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Gasregelgerät mit Servodruckregler und hierdurch gesteuertem
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Hauptventil Die Erfindung betrifft ein Gasregelgerät gemäß Gattungsbegriff
des Anspruchs 1, wie es im Prinzip aus der Firmendruckschrift Honeywell Kompakt-Ventile
V4600/V8600 bekannt ist. Es dient der Steuerung der Gas zufuhr zu einem Brenner
für die Erwärmung von Heiz- oder Brauchwasser. Der Servodruckregler wird dort durch
ein besonderes Einschaltmagnetventil inganggesetzt und bei fehlendem Wärmebedarf
abgeschaltet. Der Servosteuerdruck arbeitet über eine Membran gegen die Kraft der
Schließfeder des Hauptventils.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Aufbau eines für derartige Zwecke
geeigneten Gasregelgerätes ohne Beeinträchtigung seiner Zuverlässigkeit zu vereinfachen.
Dies gelingt durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung. Sie erspart gegenüber
dem eingangs erwähnten Gasregelgerät ein besonderes Einschaltmagnetventil, indem
der Schaltantrieb unmittelbar auf den Drosselkörper des Membrandruckreglers einwirkt.
Ein in dieser Weise auf den Drosselkörper einwirkender, von einem temperaturabhängigen
Strom durchflossener Elektromagnet ist aus DE-AS 12 73 457 bekannt. Bei diesem bekannten
Gasdruckregler ist der den Gasstrom zum Brenner regelnde Schließkörper unmittelbar
an der Druckreglermembran befestigt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Sie wird nachstehend anhand zweier in den Zeichnungen wiedergegebener Ausführungsbeispiele
erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 ein Gasregelgerät mit einem Schaltantrieb
in Form eines Elektromagneten; Fig. 2 ein modulierendes Gasregelgerät, bei dem der
Ausgangsdruck in Abhängigkeit von einer Führungsgröße, üblicherweise einer gemessenen
Temperatur, veränderbar ist und darüberhinaus sowohl der Mindestgasdurchsatz als
auch der maximale Gasdurchsatz zum Brenner getrennt einstellbar sind 1rund Fig.
3 schematisch die Betriebskennlinie des Gasregelgerätes nach Fig. 2.
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Abweichend vom eingangs genannten Stand der Technik sind beide dargestellten
Gasregelgeräte derart aufgebaut, daß mit wachsendem Servosteuerdruck das Hauptventil
geschlossen wird. Das Ventil gehäuse 1 ist durch eine Trennwand 2 in eine Einlaßkammer
3 und eine Auslaßkammer 4 unterteilt. Der DurchlaB r in der Trennwand 2 ist auf
der der Einlaßkammer 3 zugewandten Seite als Ventilsitz 6 ausgestaltet, der mit
dem Schließkörper7des Hauptventils zusammenwirkt und den Gasdurchsatz vom Einlaß
3 zu einem an den Auslaß 4 angeschlossenen Brenner regelt.
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In Fig. 1 ist der Schließkörper 7 des Hauptventils über eine Stange
8 an der Hauptmembran 9 befestigt, welche die Einlaßkammer 3 gegenüber der Steuerdruckkammer
10 abdichtet. Vom Einlaß 3 gelangt über ein Filter 11 der Einlaßdruck einerseits
zu einem Zündbrenneranschluß 12 und; andererseits über eine Drossel 13 in die Steuerdruckkammer
10. An einem gehäusefesten Anschlag 14 stützt sich eine Schließfeder 15 ab, welche
den Schließkörper 7 in Richtung auf den Ventilsitz 6 drückt. Der Anschlag 14 dient
zugleich als Führung für die über einen Membranteller 16 mit der Membran 9 in Verbindung
stehende Ventilstange 8.
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Eine weitere Trennwand 17 weist einen Durchlaß 18 auf, über den die
Steuerdruckkammer 10 mit einer Gehäusekammer 19 in Verbindung steht. Diese ist über
einen Kanal 20 an die Auslaßkammer 4 angeschlossen. Auf der der Trennwand 17 gegenüberliegenden
Seite
wird die Kammer 19 durch die Druckreglermembran 21 verschlossen,
an deren Membranteller 22 ein Drosselkörperträger 23 befestigt ist. Er trägt einen
Doppeldrosselkörper, bestehend aus einem Regelkörper 24 und einem Schließkörper
25, welche mittels eines durch die Öffnung 18 hindurchragenden Schafts 26 miteinander
verbunden sind. Auf de teuerdruckkammer 10 zugewandten Seite bildet der Durchlaß
18 einen Ventilsitz 27, während auf der gegenüberliegenden Seite ein Ventilsitz
28 vorgesehen ist. Eine Feder 29 verhindert ein Haften des Schließkörpers 25 am
Ventilsitz 28. Ihre entlastete Federlänge ist 0,2 - 0,3 mm höher als der Ventilsitz.
