-
Die Erfindung betrifft einen Druckstoßdämpfer für Flüssigkeitsleitungen,
bestehend aus einem in die Leitung einsetzbaren Gehäuse, aus einer mit ihren Enden
druckdicht in dem Gehäuse befestigten elastischen Membran, vorzugsweise einer Schlauchmembran,
die mit der Gehäusewand eine ein Druckgas enthaltende Kammer begrenzt, und aus einem
die Membran von innen abstützenden durchlochten Membranträger, der von der Flüssigkeit
durchströmt wird und dessen Wandöffnungen durch Abdeckelemente gegen ein Eindringen
der Membran bei niedrigem Flüssigkeitsdruck geschützt sind.
-
Druckstoßdämpfer für Flüssigkeitsleitungen sind in verschiedenen Ausführungsformen
bekannt. Insbesondere ist es bekannt (USA.-Patentschriften 2 712 831 und 2 861595),
die Druckstoßdämpfer aus einem in die Leitung einsetzbaren Gehäuse aufzubauen, bei
dem eine mit ihren Enden druckdicht in dem Gehäuse befestigte Schlauchmembran vorgesehen
ist, die mit der Gehäusewand eine ein Druckgas enthaltende ringförmige Kammer begrenzt,
wobei die Schlauchmembran von innen über einen durchlochten Membranträger abgestützt
ist, der von der Flüssigkeit durchströmt wird. Ferner ist es bekannt (USA.-Patentschriften
2 841181 und 1845 951), zur Vermeidung des Eindringens der Schlauchmembran in die
im Membranträger vorgesehenen Wandöffnungen die Schlauchmembran bei gereihter Anordnung
über eine in Längsrichtung des zylindrischen Membranträgers auf diesen aufgesetzte
und mit Durchbrechungen versehene Kappe zu schützen oder den Membranträger mit einem
Siebblech oder Drahtgewebe als Abstandselement zu umgeben. Auch ist ein Druckstoßdämpfer
bekanntgeworden (USA.-Patentschrift 3 095 013), bei dem in einem Hohlkörper einseitig
eine aufblähbare Blase befestigt ist, der ein zentrales, in diese hineinragendes
Zuführungsrohr zugeordnet ist. Dieses Zuführungsrohr ist mit Radialbohrungen versehen
und weist umfangsseitig Ausnehmungen auf, die durch , eine Schraubenfeder abgedeckt
sind. Hier dient die Schraubenfeder im wesentlichen als Verteilungseinrichtung und
Sieb. Bei Druckstoßdämpfern anderer Bauart (deutsche Patentschrift 972 205) ist
es bekannt, in einem Zylinder einen zwischen den , beiden Druckmitteln verstellbaren
Schwimmkörper oder eine Blase anzuordnen und im Bereich zumindest eines der Austritte
einen federnd ausgebildeten Abstandshalter anzuordnen, damit durch die Schwimmkörper
der Austritt bzw. der Eintritt nicht verschließbar ist.
-
Nachteilig bei allen bekannten Ausführungsformen von Druckstoßdämpfern
ist insbesondere, daß zur Druckstoßdämpfung die einzelnen Bohrungen oder Ausnehmungen
als Drosselbohrungen mit unveränderbarem Durchtrittsquerschnitt ausgebildet sind.
Das führt bei den bekannten Druckstoßdämpfern für Flüssigkeitsleitungen zu einer
erheblichen Trägheit, die sich vor allem bei geringem Druck in den Flüssigkeitsleitungen
und bei einer hohen Frequenz der Druckimpulse in nachteiliger Weise bemerkbar macht.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckstoßdämpfer so
zu gestalten, daß hohe, in den Flüssigkeitsleitungen entstehende Druckstöße sicher
aufgenommen und ferner Druckimpulse bis zu einer Frequenz von 500 000 pro Stunde
oder mehr, wie sie durch arbeitende Ventile oder Pumpen hervorgerufen werden, einwandfrei
gedämpft werden. Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Druckstoßdämpfer der eingangs
erwähnten Art, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die die Wandöffnungen des Membranträgers
schützenden Abdeckelemente als in Umfangs- oder Längsnuten an der Außenseite des
Membranträgers angeordnete schraubenförmig gewendelte oder gerade Federstahldrähte
von kreisförmigem Querschnitt oder als Federdrahtringe ausgebildet und mit seitlichem
Spiel in diese Umfangs-oder Längsnuten des Membranträgers an der Innenseite der
Schlauchmembran anliegend eingesetzt sind. Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung
ist an der Außenseite des Membranträgers eine schraubenlinienförmig durchgehende
Umfangsnut mit quadratischem Querschnitt ausgebildet und in dieser ein normalerweise
den Grund der Umfangsnut nicht berührender schraubenförmig gewendelter Federstahldraht
eingesetzt. Bei den beschriebenen Ausführungsformen können die Federstahldrähte
wenigstens endseitig von Ringansätzen mit derartigem radialem Spiel umgeben sein,
daß eine in radialer Richtung begrenzte Gleitbewegung der Federstahldrähte erzielbar
ist. Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist der Drahtdurchmesser der Federstahldrähte
größer als die Breite der als Schlitze ausgebildeten Wandöffnungen des Membranträgers.
