DE2646310B1 - Druckregler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckregler nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1, wie er als Teil eines Gasregelventils aus der DT-OS 24 55 569 bekannt ist.

Druckregler dieser Art dienen beispielsweise zur Regelung des Servosteuerdrucks in Gasregelventilen. Bei solchen Servosystemen liefert der Druck des zu steuernden Mediums zugleich die Hilfsenergie für die Betätigung des Ventils, welches normalerweise durch Federkraft geschlossen wird. Dies hat den Vorteil, daß bei zu geringem Eingangsdruck oder bei verstopften Düsen das Ventil geschlossen bleibt. Ein Gasregelventil mit Servosystem ist beispielsweise in der Firmendruckschrift D3H-29 HONEYWELL »Kompakt-Ventile V 4600/V 8600« dargestellt und beschrieben.

Gasregelventile dieser Art werden beispielsweise zur Steuerung des Brenners in Heizungsanlagen und Warmwasserbereitern eingesetzt. Da man bestrebt ist, das Volumen der Heizkessel bzw. Warmwasserbereiter zu verringern, wird von dem Gasregelventil eine möglichst genaue Temperaturregelung gefordert, um einerseits aus Sicherheitsgründen und andererseits aus Gründen der Energieersparnis ein Überhitzen des Wassers zu vermeiden. Mit Ventilen, welche den Brenner je nach Bedarf nur ein- oder ausschalten, ist dieses Ziel schwer zu erreichen. Vielmehr benötigt man

ίο hierfür ein modulierendes Gasventil, welches beim Aufheizvorgang die Gaszufuhr bereits zu drosseln beginnt, ehe die Solltemperatur des Wassers erreicht ist. Durch die Verringerung der Energiezufuhr bei Annäherung an den Temperatursollwert wird ein kurzzeitiges Überhitzen vermieden. Andererseits muß dafür gesorgt sein, daß beim Einschalten der Anlage der Brenner sofort mit dem maximal zulässigen Durchsatz betrieben wird, um das Wasser schnellstmöglich aufzuheizen.

Aus der DT-OS 22 24 756 ist ein Fliehkraftdrehzahlregler bekannt, dessen Proportionalbereich dadurch einstellbar ist, daß das Widerlager der Regelfeder auf einem verdrehbaren und dabei die Wirkrichtung der Regelfeder ändernden Lagerbolzen angeordnet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Druckregler der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der Übergangsbereich von Maximaldruck auf Minimaldruck sich über einen breiteren Temperaturbereich von beispielsweise 5° C erstreckt, d. h. dessen Proportionalband verbreitert ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung.

Durch geeignete Wahl der Federkonstanten der Hilfsfeder läßt sich das gewünschte Proportionalband einstellen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zur Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend auf ein in F i g. 1 wiedergegebenes Ausführungsbeispiel des Druckreglers Bezug genommen. F i g. 2 zeigt die Abhängigkeit des Ausgangsdruckes des Druckreglers von der Temperatur.

In F i g. 1 sind nur diejenigen Teile eines servogesteuerten Gasventils dargestellt, welche zur Erläuterung der Erfindung von Bedeutung sind. Das durch den erzeugten Steuerdruck beaufschlagte Hauptventil weist üblicherweise einen mit einer Membran verbundenen Schließkörper sowie einen gehäusefesten Ventilsitz auf, wobei einer durch die genannte Membran begrenzten Gehäusekammer der Steuerdruck aus der Ventilkammer 1 unterhalb des Ventilsitzes 2 zugeleitet wird. Diese Ventilkammer ist eingangsseitig über eine Leitungsdrossel mit dem Einlaßdruck des Gasregelventils und damit dem höchsten vorhandenen Gasdruck verbunden. Die Kammer 3 oberhalb des Ventilsitzes 2 steht über eine Auslaßleitung 4 mit der Ausgangsseite des Gasregelventils in Verbindung. Der Ventilkörper 5 des Druckreglers steuert somit den Steuerdruck in der Kammer 1, indem er über das Ventil 2,5 einen Teil des Drucks in der Kammer 1 über den Auslaß 4 zur Ausgangsseite des Ventils entweichen läßt oder nicht.

