CH666971A5 - GAS PRESSURE REGULATOR. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasdruckregler nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a gas pressure regulator according to the preamble of patent claim 1.

Gasdruckregler werden für verschiedene Gasheizgeräte verwendet, beispielsweise für Raumheizungsanlagen und Einrichtungen zur Warmwasserbereitung. Einfache Gasdruckregler bieten nur die Möglichkeit, einen bestimmten, fest einstellbaren Gasdruck zu regeln. Eine Variation der Gasmenge zur Anpassung an einen unterschiedlichen Wärmebedarf ist dabei nicht vorgesehen, so dass die Befriedigung unterschiedlichen Wärmebedarfs nur über die Änderung des Verhältnisses von Brennzeit zu Stillstandszeit möglich ist. Gas pressure regulators are used for various gas heating devices, for example for space heating systems and facilities for water heating. Simple gas pressure regulators only offer the option of regulating a specific, permanently adjustable gas pressure. A variation of the gas quantity to adapt to a different heat requirement is not provided, so that the satisfaction of different heat requirements is only possible by changing the ratio of the burning time to the downtime.

In der US-PS 3 843 049 ist ein Gasdruckregler beschrieben, bei dem eine Änderung der Gasmenge dadurch möglich ist, A gas pressure regulator is described in US Pat. No. 3,843,049, in which a change in the gas quantity is possible by

dass bei grösserem Wärmebedarf die Gasmenge von einer festen Grundmenge auf eine feste Höchstmenge erhöht wird. that the gas quantity is increased from a fixed basic quantity to a fixed maximum quantity when there is a greater demand for heat.

In der DE-PS 2 906 044 ist ein Gasdruckregler beschrieben, bei dem die Gasmenge stetig geregelt werden kann, so dass dem Brenner eine dem tatsächlichen Wärmebedarf proportionale Gasmenge zugeführt werden kann. Das wird dadurch erreicht, dass ein Temperaturfühler auf einen Regler einwirkt, der Regler seinerseits eine Membranpumpe ansteuert und die Membranpumpe einen auf verschiedene Hilfsmembranen wirkenden Ser-vodruck erzeugt. Wegen der ausserdem noch erforderlichen Einrichtungen zur Aufrechterhaltung eines minimalen Gasdrucks bei kleinem Wärmebedarf einerseits und zur Begrenzung auf eine maximale Gasmenge bei grossem Wärmebedarf andererseits ergibt sich insgesamt ein sehr komplexer Aufbau. Die Herstellung eines solchen Gasdruckreglers ist deshalb aufwendig. DE-PS 2 906 044 describes a gas pressure regulator in which the gas quantity can be regulated continuously, so that a gas quantity proportional to the actual heat requirement can be fed to the burner. This is achieved in that a temperature sensor acts on a controller, the controller in turn controls a membrane pump and the membrane pump generates a servo pressure acting on various auxiliary membranes. Because of the devices still required to maintain a minimum gas pressure with a small heat requirement on the one hand and to limit the maximum amount of gas with a large heat requirement on the other hand, the overall structure is very complex. The manufacture of such a gas pressure regulator is therefore complex.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Regler zu entwickeln, der die Gasmenge in Abhängigkeit vom Signal eines Temperaturfühlers zu regeln imstande ist und dabei einen so einfachen Aufbau besitzt, dass er einerseits sehr betriebssicher und andererseits günstig herstellbar ist. The invention has for its object to develop a controller that is able to regulate the amount of gas depending on the signal from a temperature sensor and has such a simple structure that it is both very reliable and inexpensive to manufacture.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. According to the invention, this object is achieved by the features specified in the characterizing part of patent claim 1.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: An embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below. Show it:

Fig. 1 einen schematischen Aufbau eines Gasdruckreglers und Fig. 1 shows a schematic structure of a gas pressure regulator and

Fig. 2 einen magnetischen Kraftgeber. Fig. 2 shows a magnetic force transmitter.