Eine Einstellfeder 30 übt eine in Schließrichtung des Schließkrörpers 25 wirksame
Kraft auf den Drosselkörperträger 23 aus. Die Größe dieser Kraft und damit der Sollwert
des Druckreglers läßt sich mittels einer Einstellschraube 31 vorgeben.
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Auf das Gehäuse 1 aufgesetzt ist ein elektromagnetischer Schaltantrieb
mit einer Erregerspule 32, einem Anker 33 und einem Gehäuse 34. Am Ankerstift 35
greift über einen Bund 36 eine Feder 37 an, welche den Ankerstift 35 in Richtung
auf den Drosselkörperträger 23 zu drücken sucht. In der gezeigten Schaltlage ist
die Spule 32 stromdurchflossen und der Anker 33 angezogen. Er liegt mit seiner der
Membran 21 abgewandten Stirnseite an einem festen Magnetkern 38 an, der am Gehäuse
34 befestigt ist. In dieser Schaltlage kann sich die Membran 21 mit dem Drosselkörperträger
23 frei bewegen. Ist die Spule 32 hingegen nicht erregt, so drückt die Feder 37
den Ankersti.ft 35 gegen den Drosselkörperträger 23 und damit den Schließkörper
25 gegen den Ventilsitz 28. Der Durchlaß 18 ist damit geschlossen.
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Bei stromlosem Magnetantrieb 32 und somit geschlossenem Durchdaß18
baut sich über die Drossel 13 in der Steuerdruckkammer 10 dermaximal erreichbare
Steuerdruck auf, welcher ungefähr dem Einlaßdruck entspricht. Dieser Steuerdruck
wird noch unterstützt durch die Kraft der Feder 15 und drückt denSchließkörper 7
gegen den Ventilsitz 6 des Hauptventils. Damit ist die Gaszufuhr über den Auslaß
4 zum Brenner gesperrt. Wird
nunmehr die Spule 32 eingeschaltet
und zieht der Anker 33 an, so gibt er den Drosselkörperträger 23 frei. Das Gasregelgerät
nimmt dann die dargestellte Lage ein. Beim offenen des Ventils 25,28 strömt ein
Teil des in der Kammer 10 herrschenden Steuerdrucks über den Kanal 20 zum Auslaß
4. Der Steuerdruck in der Kammer 10 vermindert sich somit, so daß der unterhalb
der Membran 9 wirksame Eingangsdruck die Kraft der Feder 15 überwinden und den Schließkörper
7 vom Sitz 6 abheben kann. Gas strömt somit vom Einlaß 3 zum Auslaß 4 und von dort
zu einem nicht dargestellten Brenner. Die Stellung des Drosselkörpers 24 in Bezug
auf den Ventilsitz 27 und damit der Grad der Öffnung des Druckregelventils ist bestimmt
durch das Kraftgleichgewicht zwischen den auf die Membran 21 einwirkenden Kräften.
In Öffnungsrichtung des Ventils 24,27 ist die Einstellfeder 30 wirksam, welche den
Sollwert des Steuerdrucks und damit des Durchsatzes vorgibt. In Gegenrichtung ist
der über den Kanal 20 der Kammer 19 zugeleitete Auslaßdruck wirksam. Nimmt der AuslaBdruck
ab, so drückt die Einstellfeder 30 den Drosselkörperträger 23 weiter nach unten
gibt somit mit dem Drosselkörper 24 einen größeren Durchlaßquerschnit im Durchlaß
18 frei. Der Steuerdruck in der Kammer 10 sinkt, weil er über den Kanal 20 zum Auslaß
hin entweichen kann. Folglich kann der auf der Unterseite der Membran 9 wirksame
Einlaßdruck die Membran weiter nach oben bewegen und damit den Schließkörper 7 weiter
vom Ventilsitz 6 abheben. Dies bedeutet eine Erhöhung des Gasdurchsatzes und damit
eine Zunahme des Auslaßdruckes in Richtung auf den Sollwert.
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Wird die Erregerspule 32 abgeschaltet, so drückt die Feder 37 den
Ankerstift 35 gegen den Drosselkörperträger 23 und den Schlteßkörper 25 gegen den
Sitz 28. Damit ist die ursprüngliche Ausgangsstellung wieder erreicht, in welcher
der Steuerdruck in der Kammer 10 seinen maximalen Wert annimmt und das Hauptventil
6,7 schließt. Anstelle des gezeigten elektromagnetischen Schaltantriebs kann auch
ein anderer Schaltantrieb, beispielsweise ein Bimetallantrieb, ein von einem Ausdehnungsfühler
gesteuerter Antrieb oder dergleichen zur Ein- bzw. Ab-
schaltung
des Druckreglers dienen.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 wird der Sollwert des Druckreglers
nicht fest eingestellt sondern durch eine Führungsgröße, beispielsweise die Kesselwassertemperatur
eines Heizkessels vorgegeben. Außerdem sind Einstellmittel sowohl für einen minimalen
als auch für einen maximalen Gasdurchsatz vorgesehen. Darüberhinaus ist die Antriebsmembran
des Hauptventils zugleich Teil des Hauptventil-Schließkörpers. Soweit die in Fig.
