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Vorrichtung zur selbsttätigen elektrohydraulischen Regelung einer
Raumtemperatur Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur selbsttätigen
elektrohydraulischen Temperaturregelung, insbesondere für einen abgeschlossenen
Raum mit einer Heizungs- und Belüftungsanlage. Bei solchen Anlagen ist es bekannt,
eine Drossielvorrichtung in - der Zufuhrleitung für erwärmte und/oder unbeheizte
Luft in Abhängigkeit von der Raumtemperatur durch einen Hilfsmotor einzustellen,
der in einer Richtung durch eine Feder belastet ist und-in der entgegengesetzten
Richtung durch eine Druckflüssigkeit betätigt wird. Ziel der Erfindung ist die Schaffung
einer vereinfachten, zuverlässigen hydraulisch betätigten Vorrichtung für das selbsttätige
Einstellen der Drosselvorrichtung zwecks Erreichen einer im wesentlichen gleichmäB
bgge@ Temperatur des zu beeinflussenden Raumes.
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Hierfür sind nach der Erfindung bei einet Vorrichtung der genannten
Gattung folgende Merkmale erforderlich: a) In die Druckmittelleitung zum Hilfsmotor
ist ein Zweiwegeventileingeschaltet, welches für gewöhnlich
so
eingestellt ist, daß Druckflüssigkeit aus dem Hilfsmotor unter Einwirkung seiner
Feder in einen Vorratsbehälter fließt, jedoch durch elektrisch erregte Mittel so
verstellbar ist, daß Druckflüssigkeit aus einem Kraftspeicherbehälter untrer Einwirkung
einer Feder in den Hilfsmotor fließt; b) die elektrische Betätigungseinrichtung
für das Zweiwegeventil ist mit einem Relais für das Schließen des Erregerstromkreises
und einem die Erregung des Relais steuernden Raumthermostaten in .einem elektrischen
Stromkreis zusammengeschlossen.
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Das Zweiwegeventil (Steuerventil) wird von einem Raumthermostaten
beeinflußt, dessen Kontakt in bekannter Weise durch in zeitlichen Abständen sich
wiederholende Zufuhr oder Entzug elektrischer Wärme geschlossen oder geöffnet werden
kann. Die öffnungs- und Schließzeiten des Thermostaten bestimmen die jeweiligen
Zeiten, während welcher das Zweiwegeventil in seiner Druckflüssigkeitszu-oder in
-rückführstellung bleibt. Damit ist die dem Druckmittelmotor zugeführte sowie die
aus diesem zum Vorratsbehälter zurückgeführte Druckmittelmenge festgelegt. Ist z.
B. der zu beeinflussende Raum kühl, so ist mehr zusätzliche Wärme erforderlich,
um den Thermostaten zum Ansprechen zu bringen, d. h. um zu bewirken, daß der Thermostat
seinen Kontakt schließt; andererseits wixd die Wärme der an sich bekannten elektrischen
Hilfsheizeinrichtung des Thermostaten viel schneller abgestrahlt, als wenn der überwachte
Raum warm ist. Daher bleibt der Thermostatkontakt, wenn der Raum kühl ist, länger
unterbrochen, als wenn er warm ist. Dies wirkt sich dahingehend aus, daß die Drosselvorrichtung
im Sinne einer Erhöhung der Wärmezufuhr zu dem zu beeinflussenden Raum verstellt
wird. Die Öffnungszeiten werden jedoch allmählich kürzer, wenn die Temperatur des
Raumes zunimmt, wobei die Schließzeiten entsprechend so lange zunehmen, bis beide
Zeiten e inander gleich sind. In diesem Fall ist, falls überhaupt eine Strömung
stattfindet, die dem Hilfsmotor zugeführte Flüssigkeitsmenge gleich der aus diesem
austretenden, so daß keine Änderung in der Stellung der Drosselvorrichtung in der
einen oder anderen Richtung eintritt.
