DE69200782T2 - Selbstregelnder Lüftungsrost. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen selbstregelnden Lüftungsrost mit einer Einlaßöffnung, einer Auslaßöffnung und dazwischen einer veränderlichen Durchlaßöffnung, wovon die Öffnung bestimmt wird durch den Abstand zwischen einem Rand an einem Ende einer Klappe, die an der gegenüberliegenden Seite mit einem Gegengewicht versehen ist und die sich zwischen der Einlaß- und der Auslaßöffnung befindet, und einem Bodenblech, das ungefähr parallel zu diesem Rand angebracht ist, welcher Rand im Fall eines zunehmenden Überdruckes an der Oberfläche der Wand der Klappe, zu jenem Bodenblech hinbewegt, da die Klappe sich um eine Achse an oder in der Nähe von jenem gegenübergelegenen Ende dreht.
• Ein selbstregelnder Lüftungsrost wird zum Beispiel in Räumen in Häusern usw. verwendet, in denen sich Menschen aufhalten. Er wird veränderlichen Druckunterschieden als Folge von Wind, Temperaturunterschieden zwischen innen und außen, von Lüftungsventilatoren (falls vorhanden) und einer Zahl anderer Faktoren ausgesetzt. Eine Regelung ist nur sinnvoll, wenn Luft durch den Rost zugeführt wird. Die Druckunterschiede über dem Rost (bei Zuführ) betragen in einem Durchschnittshaus während 90% der Zeit zwischen 1 und 20 Pa.
• Bei einer gleichbleibenden Durchlaßöffnung variiert dann der Volumenfluß durch den Rost mit einem Faktor 5. Wenn die Durchlaßöffnung geschlossen wird kann der Volumenfluß, ausgehend von einer Ausgangs-Druckdifferenz von ungefähr 0.5 Pa mit einer zunehmenden Druckdifferenz auf einem gewünschten Standardwert konstant gehalten werden (Figur 1). Undichte Stellen im Gebäude werden jedoch ebenfalls einen Luft-Volumenfluß durchlassen, der im Fall einer zunehmenden Druckdifferenz zunimmt. Der Rost sollte dies ausgleichen, um den gesamten Volumenfluß durch den Rost einschließlich der undichten Stellen konstant zu halten.
• Es ist bekannt derartige Lüftungsroste so zu konstruieren, daß der Volumenfluß durch die Durchlaßöffnung mit Hilfe einer beweglichen Klappe geregelt wird. Die Klappe wird dann durch den Luftstrom an einer Wand davon gesteuert. Je höher der Druck an jener Wand ist, desto mehr wird die Klappe in einen Stand gedrückt, in der sie die Durchlaßöffnung stets mehr abschließt, bis sie diese möglicherweise sogar vollständig abschließt. Ein Lüftungsrost dieses Typs wird in FR-A-2030547 beschrieben: der Rost ist mittels einer beweglichen Klappe selbstregelnd; die selbstregelnden Eigenschaften rühren von der Elastizität der Klappe her: die Klappe ist abhängig von dem herrschenden Gasstrom mehr oder weniger stark gebogen. Die Bewegung der Klappe kann auch wie folgt sein: um ein Scharnier an einem Ende drehbar gelagert. Der Widerstand der Klappe gegenüber einer Bewegung wird dann zum Beispiel durch Gegengewichte hervorgerufen, die am äußersten Ende der Klappe angreifen, also so als wären sie hinter dem Scharnierzapfen angebracht.
• Diese bekannten Konstruktionen von Lüfiungsrosten haben Nachteile: die Scharnierreibung verursacht zum Beispiel, daß der Anfangspunkt des Regelbereichs - bei dem eine Druckdifferenz von 0.5 Pa bereits eine signifikante Änderung des Klappenwinkels herbeiführt - negativ beeinflußt wird. Diese Reibung verursacht außerdem einen Hysterese- Effekt. Ferner wird bei einem relativ geringen Überdruck bereits der maximale Ausschlag einer Klappe erreicht, was bedeutet, daß der Rost nicht länger für Druckdifferenzen von 20 bis 40 Pa geregelt werden kann. Auch führt die Lösung, wie sie in genannter Patentschrift FR-A-2030547 angeboten wird, zu unerwünschter Reibung, die durch eine vergrößerte Berührungsoberfläche zwischen Klappe und Unterlage bei zunehmender Biegung der Klappe verursacht wird; es wird kein Gebrauch gemacht von einem Gegengewicht zum Ausbalancieren der Klappe.
• Der Lüftungsrost gemäß der Erfindung zeigt besagte Nachteile nicht. Er ist dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe in Linienberührung mit einer gebogenen Lagerfläche steht und unter dem Einfluß des Differentialdrucks auf eine derartige Weise dreht, daß die Klappe 3 mit ihrem Berührungspunkt K ohne zu Gleiten über die gebogene Lagerfläche rollt, und auf diese Weise das gegenwirkende Moment, das durch das Gegengewicht erzeugt wird, variiert wird.
• Die Wirkungsweise eines Lüftungsrosts gemäß der Erfindung wird weiter erklärt an Hand von Figur 2.
• Unter dem Einfluß von Überdruck zum Beispiel an der Fassade eines Gebäudes tritt über den sogenannten Außenrost (1) Luft in die Vorkammer (2) ein. Hierdurch wird an der Eingangsseite der Klappe (3) gegenüber der Kammer (4) hinter der Klappe ein Überdruck aufgebaut. Die Druckdifferenz zwischen den Kammern 2 und 4 (Δp&sub2;&submin;&sub4;) verursacht einen Ausschlag (α) der Klappe (3), welche auf der Lagerfläche aufliegt. Dabei verschiebt sich der Kippunkt von Ko nach K. Die Durchflußfläche zwischen der Klappe (3) und dem Bodenblech (6) verringert sich dadurch von A&sub0; nach A. Gleichzeitig verursacht die Druckdifferenz (Δp&sub2;&submin;&sub4;) im Querschnitt A eine Strömungsgeschwindigkeit (v).
• Je größer die Druckdifferenz (Δp&sub2;&submin;&sub4;) über dem Rost und infolgedessen auch über der Klappe ist, desto mehr nimmt die Durchflußfläche (A) ab und die Strömungsgeschwindigkeit (v) nimmt zu. Das Produkt A v, multipliziert mit einem von der Konstruktion abhängigen Verengungsfaktor (u), ist die Volumen-Durchflußmenge (qv).
