DE2617830C2 - Regelventil zur Aufrechterhaltung eines konstanten Volumenstroms, insbesondere in klimatechnischen Anlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Regelventil zur Aufrechterhaltung eines konstanten Volumenstroms, insbesondere in klimatechnischen Anlagen, mit einer in einem Strömungskanal angeordneten, gegen die Wirkung einer Federkraft aus Offen- in eine Schließstellung schwenkbaren Klappe, an die ein abgedichteter Balg angeschlossen ist, dessen Innenraum über eine öffnung mit dem Strömungskanal in Verbindung steht.

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65 Derartige Regelventile sind bekannt (US-PS 38 45 783, GB-PS 14 35411). Als nachteilig wird dabei angesehen, daß bei diesen Ausführungen der Balg und damit auch die Klappe jeweils an einer Seite des Strömungskanals gelagert sind. Das mag seinen Grund darin haben, daß der Balg selbst mit dem Strömungskanal in Verbindung gebracht werden muß und dazu die entsprechenden Leitungen an die Seite des Strömungskanals geführt sind. Darüber hinaus ist aber auch nachteilig, daß durch eine derartige Anordnung der Querschnitt des Strömungskanals nicht unerheblich eingeschränkt wird und daß die insoweit vorzusehenden Einbauten einen entsprechenden Druckverlust verursachen.

Es ist ferner bekannt (US-PS 34 52 762), eine Klappe •auf einer in der Mitte des Strömungskanals angeordneten Schwenkwelle anzubringen, die außerhalb des Strömungskanals von einer Rückstellkraft beaufschlagt wird.

Bei ähnlichen Regelventilen ist die Klappe auf einer mittig 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 Federauslenkunj; zunimmt Das wird angenähert dadurch erreicht, daß die Drehfeder eine Spiralfeder ist, die bis zu einem Schwenkwinkel der Klappe von etwa 30° nur biegefederartig und darüber hinaus als Spiralfeder beansprucht wird. Dadurch ergibt sich eine aus zwei Geraden zusammengesetzte Federkennlinie, wobei die Regelung des Volumenstroms jedoch zu ungenau ist Außerdem fehlt eine Dämpfung der Klappenbewegung, so daß unkontrollierbare Klappenschwingungen und dementsprechende Schwankungen des Volumenstroms auftreten können.

Es gibt zwar Regelventile mit gedämpfter Klappenbewegung, bei denen die Schwenkwelle der Klappe über einen Hebel mit der Kolöensta-.ige einer Zylinderkolbenanordnung verbunden ist, dafür fehlt jedoch eine Federabstützung der Klappe, die lediglich durch Gewichtskräfte in einer Stellung gehalten wird, die für einen bestimmten minimalen Druck auf der Anströmseite des Regelventils ausgelegt ist. Deswegen können diese Regelventile nur in ganz bestimmten Einbaulagen eingesetzt werden.

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 giößeren Regelbereich besitzen und die auch bei minimalen Druckdifferenzen noch funktionsfähig sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Regelventil der eingangs beschriebenen Gattung so zu verbessern, daß der Volumenstrom in einem großen Bereich bei geringem Druckverlust geregelt werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Klappe auf einer in der Mitte des Strömungskanals angeordneten Schwenkweile angebracht ist, daß der Balg auf einer Fläche abgestützt ist, die in einer von der Schwenkachse und der Längsachse des Strömungskanals gebildeten Ebene angeordnet ist, und daß der Innenraum des Balgs über eine 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 Sowohl der konstruktive Aufwand als auch der durch Einbauten im Strömungskanal erzeugte Druckverlust lassen sich wesentlich reduzieren, weil auf gesonderte Leitungen für die Versorgung des Innenraums des Balges verzichtet werden kann und stattdessen der Balg über eine öffnung in der Klappe selbst versorgt wird. Der Balg selbst stört die Strömung im Kanal nicht, weil er in der von der Schwenkachse und der Längsachse des Kanals gebildeten Ebene angeordnet ist

Die Verstärkung des Schließmomentes der Klappe kann dadurch verbessert werden, daß über die öffnung auf der A.nströmseite der Klappe ein Winkelstutzen angeordnet ist dessen offenes Ende gegen die Strömungsrichtung gerichtet ist Dadurch wird nicht nur der statische Druck, sondern auch der dynamische Druck der Strömung erfaßt und in das Innere des Balger- 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 ist

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

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 ist. Dadurch ist z. B. eine Fernverstellung des VolumensHOmes möglich.

Eine weitere Anpassung der Kennlinie der von der Feder erzeugten Rückstellkraft an die Übertragungsfunktion des Regelventils kann dadurch erreicht werden, daß die Feder eint- Schraubenfeder ist und daß zwischen zwei benachbarten Windungen der Schraubenfeder e;n bis zu einem Anschlag verschiebliches Widerlager eingreift. Das Widerlager kann insbesondere 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 Anschlag eine Verdickung angeordnet ist, deren Abmessung größer als der Querschnitt der Öffnung ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert: 6ö es zeigt

F i g. 1 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch ein Regelventil für klimatechnische Anlagen,

F i g. 2 einen Querschnitt durch eine andere Ausfüh- κ rungsform des Gegenstandes nach Fig. 1,

Fig.3 eine Seitenansicht des Gegenstandes nach Fig. 1.