Das Servosystem ist derart aufgebaut, daß mit wachsendem Steuerdruck in der Kammer 1 das dem Auslaß vorgeschaltete Hauptventil in zunehmendem Maße geöffnet wird und bei verschwindendem Steuerdruck durch Federkraft schließt.

h5 Der in F i g. 1 gezeigte thermostatische Druckregler besteht im wesentlichen aus drei Teilen, nämlich aus einem links dargestellten Thermostatteil 6, einem in der Mitte gezeigten Druckregler 7 sowie einem rechts

eingezeichneten Übertemperaturschalter 8, die untereinander mit Hilfe eines um eine gestellfeste Achse 9 schwenkbaren Übertragungshebels 10 in Wirkverbindung stehen. Der Thermostatteil 6 ist in einer durch einen Deckel 11 verschlossenen Ausnehmung 12 des Gehäuseoberteils 13 untergebracht. Über ein Kapillarrohr 14 und ein Anschlußstück 15 ist ein mit einer Ausdehnungsflüssigkeit gefüllter Temperaturfühler 16 an eine Membrankapsel 17 angeschlossen, deren Membran sich über einen Membranteller 18 und eine Feder 19 am Boden der Ausnehmung 12 abstützt. Der Membranteller trägt einen Stift 20, welcher auf das linke Ende des Übertragungshebels 10 einwirkt. Über das Anschlußstück 15 und einen Gewindeeinsatz 21, welcher mit Hilfe des Einstellknopfes 22 in dem Innengewinde 23 des Deckels 11 verstellbar ist, kann die Membrankapsel 17 in Richtung des Stifts 20 gegen die Kraft der Feder 19 verschoben und damit die gewünschte Solltemperatur eingestellt werden.

Der mit dem Ventilsitz 2 des Druckreglers 7 zusammenwirkende Schließkörper 5 wird von einer kreisscheibenförmigen Membran 25 getragen, welche mit einer umlaufenden Verdickung 26 am äußeren Rand zwischen dem Gehäuseunterteil 27 und einer zugleich den Ventilsitz 2 aufweisenden Abschlußplatte 28 eingespannt ist. Über eine Hilfsfeder 29, welche im gezeigten Ausführungsbeispiel als C-förmige Biegefeder ausgebildet ist, stützt sich die Membran 25 an einer ersten Einstellfeder 30 ab. Diese ist mit ihrem rechten Ende ortsfest eingespannt. Ihre Federspannung wirkt in Richtung auf die Membran 25. Die Größe der Federvorspannung läßt sich mit Hilfe eines im Deckel 31 verstellbaren Gewindestiftes 32 entsprechend der gewünschten Mindestdurchsatzmenge des Gasventils einstellen. An dem freien Ende 33 der ersten Einstellfeder 30 greift der Hilfsfeder 29 gegenüberliegend das Ende 35 eines Gewindestiftes 36 an, welches durch eine Ausnehmung 37 des Übertragungshebels 10 frei beweglich hindurchragt. Auf dem Gewinde des Gewindestiftes 36 sitzt mit ihrem Innengewinde eine Hülse 38, welche unverdrehbar in einer Öffnung 39 des Gehäuseoberteils 13 geführt ist. Das Ende 40 des Gewindestifts 36 ragt durch eine glatte Bohrung im Gewindestück 41 hindurch, welches seinerseits mit seinem Außengewinde 42 mehr oder weniger tief in das Innengewinde 43 der Gehäuseausnehmung 44 einschraubbar ist. Nach außen hin ist diese Ausnehmung 44 durch einen Schraubdeckel 45 verschlossen. Eine Kegelfeder 46 drückt die Hülse 38 in Richtung auf den Übertragungshebel 10. Letzterer ist seitlich der Ausnehmung 37 mit zwei zur Hülse 38 hin vorspringenden Ansätzen 47 versehen, welche beiderseits des Stiftes 36 für eine definierte Anlagestelle der Hülse 38 am Übertragungshebel 10 sorgen.

