DE2619413C3

DE2619413C3 - Thermostatisch betätigte Regelanordnung für eine Vier-Leiter-Klimaanlage

Info

Publication number: DE2619413C3
Application number: DE2619413A
Authority: DE
Inventors: Niels Peter Grand Augustenborg Graversen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1976-05-03
Filing date: 1976-05-03
Publication date: 1984-03-22
Also published as: FR2350555B1; GB1573769A; FR2350555A1; US4114806A; DK187477A; DE2619413B2; JPS52134245A; DE2619413A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine thermostatisch betätigte Regelanordnung für eine Vier-Leiter-Klimaanlage gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Es ist eine Regelanordnung dieser Art bekannt (DE-AS 21 21 934), bei der das Wärmeventil den Zufluß eines Heizmediums und das Kälteventil den Zufluß eines Kühlmediums zu einer Wärmeaustauscher-Einheit der Klimaanlage steuert. Hierbei können Wärmeventil und Kälteventil unabhängig voneinander montiert werden, was die Verlegung der zugehörigen Leitungen erleichtert. Die Arbeitselemente beider Ventile sind Teile je eines eigenen thermostatischen Systems, das außer dem Arbeitselement einen Fühler und einen veränderbaren Sollwert-Einstellraum hat Die beiden Fühler sind nebeneinander angeordnet und daher derselben Temperatur ausgesetzt Die Einstelrvorrichtungen für die veränderbaren Räume sind über ein Getriebe miteinander gekuppelt und werden mittels eines gemeinsamen Sollwert-Einstellknopfes gegensinnig verstellt. Um eindeutige Regelverhältnisse zu erzielen, muß bei allen Sollwert-Einstellungen zwischen derjenigen Temperatur, bei der das Wärmeventil schließt, und derjenigen Temperatur, bei der das Kälteventil öffnet ein nachstehend als »Totzone« bezeichneter Abstand vorhanden sein. Dieser läßt sich dadurch erzielen, daß die beiden veränderlichen Sollwert-Einstellräume je für sich justiert und dann erst miteinander gekuppelt werden.

Ferner ist es bekannt (DE-PS 12 31405) ein Wärmeventii und ein Kälteventil baulich miteinander zu vereinigen. Ein alternativ mit Flüssigkeit gefülltes thermostatisches System umfaßt je ein Arbeitselement der beiden Ventile, einen gemeinsamem Fühler und zur Sollwerteinstellung eine Vorrichtung, mit der die Flüssigkeitsmenge innerhalb des Systems geändert wird. Eine Totzone ist hierbei nicht erwähnt

Des weiteren gibt es zahlreiche Wärme- und Kälteventile, die baulich miteinander vereinigt und mechanisch in Abhängigkeit von einem gemeinsamen Arbeitselement gesteuert werden. Hierbei ist es auch bekannt, die das Kälteventil in Schließrichtung belastende Feder stärker auszubilden als die das Wärmeventil in Öffnungsrichtung belastende Feder, um die beiden Ventile in Sequenz zu öffnen (US-PS 33 00 132). Bei einem solchen Doppelventil kann auch eine Totzone dadurch gebildet werden, daß ^ventilsitze gegen Federkraft verschiebbar sind (DE-PS 12 97 428). Bei anderen bekannten Anordnungen dieser Art werden das Kälteveritil und das Wärmeventil durch eine gemeinsame Betätigungsstange verstellt, die von einem Arbeitselement und einer Gegendruckfeder belastet ist.

