DE1550563A1

DE1550563A1 - Stroemungsregler

Info

Publication number: DE1550563A1
Application number: DE1966T0032614
Authority: DE
Inventors: Sachnik Norman Henry; Jesse Culpepper Jun
Original assignee: Texsteam Inc
Current assignee: Texsteam Inc
Priority date: 1965-11-30
Filing date: 1966-11-29
Publication date: 1969-07-24
Also published as: GB1117248A; NL6615843A; DE1550563B2; US3380470A; CH461206A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Strömungsregler, und sie betrifft insbesondere einen Strömungsregler, der zur Verwendung als Bestandteil einer Leitung oder dergleichen bestimmt ist, und dazu dient, eine geregelte Strömung in laminarer Form mit einem Minimum an Turbulenz zu gewährleisten; in diesem Sinne sieht die Erfindung einen verbesserten Strömungsregler vor.

I)er erfindungsgemäße Strömungsregler umfaßt ein rohrförmiges Gehäuse, in dem ein Klotz aus einem Elastomermaterial angeordnet ist; dieser Klotz ist an seinem einen Ende befestigt und am anderen Ende mit Betätigungsmittel versehen, die es ermöglichen, eine Ausdehnung des Klotzes in radialer Richtung zu bewirken, um so den Strömungsmitteldurchsatz zu variieren.

Zwar sind bereits Strömungsregler bekannt geworden, die dem gleichen Zweck dienen- sollten, z.B. der in dem U.S.A-Patent 2 917 269 beschriebene Strömungsregler, doch treten bei diesen bekannten Keglern Schwierigkeiten auf, die zu einer

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Verkürzung ihrer Lebensdauer führen. Insbesondere versagt bei dtn bekannten Reglern dieser Art der aus Gummi oder einem anderen Elastomermaterial bestehende Klotz, der in dem rohrförmigen Gehäuse zur Ausdehnung gebracht wird, dadurch, daß er Ermüdungserscheinungen ausgesetzt und durch die an seinen entgegengesetzten Enden befestigten Bauteile eingeschnitten wird. Außerdem muß die hydraulische Betätigungsvorrichtung mit einer zu großen Hublänge arbeiten, und diese Tatsache fükrt zu einer übermäßigen Abnutzung der beweglichen Teile.

Sin Ziel der Erfindung besteht nunmehr darin, einen neuartigen und verbesserten Ströinungsregler zum Segeln eines durch eine Leitung strömenden Mediums vorzusehen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Strömungsreglers mit einem neuartigen und verbesserten, aus einem Elastomermaterial bestehenden Bauteil, das innerhalb eines rohrförmigen Gehäuseteils betätigt werden kann, wobei Maßnahmen getroffen sind, um eine längere Lebensdauer und eine zweckmäßigere Wirkungsweise des Reglers zu gewährleisten.

Ferner sieht die Erfindung einen Strömungsregler vor, bei dem ein Klotz aus einem Elastomermaterial in einem rohrförmigen Gehäuseteil radial ausgedehnt werden kann, um den Strömungsdurchsatz zu regeln, wobei der Regler so ausgebildet ist, daß sowohl die Turbulenz als auch die Hysteresiswirkung herabgesetzt wird, daß die Druckbeanspruchung des Elastomerklotzes verringert wird, daß sich der Druckabfall innerhalb des Reglers verringert, daß eine bessere Regelwirkung erzielt wird, und daß der Regler leichter in einem betriebsfähigen Zustand gehalten werden kann. 909830/6779

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Weiterhin lieht die Erfindung einen Strömungsregler mit einem rohrförmigen Gehäuse vor, wobei in dem Gehäuse ein auedehnungsfähiges Elaßtomerteil und eine hydraulische Betätigungsvorrichtung zum Ausdehnen des Elaetomerteils angeordnet sindj hierbei ist der Regler so ausgebildet, daß die Wirkungen der Verunreinigung des Gasstroms durch das hydraulische Betätigungs- »ittel verringert werden, und daß sich eine kürzere Hubstrecke der Betätigungsvorrichtung für das Elastomerteil ergibt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Strömungsregler in einem senkrechten Schnitt.

Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1.

Fig. 3 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Elastomerteil und läßt dessen Abmessungen im Vergleich zu dem rohrförmigen Bauteil erkennen.

