DE3219296C2

DE3219296C2 -

Info

Publication number: DE3219296C2
Application number: DE3219296A
Authority: DE
Inventors: Wolfram 5180 Eschweiler De Toepser
Original assignee: H Krantz GmbH and Co
Current assignee: H Krantz TKT GmbH
Priority date: 1982-05-22
Filing date: 1982-05-22
Publication date: 1987-07-30
Also published as: DE3219296A1; NL8301005A; CH663645A5; IT1163390B; GB8310162D0; IT8321195A0; GB2120755A; GB2120755B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Drosseln eines Medienstromes mittels einer in einem vom Medienstrom durchflossenen Gehäuse schwenk- oder drehbar gelagerten Klappe.

Derartige Vorrichtungen werden in lufttechnischen Anlagen zu Regelungszwecken eingesetzt. Die dabei benutzten Drosselklappen erlauben jedoch kein optimales Regelverhalten, weil ihre Charakteristik zu sehr von einer linearen Charakteristik abweicht, die für das Regelverhalten als ideal anzusehen ist. Statt dessen besitzen die bekannten eingliedrigen Drosselklappen einen Widerstandsbeiwert ζ, der nach einer sehr ausgeprägten Exponentialfunktion verläuft.

Aus der GB-PS 12 86 254 zum Drosseln eines Medienstromes, insbesondere von hoher Temperatur, eine Vorrichtung bekannt, die gegenüber Vorrichtungen mit eingliedrigen Drosselklappen ein an eine lineare Charakteristik besser angepaßtes Regelverhalten ermöglicht. Zur Drosselung des Medienstromes dienen vier Klappen in Form von Kreissegmenten, an die je ein Tragarm angelenkt ist, der seinerseits um eine Achse schwenkbar ist, die senkrecht zur Strömungsrichtung verläuft und etwa tangential zum jeweiligen Kreissegment angeordnet ist. In der Klappenschließstellung bilden die Kreissegmente eine Pyramide, deren Spitze gegen die Strömungsrichtung weist. Dabei liegen die Kreissegmente gegen einen Stützring an, der entsprechend der Segmentteilung seinerseits durch kreuzförmig angeordnete radiale Stege unterteilt ist. Gegenüber Vorrichtungen mit einer eingliedrigen Drosselklappe ist die bekannte Vorrichtung sehr aufwendig, zumal für jedes Kreissegment eine eigene Lagerung nebst Verstellmechanismus erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Drosseln eines Medienstromes vorzuschlagen, deren Widerstandsbeiwert ζ sich durch eine möglichst lineare Charakteristik auszeichnet.

Ausgehend von der eingangs beschriebenen Vorrichtung, wird zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagen, daß ortsfest in dem Gehäuse mindestens eine teilkreisförmig gebogene Schale vorgesehen ist, deren Krümmungsradius entlang einer von einer Kante der Klappe beschriebenen Bahn verläuft, wobei die Schale in Richtung ihrer Breite eine parabelförmige Ausbuchtung aufweist, die den freien Strömungsquerschnitt in Abhängigkeit von dem jeweiligen Drosselwinkel ϕ der Klappe verändert.

Die durch die Klappe bewirkte Querschnittsverminderung bei Vergrößerung des Drosselwinkels ϕ wird durch die erfindungsgemäße winkelabhängige Querschnittsreduzierung aufgrund mindestens einer gebogenen Schale überlagert. Die aus dieser Überlagerung resultierende Querschnittsänderung über den Drosselwinkel ϕ erzeugt eine nahezu lineare Widerstandscharakteristik.

Dieser Widerstandsbeiwert ζ berechnet sich nach der mathematischen Gleichung

z = k° + k₁ · ϕ,

wobei:

ζ= dimensionsloser Widerstandsbeiwert,k₀= konst. = Widerstandsbeiwert bei voll geöffneter Klappe, k₁= konst. [1/Grad] = Steigerung der Charakteristik, ϕ= Klappwinkel [Grad].