•»5 Die Totzone wird dadurch erreicht, daß nach dem Schließen des einen Ventils die Betätigungsstange einen toten Weg zurücklegen muß, ehe das andere Ventil geöffnet wird (GB-PS 1104 590, CH-PS 4 80 579). In allen Fällen können das Kälteventil und das Wärmeven-

w til nicht unabhängig voneinander montiert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine thermostatisch betätigte Regelanordnung für eine Vier-Leiter-Klimaanlage der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die mit einer geringeren Anzahl von Bauelementen auskommt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Mit einer solchen Regelanordnung läßt sich trotz der Verwendung eines einzigen thermostatischen Systems für die Arbeitselemente von Wärmeventil und Kälteventil eine Totzone erreichen. Hierfür hält die Totzonenfeder das Verschlußstück des Kälteventils so lange geschlossen, bis nicht nur das Wärmeventil geschlossen hat. sondern darüber hinaus unter elastischcm Nachgeben der Füllung des thermostatischen Systems eine ausreichend große Kraft entstanden ist. welche die Kraft der Totzonenfeder überwindet. Um innerhalb der Füllung derartige elastische Rückstcll-

kräfte zu erzeugen, ist ein weiterer Temperaturanstieg erforderlich. Innerhalb dieses Temperaturbereichs sind beide Ventile geschlossen; es ergibt sich also eine Totzone. Die Größe der Totzone läßt sich durch Einstellung der Totzonenfeder verändern. Durch diese Maßnahme ist es möglich, auf ein zweites thermostatisches System zu verzichten, also einen Fühler, einen veränderbaren Raum der Einstellvorrichtung und die zügehörigen Kapillarrohre einzusparen.

Vorzugsweise steht die Achse der Totzonenfeder in einem Winkel zur Achse des Arbeitselements und beide sind über einen Winkelhebel miteinander gekuppelt Auf diese Weise ist das Arbeitselement zum Zwecke des Austauschs und die Feder zum Zwecke der Einstellung bequem zugänglich. is

Bei einer bevorzugten Ausführurigsform ist dafür gesorgt, daß das Arbeitselement des Wärmeventils direkt und das Arbeitselement des Kälteventils unter Zwischenschaltung einer Bewegungs-Umkehrvorrichtung auf das zugehörige Verschlußstück wirken und daß die einsteilbare Totzonenfeder direkt auf das Verschiußstück des Kälteventils wirkt

Es ist zwar bereits bekannt, daß man ein Ventil bei direkter Belastung durch das Arbeitselement als Wärmeventil und dasselbe Ventil bei Verwendung einer zwischengeschalteten Bewegungs-Umkehrvorrichtung mit einstellbarer Schließfeder als Kälteventil benutzen kann. Im vorliegenden Fall werden jedoch ein derart aufgebautes Wärmeventil und ein derart aufgebautes Kälteventil von einem gemeinsamen thermostatischen System gesteuert, wobei die Schließfeder zusätzlich als Totzonenfeder bemessen ist

Die einfachste Möglichkeit, eine elastisch nachgiebige Füllung zu erzielen, besteht darin, daß die Ausdehnungsflüssigkeit selbst elastisch ist. Für den vorliegenden Zweck reichen die Elastizitätseigenschaften zahlreicher bekannter Ausdehnungsflüssigkeiten aus. Bevorzugt wird beispielsweise Toluol.

Eine andere Möglichkeit, die statt dessen oder in Verbindung mit einer elastischen Ausdehnungsflüssig- *° keit verwendet werden kann, besteht darin, daß das thermostatische System einen Ausweichraum .nit einer Wand aufweist, die aus einer definierten Ruhelage elastisch nach außen verformbar ist. Insbesondere kann die Wand durch eine Ausweichfeder beiastet sein. «5

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig.1 Wärmeventil, Kälteventil und Einstellvorrichtung einer erfindungsgemäßen Regelanordnung, teilweise im Schnitt und

F i g. 2 eine Regelanordnung in abgewandelter Form und schematischer Darstellung.