Am rechten Hebelarm des Übertragungshebels 10 ist mittels eines Niets 48 ein Federblech 49 befestigt, dessen freies Ende auf den Stößel 50 eines als Übertemperaturschalter dienenden Schnappschalters 51 einwirkt, dessen Anschlußkontakte 52 über Anschlußfedern 53 mit den äußeren Anschlußstiften 54 in Verbindung stehen. Diese sind in den Isoh'erstoffdeckel 31 eingesetzt. Die Schaltstrecke des Schnappschalters 51 ist in Reihe mit dem Kontakt eines Raumthermostaten in den Stromkreis der Erregerwicklung eines das Servosystem einschaltenden Magnetventils eingeschaltet. Der Temperaturfühler 16 mißt beispielsweise die Kesselwassertemperatur. Der Schalter 51 ist ein Ruhekontaktschalter, welcher beim Überschreiten einer vorgegebenen Kesselwassertemperatur seinen Schaltkontakt öffnet und damit den Erregerstromkreis für das Servo-Magnetventil unterbricht. Das Servo-Magnetventil liegt zwischen der eingangs erwähnten Drosselstelle und der Kammer 1, so daß die Zufuhr des Eingangsdrucks zur Kammer 1 abgeschaltet wird, sobald der in Reihe mit dem Schalter 51 geschaltete Raumthermostat keine Wärmezufuhr fordert und/oder die Kesseltemperatur den durch den Ansprechwert des

ίο Schalters 51 definierten Grenzwert überschritten hat.

Die Hilfsfeder 29 kann nicht nur, wie dargestellt, als gebogene Blattfeder, sondern auch als Schrauben- oder Kegelfeder ausgebildet sein.
Aus dem zuvor beschriebenen Aufbau ergibt sich folgende Wirkungsweise des thermostatisch gesteuerten Druckreglers: Ist die vom Temperaturfühler 16 gemessene Temperatur sehr niedrig, beispielsweise bei Einschaltung der Anlage, so drückt die Feder 19 die Membrankapsel 17 soweit wie möglich zusammen, d. h.

den Stift 20 nach oben. In diesem Zustand überträgt der Übertragungshebel 10 keine Kraft auf den Schalter 51 oder die Hülse 38. Der Gewindestift 36 wird unter der vollen Federspannung der Kegelfeder 46 in Richtung auf die Hilfsfeder 29 und die Membran 25 gedrückt, so daß der Schließkörper 5 den Ventilsitz 2 verschließt. Damit nimmt der Steuerdruck seinen Maximalwert an, wie es in F i g. 2 auf der linken Seite des Diagramms dargestellt ist, und öffnet das Hauptventil bis zum maximal zulässigen Durchsatz. Die Maximalmenge läßt sich mit Hilfe des Gewindestücks 41 einstellen, indem dieses im Innengewinde 43 verstellt wird.

Mit der Gaszufuhr zum Hauptbrenner — die Versorgung des Zündbrenners ist in diesem Zusammenhang ohne Interesse — steigt die vom Temperaturfühler 16 gemessene Temperatur, so daß sich bei Ausdehnung des Wärmeübertragungsmediums die Membrankapsel 17 ausdehnt und den Stift 20 nach unten bewegt. Solange im Zuge dieser Bewegung die rechte Seite des Übertragungshebels 10 sich noch nicht mit den Vorsprüngen 47 gegen die Unterseite der Hülse 38 legt, bleibt der bisherige Zustand maximaler Gaszufuhr erhalten. Dies entspricht in F i g. 2 dem Kurvenverlauf links vom Punkt A. Sobald bei weiterer Temperaturerhöhung der Hebel 10 von unten gegen die Hülse 38 drückt, wird die über die Hilfsfeder 29 auf die Membran 25 einwirkende Kraft verringert. Ohne die Hilfsfeder 29 würde die Kraft ziemlich schnell bis auf den durch die erste Einstellfeder 30 gegebenen Mindestwert verringert. Durch Einschaltung der Hilfsfeder 29 jedoch wird der zwischen den Punkten A und B liegende Modulationsbereich M verbreitert, so daß mit wachsender Temperatur die Gaszufuhr in zunehmendem Maße gedrosselt wird. Damit wird ein Überschwingen der Temperatur im Kessel vermieden. Je steifer die Hilfsfeder 29 ist, d. h. je größer ihre Federkonstante ist, um so steiler fällt die Kurve zwischen den Punkten A und B ab, das bedeutet, um so schmaler wird der Modulationsbereich bzw. das Proportionalband des Druckreglers und damit auch des Gasregelventils.