• Die durchgelassene Luft tritt durch die Öffnungen in der Haube (13) in den Raum ein.
• Es wird danach gestrebt, daß der Ausschlag der Klappe (α) mit der Druckdifferenz (Δp&sub2;&submin;&sub4;) auf eine Weise erfolgt, daß der durchgelassene Volumenfluß (qv) bei zunehmender Druckdifferenz durch den Rost gemäß vergleichbaren Kurven wie in Figur 1 verläuft. Es zeigte sich, daß eine hohe Empfindlichkeit der Klappe 3 benötigt wird oder ein geringes dem Ausschlag entgegenwirkendes Moment. Dies kann erreicht werden indem die Klappe dünn und aus einem leichten Werkstoff gefertigt wird. Die Schwierigkeit besteht jedoch dann darin, daß eine ungenügende Dämpfüng der in der Praxis vorkommenden Druckschwankungen auftritt und daß die maßliche Stabilität der Klappe ziemlich gering ist. Dies ist ein Nachteil für unter anderem die Regelgenauigkeit, die Lebensdauer und die Eigengeräuschentwicklung. Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, wird die Klappe (3) aus 0.5 mm starkem Aluminiumblech gefertigt, verstärkt durch die Krümmung an einem Ende und versehen mit einem Gegengewicht (7) an dem anderen Ende. Die Massenträgheit dieses Aufbaus sorgt dann für die benötigten Dämpfüngseigenschaften.
• Die Klappe (3) und das Gegengewicht (7) sind derart ausbalanciert, daß von Druckdifferenzen über dem Rost von 0.5 Pa aufwärts bereits ein Ausschlag (α) entsteht. Wäre die Klappe - nach dem Stand der Technik - bei dem Lagerpunkt K&sub0; scharnierend aufgehangen, dann würde die Scharnierreibung jenen Anfangspunkt des Regelbereichs ungünstig beeinflussen und auch einen Hysterese-Effekt verursachen. Ein weiterer Nachteil ist dann, daß im Fall von ungenügender Dämpfüng die Klappe (3) bei einer viel geringeren Druckdifferenz als den gewünschten 20 bis 40 Pa (abhängig von der in Hinblick auf zum Beispiel die Luftdichtheit des Gebäudes erforderlichen Strömungs-Kompensation) bereits ihren maximalen Ausschlag (α = 25º) haben würde.
• Alle diese Nachteile werden gemäß der Erfindung vermieden, indem die Klappe (3) auf die Abrollfläche des Stützlagers (5) gelegt wird.
• Durch das Abrollen der Klappe entlang dieser Fläche wird jedes Aufeinandergleiten (Reibung) vermieden.
• Ebenso verursacht die Verschiebung des Kipp- oder Lagerpunktes (K) bei einem zunehmenden Ausschlag (α) ein zunehmendes gegenwirkendes Moment, da der Arm (R) an dem das Gegengewicht (7) anliegt, von R&sub0; nach R anwächst. In Verbindung mit der begleitenden Verringerung der Klappenoberfläche (von {L - R&sub0;}B nach {L - R}B, wobei L die gesamte Klappenlänge vom Gegengewicht bis zur gewölbten Klappenspitze und B die Klappenbreite ist) und der Verringerung der mittleren Armlänge (von ½{L - R&sub0;} nach ½{L - R}, worauf die Druckdifferenz (Δp&sub2;&submin;&sub4;) Anwendung findet, führt dies zu einer Vergrößerung des Regelbereichs bis zu den gewünschten 20 bis 40 Pa.
• Der genaue Regelbereich und die daraus resultierende Regelkurve werden in hohem Maße durch die Form der Abrollfläche des Stützlagers (5) bestimmt. Grundsätzlich ist eine große Abweichung der Regelcharakteristik durch Anpassung der Form dieser Abrollfläche möglich, möglicherweise in Verbindung mit dem Gewicht der Klappe (3), dem Gegengewicht (7), der Klappenlänge L, dem Hebelarm R&sub0; und der Lage und Form des Bodenblechs (6). Nach einem weiteren Merkmal des Lüftungsrosts gemäß der Erfindung gilt, daß die Abrollfläche des Stützlagers (5) - die Lagerfläche - am starksten an der Stelle des Kippunktes K&sub0; gekrümmt ist - wenn keine Druckdifferenz vorliegt - während der Krümmungsradius mit zunehmender Verschiebung des Kippunktes K allmählich zunimmt - folglich im Fall einer wachsenden Druckdifferenz -. An die Bearbeitungsgenauigkeit der Abrollfläche werden hohe Anforderungen gestellt.
• Eine andere mögliche Alternative für die Abrollfläche ist, die Fläche aus einer Reihe paralleler Lagerkämme zu bilden. Für die Positionierung der Klappe (3) auf der Lagerfläche des Stützlagers (5) werden in einer bevorzugten Verwirklichung der Erfindung die Sicherungsdrähte (8) und (9) mit Hilfe der Spannschrauben (10) und (11) auf eine derartige Weise von der Klappe (3) zum Stützlager (5) gespannt, daß der Winkel (α) der Klappe (3) mit der horizontalen Fläche Null Grad beträgt, bei einer Druckdifferenz (Δp&sub2;&submin;&sub4;) über der Klappe von 0 Pa. Eine mögliche seitliche Schiefstellung der Klappe (3) wird durch eine seitlich doppelte Ausführung der Sicherungsdrähte (8) und (9) und der Spannschrauben (10) und (11) verhindert.
• Der Sichernngsdraht (8) verhindert bei einem größeren Rotationswinkel (α) ein Abgleiten der Klappe (3) entlang der Abrollfläche des Stützlagers (5). Der Sicherungsdraht (9) verhindert, daß die Klappe im Fall von plötzlichen Windstößen oder Windböen hochgedrückt wird. Die beiden Sicherungsdrähte (8) und (9) verhindern zusammen, daß die Klappe (3) bei möglichen Windstößen von der Abrollfläche des Stützlagers (5) freikommt und verhindern auf diese Weise klappernde Geräusche.
• Die Sicherungsdrähte sind über der Abrollfläche derart befestigt, daß sie die Klappe in ihrer Bewegung nicht behindern, weil die Sicherungsdrähte in keiner Weise einer Längenänderung unterworfen sind. Hierzu verlaufen die Sicherungsdrähte gemäß der Erfindung durch enge, flache Rillen in der Abrollfläche, so daß die Klappe (3) auf der Abrollfläche des Stützlagers (5) abgestützt bleibt. Als eine mögliche Alternative für die Sicherungsdrähte kann die Unterseite der Klappe (3) mit einem Zahnstangentrieb versehen sein, der mit Zähnen auf der Abrollfläche in Eingriff steht. Um jedes Strecken der Sicherungsdrähte aufzufangen, werden gewöhnlich kleine Federn zwischen den Sicherungsdrähten und den Spannschrauben angebracht.