In Fig. 1 ist eine Sollwert-Einstellvorrichtung 1 veranschaulicht, deren im Volumen veränderbarer Raum 2 über drei Kapillarrohre 3, 4 und 5 mit dem Innenraum eines nicht veranschaulichten Fühlers 6, dem Arbeitselement 7 eines Wärmeventils 9 bzw. dem Arbeitselement 9 eines Kälteventils 10 verbunden ist. Das hierdurch gebildete thermostatische System ist mit ^ω einer Ausdehnungsflüssigkeit gefüllt, die eine gewisse Elastizität aufweist Als Beispiel sei Toluol genannt, das bei einer Temperatur von 20 bis 30"Ceine Dehnzahl von0,9 χ 10-⁵cm²/N(0,88 χ 10-« cmVkpJhat

Der veränderbare Raum 2 ist durch einen mit einem Gehäuse 11 verbundenen Napf 12 und einen WeRrOhT-balg 13 begrenzt. Dessin Boden ist mit einem Gewindestutzen 14 versehen, über den ein höhlet'Schaft 15 mit Innengewinde greift, der mit Hilfe eines Drehgriffes 16 drehbar ist, um die axiale Länge des Balges 13 und damit die Größe des Raumes 2 zu verändern. Eine Oberdruckfeder 17 stützt sich am nicht veranschaulichten Ende am Gehäuse ab und liegt mit dem anderen Ende an einem Widerlager 18 an, das über eine drehfest gehaltene Brücke 19 kraftschlüssig mit einem Kragen des hohlen Schafts 15 verbunden ist Wenn im thermostatischen System so hohe Drücke auftreten, daß die verhältnismäßig große Vorspannung der Oberdruckfeder 17 überwunden wird, kann sich der Raum 2 entsprechend vergrößern.

Das Wärmeventil 8 besitzt ein Ventilgehäuse 20 mit einem oberen Wulst 21, auf dem ein Aufsatz 22 mittels eines Spannbandes 23 aufgeklemmt ist Das Arbeitselement 7 besitzt einen Schaft 24, an welchem ein Stift 25 unter dem Einfluß einer nicht veranschaulichten Feder anliegt In der veranschaulichten Stellung ist der Stift 25 so weit einwärts gedrückt, daß das Verschlußstück auf seinem Sitz aufsitzt

Das Käkeventii 10 weist ein Ventiigeh"au'-s 26 auf, das mit dem Ventilgehäuse 20 identisch ist Auf dessen Wulst 27 ist ein Aufsatz 28 mittels eines Spannbandes 29 befestigt, der das Arbeitselement 9 enthält Dessen Schaft 30 wirkt jedoch nicht direkt auf den Stift 31 des Ventilgehäuses 26, sondern unter Zwischenschaltung einer Bewegungs-Umkehrvorrichtung 32. Diese weist einen Winkelhebel 33 und einen Schaft 34 auf, der am Stift 31 angreift und durch eine Totzonsnfeder 35 in Schließrichtung belastet ist Diese Feder stützt sich einerseits an einem am Schaft 34 befestigten Widerlager 36 und andererseits an einer Schraube 37 ab, die in einem Gewinde 38 des Aufsatzes 28 verschraubbar ist

In Fig.2 werden für die entsprechenden Teile dieselben Bezugszeichen v/ie in F i g. I verwendet. Zusätzlich sind die beiden Verschlußstücke 39 und 40 des Wärme- und Kälteventils sowie die zugehörigen Öffnungsfedern 41 und 42 dargestellt Des weiteren erkennt man, daß an das thermostatische System ein Ausweichraum 43 mit einer Wand 44 angeschlossen ist, die dtvch eine Ausweichfeder 45 belastet ist. Diese drückt die Wand 44 normalerweise gegen einen Anschlag an der festen Wand 46 und ist mit ihrem anderen Ende an einer Schraube 47 abgesiützt.