Fig. U- veranschaulicht in einem Tellschnitt eine teilweise Ausdehnung des erfindungsgemäßen Elastomerteils und läßt dessen Form für den Fall erkennen, daß es einem axialen Druck ausgesetzt ist.

Fig. 5 ähnelt Fig. 4·, zeigt Jedoch das Elastomerteil in seinem vollständig ausgedehnten Zustand, in welchem es die zur Strömungsregelung dienende öffnung verschließt.

Fit. G ähnelt ebenfalls Fig. 4-, zeigt jedoch ein einer Druckkraft ausgesetztes Elastomerteil bekannter Art.

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fig» ? entspricht Fig. 6_t ««igt jedoch ein llastomerteil bekannter Art in dem Betriebeeuatand, in welchem es die Strömungsregelungsöftnung vollständig verschließt«

Gemäß Fig. 1 umfaßt der erfindungsgemäße ßtrömungsregler allgeaetn ein rohrföjpiaige· Gehäuse 10, in dem ein Elastomer-

teil 11 und eine hydraulischeVorrichtung 12 zum Betätigen des Elastomerteila oder Klotzes 11 untergebracht sind. Eine pneumatische Betätigungsvorrichtung 13 dient als Quelle für ein Druckmittelι mittels dessen die hydraulische Torrichtung 12 betätigt wird} es sei jedoch bemerkt, daß man cum Betätigen der hydraulischen Vorrichtung 12 auch eine beliebige andere Druckmittelquelle verwenden könnte*

.Das allgemein rohrföraige Gehäuse 10 uafnßt einen Einlaß ■14- und einen. Auslaß 15t u&ä ge»äß Fig. 1 strömt das zu regelnde Medium vom Äinlaß «sum AuBlaß» An beiden Enden de« Gehäuses sind geeignete flpneehe vorgesehen» damit das Gehäuse mit geeigneten Eohrleitungen verbunden werden Jfcann. Zwar zeigt Fig. 1, daß •ioh dal r^arföraigö Gehäuse Aue ewei Bauteilen 16 und 17 eueaimeneettt^ doch eei bemerkt_t daß das Gehäuse auch einteilig ausgebildet «ein könnte. Allerdings ermöglicht die Verwendung φία,ΒΛ unterteilten Gehäuse· de^ Einbau eines Auskleidung ε- oder Futterteil· 18, welches da· Elaetomerteil 11 umschließt. Die einander benachbarten Enden der' Gehäuseteile 16 und 1? tragen einen fliuieoh 19 bzw. 20 nit öffnungen zum Aufnehmen von Befeitigttiiilrtsiltteln 21 zum iWbinden der Gehäuse teile. Wenn man die Greh!i*ittMrile 16 und 17 voneinander trennt, läßt sich das

18 leicht au* dem Gehäuseteil 16 entfernen und

#in (PJIderes Auskleidungsteil mit den gleichen Abmessungen

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oder aber durch ein anderes Auskleidungsteil ersetzen, das - einen anderen Innendurchmesser besitzt, so daß es möglich ist, den Querschnitt der Strömungsregeiungsöffnung 22 zu variieren, die durch die Umfangsfläche des Elastomerteils 11 und die Innenfläche des Ausklöidungsteils 18 abgegrenzt wird· Das Auskleidungs teil 18 stützt sich an einer Schulter 23 sowie an der inneren Wandfläche des Gehäuseteils 16 ab, und es wird durch das benachbarte Ende des Gehäuseteils 1? in seiner Lage gehalten, wenn die beiden Gehäuseteile fest miteinander verbunden sind. Es sei ferner bemerkt, daß die einander benachbarten Enden des Auskleidungsteils und der Gehäuseteile den gleichen Durchmesser haben, um das Auftreten von lurbulenz an diesen Punkten möglichst zu vermeiden. Ein Dichtungsring ist zwischen den Gehäuseteilen 16 und 17 auf der Außenseite des Auskleidungsteils 18 vorgesehen, um das Entweichen des Fliids an dieser Stelle zu verhindern. Zwar zeigt Fig. 1, daß der Elastomerklotz 11 im wesentlichen zylindrisch ist, und daß das Auskleidungsteil 18 auf seiner Innenseite ebenfalls eine im wesentlichen zylindrische Form hat, so daß diese Teile eine ringförmige Strömungsregeiungsöffnung 22 abgrenzen, doch sei bemerkt, daß man diesen Bauteilen gegebenenfalls auch eine andere geometrische Form geben könnte.