Durch geeignete Wahl der Federkonstanten der Hilfsfeder 29 läßt sich ein gewünschtes Proportionalband von beispielsweise 5° C einstellen.

Bei weiterer Temperaturzunahme hebt der Übertragungshebel 10 im Punkt ßder Kurve gemäß F i g. 2 über

h") die Hülse 38 den Gewindestift 36 von der ersten Einstellfeder 30 ab, so daß die zweite Einstellfeder 46 wirkungslos wird. Damit bestimmt nur noch die erste Einstellfeder 30 den Druck auf die Membran 25 und

damit den minimalen Steuerdruck und über diesen die Mindestgasmenge, welche zum Hauptbrenner fließt. Mit Hilfe der Einstellschraube 32 läßt sich diese Mindestmenge auf den vorgewünschten Wert einstellen. Die Schraube 32 verändert die Vorspannung der Feder 30. Beide Einstellfedern 30 und 46 wirken in der gleichen Richtung, nämlich in Richtung auf die Membran 25, und zwar jeweils in Reihe mit der Hilfsfeder 29. Steigt die Temperatur trotz Verringerung der Gaszufuhr auf die Mindestmenge weiter an, so betätigt die am rechten Hebelarm des Übertragungshebels 10 befestigte Blattfeder 49 im Punkt C der Kurve gemäß F i g. 2 den Schalter 51 und öffnet den Stromkreis des Magnetventils im Servokreis. Damit wird das Hauptventil ganz geschlossen und die Gaszufuhr zum Hauptbrenner vollständig unterbrochen. Der Abstand zwischen den Punkten Bund Cläßt sich durch Verstellen des Stiftes 36 im Innengewinde der Buchse 38 verändern.

Normalerweise erreicht die Temperatur jedoch den Grenzwert entsprechend Punkt C nicht, sei es, weil die Wärmeabstrahlung des Kessels gerade der Wärmezufuhr bei Mindestdurchsatz das Gleichgewicht hält, sei es, daß die Temperatur infolge der verringerten Wärmezufuhr zurückgeht. Hat der Grenzwertschalter 51 angesprochen und geht infolge Abkühlung des den Fühler 16 umspülenden Wassers der Stift 20 nach oben, so schaltet der Schalter 51 nach Durchlaufen des Schaltdifferentials S im Punkt D das Servosystem wieder ein, so daß der Hauptbrenner erneut gezündet wird, und zwar in der Stellung des Mindestgasdurchsatzes. Nimmt die Temperatur trotzdem weiter ab, so schwenkt der Übertragungshebel 10 weiterhin im Uhrzeigersinn, bis der Gewindestift 36 auf die erste Einstellfeder 30 aufsetzt und damit im Punkt B erneut der Modulationsbereich erreicht ist. Sinkt die Temperatur, beispielsweise infolge starker Warmwasserentnahme oder von erhöhtem Heizbedarf weiter ab, so schwenkt der Übertragungshebel 10 weiter im Uhrzeigersinn, und die von der zweiten Einstellfeder 46 über den Gewindestift 36 auf die Membran 25 einwirkende Kraft nimmt weiter zu. Das Servoventil 2, 5 schließt in zunehmendem Maße, so daß der Servodruck in der Kammer 1 ansteigt und das Hauptventil weiter geöffnet wird. Sobald der Hebel 10 so weit im Uhrzeigersinn geschwenkt ist, daß er mit seinen Vorsprüngen 47 von der Unterseite der Hülse 38 abhebt, wirkt die volle Kraft der Feder 46 auf die Membran 25. Damit ist erneut im Punkt A der maximale Steuerdruck erreicht und das Hauptventil voll geöffnet. Die Temperatur wird von hier aus wieder zunehmen.