2 dargestellten Bauteile mit denjenigen gemäß Fig. 1 übereinstimmen sind gleiche
Bezugszeichen verwendet; sie werden nicht nochmals erläutert.
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Als Antriebsmembran für das Hauptventil dient hier eine Rollmembran
40, deren Membranteller 41 topfförmig gestaltet ist.
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Mit der Außenseite des Topfbodens bildet die Rollmembran zugleich
den Schließkörper 42 des Hauptventils, während sich auf der Innenseite die Schließfeder
15 abstützt. Die erste Einstellfeder 30 liegt an einem ersten Absatz 43 des Drosselkörperträgers
23 an, während sich gegen einen zweiten Absatz 44 eine zweite Einstellfeder 45 legt.
Sie ist an einem Zwischenhebel 46 befestigt, der um eine Achse 47 schwenkbar ist.
Das Achslager für die Achse 47 wird durch zwei Laschen 48 gebildet,die Teile des
übertragungshebels 49 sind. Dieser ist um eine gestellfeste Achse 50 schwenkbar.
Er steht unter der Kraft einer Rückstellfeder 51, während dieser entgegenwirkend
ein Stößel 52 vorgesehen ist, dessen oberes Ende an einem zweiten über tragungshebel
53 anliegt. Dieser ist ebenfalls um eine gestelifeste Achse 54 schwenkbar und steht
unter dem Einfluß des Ausgangsstößels 55 einer Membrankapsel 56. An diese ist ein
Ausdehnungstemperaturfühler 57 angeschlossen. Durch eine Feder 58 wird die Membrankapsel
56 gegen ein mittels eines Einstellknopfes 59 verstellbares Einstellager 60 gedrückt.
Hiermit kann der Sollwert der vom Fühler 57 gemessenen Kesselwassertemperatur eingestellt
werden. Am zweiten Ubertragungshebel 53 ist ferner eine Blattfeder 61 befestigt,
welche am Stößel 62 eines Schalters 63 anliegt. Der Ruhekontakt 64 des Schalters
63 ist
mit dem Arbeitskontakt 65 eines Raumthermostaten in Reihe
zwischen eine: Spannungsquelle 66 und die Erregerspule 32 des Elektromagneten 32,
33 eingeschaltet.
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Auf die zweite Einstellfeder 45 wirkt ferner über eine Feder 67 und
einen Stößel 68 eine Einstellschraube 69 ein, mit deren Hilfe der maximale Gasdurchsatz
durch das Hauptventil eingestellt werden kann. Zur Vorgabe des Mindestdurchsatzes
dient die Einstellschraube 31.
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Der Druckregler mit Membran 21 und Doppeldrosselkörper 24,25, 26 arbeitet
mit dem Hauptventil, bestehend aus Schließkörper 42 und Ventilsitz 6 in der gleichen
Weise zusammen wie zuvor anhand von Fig. 1 beschrieben. Auch der elektromagnetische
Schaltantrieb hat die gleiche Funktion. Sobald der Thermostatkontakt 65 schließt,
wird die Spule 32 vom Strom durchflossen und zieht den Anker 33 in die aus der Zeichnung
ersichtliche Betriebslage an. Der Drosselkörperträger 23 kann sich dann frei bewegen.
Er steht, wie erwähnt, nicht nur unter dem Einfluß einer ersten Einstellfeder 30,
sondern darüberhinaus auch noch unter der Krafteinwirkung einer zweiten Einstellfeder
45.
