DE19537063C2 - Volumenstromregler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Volumenstromregler.

Bei einem aus der Praxis bekannten HN-Volumenstromregler aus Kunststoff besteht eine feste Baugruppe aus einer sogenannten Venturidüse, einem sich an die Venturidüse gleichachsig an­ schließenden Rohrkörper mit einer in ihm gelagerten Stell­ klappe und einer daran montierten Regeleinheit. Die Regel­ einheit ist im Signalflußweg zwischen einem Druckfühler und einem Stellantrieb der Stellklappe angeordnet. Über die Re­ geleinheit wird durch einen Soll-Ist-Vergleich der mit dem Sollwert eingestellte Volumenstrom konstant gehalten. Es kann davon ausgegangen werden, daß der Druckfühler den Differenz­ druck zwischen einer Minus-Druckentnahme und einer Plus- Druckentnahme in ein durch die Regeleinheit auswertbares Signal umformt. Von der beschriebenen Baugruppe sollen alle dem Luftstrom, dessen Volumen geregelt werden soll, ausge­ setzten Teile aus Kunststoff, nämlich PVC, PP, PPS, PE beste­ hen. Jeweils ein Ende des Rohrkörpers, in dem die Stellklappe angeordnet ist, und der sogenannten Venturidüse, können eine Flansch- oder eine Muffenverbindung zur Rohrverbindung auf­ weisen. Dieser HN-Volumenregler ist zur Regelung und Absper­ rung von Luftströmen im korrosiven Bereich vorgesehen. Die dazu verwendete sogenannte Venturidüse besteht aus konusför­ migen Teilstücken, wobei die Konusformen gerade sind, also kein gerundetes Profil aufweisen. Diese möglicherweise ferti­ gungsbedingte Bauweise ist gleichwohl aufwendig, da die soge­ nannte Venturidüse aus zwei Teilstücken zusammengesetzt ist. Ein Gehäuse um die Venturidüse ist nicht vorgesehen. Wie die Druckentnahme auf der Plusseite und auf der Minusseite er­ folgt, ist nicht ersichtlich. Es muß daher davon ausgegangen werden, daß eine übliche Druckentnahme bei ungünstigen An­ strömverhältnissen an der Düse insbesondere durch in unmit­ telbarer Nähe vorgelagerte Formstücke nicht zuverlässig eine hohe Meßgenauigkeit des Differenzdrucks und damit der Volu­ menstromregelung gewährleistet.

Bei einem ähnlichen bekannten Volumenstromregler in Form einer festen Baugruppe, insbesondere aus Kunststoff, die eine Venturidüse und einen sich an diese anschließenden Rohrkörper mit einer in ihm gelagerten Stellklappe umfaßt, sind an der Venturidüse Drucköffnungen angeordnet, die geeignet sind, über Druckumformer und eine Regeleinheit einen Stellantrieb der Stellklappe zu steuern (WO 92/16882). Die Venturidüse weist ein sich verengendes Einlaufteil auf, an das sich in Strömungsrichtung ein zylindrischer Halsteil und ein Diffusor anschließen, und bei dem vor dem Einlaufteil an diesem eine äußere Ringkammer angeordnet ist. Hierbei ist die Venturidüse dreiteilig ausgebildet, wobei das Einlaufventil kein gerunde­ tes Profil aufweist. Der Rohrkörper mit Stellklappe schließt sich nicht vorzugsweise gleichachsig an die Venturidüse an, sondern kann irgendwo stromab- oder stromaufwärts angeordnet sein. Von den drei ineinandergesteckten Rohrteilen, aus denen das Venturirohr besteht, ist eines über seine gesamte Länge in ein erstes Rohrteil eingebettet. Daher ist auch kein dich­ ter Anschluß des Venturirohrs in ein das Venturirohr einbet­ tendes Rohrteil vorgesehen. - Dieser Volumenstromgeber läßt keine sehr hohe Meß- und Regelgenauigkeit erwarten, diese steht vielmehr in einem ungünstigen Verhältnis zu dem Ferti­ gungsaufwand, obwohl die Baugruppe aus Kunststoff besteht.

