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Durchflußregelvorrichtung für Strömungsmittelleitungen Die Erfindung
betrifft eine Durchflußregelvorrichtung für Strömungsmittelleitungen, bei welcher
in einem Gehäuse ein Drosselstück aus elastischem Material vorgesehen ist, das sich
in Abhängigkeit von dem jeweiligen Flüssigkeitsdruck der Form der ringförmigen Stirnfläche
eines ihm nachgeschalteten festen Sitzes anpassen kann und zusammen mit diesem denQuerschnitt
derAustrittsöfEnung aus dem Gehäuse bestimmt und die dazu dient, einen konstanten
Strömungsmittelstrom in der Leitung zu gewährleisten.
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Es ist ein von außen einstellbares Durchflußregelventil bekannt, bei
dem das am Ende eines Ventilschaftes angeordnete, im wesentlichen zylindrische Verschlußstück
an seiner freien Stirnfläche hohlkonisch ausgebildet ist. Der Ventilsitz ist entsprechend
konisch ausgebildet. Das Verschlußstück besteht daher aus einem elastisch verformbaren
Material.
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Es sind aber auch schon Durchflußregelvorrichtungen bekannt, bei denen
sich ein elastisch verformbarer Teil in Abhängigkeit von dem jeweiligen Flüssigkeitsdruck
in der Leitung verformen kann, um bei steigendem Druck den Durchflußquerschnitt
zu verkleinern. Bei einer bekannten Vorrichtung ist zu diesem Zweck eine elastische
ringförmige Scheibe merklicher Dicke vorgesehen, deren zentrale Bohrung mit der
Zufluß- und der Abflußleitung fluchtet und den Durchflußquerschnitt bestimmt. Der
Flüssigkeitsdruck kann frei auf die Stirnflächen der Scheibe einwirken und diese
mehr oder weniger ausbiegen. Dabei verengt sich die zentrale öffnung im Bereich
der Stirnfläche der Scheibe, auf die der größere Druck einwirkt. Da die Scheibe
schon nach geringer Drucksteigerung diejenige ausgebogene Stellung einnimmt, in
welcher der Durchflußquerschnitt seinen kleinsten Wert annimmt, ist der Regelbereich
dieser bekannten Vorrichtung nur sehr klein. Außerdem ist die maximale Querschnittsverengung
nur gering. Weiterhin ermüdet das Material des Ringes sehr rasch, so daß eine genaue
Regelbarkeit über längere Betriebszeiten nicht möglich ist.
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Bei einer anderen bekannten Vorrichtung ist als Drosselstück aus elastischem
Material eine Membran in einem Gehäuse angeordnet, und zwar derart, daß sich diese
infolge des auf ihr lastenden Flüssigkeitsdruckes ausbiegen kann und bei anwachsendem
Flüssigkeitsdruck von ihrer normalen ebenen Form in eine mehr gewölbte Form übergehen
kann, welche im einzelnen durch die vorbestimmte Form eines ihr in Strömungsrichtung
nachgeschalteten festen Sitzes bestimmt wird. Bei dieser bekannten Vorrichturig
wird die Durchflußmenge also im wesentlichen durch die Ausbiegungscharakteristik
der Membran im Zusammenwirken mit dem festen Sitz bestimmt. Bekanntlich ist die
Ausbiegung von Membranen relativ schwer zu berechnen. Aus diesem Grunde ist eine
genaue Voraussage über die Regelcharakteristik der bekannten Vorrichtung praktisch
unmöglich, da die Abhängigkeit der Ausbiegung von den Druckkräften nicht linear
ist. Außerdem erreicht eine Membran relativ schnell das Maximum ihrer Ausbiegung,
so daß diese bekannte Vorrichtung ebenfalls nur innerhalb eines relativ schmalen
Druckbereiches eine ausreichende Regelungsmöglichkeit bietet.
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Die Erfindung geht von der zuletzt genannten bekannten Anordnung aus
und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Durchflußregelvorrichtung zu schaffen,
deren Regelcharakteristik mit großer Genauigkeit vorausbestimmt werden kann und
die diese Charakteristik über lange Betriebszeiten unverändert beibehält.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Drosselstück
unter dem Flüssigkeitsdruck zusammendrückbar, aber nicht ausbiegbar und die Stirnfläche
des Sitzes von einer symmetrischen, diametral angeordneten Auskehlung gebildet ist.