Das Elastomerteil 11 umfaßt allgemein becherförmige Endabschnitte 25 und 26, während seine Außenform im wesentlichen zylindrisch ist bzw. der Innenform des rohrförmigen Bauteil· entspricht, mit der das Elastomerteil zusammenarbeitet, um die atörmungsregelungsöffnung 22 abzugrenzen. Das gewölbte---Ende 29 des Befestigungsteils 2? paß-tf zu dem becherförmigen Endftbschnitt '25 des Elastomerteils 11.. und das ebenfalls gewölbte

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Ende 30 des anderen Befestigungsteils 28 paßt zu dem becherförmigen Endabschnitt 26 des Etaetomerteils· Das Befestigungsteil 27 weist eine kegel stumpf förmige Fläche, ^l auf, wobei eich das den größeren Durchmesser aufweisende Ende dieser Fläche an das gewölbte Ende 29 anschließt, während sich an das den kleineren Durchmesser aufweisende Ende eine ebene querliegtnde Fläche 32 anschließt, die mit einem Tragstück 33 in Form eines Armsterns oder dergleichen zusammenarbeiten kann. Der Armstern 33 ist gegenüber däm Einlaßt 14 um eine kleine Strecke nach innen versetzt und bildet eine ortsfeste Unterstützung, über die sich das benachbarte Ende des Elastomerklotzes an dem rohrförmigen Gehäuse abstützen kann. Der Armstern bzw. das Tragstück 33 umfaßt einen sich in axialer Eichtung erstreckenden Hauptkörper 34- mit mehreren radial nach außen ragenden Stegen 35» durch die mehrere Strömungskanäle abgegrenzt werden. Eine Befestigungsschraube 36 ragt durch eine Bohrung des Hauptkörpers 34- und ist in eine Gewindebohrung des Befestigungsteils 2? eingeschraubt, um das Befestigungsteil mit dem Tragstück zu verbinden. Die Befestigungsteile 27 und 28 sind an den benachbarten Enden des Elastomerkörpers 11 auf geeignete Weise befestigt, z.B. mit Hilfe eines Bindeverfahrens oder dergleichen.

Die hydraulische Betätigungsvorrichtung 12 umfaßt einen Kolben 37» der an einem in der Strömungsrichtung weiter hinten angeordneten Armstern oder Tragstück 38 befestigt ist, sowie einen Zylinder 39, der sich an dem Befestigungsteil 28 abstutzt. Das Tragstück 38 umfaßt einen Hauptkörper 40, der gleichachsig mit dem rohrförmigen Gehäuseteil 17 angeordnet ist und mehrere radial nach außen ragende Stege 41 trägt, die ähnlich wie bei

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M* iragatiioic 33 mehrere Ströaungekanäie abgr*naen. Der Kolben

57 trägt gemSfl Fig· 1 auf der linken Seite ttum mit Außengewinde verseilentη Abschnitt M-2. ¹VOn kleinerem Durchmesser, der in eine ßewindebohrung des Hauptkörper* 40 des Tragetücke

58 eingeschraubt ist ·, ^irischen dem Xolben und dem Hauptkörper liegt ein Dichtungsring 43» damit Undichtigkeiten an dieser Stelle vermieden werden. Der Zylinder 39 ist auf dem Kolben 5? Yerschiebbar und begrenzt zusammen mit dem Kolbenboden eint Druckkammer 44. Um das Auftreten von Undichtigkeiten zwischen j|ea Kolben und dem Zylinder zu"verhindern, ist der Kolben mit ««fei Hingnuten versehen, wobei dl« eine Hut zwei Stützringe 45 und einen Dichtungsring 46 enthält« während in der anderen Nut ein Abetreifring 4? angeordnet ist« Das dar Strömung zugewandte Ende des Zylinders 39 trägt einen zentral angeordneten Führunggzapfen 46, der von einer öffnung 49 des Befeetigungateile 28 aufgenommen wird, um das in die atroaungerichtung weieende Ende des Elastomerkörpers 11 in d#r richtigen axialen I»*ge gegenüber dem rohrförmigen Gehäuse eu halten.