• Die Linienberührung, die am Kippunkt (K) über der gesamten Klappenbreite (B) besteht, fünktioniert als eine Abdichtung zwischen der Kammer (2) oberhalb der Klappe (3) und der Kammer (4) darunter.
• Wenn die Klappe geschlossen ist (α = Maximum) schließt sie sich selbst ab, da die Klappe, abgesehen von der Linienberührung bei K, rundherum gegen eine Anschlagfläche mit dem Sitz (12) gedrückt wird. Das Dichtungsmaterial am Sitz (12) ist vorzugsweise nachgiebig und dämpft dann mögliche extreme Druckschwankungen, insoweit diese nicht bereits aufgrund der Massenträgheit der Klappe gedämpft werden. Lästige Geräuschentwicklung, wie sie zum Beispiel bei Sturm auftritt, wird hierdurch vermieden.
• In Figur 3 ist angegeben, wie durch Verdrehen des Bodenblechs (6) um den Scharnierpunkt (14) mit Hilfe eines Bedienungsmechanismus (nicht gezeichnet) der Durchlaß (A&sub2;) unter der Klappe (3) bei einem gleichbleibenden Klappenausschlag (α) in (A&sub1;) geändert wird. Auf diese Weise kann der Lüftungsbedarf im Prinzip stufenlos innerhalb eines bestimmten Bereichs eingestellt werden. Durch Anbringen einer Skalenteilung an einer Bedienungseinrichtung oder durch Markierungen von Vorzugseinstellungen (zum Beispiel Lüftung für 1 Person, 2 Personen usw.) kann eine eindeutige reproduzierbare Lüftungseinstellung erhalten werden, die von dem augenblicklichen Bedarf abhängt, jedoch unabhängig von Wettereinflüssen und anderen druckbeinflussenden Faktoren ist.
• In einer etwas angepaßten Form wird das Bodenblech (6) auch vorzugsweise zum vollständigen Verschließen des Rostes verwendet.
• Hierzu muß die Klappe (3) aus jeder willkürlichen Stellung heraus von der (verlängerten und in ihrem Scharnierpunkt angepaßten) Bodenplattenfläche (6) mitgenommen werden, um gegen den Sitz (12) gedrückt zu werden.
• In der bevorzugten Verwirklichung eines Rostes gemäß der Erfindung, wie er in Figur 3 beschrieben wird, kann die Abdichtung des Rostes unabhängig von der Einstellung des Lüftungsbedarfs erfolgen, indem die Klappe (3) mit Hilfe der Mitnehmerstifte (15), die um den Punkt (16) scharnieren, über einen bedienbaren Arm nach unten gedrückt wird.
• Eine weitere Möglichkeit, zum Schließen des Rostes, ist die Verwendung einer getrennten Abschlußplatte. Diese scharniert dann von dem Boden des Lüftergehäuses nach oben, bis gegen die Unterseite der Lagerfläche.
• An einer Verwirklichung eines Lüftungsrostes gemäß der Erfindung wurden Messungen durchgeführt. Hierzu wurde der Lüftungsrost in der Seitenwand eines großen Windkanals angebracht. Der entlangströmende Wind erzeugte über dem Lüftungsrost eine Druckdifferenz, ohne daß die Regelcharakteristik des Rostes irgend eine Wechselwirkung mit dem Arbeitspunkt des Gebläses des Windkanals zeigte. Der durch den Rost durchgelassene Volumenfluß wurde mit Hilfe einer spezial geeichten Meßkassette, die an dem Rost befestigt war, gemessen. Die Druckdifferenz über dem Rost abzüglich der Meßkassette wurde mit einer Vorrichtung zum Messen von Druckdifferenzen gemessen.
• Die auf diese Weise ermittelte Regelkurve ist in Figur 4 gezeigt. Sie betrifft die Kurve für den Lüftungsbedarf von zwei Personen. Die ideale gewünschte Kurve ist zum Vergleich ebenfalls in Figur 4 mit aufgenommen. Aus dem Vergleich der gemessenen Kurve mit der gewünschten Kurve zeigt sich, daß bei dem betreffenden Versuchsmodell des Lüftungsrostes die Fördermenge innerhalb von 20% genau geregelt wird, bis zu einer Druckdifferenz von 30 Pa. Die auftretenden Ungenauigkeiten können dadurch erklärt werden, daß für die Bildung der Abrollfläche des Stützlagers (5) kleine Einstellschrauben verwendet wurden. Die Klappe (3) kippte dabei über den hervorstehenden Spitzen der betreffenden Schrauben. Da die Zahl der Schrauben begrenzt war, entstand einige Unstetigkeit, wodurch die Schwingungen in der Meßkurve zwischen 10 und 30 Pa zu erklären sind.
• Der Raum um die hervorstehenden Schraubenspitzen verursachte eine zusätzliche Undichtheit an der Stelle des Kippunktes (K).
• Zusätzlich zu den Messungen zur Ermittlung der Einstellung des Lüftungsrostes und der Lüftungsrost-Kurve wurden Versuche zu den Dämpfungseigenschaften des Rostes durchgeführt. Die Druckdifferenzen zeigen in der Praxis beträchtliche Schwankungen bei verschiedenen Frequenzen. Es muß vermieden werden, daß die bewegende Klappe hierauf zu stark reagiert, wodurch ein schneller Verschleiß und Geräuschentwicklung (Klappern) entsteht. Um die Dämpfüng zu untersuchen wurde der Lüftungsrost den extremsten in der Praxis vorkommenden Druckdifferenzen ausgesetzt. Die Druckschwankungen wurden mit Hilfe einer verschließbaren Öffnung in dem Gehäuse, in dem der Rost für die Versuche montiert war, erzeugt. Die Druckschwankungen entstehen durch ein mehr oder weniger schnelles, vollständiges oder teilweises Öffnen und Schiießen von besagter Öffnung. Die Druckschwankungen über dem Rost wurden mit einem elektrischen Druckmeßgerät aufgezeichnet.
• Die Reaktionen der Klappe auf extreme Druckschwankungen, wie sie in der Praxis vorkommen können, stellten sich als gut heraus. Weder irgendeine schnelle Bewegung der Klappe noch irgendeine Geräuschentwicklung wurden beobachtet.