Um die erfindungsgemäße Drosselvorrichtung mit der linearen Charakteristik des Widerstandsbeiwertes in lufttechnischen Anlagen sinnvoll einsetzen zu können, ist darauf zu achten, daß der Widerstandsbeiwert bei voll geöffneter Klappe nicht zu hoch ist, damit nicht zuviel Energie vernichtet wird. Weiterhin soll die Steigung der Geraden in einer bestimmten Größenordnung liegen. Die Untergrenze wird durch die praktischen Erfordernisse für eine solche Drosselvorrichtung festgelegt und beträgt k₁<0. Andererseits nimmt mit wachsender Steigung auch die Empfindlichkeit des Regelinstruments zu. Diese Empfindlichkeit muß aus fertigungstechnischen Gründen klein gehalten werden. Daraus ergibt sich die Forderung, daß k₁<5 sein soll. Es ist besonders sinnvoll, einen Widerstandsbeiwert ζ bei voll geöffneter Klappe <5 und eine Steigung der Geraden von 0,5k₁1,5 anzustreben. Diese angestrebten Ziele lassen sich mit der anmeldungsgemäßen Vorrichtung erreichen.

Da die Definition der so linearisierten Widerstandscharakteristik die ursprüngliche exponentielle Widerstandscharakteristik bei einem Klappenwinkel von ϕ _G schneidet, werden die gebogenen Schalen so angeordnet, daß sie bei einem Winkel ϕ<ϕ _G nicht mehr wirksam sind und daher die lineare Widerstandscharakteristik bei ϕ=ϕ _G in den exponentiellen Funktionslauf übergeht. Dies bedeutet natürlich eine Einschränkung des Regelbereiches auf Winkel 0°ϕ ϕ _G. Sinnvoll ist ein Grenzwinkel ϕ _G von 55%d _G75% des Klappenschließwinkels ϕ₀.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind einer Klappenkante zwei gleich ausgebildete, spiegelbildlich zueinander angeordnete Schalen zugeordnet.

Schließlich sieht eine Ausgestaltung der Erfindung noch vor, daß den beiden Kanten einer um eine Mittelachse drehbar gelagerten Klappe je zwei viertelkreisförmig gebogene Schalen zugeordnet sind.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer um eine Mittelachse drehbar gelagerten Klappe dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 die Klappe mit zwei Schalen in Ansicht;

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 in gegenüber den Fig. 1 und 2 vergrößertem Maßstab eine Schale und

Fig. 4 je eine Kurve für den Widerstandsbeiwert ζ in Abhängigkeit vom Klappwinkel ϕ einer konventionellen und einer erfindungsgemäßen Drosselvorrichtung.

In einem Gehäuse 1 ist auf einer Mittelachse 2 eine Klappe 3 drehbar gelagert.

Entlang einer von Kanten 4 der Klappe 3 beschriebenen Bahn sind im Gehäuse 1 Schalen 5 angeordnet, deren Krümmungsradius dem Bahnverlauf der Kanten 4 angepaßt ist.

Die Schalen 5 besitzen eine parabelförmige Ausbuchtung 6, die so verläuft, daß eine durch die Klappe 3 bewirkte Querschnittsverminderung bei Vergrößerung des Klappenwinkels ϕ durch die winkelabhängige Querschnittsreduzierung aufgrund der Schalen 5 überlagert wird.

Wie Fig. 4 zeigt, ergibt sich aufgrund dieser Überlagerung ein Widerstandsbeiwert ζ mit einer linearen Charakteristik (gestrichelte Linie) gegenüber einer konventionellen Drosselvorrichtung, die einen ausgeprägten exponentiellen Verlauft aufweist (ausgezogene Kurve).

Claims

1. Vorrichtung zum Drosseln eines Medienstromes mittels einer in einem vom Medienstrom durchflossenen Gehäuse (1) schwenk- oder drehbar gelagerten Klappe (3), dadurch gekennzeichnet, daß ortsfest in dem Gehäuse (1) mindestens eine teilkreisförmig gebogene Schale (5) vorgesehen ist, deren Krümmungsradius entlang einer von einer Kante (4) der Klappe (3) beschriebenen Bahn verläuft, wobei die Schale (5) in Richtung ihrer Breite eine parabelförmige Ausbuchtung (6) aufweist, die den freien Strömungsquerschnitt in Abhängigkeit von dem jeweiligen Drosselwinkel ϕ der Klappe (3) verändert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer Klappenkante (4) zwei gleich ausgebildete, spiegelbildlich zueinander angeordnete Schalen (5) zugeordnet sind.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Kanten (4) einer um eine Mittelachse (2) drehbar gelagerten Klappe (3) je zwei viertelkreisförmig gebogene Schalen (5) zugeordnet sind.