Hoch ist der Fertigungsaufwand generell bei anderen zum Stand der Technik gehörenden Venturirohren, die nicht aus Kunst­ stoff gefertigt sind (US 4 651 572, DE-AS 10 68 905, DE-PS 602 545, US 3 273 390) und die außerdem nicht integrale Be­ standteile von Volumenstromreglern sind. Bei einem dieser Venturirohre ist ein Innenteil beispielsweise aus Sinterme­ tall gefertigt, welches von einem metallischen Außenrohr eingeschlossen ist (US 4 651 572), um sich besonders zur Druckmessung sehr heißer und mit Staub- und Schmutzpartikeln beladener Gasströme zu eignen. Eine innere Ringkammer ist durch eine vielteilige Ausbildung des Innenteils unter Frei­ lassung eines Umfangsspalts gebildet oder muß bei einteiliger Ausbildung des Innenteils aus dessen Außenmantel speziell ausgeformt sein.

Bei einem anderen bekannten Drosselgerät ist aus einem Düsen­ körper ein Ringraum in komplizierter Weise ausgeformt, da dieser von einer Innenwandung, einer Außenwandung und Wandun­ gen an den Stirnseiten umgrenzt ist (DE-AS 10 68 905).

Bei anderen bekannten Venturirohranordnungen liegt das innere Venturi nicht an einem Rohr hinter dem Diffusor und teilweise auch nicht vor dem Einlaufteil dicht an, vielmehr ist minde­ stens ein Steg außen aus dem Venturirohr ausgeformt, der einen Teil einer Kammer bildet (DE-PS 602 545, US 3 273 390).

Bei anderen zum Stand der Technik gehörenden Volumenstrom­ reglern mit Luftklappen aus Kunststoff, die wie der vorlie­ gende Volumenstromregler insbesondere für Labore und Labor­ abzüge entwickelt wurden, erfolgt die Differenzdruckerfassung als Maß für den Volumenstrom insbesondere aus Kostengründen durch Ringblenden, Stauringe oder Stauleisten. Diese Ring­ blenden, Stauringe und Stauleisten haben jedoch den Nachteil, daß sich auf ihnen Fluide, Kristalle des geregelten Luft­ stroms oder Gasstroms in erheblichem Maße ansetzen können, wodurch die Strömungsoberfläche und damit die Meßgenauigkeit beeinträchtigt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Volumenstromregler der eingangs genannten Gattung der­ gestalt auszubilden, daß auch langfristig bei mit Fluiden belasteten Luftströmen oder Gasströmen, die zu regeln sind, eine hohe Meßgenauigkeit und damit Regelgenauigkeit gewähr­ leistet ist, und zwar auch bei schwierigen Strömungsverhält­ nissen auf der Einlaufseite.

Diese Aufgabe wird durch die Ausbildung des Volumenstromreg­ lers mit den in dem Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Die Ausbildung der in dem Volumenstromregler eingesetzten Venturidüse mit einem sich verengenden Einlaufteil mit gerun­ detem Profil, an das sich in Strömungsrichtung ein zylindri­ scher Halsteil und ein Diffusor zur Druckrückgewinnung an­ schließen, ist insbesondere aus DIN 1952 an sich bekannt, hat jedoch im Zusammenhang mit dem gattungsgemäßen Volumenstrom­ regler bisher keine Anwendung gefunden. Für die Erfüllung auch hoher Anforderungen an die Meßgenauigkeit bei ungünsti­ gen Anströmverhältnissen auf die Venturidüse insbesondere durch nahe vorgelagerte Formstücke ist die unmittelbar vor dem Einlaufteil der Venturidüse an diesem angeordnete äußere Ringkammer vorgesehen, durch die die Plus-Druckentnahme er­ folgt. Hinsichtlich der genauen Minus-Druckentnahme besonders vorteilhaft ist das Venturirohr über seine gesamte Länge koaxial in ein erstes Rohrteil eingebaut und schließt sich in Strömungsrichtung vor dem Einlaufteil und hinter dem Diffusor innen an das erste Rohrteil dicht an, indem es mit diesem dergestalt verbunden ist, daß eine innere Ringkammer zwischen dem Venturirohr und dem Inneren des Rohrteils gebildet ist, die über Einzelbohrungen in dem Halsteil der Venturidüse direkt mit dessen Innenraum druckleitend verbunden ist. Diese Bauweise hat außerdem fertigungstechnische Vorteile, da sie eine leichte Ausbildung der Venturidüse selbst gestattet, weil das erste äußere Rohrteil die Venturidüse tragend auf­ nimmt und nach außen vollständig schützt. Vorteilhaft beste­ hen das erste Rohrteil, welches das Gehäuse bildet, mit der Venturidüse aus Kunststoff, wobei die Venturidüse durch ein Verformungsverfahren hergestellt ist, welches eine glatte Innenoberfläche gewährleistet. Damit ist der Strömungsweg gegen Absetzen von Fluidteilchen bzw. Kristallen weitgehend gesichert. Gleichwohl übersteigt der Fertigungsaufwand denje­ nigen konventioneller Differenzdruck bildender Einrichtungen, die eine langzeitig geringere Meßgenauigkeit erwarten lassen, nicht nennenswert, so daß insgesamt ein erheblicher Vorteil resultiert.