Ein in der Fig. 1 dargestellter Gasdruckregler hat den folgenden Aufbau: A gas pressure regulator shown in FIG. 1 has the following structure:

Zwischen einer Einlasskammer 1 und einer Auslasskammer Between an inlet chamber 1 and an outlet chamber

2 befindet sich ein durch einen Ventilteller 3 und einen Hauptventilsitz 4 gebildetes Ventil. Der Ventilteller 3 ist fest verbunden mit einer Membran 5, deren Lage durch den Druck in der Auslasskammer 2 und die Kraftwirkung auf den Ventilteller 3 einerseits und den Druck in einer Servo kammer 6 andererseits bestimmt ist. Die Servokammer 6 ist über eine Servoleitung 7 verbunden mit einer Drossel 8 und über einen weiteren Zweig der gleichen Servoleitung 7 mit einem eine erste Hilfsmembran 9 und einen ersten Ventilsitz 10 enthaltenden ersten Servoregler 11 und mit einem eine zweite Hilfsmembran 12 und einen zweiten Ventilsitz 13 enthaltenden zweiten Servoregler 14. Im ersten Servoregler 11 befindet sich eine Kraft auf die erste Hilfsmembran 9 ausübende Kleinlast-Feder 15. Ein magnetischer Kraftgeber 16, der über das Steuerleitungspaar 17 von einem nicht dargestellten Temperaturfüher über einen ebenfalls nicht dargestellten Regler angesteuert wird, übt über einen Stössel 18 ebenfalls Kraft auf die erste Hilfsmembran 9 aus. Im zweiten Servoregler 14 befindet sich eine Kraft auf die zweite Hilfsmembran 12 ausübende Vollast-Feder 19, deren Kraftwirkung mit Hilfe einer Einstellvorrichtung 20 variiert werden kann. Die beiden Servoregler (11, 14) sind durch einen Verbindungskanal 21 mit der Auslasskammer 2 verbunden. 2 is a valve formed by a valve disk 3 and a main valve seat 4. The valve plate 3 is firmly connected to a membrane 5, the position of which is determined by the pressure in the outlet chamber 2 and the force acting on the valve plate 3 on the one hand and the pressure in a servo chamber 6 on the other. The servo chamber 6 is connected via a servo line 7 to a throttle 8 and, via a further branch of the same servo line 7, to a first servo controller 11 containing a first auxiliary diaphragm 9 and a first valve seat 10, and to a first servo controller 11 containing a second auxiliary diaphragm 12 and a second valve seat 13 second servo controller 14. In the first servo controller 11 there is a force exerted on the first auxiliary diaphragm 9 by a small-load spring 15. A magnetic force transmitter 16, which is controlled via the control line pair 17 by a temperature sensor, not shown, via a controller, also not shown, exercises via a Plunger 18 also exerts force on the first auxiliary membrane 9. In the second servo controller 14 there is a force on the second auxiliary diaphragm 12, full-load spring 19, the force effect of which can be varied with the aid of an adjusting device 20. The two servo controllers (11, 14) are connected to the outlet chamber 2 by a connecting channel 21.

Fig. 2 zeigt schematisch das Wesentliche des Aufbaus des elektromagnetischen Kraftgebers 16. 2 schematically shows the essentials of the structure of the electromagnetic force generator 16.

In einem Joch 22 befindet sich ein Kern 23, der mittels zweier Halter 24 im Joch 22 aufgehängt und damit in axialer Richtung bewegbar ist. Innerhalb des Jochs 22 und den Kern 23 umgebend ist eine Spule 25 angeordnet, deren Wicklung an das hier nicht eingezeichnete Steuerleitungspaar 17 angeschlossen ist. Der Kern 23 taucht mit seinem stösselseitigen Ende in eine Öffnung des Jochs 22 ein, wodurch diese Anordnung die Wirkung und Eigenschaften eines Tauchankersystems hat. Am Kern 23 liegt der Stössel 18 an, dessen Aufgabe es ist, die durch Erregung der Spule 25 verursachte Kraftwirkung des Kerns 23 auf die Membran 9 (Fig. 1) zu übertragen. In a yoke 22 there is a core 23 which is suspended in the yoke 22 by means of two holders 24 and can thus be moved in the axial direction. Arranged within the yoke 22 and surrounding the core 23 is a coil 25, the winding of which is connected to the pair of control lines 17, not shown here. The core 23 dips with its plunger-side end into an opening in the yoke 22, as a result of which this arrangement has the effect and properties of an immersion anchor system. The plunger 18 bears against the core 23, the task of which is to transmit the force effect of the core 23 caused by the excitation of the coil 25 to the membrane 9 (FIG. 1).

Nachfolgend wird die Funktion anhand der Fig. 1 und 2 erläutert. The function is explained below with reference to FIGS. 1 and 2.

Solange die Spule 25 des elektromagnetischen Kraftgebers 16 nicht erregt ist, wird der Druck in der Auslasskammer 2 und damit der Druckfluss durch das Ventil (3, 4) in bekannter Weise bestimmt durch die Wirkung der Kleinlastfeder 15. As long as the coil 25 of the electromagnetic force generator 16 is not energized, the pressure in the outlet chamber 2 and thus the pressure flow through the valve (3, 4) is determined in a known manner by the action of the low-load spring 15.