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Vorzugsweise ist die regelmäßige Wiederkehr dieses Zeitpunktes derart,
daß durch eine zwischen dem Zweiwegeventil und dem Hilfsmotor vorgesehene strömungsverzögernde
Einrichtung keine wesentliche Strömung in der einen oder in der anderen Richtung
erfolgt, und daher bleibt die Drosselvorrichtung unverändert.
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Wenn der Thermostatkontakt länger geschlossen ble,',t, als er geöffnet
ist, erhöht sich die aus dem Druckmittelmotor austretende Flüssigkeitsmenge irr
Verhältnis zu der ihm zugeführten Menge, so daß der Druckmittelmotor die Drosselvorrichtung
in einer solchen Richtung bewegt, daß die Wärmezufuhr verringert und die Kühlwirkung
der Anlage erhöht wird.
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Zweckmäßig geht man so vor, daß die dem Vorratsbehälter entnommene
Flüssigkeit der Kraftspeichereinrichtung unter Druck zugeführt wird. Nachdem die
Vorrichtung aufgefüllt ist, wird die. Druckflüssigkeitspümpe so lange abgestellt,
bis der Vorrat an Druckflüssigkeit in der Kraftspeichereinrichtung im wesentlichen
verbraucht ist, worauf die Pumpe für das Auffüllen der Kraftspeichereinrichtung
selbsttätig wieder in Betrieb gesetzt werden kann.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Fig. i ist eine Gesamtansicht, teils im Schnitt, der Regeleinrichtung
nach der Erfindung; Fig. 2 zeigt den Druckflüssigkeitshehälter im senkrechten Mittelschnitt;
Fig. 3 ist ein senkrechter Mittelschnitt durch den Druckmittelhilfsmotor; Fig. q.
zeigt ein Zweiwegeventil im senkrechten Mittelschnitt.
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Die Regeleinrichtung nach der Erfindung ist in Verbindung mit einer
Heiz- und Belüftungsanlage mit Luft als Wärmeträger dargestellt. Aus der nachfolgenden
Beschreibung ergibt sich jedoch, daß sie auch für Anlagen mit anderem Wärmeträger
als Luft verwendbar ist.
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Temperierte Luft wird dem überwachten Raum A mittels einer Vorrichtung
zur Temperaturveränderung zugeführt, die durch eine Luftverteilungsleitung i o gebildet
wird, welche an ihrem einen Ende mit den Zweigleitungen i i und 12 in Verbindung
steht. Die Zweigleitung i i liefert erwärmte Luft in die Verteilungsleitung i o,
während durch die Zweigleitung 12 urbeheizte Luft in die Verteilungsleitung i o
eintritt. Das Verhältnis der in die Verteilungsleitung i o eintretenden aufgeheizten
und nicht aufgeheizten Luft wird in bekannter Weise durch eine Klappe 13 - gesteuert.
Diese Klappe ist um die Achse 14 schwenkbar, so daß sie in ihrer einen Endstellung
die Zweigleitung 12 verschließt, in ihrer andienen Endstellung die Warmluft-leitung
11.
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Die Klappe 13 wird von der einen Stellung in die andere mittels eines
Druckmittelmotors oder Hilfsmotors 15 bewegt, in dessen Zylinder 16 sich ein Kolben
17 bewegt. Dieser ist mit einem Betätigungsarm der Klappe 13 durch eine Stange 18
und ein Verbindungsglied 18" verbunden. Der Kolben 17 bewegt sich in der einen Richtung
entgegen dem Druck einer Feder i9, die zwischen dem. Kolben 17 und dem einen Ende
des Zylinders 16 angeordnet ist. Ein Dichtungsring 2o sorgt für Abdichtung des Kolbens
17, um zu verhindern, daß Flüssigkeit am Kolben vorbei in die die Feder i 9 enthaltende
Kammer tritt.