Zur genauen Minus-Druckentnahme sind nach Anspruch 2 insbe­ sondere 4 bis 5 Einzelbohrungen an einer senkrechten Quer­ schnittsebene des Halsteils über dessen Umfang gleichmäßig verteilt. Diese Einzelbohrungen verbinden also unterschiedli­ che Strömungsstellen in dem Halsteil mit der inneren Ringkam­ mer, über welche die Minus-Druckentnahme erfolgt.

In besonders fertigungsgünstiger Weise unter Erhalt des vol­ len Vorteils der hohen Meß- bzw. Regelgenauigkeit ist bei einem Volumenstromregler, der mit einer Muffe vor dem Ein­ laufteil, hier der Venturidüse, ausgebildet ist, nach An­ spruch 3 die Muffe aus dem ersten Rohrteil aus Kunststoff ausgeformt, wobei die äußere Ringkammer an einen ringförmigen Abschnitt der Muffe diesen umgebend angeformt ist. Die äußere Ringkammer schließt also einen Teil der Muffe ein und steht in deren Bereich über Durchgangsbohrungen mit dem Strömungs­ weg in Verbindung.

Vorzugsweise besteht der Volumenstromregler, insbesondere der Rohrkörper mit der Stellklappe sowie das erste Rohrteil um die Venturidüse aus thermoplastischem Kunststoff. Der Kunst­ stoff kann aus der Gruppe PVC, PPS und PP ausgewählt sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung erläu­ tert, in deren einziger Fig. 1 der Volumenstromregler in Form einer festen Baugruppe in einer Seitenansicht darge­ stellt ist, wobei die wesentlichen Teile des Innern des Volu­ menstromreglers mit unterbrochenen Linien gezeigt sind.

Die zur festen Baueinheit montierte Baugruppe besteht im wesentlichen aus einem Rohrkörper 1 mit in dieser schwenkbar gelagerter Stellklappe 2, die über einen aus dem Rohrkörper herausragenden Zapfen 3 mit einem nicht dargestellten Stell­ antrieb verstellbar ist. Der Stellantrieb kann wahlweise für elektrischen oder pneumatischen Betrieb ausgelegt sein, wo­ nach sich auch die Bauweise der ebenfalls nicht dargestellten Regeleinheit richtet, welche einen ebenfalls nicht darge­ stellten Druckumformer auf einer Plus-Druckentnahmeseite und einer Minus-Druckentnahmeseite einer Venturidüse 3 mit dem Stellantrieb verbindet.

Der Rohrkörper 1 weist an seinem auslaßseitigen Ende eine Muffe 4 zum Anschluß an weitere rohrförmige Formstücke auf. An seinem entgegengesetzten - einlaßseitigen - Ende ist aus dem Rohrkörper eine zweite Muffe 5 ausgeformt, die ein erstes Rohrteil 6 fest aufnimmt. Es sei an dieser Stelle vermerkt, daß im folgenden nicht von einem zweiten Rohrteil gesprochen wird, wobei jedoch der genannte Rohrkörper 1 als zweites Rohrteil aufgefaßt werden kann.

Das erste Rohrteil 6 schließt den Außenumfang der in ihr koaxial angeordneten Venturidüse 3 ein und ist in Strömungs­ richtung 7 gesehen vor einem Einlaufteil 8 und hinter einem Diffusor 9 der Venturidüse gasdicht mit dieser verbunden. Dadurch wird zwischen dem Außenmantel der Venturidüse 3 und dem Innenmantel des ersten Rohrteils 6 eine innere Ringkammer 10 gebildet, welche die Minus-Druckentnahme darstellt. Dazu steht die innere Ringkammer 10 über in einer senkrechten Querschnittsebene 11 in einem Halsteil 12 der Venturidüse gebohrten Einzelbohrungen in druckleitender Verbindung, von denen die erkennbare Einzelbohrung mit 13 bezeichnet ist. Weitere drei Einzelbohrungen sind in gleichmäßigen Umfangs­ abständen von jeweils 90° in der Querschnittsebene angeord­ net. Die Minus-Druckentnahme aus der inneren Ringkammer 10 ist in der Zeichnung nicht erkennbar, im Unterschied zu einer Plus-Druckentnahme 14.