Claims (9)

1. Selbstregelnder Lüftungsrost mit einer Einlaßöffnung, einer Auslaßöffnung und dazwischen einer veränderlichen Durchlaßöffnung (A), wovon die Öffnung bestimmt wird durch den Abstand zwischen einem Rand an einem Ende einer Klappe (3), die an der gegenüberliegenden Seite mit einem Gegengewicht (7) versehen ist und die sich zwischen der Einlaß- und der Auslaßöffnung befindet, und einem Bodenblech (6), das ungefähr parallel zu diesem Rand angebracht ist, welcher Rand im Fall eines zunehmenden Überdruckes an der Oberfläche der Wand der Klappe (3), zu jenem Bodenblech (6) hinbewegt, da die Klappe (3) sich um eine Achse an oder in der Nähe von jenem gegenübergelegenen Ende dreht, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (3) in Linienberührung mit einer gebogenen Lagerfläche steht und unter dem Einfluß des Differentialdrucks auf eine derartige Weise dreht, daß die Klappe (3) mit ihrem Berührungspunkt K ohne zu Gleiten über die gebogene Lagerfläche rollt, und auf diese Weise das gegenwirkende Moment, das durch das Gegengewicht (7) erzeugt wird, variiert wird.

2. Selbstregelnder Lüftungsrost gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerfläche am stärksten an der Stelle gekrümmt ist, wo die Klappe (3) mit ihr in Berührung steht, wenn keine Druckdifferenz vorliegt, und daß jene Krümmung in der Richtung, in der die Tangente mit der Klappe bewegt, im Fall einer wachsenden Druckdifferenz allmählich zunimmt.