Wird die Spule 25 erregt, so wird auf den Kern 23 eine Kraft in Richtung zum Stössel 18 ausgeübt, deren Grösse durch die Höhe der Erregungsspannung bestimmt ist. Diese Kraft wird vom Stössel 18 auf die erste Hilfsmembran 9 übertragen. Die Wirkungsrichtung dieser Kraft ist die gleiche wie die der Kleinlastfeder 15. Diese Kraft drückt die erste Hilfsmembran 9 gegen den ersten Ventilsitz 10 und verursacht, dass der Druck in der Servoleitung 7 und in der Servokammer 6 steigt. Dadurch wird die Membran 5 so bewegt, dass sich der Ventilteller If the coil 25 is excited, a force is exerted on the core 23 in the direction of the plunger 18, the size of which is determined by the level of the excitation voltage. This force is transmitted from the plunger 18 to the first auxiliary membrane 9. The direction of action of this force is the same as that of the small load spring 15. This force presses the first auxiliary diaphragm 9 against the first valve seat 10 and causes the pressure in the servo line 7 and in the servo chamber 6 to rise. As a result, the membrane 5 is moved so that the valve plate

3 vom Hauptventilsitz 4 weiter entfernt, so dass der Öffnungsquerschnitt des Ventils (3, 4) grösser wird und infolgedessen mehr Gas von der Einlasskammer 1 in die Auslasskammer 2 strömt und der Druck in der Auslasskammer 2 steigt. Je stärker die Erregung der Spule 25 ist, desto grösser werden der Öffnungsquerschnitt des Ventils (3, 4), die strömende Gasmenge und der Druck in der Auslasskammer 2. 3 further away from the main valve seat 4, so that the opening cross section of the valve (3, 4) becomes larger and consequently more gas flows from the inlet chamber 1 into the outlet chamber 2 and the pressure in the outlet chamber 2 increases. The stronger the excitation of the coil 25, the larger the opening cross section of the valve (3, 4), the flowing amount of gas and the pressure in the outlet chamber 2.

5 5

10 10th

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20 20th

25 25th

30 30th

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40 40

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Ein besonderer Vorteil der Anordnung des Kerns 23 innerhalb des durch die Spule 25 magnetisierbaren Jochs 22 ist, dass die durch die Erregung der Spule 25 auf den Stössel 18 und damit auf die erste Hilfsmembran 9 ausgeübte Kraft annähernd quadratisch mit der Erregungsspannung wächst. Damit ergibt sich auch eine quadratische Änderung des Druckes in der Auslasskammer 2. Weil die geförderte Gasmenge der Wurzel des Gasdruckes proportional ist, ergibt sich somit eine annähernd lineare Abhängigkeit der Gasmenge von der Erregungsspannung der Spule 25. Die Steuerung der Gasmenge entsprechend der vom Gasheizgerät geforderten Wärmeleistung wird mit Hilfe der geschilderten Anordnung deshalb ganz besonders einfach, weil eine Differenz zwischen einer Soll- und einer Isttemperatur auf bekannte Weise in eine dieser Differenz linear proportionale Steuerspannung umgewandelt werden kann und die Verwendung dieser Spannung zur Erregung der Spule 25 zu einer linearen .Änderung der Gasmenge führt. A particular advantage of the arrangement of the core 23 within the yoke 22 that can be magnetized by the coil 25 is that the force exerted by the excitation of the coil 25 on the plunger 18 and thus on the first auxiliary diaphragm 9 grows approximately square with the excitation voltage. This also results in a quadratic change in the pressure in the outlet chamber 2. Because the quantity of gas conveyed is proportional to the root of the gas pressure, there is an approximately linear dependence of the gas quantity on the excitation voltage of the coil 25. The control of the gas quantity in accordance with that required by the gas heater Heat output becomes particularly simple with the aid of the arrangement described, because a difference between a setpoint and an actual temperature can be converted in a known manner into a control voltage which is linearly proportional to this difference, and the use of this voltage to excite the coil 25 to a linear change the amount of gas.