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Die Flüssigkeit 21 für die Betätigung des Druckmittelmotors 15 wird
einem Vorratsbehälter 22 entnommen, von dem aus eine Leitung 23 zur Saugseite einer
von einem Elektromotor 2 5 angetriebenen Pumpe 2¢ führt. Von der Pumpe 24 aus wird
die Druckflüssigkeit über ein federbelastetes Rückschlagventil26, die Rohre 27,
28 in den unteren Teil des Zylinders 29 einer hydraulischen Kraftspeichereinrichtung
gefördert. Die in den Zylinder 29
eindringende Flüssigkeit drückt
dessen Kolben 30 gegen den Druck einer Schraubenfeder 31 nach oben. Der Kolben
3o hat die Form eines nur an seinem oberen Ende offenen Hohlzylinders und besitzt
einen hohlen Mittelschaft 32, in welchem eine Schaltstange 33 ein- und ausschiebbar
beweglich ist. Wenn daher der Kolben 3o im Zylinder 29 nach oben bewegt wird, bewegt
sich auch der hohle Schaft 32 nach oben, wobei die Schaltstange 33 in den Schaft
immer tiefer eintritt, bis das obere Ende des Schaftes 32 .auf eine Schraubenfeder
34 auftrifft und diese gegen ein am oberen Ende der Stange 33 angeordnetes Schalter-Auslös:eglied
36 drückt. Das Glied 36 weist einen seitlichen Finger 37 auf, der auf einen Druckbolzen
38 auftrifft und diesen gegen einen gekrümmten Teil eines Schnappschalters 39 drückt,
was zur Folge hat, daß diese in Schließstellung mit einem festen Kontakt 40 geht,
wodurch der Stromkreis für den Elektromotor 25 unterbrochen und damit die Pumpe
24 stillgesetzt wird. Dieser Stromkreis führt von der Zuleitung 41 über den Schnappschalter
39 und Leitung 42 zum Motor 25 und von diesem über Leitung 43 zur Ableitung 44.
Wenn aus irgendeinem Grunde der Motor 25 und die Pumpe 24 in Betrieb bleiben, nachdem
die Kraftspeichereinrichtung 29 völlig mit Flüssigkeit gefüllt ist, wird ein Entlastungsventil
45, das ähnlich wie das Venti126 ausgebildet, jedoch auf einen höheren Druck eingestellt
ist und sich in einer Umgehungsleitung 46 befindet, geöffnet, so daß die Druckflüssigkeit
von der Druckseite 'der Pumpe 24 unmittelbar zur Rücklaufleitung 61 fließt.
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Die Druckflüssigkeit wird aus der Kraftspeichereinrichtung durch die
Wirkung der Feder 31 verdrängt und dem Druckmittelmotor 15 zugeführt. Wenn annähernd
die gesamte Flüssigkeit aus der Kraftspeichereinrichtung 29 verdrängt worden ist.
kommt der nach innen gebogene Flansch 47 am oberen Ende des hohlen Schaftes 32 zur
Auflage auf .eine Feder 48, die sich auf einer flanschartigen Verbreiterung 49 am
unteren Ende der Schaltstange 33 abstützt. Bei weiterer Abwärtsbewegung des Kolbens
30 wird die Feder 48 zusammengedrückt, wodurch ein Arm 50 zur Auflage
auf einem DrÜckbolzen 51 gebracht wird, so daß der gekrümmte Teil des Schnappschalters
39 durchgebogen wird, welcher auf diese Weise aus der in Fig.2 gestrichelt gezeichneten
Stellung in die voll gezeichnete Stellung springt und den Stromkreis des Motors
am festen Kontakt 4o schließt.