Längs der Achse des Kolbinu 3? eretreckt sich ein itungikanal 50, der mit einem Strb'mungekeunl 51 verbunden iet, Welcher in dem Tragstück 38 ausgebildet let und eich durch «Inen der Stege des Tragstücks"nach oben zu einer Puepenkaeaer 52 in einem an dem rohrförmigen Gehäuseteil 1? befestigten trehäuee 55 erstreckt* In der Pumpenkanmer 52 ibt ein Pumpenkolben 54 verschiebbar; dieser Kolben ist mit einem llembranstütsteil 55 verbunden, das an der Unterseite einer Mwttbrmn 56 anliegt, welche in einem Gehäuse 57 eines pneum&tieohen Betätigungemotors 13 angeordnet ist. Das Gehäuse 57 besitzt einen

Einlaß 58 zum Anschließen einer pneumatischen Druckquelle zum

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. Betätigen der Vorrichtung 13. In Fig. 1 ißt .die Betätigungsvorrichtung in der Stellung gezeigt, die sie einnimmt, wenn kein Druök auf die Membran 56 wirkt und die Membran daher mit ihrer Oberseite an e^Lnem Anlage- oder Stützten 59 anliegt. .Die. Druckkammer 52 und die miteinander verbundenen zu der Druckkammer 44 führenden Kanäle sind mit einem hydraulischen Medium gefüllt; wird die Vorrichtung 13 pneumatisch betätigt, so daß eich der Kolben 54 nach unten bewegt, wird das hydraulische Druckmittel in die Kammer 44 gedrückt, so daß sich der Zylinder 39 entgegen der StrÖmungsrichtuhg längs des ortsfesten Kolbens 37 bewegt, um das Elastomerteil 11 in dem rohrförmigen Gehäuse zusammenzudrücken, so daß es sich in radialer Richtung ausdehnt« Wird die Membran 56 von dem pneumatischen Druck entlastetι let das Elastomerteil 11 bestrebt, wieder seine ursprüngliche Gestalt anzunehmen} daher drückt es den Zylinder 39 gegen den Boden des Kolbens 37, um dae Druckmittel in die Kammer 52 Burückzufördern und außerdem den Kolben 54 mit der Membran 56 wieder in die obere Stellung nach Fig. 1 zu bringen. Mit dem MembransSitzteil 55 ißt eine Anzeigestange 60 verbunden, die eich zusammen mit dem Stützteil bewegt und daher die jeweilige Stellung der Membran und den Grad der Ausdehnung des Elastomerteile 11 anzeigt.

In Fig. 6 und 7 ist ein Elastomerteil 61 bekannter Art dargestellt, um dessen Nachteile erkennbar zu machen. Das Elastomertell 61 ist zwischen einem ortsfesten Befestigungsorgan 62 und einem beweglichen Befestigungsorgan 63 innerhalb eines rohrförmigen Bauteils 64 so angeordnet, daß die beiden Teile einen Strömungekanal 65 abgrenzen. Fig. 7 zeigt das Elastomerteil bzw. das innere Ventilorgan 61 im vollständig zusammenge-

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drückten Zustand, wobei die scharfen Kanten 62a und 63a der Befestigungsorgan dazu neigen, in das Elastomerteil 61 einzuschneiden, so daß die Gefahr einer Ermüdung des Elastomermaterials "besteht. Fig. 6 zeigt ein nur teilweise zusammengedrücktes Elastomerteil, längs dessen ein Druckabfall zur Wirkung kommt, so daß das Elastomermaterial an der Kante 63a in der Strömungsrichtung umgefaltet wird, wodurch das Material beansprucht wird, so daß schließlich ein Abscheren oder Einschneiden erfolgt, und das Elastomerteil unbrauchbar wird.

In Fig. 5 ist das erfindungsgemäße Elastomerteil 11 im vollständig ausgedehnten Zustand dargestellt, bei dem es an der Innenwand des rohrförmigen Bauteils anliegt, um den Strömungskanal vollständig zu verschließen; gemäß Fig. 5 ist das Elastomerteil 11 an den Kanten 27a und 2Sa der entsprechenden Befestigungsteile nur in einem minimalen Ausmaß einer Faltwirkung und/oder einer Beanspruchung auf Abscherung ausgesetzt. ' Somit führt der große Krümmungsradius der abgerundeten Aussparungen der Befestigungsteile zusammen mit den entsprechenden Abrunden des Elastomerteils zu einer Verringerung der Beanspruchung des Elastomerteils an den Kanten 27a und 28a. Fig. zeigt das erfindungsgemäße Elastomerteil 11 in einer Rggelstellung, bei der längs des Elastomerteils ein Druckabfall zur wirkung kommt; außerdem erkennt man in Fig. 4 die allgemeine Form des Elastomerteils bei 28a auf der in die Strömungsrichtung weisenden Seite des Elastomerteile.