3. Selbstregelnder Lüftungsrost gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das System bestehend aus Klappe (3) und Lagerfläche mit Sicherungsdrähten (8, 9) und dazu gehörenden Spannschrauben (10, 11) versehen ist, die dafür sorgen, daß die Klappe (3) immer gegen die Lagerfläche anliegt, die verhindern, daß die Klappe (3) entlang der Lagerfläche gleitet, und womit die Einstellung der Klappe (3) bei fehlender Druckdifferenz vorgenommen werden kann.

4. Selbstregelnder Lüftungsrost gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungsdrähte (8, 9) in Rillen, die in der Lagerfläche angebracht sind, verlaufen.

5. Selbstregelnder Lüftungsrost gemäß einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßöffnung mit einer Anschlagfläche (12) versehen ist, wogegen bei einer ausreichend hohen Druckdifferenz die Klappe (3) anliegt, auf eine Weise, daß in dieser Stellung die gesamte Durchlaßöffnung abgeschlossen ist.

6. Selbstregelnder Lüftungsrost gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß da, wo die Klappe (3) gegen den Sitz (12) anliegt, letzterer mit einem elastischen Material bedeckt oder daraus gefertigt ist.

7. Selbstregelnder Lüftungsrost gemäß einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Bodenblechs (6) einstellbar ist.

8. Selbstregelnder Lüftungsrost gemäß Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer Vorrichtung (15) versehen ist, womit die Klappe (3) gegen die Anschlagfläche (12) gedrückt werden kann.

9. Selbstregelnder Lüftungsrost gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßöffnung mit Hilfe einer scharnierenden Abschlußplatte (6) abgeschlossen werden kann.