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Die Druckfeder 31 bewirkt von Zeit zu Zeit die Verdrängung der Druckflüssigkeit
aus dem Zylinder 29 der Kraftspeichereinrichtung, wenn die Betätigung des Druckmittelmotors
15 erforderlich ist. Die Zufuhr der Flüssigkeit zum Druckmittelmotor 15 wird durch
ein Zweiwegeventil C gesteuert. Dieses Ventil ist in Fig.4 dargestellt und weist
einen nichtmagnetischen Teil 52 auf, der zwei Bohrixngen 53, 54 für den Anschluß
der Leitungen 27Q und 5.5 einer Druckmittelleitung hat, so daß, wenn das Ventil
C durch eine Spule 56 erregt wird, sein Ventilkegel57, welcher gleichzeitig den
Kern der Spule 56 bildet, in eine Lage gelangt, in welcher die Bohrungen 53 und
54 freigegeben sind. Damit ist eine Verbindung zwischen den Leitungen 27Q und 55
hergestellt, und es kann Druckflüssigkeit zum Druckmittelmotor 15 fließen. Wird
jedoch die Spule 56 stromlos, so wird der Ventilkegel 57 durch eine Feder 58 in
eine Lage gebracht, in welcher die Bohrungen 53 und 54 geschlossen sind und eine
Auslaßbohrung 59 geöffnet ist. Da die Auslaßbohrung 59 durch .einen Kanal 6o mit
der Leitung 55 in Verbindung steht, kann dann die aus dein Druckmittelmotor 15 durch
die Kraft seiner Feder 19 verdrängte Flüssigkeit über diese Leitung 55, Kanal 6o,
Bohrung 59 des Ventils C und Leitung 61 zum Vorratsbehälter B zurückfließen.
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Das Zweiwegeventil C '1legt in einem Erregerstromkreis, der durch
ein von einem Raumthermostaten E gesteuertes Relais D in bekannter ,Weise geöffnet
oder geschlossen werden kann. Dieser Stromkreis für das Zweiwegeventil C führt von
dt-Zuleitung 41 über die Leitung 62, den oberen- Kontakt 63 des Relais D und die
Leitung 64 zur Spule 56 und von dort zu Ableitung 44. Das Relais D besitzt ein Solenoid
65, das bei seiner Erregung den oberen Relaiskontakt 63 schließt. Wird dite Spule
65 stromlos, so wird der Kontakt 63 durch die Feder 66 unterbrochen. Der Erregerstromkreis
für das Solenoid 65 führt von Leitung 62 über Leitung 67, Widerstand 68, Leitung
69 zum Solenoid 65 und von dort über Leitung 7o und Widerstand 71 zur Ableitung
44.. Der Thermostat E ist vorzugsweise ein Quecksilberthermostat und mit zwei im
Abstand voneinander angeordneten Kontakten 72 und 73 versehen, die sich im Nebenschluß
zum Relaisernegerstromkreis auf entgegengesetzten - Seiten des Solenoids 65 befinden
und mit diesem durch die Leitungen 72Q und 73Q verbunden sind, so daß, wenn die
Quecksilbersäule 74 in Berührung mit dem Korntakt 73 des Thermostaten kommt, das
Relaissolenoid 65 stromlos wird und die Relaiskontakte unterbrochen werden. Wenn
die Quecksilbersäule jedoch unter den Thermostatkontakt 73 sinkt, wird das Relais
erregt, so daß dessen Kontakt 63 geschlossen und damit das Zweiwegeventil C betätigt
wird.