Ferner kann der Membranträger endseitig nicht von einem Federstahldraht abgedeckte
Wandöffnungen für den freien Durchfluß des Druckmittels vom Innenraum des Membranträgers
zu dem Ringspalt zwischen diesem und der Schlauchmembran aufweisen. Bei der Ausführungsform
mit geraden Federstahldrähten können diese mittels sie umgebender Bänder oder Hülsen
in den Längsnuten gehalten sein.
-
Die durch die Erfindung erzielten Vorteile sind vor allem darin zu
sehen, daß über die Federstahldrähte bzw. Federdrahtringe im Bereich der Durchtrittsöffnungen
ein ventilartiges Arbeiten herbeiführbar ist. Das führt im Endergebnis dazu, daß
praktisch eine automatische Anpassung des Dämpfungseffektes an die Größe des Druckimpulses
einerseits und an deren Frequenz andererseits bei einfachstem Aufbau erzielbar ist.
Die nachteilige Trägheit der bekannten Druckstoßdämpfer wird somit vermieden. Insbesondere
ist der erfindungsgemäße Druckstoßdämpfer in der Lage, den erforderlichen Dämpfungseffekt
auch dann herbeizuführen, wenn hohe Druckimpulse mit hoher Frequenz in der Flüssigkeitsleitung
auftreten.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigt F i g. 1 eine Seitenansicht auf einen erfindungsgemäßen Druckstoßdämpfer,
teilweise im Schnitt; F i g. 2 bis 4 zeigen in einem Ausschnitt aus der F i g. 1
die verschiedenen Betriebsstellungen eines Federstahldrahtes; F i g. 5 zeigt einen
Teilschnitt einer anderen Ausführung eines Druckstoßdämpfers, F i g. 6 einen Querschnitt
gemäß der Linie 6-6 in F i g. 5 und F i g. 7 einen Querschnitt gemäß der Linie 7-7
in Fig. 5.
-
Der Druckstoßdämpfer 10 weist ein zylindrisches Gehäuse 12 auf, in
das endseitig Anschlußstücke 14, 16 mittels Gewindes 18 eingeschraubt sind. Zwischen
dem Gehäuse 12 und dem Anschlußstück 14 ist eine O-Ringdichtung 20 eingesetzt.
Die
Anschlußstücke 14, 16 besitzen endseitig reduzierte Durchmesser 22, 24 und sind
in diesem Bereich mit Ein- und Austrittskanälen 26, 28 für die Flüssigkeit versehen.
Das Gehäuse 12, die Anschlußstücke 14, 16 sowie eine in dem Gehäuse
12 angeordnete Schlauchmembran 36 begrenzen eine ringförmige Kammer
34, die Luft oder ein inertes Gas, wie Stickstoff, enthält. Die Schlauchmembran
36 ist so elastisch, daß sie beim Dehnen und Zusammenziehen keine Falten wirft.
Zur Verbindung der Schlauchmembran 36 mit dem Anschlußstück 14 ist ein rohrstutzenähnliches
Verbindungsglied 38 vorgesehen, welches eine O-Ringdichtung 42 trägt
und von einer Bohrung 40 in dem Anschlußstück 14 aufgenommen wird.
Die Befestigung der Schlauchmembran 36 an dem Ringansatz 52 des Verbindungsgliedes
38 erfolgt mittels eines Spannbandes 54. Die gleiche Anordnung ist auf der in den
Figuren nicht im Schnitt gezeigten anderen Seite des Druckstoßdämpfers 10 getroffen,
um die Schlauchmembran 36 an dem Anschlußstück 16 zu befestigen.