Andererseits ist es ein Vorteil der Anordnung des Kerns 23 innerhalb des Jochs 22, dass die vom Kern 23 auf den Stössel 18 ausgeübte Kraft im sogenannten Arbeitsbereich bekanntlich fast unabhängig ist von der Eintauchtiefe des Kerns 23 in die stösselseitige Öffnung des Jochs 22. Eine Bewegung der ersten Hilfsmembran 9, die durch den Stössel 18 auf den Kern 23 übertragen wird, führt also nicht zu einer nennenswerten Kraftübertragung. Damit ist das System praktisch rückwirkungsfrei und somit steuerungstechnisch stabil. On the other hand, it is an advantage of the arrangement of the core 23 within the yoke 22 that the force exerted by the core 23 on the plunger 18 is known to be almost independent of the immersion depth of the core 23 into the plunger-side opening of the yoke 22 in the so-called working area The first auxiliary diaphragm 9, which is transmitted to the core 23 by the plunger 18, does not result in any significant power transmission. This means that the system is practically non-reactive and therefore stable in terms of control technology.

Wesentlich für die einwandfreie Funktion ist, dass der Kern 23 innerhalb der Spule 25 mittels Haltern 24 spielfrei und kraft-hysteresearm gelagert ist. It is essential for the proper functioning that the core 23 is mounted within the coil 25 by means of holders 24 without play and with little force hysteresis.

Durch den Druck in der Servoleitung 7 und im mit der Auslasskammer 2 in Verbindung stehenden Verbindungskanal 21 wird die zweite Hilfsmembran 12 gegen die Vollastfeder 19 gedrückt. Die Kraftwirkung der Vollastfeder 19 wird mittels Ein-stellvorrichtung 20 so eingestellt, dass unterhalb eines der Volllast des zu betreibenden Brenners entsprechenden Druckes in der Auslasskammer 2 die zweite Hilfsmembran 12 am zweiten The second auxiliary diaphragm 12 is pressed against the full-load spring 19 by the pressure in the servo line 7 and in the connecting channel 21 connected to the outlet chamber 2. The force effect of the full-load spring 19 is adjusted by means of an adjusting device 20 such that the second auxiliary diaphragm 12 on the second one is below a pressure in the outlet chamber 2 that corresponds to the full load of the burner to be operated

Ventilsitz 13 anliegt. Sobald der Druck in der Servoleitung 7 und damit auch in der Auslasskammer 2 und im Verbindungskanal 21 infolge starker Erregung der Spule 24 eine Höhe erreicht, dass durch diesen Druck die zweite Hilfsmembran 12 so 5 stark gegen die Vollastfeder 19 gedrückt wird, dass die zweite Hilfsmembran 12 vom zweiten Ventilsitz 13 abhebt, so wird der Druck in der Servoleitung 7, im Verbindungskanal 21 und in der Auslasskammer 2 auf einer bestimmten Höhe verharren. Auch wenn aufgrund eines hohen Wärmebedarfs der elektro-lo magnetische Kraftregler 16 den ersten Servoregler 11 in Richtung auf einen höheren Druck in der Auslasskammer 2 beein-flusst, kann der Druck aufgrund der Wirkung des zweiten Ser-voreglers 14 eine bestimmte Höhe nicht überschreiten. Auf diese Weise kann mittels der Einstellvorrichtung 20 die maximale 15 Gasmenge an den verwendeten Brenner angepasst werden, ohne dass ein Eingriff beim elektromagnetischen Kraftgeber 16 oder dessen Ansteuerung nötig wäre. Valve seat 13 abuts. As soon as the pressure in the servo line 7 and thus also in the outlet chamber 2 and in the connecting channel 21 reaches a level as a result of strong excitation of the coil 24, the second auxiliary membrane 12 is pressed so strongly against the full-load spring 19 by this pressure that the second auxiliary membrane 12 lifts from the second valve seat 13, the pressure in the servo line 7, in the connecting channel 21 and in the outlet chamber 2 will remain at a certain level. Even if the electro-magnetic force controller 16 influences the first servo controller 11 in the direction of a higher pressure in the outlet chamber 2 due to a high heat requirement, the pressure cannot exceed a certain level due to the effect of the second servo controller 14. In this way, the maximum amount of gas can be adapted to the burner used by means of the setting device 20, without intervention by the electromagnetic force generator 16 or its activation being necessary.