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Der Thermostat E ist in bekannter Weise mit einer elektrischen Hilfsheizvorrichtung
F versehen welche über den unteren Kontakt 7 5 des Relais D eingeschaltet wird,
so daß das Schließen und öffnen. des Kontaktes 75 zu wiederholten Malen eine zusätzliche
Wärmezufuhr zum bzw. Wärmeabfuhr vom Thermostaten E bewirkt. Der Stromkreis für
die elektrische Hilfsheizvorrichtung F führt von der Leitung 67 über Leitung 76,
den unteren Kontakt 7 5 des Relais D, Leitung 77, den entsprechend bemessenen
Widerstand 78 und Leitung 79 zur .elektrischen Heizung F und von dort über Leitung
8o zur Ableitung 44. Der Widerstand 78 kann jeden gewünschten Wert haben, und der
Thermostat E ist so- ausgelegt, daß sich sein Kontakt bei einer bestimmten Temperatur
schließt. Es sei beispielsweise angenommen, daß der Thermostat E :so ausgelegt ist,
daß sich sein Kontakt bei einer Temperatur
von 22° schließt und
daß der Widerstand 78 einen Heizwert von 3° hat. Der Kontakt des Thermostaten E
schließt sich unter diesen Voraussetzungen bei einer Raumtemperatur von i9°, da
die zusätzlichen 3° Wärme ein Ansteigen der Quecksilbersävle bewirken, die dadurch
in Berührung mit dem oberen Kontakt 73 des Thermostaten kommt. Daraus ergibt sich,
daß, wenn die Temperatur des zu beeinflussenden Raumes zuzüglich der Temperatur,
,die dem Thermostaten durch die HilfsheizvorrichtungF zugeführt wird, ausreichen,
um den Thermostatkontakt 73 zu schließen, - der Thermostat wegen der wiederholten
Zu- und Abfuhr der Hilfswärme jeäesmal, wenn das Relais durch das Schließen oder
Öffnen des Thermostatkontaktes erregt oder stromlos wird, hin und her schwankt.
Es ergibt sich ferner, daß jedesmal, wenn der obere Kontakt 63 des Relais D geschlossen
wird, das - Zweiwegeventil C betätigt wird, so daß dessen Bohrungen 53, 54 freigegeben
werden und daher Druckflüssigkeit dem Druckmittelmotor 15
zugeführt und die
Kläppe 13 so verstellt wird, daß die Zufuhr erwärmter Luft erhöht und die Zufuhr
nicht aufgeheizter Luft in die Verteilungsleitung r o zur Vertüilung im Raum A vermindert
wird. Ferner wird jedesmal, wenn das Relais D stromlos wird, der Ventilkegel 57
des Zweiweg@eventils C durch die Feder 58 in eine Lage gebracht, in welcher die
Bohrungen 53, 54 geschlossen sind und die Bohrung 59 freigegeben ist. In diesem
Falle tritt die Feder 19 des Druckmittelmotors 15 in Wirkung, wodurch
,ein Teil der Druckflüssigkeit aus dem Druckmittelmotor verdrängt wird, durch die
Leitung .55 austritt, über den Kanal 6o in die Bohrung 59 des Ziv-eiwegeventils
C fließt und von dort durch die Leitung 6 r in den Vorratsbehälter B zurückgelangt.
Die dem Druckmittelmotor 15 bei geöffneten Bohrungen 53, 54 des -Ventils
C zugeführte Flüssigkeitsmenge und die Menge der aus dem Druckmittelmotor
15 bei geöffneter Steuerventilbohrung 59 austretenden Flüssigkeit bestimmen
die Lage der Klappe 13 und damit die Mengen beheizter oder urbeheizter Luft, die
dem Kanal i o zur Veränderung der Temperatur des Raumes A zugeführt werden.
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Wenn z. B. die Schließzeit des Relais D länger ist als seine Öffnungszeit,
wird dem Druckmittel-Motor 15 mehr Druckflüssigkeit zugeführt, als von dort
zum Vorratsbehälter B zurückgefühz t wird. Dies hat eine Veränderung der Grundeinstellung
dem Klappe 13 im Sinne einer Erhöhung der Zufuhr erwärmter Luft zur Folge
und damit eine entsprechende Verminderung der Menge der zugefühTtem nicht aufgeheizten
Luft.. Wenn der Kontakt 63 des Relais D für länger geöffnet bleibt, als er geschlossen
ist, wird ein größerer Teil der Flüssigkeit aus,dem Druckmittelmotor 15 zurr
Vorratsbehälter B zurückgeführt, als dem Druckmittelmotor zugeführt wird, wodurch
eine Veränderung der Grundeinstellung der Klappe 13 in dem Sinne bewirkt
wird, daß die Menge der zugeführten beheizten Luft vermindert und die Menge der
der Verteilungsleitung r.o zur Förderung in den Raum A zugeführten nicht aufgeheizten
Luft entsprechend erhöht wird.