-
Als Membranträger 60 ist ein Hohlzylinder, der von der Schlauchmembran
36 umgeben ist, in das Verbindungsglied 38 mittels eines Gewindes 61 eingeschraubt.
Der Membranträger 60 weist außen eine im Querschnitt rechteckige und schraubenlinienförmig
verlaufende Umfangsnut 62 auf, die sich gewindeähnlich über seine gesamte Oberfläche
erstreckt und mit einer Vielzahl von Wandöffnungen 64, z. B. mit Schlitzen, versehen
ist, die eine Verbindung zwischen dem Innenraum 50 und der Umfangsnut 62 herstellen.
Innerhalb der Schlauchmembran 36 erstreckt sich koaxial zu dieser und
zu
dem Membranträger 60 ein gewendelter Federstahldraht 70, welcher
im wesentlichen von der Umfangsnut 62 aufgenommen wird. Die Enden des Federstahldrahtes
70 sowie die einzelnen Windungen können sich in der Umfangsnut 62 frei bewegen.
Der innere Durchmesser des gewendelten Federstahldrahtes 70 ist etwas größer als
der Durchmesser des Grundes der Umfangsnut 62. Ferner ist der Durchmesser des Federstahldrahtes
70 etwas geringer als die Breite der zugeordneten Umfangsnut 62. Das Spiel zwischen
dem Grund der Umfangsnut 62 und den Windungen des Federstahldrahtes 70 kann einige
Tausendstel Millimeter betragen, während als seitliches Spiel zwischen den Windungen
und den Wandungen der Umfangsnut 62 ein Spiel von etwa 0,1 bis 0,2 mm vorgesehen
ist. Der Außendurchmesser der Windungen kann beispielsweise etwa 0,4 mm größer als
der Außendurchmesser des Membranträgers 60 sein.
-
Wie z. B. aus F i g. 3 hervorgeht, wird bei erhöhtem Druck in dem
Innenraum 50 der Schlauchmembran 36 der Federstahldraht 70 radial nach außen bewegt,
wodurch ein größerer Durchflußquerschnitt entsteht, der der Flüssigkeit erlaubt,
schnell aus dem Innenraum 50 abzufließen. Umgekehrt zeigt F i g. 4, daß bei
starkem Druckabfall in dem Innenraum 50 der Federstahldraht 70 sich
radial nach innen und damit in die Umfangsnut 62 bewegt, auf diese Weise den Durchflußquerschnitt
verringert, worauf die Flüssigkeit langsam in den Innenraum 50 zurückfließt. Der
Federstahldraht 70 stellt also ein Drosselventil dar, das auch bei vollständiger
Rückkehr der Windungen in die Umfangsnut 62 ein Zurückfließen der Flüssigkeit
aus dem zwischen der Membran 36 und dem Membranträger 60 gebildeten Zwischenraum
in den Innenraum 50
ermöglicht. Durch diese Möglichkeit, den Hin- und Rückfluß
der Flüssigkeit aus dem Innenraum 50
heraus bzw. umgekehrt in den Innenraum
50 hinein zu dämpfen, wird erreicht, daß der erfindungsgemäße Druckstoßdämpfer
10 in der Lage ist, mehr als 500 000 Druckimpulse pro Stunde zu dämpfen.
-
Durch die Größe und Anzahl der Wandöffnungen 64 im Verhältnis
zum Durchmesser des Federstahldrahtes 70 ist die Beeinflussung des Durchflusses
bestimmt. Die als Schlitze ausgebildeten Wandöffnungen 64 weisen deshalb
eine geringere Breite auf als der Durchmesser des Federstahldrahtes 70. Der
Ringansatz 52 jedes Verbindungsgliedes 38 ist im Innendurchmesser größer als der
Außendurchmesser der Windungen des Federstahldrahtes 70, so daß dieser innerhalb
des Ringansatzes 52 gleiten kann, ohne jedoch aus der Umfangsnut 62 herauszuspringen.
-
Der Membranträger 60 weist endseitig Wandöffnungen 100 auf,
welche hinter den Enden des Federstahldrahtes 70 in den Membranträger
60 eingearbeitet sind und eine Verbindung mit unveränderlichem Durchflußquerschnitt
zwischen dem Innenraum 50 und dem von der Schlauchmembran 36 und dem Membranträger
60 gebildeten Ringspalt herstellen. Überdeckt sind diese zusätzlichen Wandöffnungen
100 durch den Ringansatz 52, der in radialem Abstand zu diesen endseitigen Wandöffnungen
100 angeordnet ist.