Die Plus-Druckentnahme 14 sitzt an einer äußeren Ringkammer 15, die an eine Muffe 16 vor dem Einlaufteil 8 der Venturidü­ se angeformt ist. Die äußere Ringkammer 15 steht über Durch­ gangsbohrungen, von denen die Durchgangsbohrung 17 in Fig. 1 erkennbar ist, mit dem Innern der Muffe 16 in druckleitender Verbindung. Weitere nicht dargestellte Durchgangsbohrungen können in der gleichen Querschnittsebene, in der die Durch­ gangsbohrung 17 liegt, um den Umfang der äußeren Ringkammer 15 gleichmäßig verteilt vorgesehen sein.

Der beschriebene Volumenstromregler, der auch als Regelkom­ bination bezeichnet werden kann und der generell in Zu- und Abluftanlagen eingesetzt werden kann, ist fertigungsgünstig aus thermoplastischem Kunststoffmaterial hergestellt.

Das gerundete Profil des Einlaufteils 8 der hier eingesetzten Venturidüse 3 kann im einzelnen aus Fig. 1 entnommen werden, ebenso die zylindrische Form des Halsteils 12 sowie der sich in Strömungsrichtung 7 erweiternde Diffusor 9.

Claims (6)

1. Volumenstromregler in Form einer festen Baugruppe aus Kunststoff, in der eine durch ein Verformungsverfahren hergestellte Venturidüse (3) und ein sich an diese Ven­ turidüse vorzugsweise gleichachsig anschließender Rohr­ körper (1) mit einer in ihm gelagerten Stellklappe (2) kombiniert sind,
wobei an der Baugruppe Ringkammern mit Druckentnahmeöff­ nungen angeordnet sind, die geeignet sind, über Druck­ umformer und eine Regeleinheit einen Stellantrieb der Stellklappe zu steuern,
wobei die Venturidüse (3) ein sich verengendes Einlauf­ teil (8) mit gerundetem Profil aufweist, an das sich in Strömungsrichtung ein zylindrischer Halsteil (12) und ein Diffusor (9) anschließen,
wobei die Venturidüse (3) über ihre gesamte Länge koaxi­ al in ein erstes Rohrteil (6) eingebaut ist,
wobei vor dem Einlaufteil (8) am ersten Rohrteil (6) eine äußere Ringkammer (15) angeformt ist, und
wobei die Venturidüse (3) sich in Strömungsrichtung (7) vor dem Einlaufteil (8) und hinter dem Diffusor (9) innen an das erste Rohrteil (6) dicht anschließt und mit diesem derart verbunden ist, daß eine innere Ringkammer (10) zwischen der Venturidüse (3) und dem Inneren des ersten Rohrteils (6) gebildet ist, die über Einzelboh­ rungen (13) in dem Halsteil (12) direkt mit dessen In­ nenraum druckleitend verbunden ist.

2. Volumenstromregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 4 bis 5 Einzelbohrungen (13) in einer senkrechten Querschnittsebene (11) des Halsteils (12) über dessen Umfang gleichmäßig verteilt sind.

3. Volumenstromregler mit einer Muffe vor dem Einlaufteil, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe (16) aus dem ersten Rohrteil (6) aus Kunststoff ausgeformt ist und daß die äußere Ringkammer (15) an einem ringförmigen Abschnitt der Muffe (16) diesen umgebend angeformt ist.

4. Volumenstromregler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper (1), in dem die Stellklappe (3) gela­ gert ist, zumindest an einem inneren Ende als Muffe (5) geformt ist, daß die Außendurchmesser des Rohrkörpers (1) und des ersten Rohrteils (6) im wesentlichen gleich sind und daß der erste Rohrteil in die Muffe (5) des Rohrkörpers (1) gesteckt und mit diesem fest verbunden ist.

5. Volumenstromregler nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht.

6. Volumenstromregler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Kunststoff der Gruppe PVC, PPS und PP hergestellt ist.