bezugszeichenliste

1

Kanalstück

2

a Sicke

2

b Anschlagsicke

3

Gehäuseunterteil

4

Klappe

5

Blattfederpaket

7

Schwenkwelle

7

a Hebelarm

7

b Verbindungsdraht

8

Ende

9

Scheibe

10

Gehäuseoberteil

10

a Strömungsrichtungpfeil

11

Einstellrad

11

a Einstellasche

11

b Fixiermutter

11

c Volumenstromskala

11

d Einstellzeiger

13

Anschlag

14

Schlaufenscheibe

15

Drehachse

16

Hebelarm

17

Verbindungsdraht

20

Schlaufe

21

Stelle

22

Bohrung

23

Bohrung

24

Schwenkwelle

Claims (6)

1. Volumenstromregler für raumlufttechnische Anlagen mit einer in ein Leitungsende oder Kanalstück (1) ragenden und mittels einer Schwenkwelle (7) mit einem Hebelarm (7a) drehbaren Klappe (4), wobei an dem Hebelarm (7a) eine von einem Federsystem einer Klappenrückstellmimik erzeugte Federkraft angreift, das Federsystem aus einer Blattfeder oder einem Blattfederpaket (5) besteht, deren/dessen eines Ende (8) ortsfest, aber drehbar befestigt ist und deren/dessen anderes Ende eine Federkraft auf die Klappe (4) überträgt, eine Krafterzeugungseinrichtung zum Erzeugen einer lediglich an einer Stelle (21) der Blattfeder oder des Blattfederpaketes (5) angreifenden Kraft zum Durchbiegen der Blatt­ feder oder des Blattfederpaketes (5) zwischen ihren/seinen beiden Enden sowie eine Fixiereinrichtung zum Fixieren der Durchbiegung der Blattfeder oder des Blattfederpaketes (5) vorhanden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krafterzeugungseinrich­ tung eine exzentrisch auf einer Drehachse (15) angebrachte Scheibe (9) aufweist, die der­ art angeordnet ist, daß bei Verstellung der Scheibe (9) um die Drehachse (15) die Blattfe­ der oder das Blattfederpaket (5) eine Druckkraft erfährt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krafterzeugungseinrich­ tung eine exzentrisch auf einer Drehachse (15) angebrachte Scheibe (9) und eine Schlau­ fenscheibe (14) aufweist, die über eine Schlaufe (20) mit der Blattfeder oder dem Blattfe­ derpaket (5) zur Führung der Blattfeder oder des Blattfederpakets (5) verbunden ist, wobei die Scheibe (9) und das Schlaufenrad (14) derart angeordnet sind, daß bei Verstellung der Scheibe (9) die Lage der Schlaufenscheibe (14) so verändert wird, daß die Blattfeder oder das Blattfederpaket (5) eine Druck- oder Zugkraft erfährt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krafterzeugungseinrich­ tung eine Schwenkwelle (24) mit einem Hebelarm (16) aufweist, der im mittleren Bereich der Blattfeder oder des Blattfederpakets (5) mit der Blattfeder oder dem Blattfederpaket (5) verbunden ist, wobei die Schwenkwelle (24) derart angeordnet ist, daß bei Verstellung des Hebelarms (16) die Blattfeder oder das Blattfederpaket (5) eine Zugkraft erfährt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung des Hebel­ arms (16) mit der Blattfeder oder dem Blattfederpaket (5) ein Verbindungsdraht (17) vor­ gesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung des Hebelarms (7a) mit dem zugeordneten Ende der Blattfeder oder des Blatt­ federpakets (5) ein Verbindungsdraht (7b) vorgesehen ist.