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In der gezeigten Schaltlage drückt die Feder 51 den Ubertragungshebel
49 im Gegenuhrzeigersinn, so daß der Zwischenhebel 46 an dem als Anschlag 70 ausgebildeten
abgewinkelten freien Ende des Ubertragungshebels 49 anliegt. Da die zweite Einstellfeder
45 gegen den Stößel 68 gedrückt wird, übt ihr freies rechtes Ende eine Kraft in
Richtung des Pfeiles 71 auf den Drosselkörperträger 23 aus. Dieser wird somit gegen
den in der Kammer 19 wirksamen AuslaB-druck nach unten gedrückt. Damit wird der
in der Steuerkammer 10 herrschende Steuerdruck über den Kanal 20 zum Auslaß hin
abgbaut,und das Hauptventil 42,6 öffnet, weil der unterhalb seiner Membran 40 wirksame
Einlaß druck praktisch nur gegen die Kraft der Schließfeder 15 wirkt. In der Betriebskennlinie
gemäß Fig. 3 entspricht dies dem maximalen Auslaßdruck P, wie er bei niedrigen Temperaturen,
also beispielsweise bei Einschaltung des Brenners, herrscht. Steigt die vom Fühler
57 gemessene
Temperatur und überschreitet im Punkt A der Kennlinie
die vom Stößel 55 über den zweiten Ubertragungshebel 53 und den Zwischenstößel 52
auf den ersten Ubertragungshebel 49 einwirkende Kraft im Uhrzeigersinn diejenige,
die von der Feder 51 im Gegenuhrzeigersinn ausgeübt wird, so schwenkt der Stößel
55 allmählich den zweiten Ubertragungshebel 53 im Uhrzeigersinn. Diese Bewegung
wird durch den Zwischenstößel 52 auf den ersten Ubertragungshebel 49 übertragen,
so daß auch dieser eine Bewegung im Uhrzeigersinn ausführt.
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Damit verringert sich der Druck, den der Anschlag 70 auf die zweite
Einstellfeder 45 im Gegenuhrzeigersinn ausübt.
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Der Steuerdruck P nimmt ab, weil mit der Verschiebung des Stößels
68 nach unten die von der Feder 67 ausgeübte Kraft und somit auch die auf den Ansatz
44 des Drosselkörperträgers 23 einwirkende Kraft verringert wird. Im Punkt A der
Betriebskennlinie ist der Beginn des Modulationsbereichs M erreicht. Nunmehr wird
die auf den Ansatz 44 des Drosselkörperträgers 23 ausgeübte Kraft der Einstellfeder
45 in erster Linie durch die Federkraft der Einstellfeder 67 bestimmt. Je härter
diese Feder ist, umso steiler verläuft die Kennlinie. In Fig. 3 entspricht der gestrichelt
eingezeichnete Kurventeil A'B der Verwendung einer härteren Feder 67 und der Kurventeil
A"B einer weicheren Feder 67 als im Fall AB. Schließlich ist im Punkt B die Feder
67 völlig entspannt und übt keine Kraft mehr auf die zweite Einstellfeder 45 aus.
Diese wird somit wirkungslos. Auf den Drosselkörperträger 23 wirkt nur noch die
erste Einstellfeder 30 ein, deren Vorspannung mit Hilfe der Einstellschraube 31
vorgegeben werden kann. Damit ist im Punkt B der Kennlinie der minimale Ausgangsdruck
des Gasregelgerätes erreicht. Selbst wenn die Temperatur weiter ansteigt, bleibt
dieser minimale Ausgangsdruck bis zum Punkt C erhalten. Erst wenn bei weiterem Anstieg
infolge Schwenkbewegung des zweiten übertragungshebels 53 die an diesem befestigte
Blattfeder 61 über den Schalterstößel 62 den Kontakt des Tempe-.
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raturgrenzschalters 63 öffnet, wird die Spule 32 stromlos und die
Feder 37 blockiert
über den Anker 33 den Drosselkörperträger 23.
Dabei wird das Ventil 25,28 geschlossen; es baut sich erneut der maximale Steuerdruck
in der Kammer 10 auf und schließt das Hauptventil 42,6.
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Sinkt die vom Fühler 57 gemessene Temperatur unter den Ansprechwert
des Schalters 63abfsoschließt nach Durchlauf des Schaltdifferentials S im Punkt
D erneut der Kontakt 64 und legt die Erregerspule 32 an Spannung. Damit kann sich
der Drosselkörperträger 23 wieder frei bewegen, wobei infolge der durch die Temperatur
auf den Ubertragungshebel 49 im Uhrzeigersinn wirksamen Kraft nur die erste Einstellfeder
30 wirksam ist. Damit strömt erneut die Mindesgasmenge durch den Auslaß 4 zum Brenner.
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Sinkt trotz dieser Gaszufuhr die Temperatur weiter ab, so schwenkt
die Feder 51 den Obertragungshebel 49 im Gegenuhrzeigersinn,bis sich die zweite
Einstellfeder 45 erneut gegen den Stößel 68 legt und die Feder 67 wirksam wird.
In Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur stellt sich der Ausgangsdruck P auf
einen Wert im Bereich M zwischen den Punkten A und B der Kennlinie ein.
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Stellt der Raumtemperaturfühler einen Anstieg der Raumtemperatur über
den Sollwert fest, so öffnet er seinen Arbeitskontakt wird 65. Damit die weitere
Gaszufuhr in der gleichen Weise gesperrt, wie dies zuvor in Verbindung mit dem öffnen
des Übertemperaturkontakts 64 erläutert worden ist.