Fig.4 eine Draufsicht auf den Gegenstand nach F ig. 3,

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

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

Das in F i g. 1 dargestellte Regelventil besitzt einen Kanal 1, der aus einem Rohrabschnitt 2 gebildet ist und durch die Luft in Richtung des Pfeiles 3 strömt Der Rohrabschnitt 2 besitzt im Bereich seiner Enden Umfangssicken 4,5, so daß er bis zu diesen Sicken in weiterführende Rohre einer Idimatechnischen Anlage eingesetzt werden kann.

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 vertikalen Stellung befindet.

Im Kanal 1 ist in einer von der A^.se der Schwenkwelle 6 und der Längsachse 8 des Kana'-s 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 Saugseiis 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 7 auch im Innenraum fl wirksam und verstärkt das Schließmoment der Klappe 7.

Bei dem in F i g. 2 dargestellten Regelventil bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile. Die Klappe 7 ist etwas größer ausgebildet als beim Regelventil nach F i g. 1, so daß sie den Querschnitt des Kanals 1 bereits mit der in strichpunktierten Linien gezeichneten Schrägsteiiung schiießt. Außerdem irägt die Klappe 7 auf ihrer Anströmseite über der öffnung 12 einen Winkelstutzen 13, dessen offenes Ende gegen die Strömungsrichtung (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 F i g. 1 die Klappe 7 von einer durchgehend ebenen Platte gebildet wird, besitzt sie beim Regelventil nach Fig.2 ^:m Bereich der Schwenkwelle 6 eine Stufe 14, an die sich ein parallel zu dem auf dem Balg 10 abgestützten Abschnitt 15 erstrekkender Abschnitt 16 anschließt.

Wie aus den Fig.3 und 4 ersichtlich, weist die Schwenkwelle 6 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, diiß keine aus Gewichtskräften resultierenden Drehmomente auf die Schwenkwelle 6 bzw. die Klappe 7 einwirken.

Die Scheibe 18 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 ur.d mit seinem freien Ende 27 über ein Gelenk 28 an eine Spindel 29 eines Stellmotors 30 angeschlossen.

Wie sich aus der Darstellung in den F i g. 3 und 4 ergibt, wird die Schraubenfeder 22 gar nicht oder nur geringfügig gespannt, solange sich die öffnung 20 beim Schwenken der Schwenkwelle 6 bzw. der Scheibe 18 im Bereich der Längsachse 8 befindet. Erst bei größeren

Schwenkwinkeln wird die Schraubenfeder 22 in zunehmendem Maße ausgelenkt und erzeugt dadurch ein entsprechendes Rückstelldrehmoment in der Schwenkwelle 6 bzw. eine Rückstellkraft an der Klappe 7. Zur Einstellung dieser Rückstellkraft und damit auch des vom Regelventil konstant zu haltenden Volumenstroms dient der Stellmotor 30, der durch Fernbedienung betätigt werden kann und der bei Betätigung den Hebel 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 zylindrischer 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 3l besitzt eine sich im wesentlichen in Längsrichtung der Schraubenfeder 22 erstreckende Stange 35, die sich durch eine öffnung 36 eines weiteren in der Schraubenfeder 22 gehaltenen Kerns 37 erstreckt und an ihrem Ende 38 eine Verdickung 39 trägt, die die öffnung 36 nicht passieren kann. Wie aus den Fig.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 37 mit einer Stange 43 ortsfest gehalten.

Wie ein Vergleich der F i g. 5 und 6 ergibt, werden beim Anbringen einer Zugkraft an den Haken 21 zunächst alle Windungen der Schraubenfeder 22 gleichmäßig ausgelenkt, wobei der Kern 31 von den Windungsabschnitten 33,34 mitgeführt wird, bis die Verdikkung 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. Windungsabschniite ausge'enkt, 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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (8)

Patentansprüche:

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, an die ein abgedichteter Balg angeschlossen ist, dessen Innenraum über eine öffnung mit dem Strömungskanal in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (7) auf einer in der Mitte des Strömungskanals (1) angeordneten Schwenkwelle (6) angebracht ist, daß der Balg (10) auf einer Fläche (9) abgestützt ist, die in einer von der Schwenkachse und der Längsachse (8) des Strömungskanals (1) gebildeten Ebene angeordnet ist, und daß der Innenraum (11) des Balgs (10) über eine öffnung (12) in der Klappe (7) mit der Anströmsejt« der Klappe (7) in Verbindung steht

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

3. Regelventil nach Anspruch 1 oder 2, 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

4. Regelventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebeieine Scheibe (18) ist

5. Regelventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1—4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (18) ein Widerlager (20) für eine an der Wandung des Kanals (1) gehaltene Feder (22) aufweist.

6. Regelventil nach Anspruch 5, 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.

7. Regelventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder eine Schraubenfeder (22) ist und daß zwischen zwei benachbarten Windüngen (33, 4) der Schraubenfeder (22) ein bis zu einem Anschlag (39) verschiebliches Widerlager (31, 32) eingreift.

8. Regelventil nach Anspruch 7, 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.