-
Zur Einführung eines Druckgases in die Kammer 34 sind in dem
Anschlußstück 14 ein Absperrventil 90 und ein Kanal 92 vorgesehen.
In der Kammer 34
wird ein Druck aufrechterhalten, der etwas geringer als der
in der Flüssigkeit übliche Druck ist.
-
Der Membranträger 60 kann an Stelle der schraubenlinienartig
verlaufenden Umfangsnut 62 und Wandöffnungen 64 mit einer Vielzahl parallel
zueinander verlaufender Umfangsnuten und Wandöffnungen versehen sein. In diesem
Fall sind in jede Umfangsnut getrennte Federdrahtringe eingesetzt, welche in ähnlichem
Abstand wie bei dem oben gezeigten schraubenförmig gewendelten Federstahldraht 70
von dem Grund der Umfangsnuten verlaufen und gegen die Schlauchmembran 36 anliegen.
-
In den F i g. 5 bis 7 ist eine andere Ausführungsform des Druckstoßdämpfers
10 a dargestellt. Hier sind gerade Federstahldrähte 80 als Federstäbe
vorgesehen, die in Längsrichtung des Druckstoßdämpfers 10 a verlaufen, in
ihrer Wirkungsweise jedoch dem schraubenförmig gewendelten Federstahldraht
70 entsprechen. Der Membranträger 60 a besitzt an seinem äußeren Umfang
eine Mehrzahl sich in Längsrichtung erstreckender Längsnuten 81, die im gleichen
Abstand zueinander angeordnet sind. Die Längsnuten 81 erstrecken sich nicht
ganz über die volle Länge des Membranträgers 60 a und sind mit sich ebenfalls in
Längsrichtung erstreckenden Öffnungen 82 versehen, welche den Innenraum 50 des Membranträgers
60 a mit dem durch die Schlauchmembran 36 a und dem Membranträger 60 a gebildeten
Ringspalt verbinden. Die geraden Federstahldrähte 80 können aus Federstahl oder
Fiberglas hergestellt sein und einen Voll- oder Hohlquerschnitt besitzen. Die Federstahldrähte
80 sind mit einem Spiel von einigen Tausendstel Millimetern in den Längsnuten
81 angeordnet und besitzen einen Durchmesser, der größer als die Breite der Wandöffnungen
82
ist. Wie bei dem schraubenförmig gewendelten Federstahldraht 70 bilden auch die
Federstahldrähte 82 mit den Längsnuten 81 variable Durchflußquerschnitte,
die der Flüssigkeit ein schnelles Durchströmen der Wandöffnungen 82 vorbei an den
Federstahldrähten 80 aus dem Innenraum 50 heraus gestatten. Die Schlauchmembran
36 a ist auf ein Verbindungsglied 38 a mit Ringansatz 62 a aufgeschoben und mittels
eines Spannbandes 54 a befestigt. Der äußere Durchmesser des Verbindungsgliedes
38 a ist geringfügig größer als der Außendurchmesser des Membranträgers
60 a. Der Ringansatz 52 a ist an seinem
freien Ende 89 konisch abgeschrägt, damit die Schlauchmembran 36 a nicht
an einer scharfen Kante aufliegt und beschädigt wird. Die Enden der Federstahldrähte
80 werden von Längsnuten in den Verbindungsgliedern 38 a aufgenommen. Die
Federstahldrähte 80 können sich unter Biegung in Längsrichtung geringfügig bewegen.
Zur Halterung der Federstahldrähte 80 in den Längsnuten 81 sind Bänder
oder Hülsen 90 a vorgesehen, die die Federstahldrähte 80 umgeben und
deren Radialbewegung begrenzen. Die Bänder bzw. Hülsen 90 a können innen
Vertiefungen zur teilweisen Aufnahme der Federstahldrähte 80 besitzen. Einige
der Federstahldrähte 80 können kürzer ausgeführt sein als die zugeordneten Wandöffnungen
82 in dem Membranträger 60 a. Dadurch wird der unveränderliche Durchfluß
einer gewissen Flüssigkeitsmenge von dem Innenraum 50 in den Ringspalt zwischen
dem Membranträger 60 a und der Schlauchmembran 36 a
ermöglicht.
-
Ohne die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Druckstoßdämpfers
10 bzw. 10 a grundsätzlich zu ändern, kann dieser nur mit einem Ende
an eine Flüssigkeitsleitung angeschlossen werden, während das andere Ende dicht
abgeschlossen wird.