Im
Gegensatz zu der relativ unübersichtlichen Abhängigkeit zwischen der Auslenkung
einer Membran und der Größe der auf diese einwirkenden Druckkräfte ist die elastische
Deformierbarkeit eineslediglich zusammendrückbaren Drosselstückes über weite Druckbereiche
praktisch linear. Außerdem ist der Deformierbarkeit eines derartigen Drosselstückes
keine so enge Grenze gesetzt wie der Auslenkung einer Membran. Die Regelvorrichtung
gemäß der Erfindung ist daher über einen merklich größeren Druckbereich anwendbar.
Die Vorausberechnung der Regelcharakteristik- ist außerordentlich einfach, da zu
dieser Berechnung lediglich die elastischen Eigenschaften des Drosselstückes berücksichtigt
werden müssen. Außerdem gestaltet sich wegen der linearen Abhängigkeit zwischen
Deformierbarkeit und Druckkräften die Herstellung der die Durchflußmenge bestimmenden
Flächenelemente an der Stirnfläche des dem Drosselstück nachgestalteten Sitzes bei
der Vorrichtung gemäß der Erfindung außerordentlich einfach.
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Die Erfindung wird an Hand schematischer Zeichnungen an -mehreren
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt einen axialen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Durchflußregelvoxrichtung;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht des nachgiebigen Drosselstückes und des ihm zugeordneten
Sitzteils, die Bestandteile der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung bilden; Fig.
3 zeigt das Sitzteil nach Fig. 2 im Grundriß; Fig. 4 zeigt einen axialen Schnitt
durch ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Durchflußregelvorrichtung;
Fig. 5 ist eine Unteransicht der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung; Fig. 6 ist ein
Schaubild der Strömungs- bzw. Durchflußcharakteristik und zeigt die Form eines Sitzes
für ein Drosselstück, wobei diese Form der Durchflußkurve überlagert ist.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig.1 weist ein etwa rohrförmiges Gehäuse
1 auf, mit einer Einlaßbohrung 2 und einer Bohrung 4 mit Innengewinde zur Aufnahme
eines Sitzteils 5. Das Sitzteil 5 hat eine Auslaßbohrung 6. An die Einlaß- und Auslaß-
, Bohrungen können Rohrleitungen angeschlossen werden. In dem Gehäuse 1 ist eine
ringförmige Schulter 7 ausgebildet, und zwischen dieser Schulter und der ringförmigen.
Sitzfläche 9 des Ventilsitzteils 5 ist ein Drosselstück 8 angeordnet. Am Umfang
; des Drosselstückes 8 sind fünf Rippen 10 in gleichmäßigen Abständen verteilt,
um das Bauteil 8 innerhalb des Gehäuses zu zentrieren. Eine Unterlegscheibe 12 dient
dazu, zwischen der Schulter 7 und der Fläche 9 einen axialen Abstand aufrechtzuerhalten,
der ausreicht, um eine unbehinderte Drehbewegung des nachgiebigen Teils B zu ermöglichen.
Das Teil 8 besteht aus nachgiebigem Material.
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Die Sitzfläche 9 (Fig. 1) wird von einer Auskehlung gebildet, deren
Flächenteile unter einem vorbestimmten Winkel geneigt sind, der sich nach der für
einen bestimmten Anwendungsfall gewünschten Durchflußcharakteristik richtet. Die
Flächen 29, 30, 32 und 33 entsprechen annähernd der Form der in Fig. 6 wiedergegebenen
Kurve 50. Der Abschnitt t 30 der Fläche 9 ist gegenüber der Querachse 31 der Vorrichtung
unter einem sehr kleinen Winkel geneigt. Die Neigung der Fläche 29 ist größer als
diejenige der Fläche 30, die Neigung der Fläche 32 ist noch größer, und die Fläche
33 des Mittelschlitzes ist unter einem noch größeren Winkel angeordnet. Beispielsweise
verläuft die Fläche 30 unter dem Winkel 35 zu der Querachse 31, die Fläche 29 verläuft
unter einem Winkel 36, die Fläche 32 verläuft unter einem Winkel 37, und
die Fläche 33 des Schlitzes verläuft unter einem Winkel 38. Diese Winkel
sind im Hinblick auf die gewünschte Durchflußcharakteristik sorgfältig vorausberechnet.