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Wenn die Temperatur des zu beeinflussenden Raumes A nicht ausreichend
ist, d. h. wesentlich unter - i 9° liegt, ist der volle Betrag 3° der Hilfswärme
erforderlich, um zu bewirken, daß die Quecksilbersäule 74 den oberen Kontakt 73
erreicht, um damit -das Relais D stromlos zu machen. Sobald das Relais D stromlos
ist und dadurch sein Kontakt 7 5 geöffnet wird, gibt die Hilfsh !eizvorrichtung
F sohnell ihre Wärme ab. Daraus ergibt sich, daß die Hilfsheizvorrichtung für das
Erreichen ihrer vollen Temperatur und-für das Schließen des oberen Kontaktes 73
durch die Quecksilbersäule länger braucht, als bei höheren Raumtemperaturen erforderlich
sein würde. In der Tat nimmt die öffnungszeit, während welcher die Relaiskontakte
geöffnet bleiben, bei ansteigender Raumtemperatur allmählich ab. Wenn die Raumtemperatur
auf etwa 22° ansteigt, sind die öffnüngs- und Schließzeiten des Relais D einander
im wesentlichen gleich. Daher wird auch durch das SteuerventilC dem Druckmittelmotor
15 ebensoviel Flüssigkeit zugeführt, wie aus dem Druckmittelmotor durch dieses
Ventil austritt, so daß die Klappe 13 ihre Lage nicht ändert. Wenn jedoch
die Temperatur des zu beeinflussenden Raumes über 22° ansteigt, wird die Schließzeit
des Relais D länger als die Öffnungszeit, was zur Folge hat, daß mehr Flüssigkeit
aus dem Druckmittelmotor 15 austritt, als diesem. zugeführt wird, so daß
die Drosselklappe 13 in der Richtung einer Verminderung der Warmluftmenge
und einer ent-,sprechenden Erhöhung der Menge urbeheizter Luft bewegt wird, -die
für die Aufrechterhaltung der Temperatur des Raumes A auf 22° erforderlich ist.
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Wenn die Temperatur des zu beeinflussenden Raumes A im wesentlichen
der BetrIebsienstellung des Thermostaten E entspricht, wird das Hin- und Herschwanken
des Thermostaten und des Zweiwegeventils auf Grund von kleinen Temperaturänderungen
in raschem Wechsel vor sich gehen. Umeine Veränderung der Lage der Klappe 13 auf
Grund der schnellen hin- und hergehenden Veränderungen am Thermostaten und im Zweiwegeventil
zu vermeiden, ist in die Druckleitung in der Nähe des- Druckmittelmotors eine Vorrichtung
G zur Verzögerung der Flüssigkeitsströmung zum und vom Druckmittelmotor eingeschaltet.
Diese Verzögerungseinrichtung hat nach Fig. 3 die Form eines Nadelventils mit einem
Gehäuse 8 r und einer Ventilnadel 82, die zur Veränderung eines zum Druckmittelmotor
führenden Kanals 83 verstellt werden kann. Das äußere Ende der Ventilnadel
82 ist mit einem Sclilitz 84 versehen, in den ein Schraubenzieher eingesetzt
werden kann, um das Ventil zu verstellen. Eine abnehmbare Kappe 85 umschließt das
äußere Ende dieser Ventilnadel. Die Nadel 82
kann so eingestellt werden, daß
dem Druckmittelmotor bei jeder Öffnungszeit des Thermostaten E nur geringe Mengen
Flüssigkeit zugeführt werden und daher eine Verstellung der Klappe 13 mit
langsamen Bewegungen erfolgt, um so zu ermöglichen,
daß sich die
Erhöhung oder Verminderung der zugeführter. Wärme in dem Ansprechendes Thermostaten
wiederspiegelt und gleichzentig weit ausschlagende Flatterbewegungen der Drosselvorrichtung
vermieden werden.