Damit ergibt sich folgende Funktionsweise. Wenn der zu klimatisierende Raum die Sollwert-Temperatur hat,. sind beide Ventile 8 und 10 geschlossen, wie es F i g. 2 zeigt. Sinkt die Temperatur, so verringert sich das Volumen der Ausdehnungsflüssigkeit und das Wärmeventil 8 öffnet Steigt die Temperatur nun' wieder, so schließt das Wärmeventil 8; das Kälteventil 10 kann aber noch nicht öffnen, da zunächst die Vorspannung der Totronenfeder 35 überwunden werden muß, was einen Druckanstieg im thermostatischen System erfordert. Dieser Druckanstieg ergibt sich, wenn die Fühlertemperatur weiter wächst. Denn die sich ausdehnende Flüssigkeit erfährt eine Volumenvergrößerung, diese verlagert die bewegliche Wand 44 und spannt die AusweicL'eder 45; hierdurch entsteht im thermostatisch^ System ein wachsender Druck. Sobald die Vorspannung der Toizonerifeder 35 überwunden ist, öffnet das Kälteverrtit 10. Durch Verstellen der Vorspannung der Totzojienfedef 35- mittels der Schraube 37 karrt die Größe der Totzone verändert werden. Diese Verhäftnuse bleiben atfclf erhalten, wenn niltels der Einstellvotrichtung 1 der Solrwert verstellt wird.

In sehr vielen⁴ Fällen ist es jedoch niehf erforderlich,

einen Ausweichraum 43 vorzusehen, da die Ausdehnungsfähigkeit eine ausreichende eigene Elastizität hat und daher bei einer Temperaturerhöhung in einem thermostatischen System vorgegebenen Volumens eine Rückstellkraft erzeugt, die schließlich die Vorspannung der Totzonenfeder 35 überwindet.

In die Berechnung geht nicht nur der Druck im

thermostatischen System und die Kraft der Totzonenfeder 35 ein, sondern auch der Druck des Wärmemittels oder Kältemittels auf die Verschlußstücke 39 bzw. und die elastische Kraft der Federrohrbalgen in den Arbeitselementen 7 und 9. All diese Werte sind aber bei Einstellung der Totzone durch die Totzonenfeder berücksichtigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Thermostatisch betätigte Regelanordnung für eine Vier-Leiter-KIimaanlage, mit einem Wärmeventii und einem davon baulich unabhängigen Kälteventil, die je ein eigenes Arbeitselement zum Betätigen des Verschlußstückes aufweisen, mit Fühler und einer gemeinsamen Sollwert-EinsteJIvorrichtung, wobei als Ausdehnungs- und Obertragungsmedium eine Flüssigkeit dient und eine Totzone vorgesehen ist, d. h. ein Temperaturbereich, in dem sowohl das Wärmeventil als auch das Kälteventil geschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitselemente (7, 9) beider Ventile (8, 10), ein gemeinsamer Fühler (6) und ein gemeinsamer, veränderbarer Raum (2) der Sollwert-Einstellvorrichtung (1) miteinander zu einem einzigen thermostatischen System verbunden sind, daß das Vers&ftißstück (40) und das Arbeitselement (9) des Kälteventils (10) in Schiießrichiung durch eine eine Vorspannung aufweisende Totzonenfeder (35) belastet sind und daß die Füllung des thermostatischen Systems elastisch nachgibt und zur Überwindung der Vorspannung der Totzonenfeder erforderliche Rückstellkräfte erzeugt, wenn nach dem Schließen des Wärmeventils (8) ein weiterer Temperaturanstieg erfolgt ist

2. Regelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Totzonenfeder (35) einstellbar ist.

3. Regelanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß di·; Achse der Totzonenfeder (35) in einem Winkel zur Achsn ^s Arbeitselements

(9) steht und beide über einen Winkelhebel (33) miteinander gekuppelt sind (F i g. 1).

4. Regelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitselcment (7) des Wärmeventils (8) direkt und das Arbeitselement (9) des Kälteventils (10) unter Zwischenschaltung einer Bewegungs-Umkehrvorrichtung (32) auf das zugehörige Verschlußstüik wirken und daß die einsteilbare Totzonenfeder (35) direkt auf das Verschlußstück (40) des Kälteventils

(10) wirkt.

5. Regelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnungsflüssigkeit selbst elastisch ist.

6. Regelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das thermostatische System einen Ausweichraum (43) mit einer Wand (44) aufweist, die aus einer definierten Ruhelage elastisch nach außen verformbar ist.

7. Regelanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (44) durch eine Ausweichfeder (45) belastet ist.