In der konstruktiven Ausgestaltung bestehen verschiedene Möglichkeiten der Anordnung des Kraftgebers 16 und der Kleinlastfeder 15. So ist es beispielsweise nicht erforderlich, In the structural design, there are various possibilities for the arrangement of the force transmitter 16 and the small load spring 15. For example, it is not necessary

dass beide Elemente direkt auf die erste Hilfsmembran 9 einwirken. Da nur wesentlich ist, dass sich die Kräfte der Kleinlastfeder 15 und des Kraftgebers 16 in ihrer Wirkung auf die erste Hilfsmembran 9 addieren, kann die Kleinlastfeder 15 auch that both elements act directly on the first auxiliary membrane 9. Since it is only essential that the forces of the small load spring 15 and the force transmitter 16 add up in their effect on the first auxiliary diaphragm 9, the small load spring 15 can also

25 25th

innerhalb des Kraftgebers 16 angeordnet sein. Auch kann eine Einstellvorrichtung für die Veränderung der Kraft der Kleinlastfeder 15 vorhanden und konstruktiv verschieden ausgestaltet sein. be arranged within the force generator 16. An adjusting device for changing the force of the small load spring 15 can also be present and can be designed differently.

30 Mit Vorteil kann der dem geforderten Wärmebedarf proportionalen Steuerspannung, die von dem nicht dargestellten Regler über das Steuerleitungspaar 17 von der Spule 25 zugeführt wird, eine Wechselspannung aufmoduliert sein. Dadurch lässt sich die durch die Anordnung der Teile im ersten Servo-35 regier 11 an sich schon kleine Krafthysterese weiter verringern, indem die Haftreibung aufgehoben wird. 30 The control voltage, which is proportional to the required heat requirement and is supplied by the regulator (not shown) via the control line pair 17 from the coil 25, can advantageously be modulated onto an alternating voltage. As a result, the force hysteresis, which is already small due to the arrangement of the parts in the first servo 35 regulator 11, can be further reduced by removing the static friction.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims (4)

666 971666 971 1. Pneumatischer Gasdruckregler für Gasheizgeräte mit einem ersten Servoregler (11) für die Aufrechterhaltung einer minimalen Gasmenge, mit einem zweiten Servoregler (14) für die Begrenzung auf eine maximale Gasmenge und mit einer Einrichtung zur Steuerung der Gasmenge entsprechend der vom Gasheizgerät geforderten Wärmeleistung, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Steuerung der Gasmenge entsprechend der vom Gasheizgerät geforderten Wärmeleistung aus einem elektromagnetischen Kraftgeber (16) mit einer Spule (25), einem Joch (22) und einem Kern (23) besteht, der eine von der Steuerspannung an der Spule (25) abhängige Kraft erzeugt, die die gleiche Wirkungsrichtung hat wie die Kraft einer Kleinlastfeder (15), und dass der Kern (23) mit einer ersten Hilfsmembran (9) des ersten Servoreglers (11) für die Aufrechterhaltung einer minimalen Gasmenge gekoppelt ist. 1. Pneumatic gas pressure regulator for gas heaters with a first servo controller (11) for maintaining a minimum gas quantity, with a second servo regulator (14) for limiting to a maximum gas quantity and with a device for controlling the gas quantity according to the heat output required by the gas heater, thereby characterized in that the device for controlling the amount of gas in accordance with the heat output required by the gas heater consists of an electromagnetic force generator (16) with a coil (25), a yoke (22) and a core (23) which is one of the control voltage on the coil (25) generates a dependent force which has the same direction of action as the force of a small load spring (15) and that the core (23) is coupled to a first auxiliary diaphragm (9) of the first servo controller (11) in order to maintain a minimum amount of gas. 2. Gasdruckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (25), das Joch (22) und der Kern (23) als Tauchankersystem ausgebildet sind, bei dem die auf den Kern (23) ausgeübte Kraft annähernd quadratisch proportional zur Steuerspannung an der Spule (25) und im sogenannten Arbeitsbereich von der Eintauchtiefe des Kerns (23) in die stösselseitige Öffnung des Jochs (22) nahezu unabhängig ist. 2. Gas pressure regulator according to claim 1, characterized in that the coil (25), the yoke (22) and the core (23) are designed as a submersible anchor system in which the force exerted on the core (23) is approximately square proportional to the control voltage the coil (25) and in the so-called working area is almost independent of the immersion depth of the core (23) in the ram-side opening of the yoke (22). 2 2nd PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS 3. Gasdruckregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (23) innerhalb der Spule (25) mittels Haltern (24) spielfrei und krafthysteresearm gelagert ist. 3. Gas pressure regulator according to claim 1 or 2, characterized in that the core (23) within the coil (25) by means of holders (24) is mounted free of play and with little force hysteresis. 4. Gasdruckregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der dem geforderten Wärmebedarf proportionalen Steuerspannung für die Spule (25) eine Wechselspannung aufmoduliert ist. 4. Gas pressure regulator according to claim 1 or 2, characterized in that the control voltage proportional to the required heat requirement for the coil (25) is modulated onto an alternating voltage.