Da das Drosselstück 8 eine vergleichsweise große Dicke besitzt, und da Gummi über
einen erheblichen Beanspruchungsbereich hinweg eine lineare Kompressionscharakteristik
aufweist, läßt sich die Änderung des Durchflusses zwischen der Fläche 40 des Teils
8 und der dieser gegenüberliegenden Sitzfläche 9 sehr genau kontrollieren. Ferner
kann man bei der Berechnung der genannten Winkel die nichtlineare Zusammendrückung
von Gummi oder einem anderen nachgiebigen Material innerhalb besonders großer Druck-Bereiche
berücksichtigen. Ein auf die Stirnseite 41 des Teils 8 wirkender Strömungsmitteldruck
drückt das Gummiteil gegen die Sitzfläche 9, wodurch die Durchströmöffnung zwischen
der Sitzfläche und dem Teil 8 verkleinert wird. Die vordere Stirnseite 43 des Teils
8 ist glatt, um eine Verwirbelung der Strömung zu vermeiden. Ein Fortsatz 46 dient
zum Zentrieren des Drosselstückes und trägt außerdem zu einem glatten Verlauf der
Durchflußcharakteristik und zur Vermeidung einer Verwirbelung bei.
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Wenn die Vorrichtung in Richtung des Pfeils 49 durchströmt wird, wird
das Teil 8 durch den Strömungsmitteldruck verformt, derart, daß es sich dem Ventilsitzteil9
anpaßt. Durch diese Verformung wird die COffnung zwischen der Fläche 40 und dem
Ventilsitzteil9 verengt und damit die Strömungsgeschwindigkeit beeinflußt. Die Größe
der Durchflußöffnung richtet sich nach dem auf die Oberseite 41 des Bauteils 8 wirkenden
Druck. Da die Zusammendrückbarkeit von Gummi im allgemeinen linear ist, ändert sich
auch das Ausmaß der Verkleinerung der COffnung zwischen der Fläche 40 und der Fläche
9 linear, und zwar in Abhängigkeit von der Gestalt der Fläche 9. Bei Nachlassen
des Strömungsmitteldruckes hebt sich das Bauteil 8 von dem Sitz 9 ab. Das Drosselstück
zeigt dabei das Bestreben, sich zu drehen, wenn es beim erneuten Einsetzen der Strömung
in Richtung des Pfeils 49 an den Sitz 9 angedrückt wird.
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Fig.4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße
Durchf lußregelvorrichtung. Nachfolgend sind Teile, die entsprechenden Teilen des
vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels ähneln, jeweils mit den dort
verwendeten Bezugsziffern gekennzeichnet. Das Drosselstück 8 und die Sitzfläche
9 sind im wesentlichen ebenso ausgebildet wie die entsprechenden Elemente des Ausführungsbeispiels
nach Fig. 1 bis 3.
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Das zweite Ausführungsbeispiel weist ein hohles Ventilgehäuseteil
51 mit einer Auslaßbohrung 52 an einem Ende auf, die bei 53 mit einem Innengewinde
zur Aufnahme des Endes einer Rohrleitung versehen ist. Das Gehäuseteil
51 ist bei 54 mit einem Außengewinde versehen, um eine überwurfmutter 55
aufzunehmen, und innerhalb des Gehäuseteils 51 ist eine Schulter 56 ausgebildet,
an die sich ein Ventilsitzteil 57 anlegen kann, das innerhalb des hohlen Gehäuses
51 eine Trennwand bildet
und eine Bohrung 27 aufweist, sowie eine
ebene Fläche 58, die sich an der Schulter 56 abstützt. Zwischen dem Ventilsitzteil57
und der Unterseite 62 eines Anschlußstückes 63 sind ein Beilegring 20 und ein Abstandsring
60 angeordnet.
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Das Anschlußstück 63 hat eine Schulter 14, an der eine entsprechende
Schulter 15 der überwurfmutter 55 angreift. Letzteres wird gegen einen Beilegring
16 angezogen, der zwischen einem Ende 17 des Ventilgehäuses 51 und einer Schulter
18 des Anschlußstücks 63 liegt. Das Anschlußstück 63 ist bei 23 durchbohrt, und
in dieser Bohrung ist ein Innengewinde 24 zur Aufnahme des Endes einer Rohrleitung
vorgesehen. Das untere Ende 25 des Abstandsrings 60 greift an einem nach außen ragenden
Flansch 26 des Ventilsitzteils 57 an, um dieses fest gegen die Schulter 56 zu drücken.