Der Steuerdruck P durchläuft somit zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert die in Fig.2 in

ίο Abhängigkeit von der Temperatur dargestellte Kurve, wobei die Breite des Modulationsbereiches zwischen den Punkten A und B durch geeignete Wahl der Federkonstanten der Hilfsfeder 29 auf den gewünschten Wert einstellbar ist. Der Steuerdruck wirkt über eine Membran auf das Hauptbrennerventil ein, so daß unter der Annahme einer linearen Kennlinie des Hauptbrennerventils die Kurve gemäß Fig.2 zugleich den Verlauf des Gasdurchsatzes zum Hauptbrenner in Abhängigkeit von der Temperatur widerspiegelt. Der Druckregler gemäß der Erfindung zeichnet sich somit durch eine leichte Einstellbarkeit des Minimal- und des Maximaldruckes aus sowie durch die Möglichkeit, die Breite des Proportionalbereiches in einfacher Weise an die Forderungen des Brenners bzw. der Heizungsanlage anzupassen. Er kann nicht nur zur Steuerung eines Gasregelventils über ein Servosystem, sondern bei geringen Durchsatzmengen auch zur unmittelbaren Steuerung des Gasdurchsatzes mit Hilfe des Ventils 2,5 eingesetzt werden. Die Verwendung einer besonderen Blattfeder 49 zum Schalten des Schalters 51 stellt einen Überlastungsschutz für den Schalter dar, der insbesondere dann von Bedeutung ist, wenn bei Einstellung des Thermostaten auf eine hohe Temperatur und beim Erreichen einer hohen Wassertemperatur im Kessel plötzlich die Einstellung auf eine niedrige Temperatur geändert wird. Hierbei wird die Membrankapsel 17 und mit ihr der Stift 20 nach unten verstellt und damit der Hebel 10 im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt. Würde er in diesem Zustand bereits selbst am Schalterstößel 50 anliegen, so könnte entweder der Schalter beschädigt oder der Übertragungshebel 10 bleibend verformt werden. Dies wird durch Verwendung der Blattfeder 49 vermieden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Durch einen Ausdehnungsfühler über eine Membrankapsel und einen Übertragungshebel steuerbarer Druckregler mit einer den Drosselkörper eines Ventils tragenden Membran, insbesondere zur Regelung des Servo-Steuerdruckes für die Steuerung eines servogesteuerten Gasregelventils, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Membran (25) über eine Hilfsfeder (29) an einer den auf die Membran einwirkenden Mindestdruck bestimmenden ersten Feder (30) abstützt und daß eine den auf die Membran (25) einwirkenden Maximaldruck bestimmende zweite Feder (46) sich einerseits an einem gehäusefesten Gegenstück (41) abstützt und andererseits auf eine als Mitnahmeanschlag für den Übertragungshebel (10) dienende Hülse (38) einwirkt, welche einen einer Mitnahmefläche (33) der ersten Feder (30) gegenüberstehenden Stift (36) trägt.

2. Druckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Feder (30) als einseitig eingespannte Blattfeder und die zweite Feder (46) als den Stift (36) umgebende Schrauben- oder Kegelfeder ausgebildet ist.

3. Druckregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkraft der ersten Feder (30) einstellbar ist.

4. Druckregler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das gehäusefeste Gegenstück (41) für die zweite Feder (46) im Gehäuse (13) verstellbar ist.

5. Druckregler nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsfeder (29) als Schrauben- oder Kegelfeder ausgebildet ist.

6. Druckregler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsfeder (29) als C-förmig gebogene Blattfeder ausgebildet ist.

7. Druckregler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (36) als Gewindestift in einem Innengewinde der Hülse (38) verstellbar und diese unverdrehbar in einer Gehäuseausnehmung (39) geführt ist.

8. Druckregler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das der ersten Feder (30) gegenüberstehende Ende (35) des Stiftes (36) frei verschiebbar durch eine Ausnehmung (37) im Übertragungshebel (10) hindurchragt.