In Fig. 3 bezeichnet die Strecke 66 die axiale Länge des Elasbomerteils 11, während die Strecke 67 seinen Durchmesser repräsentiert; die Strecke 6c3 bezeichnet den Innendurchmesser

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des rohrförmigen Bauteile bzw« Gehäuses 10. Se sei bemerkt, \ daß die erfindungsgemäßen Veränderungen der Abmessungen 66, 67 und 67, 68 gegenüber der bekannten Konstruktion nach Fig. 6 und 7 zu einer längeren Lebensdauer der Dichtungsringe und der übrigen Teile des geschlossenen hydraulischen Systems führen; dies ist eine Polge der Verkürzung der Hubstrecke, die erforderlich ist, um das Elastomerteil bzw. das innere Ventilorgan 11 in der beschriebenen Weise zur Wirkung zu bringen Der günstigste konstante Wert für das Verhältnis zwischen den Abmessungen 66 und 67 beträgt 0,5» während der günstigste konstante Wert für das Verhältnis zwischen den Abmessungen 67 und 68 gemäß der Erfindung 0,75 beträgt.

Es sei bemerkt, daß man bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die verschiedensten Abänderungen und Abwandlungen vorsehen kann, ohne den Bereich der Erfindung zu. verlassen.

Patentansprüche 909830/0779

Claims

j PATENTANßPEtCHE

f 1. Strömungaregier zum Einschalten in eine Leitung, gekennzeichnet durch ein Bauteil (11) aus einem Elastomermaterial, das so in der Leitung angeordnet ist, daß es von einem Hud umströmt werden kann, an einem Ende dieses Bauteils angebrachte Mittel (31, 36), um das Bauteil gegen Bewegungen in der Leitung zu sichern, sowie durch mit dem anderen Ende des Bauteils verbundene Mittel (39, 28), m auf das Bauteil einen Druck aufzubringen, damit sich das Bauteil zum Zweck der Regelung eines StrÖmungemittelstroms in radialer Eiohtung ausdehnt, wobei das Elastomerteil und die Befestigungemittel so ausgebildet sind, daß das Material des Elastomerteile bei eeiner Ferformung mxr in einem minimalen Ausmaß gefaltet wird, und wobei ein oder jedes Befestigungsmittel mit abgerundeten Flächen versehen ist,,die mit einer dazu passend geformten Fläche am benachbarten Ende des Elaetomerteils zusammenarbeitet»
2. Strömungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß *3edes Befestigungsmittel (28, 3D eine gewölbte Fläche besitzt, die mit einem benachbarten, allgemein becherförmigen Ende des Elastomerteils zusammenarbeitet»
3. Strömungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der axialen Breite (66) und dem Durchmesser (67) des Elastomerteils und das Verhältnis zwischen diesem Durchmesser und dem Durchmesser

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(68) der Leitung so gewählt sind, daß sich eine minimale Hublänge der Mittel zum Aufbringen von Druck auf das Slastomerfceil ergibt.
4. Strömungsregler naoh. Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis zwischen der axialen Breite und dem Durchmesser des Elastomerteils 0,5 und das Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Elastomerteils und dem Durchmesser der Leitung 0,875 beträgt» so daß sich eine minimale Hublänge der Mittel zum Aufbringen ,Von Druck auf das Elastomerteil ergibt· .

£. Strömungeregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Elastomerteil zylindrisch und konzentrisch mit der Leitung angeordnet let, und daß die voneinander abgtwandten Stirnflächen des Elaatomerteile becherförmig ausgebildet sind, wobei die Eugehb'rigen Befestigungsmittel tu den becherförmigen finden des Elastoaerteils paeeend gewölbte Enden aufweisen, um das Herüberfalten des Materials des Elaetomerteile über die Befestigungsmittel auf ein Minimum zu beschränken, '

6· Strömungsregler nach Anspruch 1, ge kennzeich η _te t durch in der'Leitung angeordnetes, das Elastomerteil (11) umgebendes Auskleidungs teil. (-18), wobei der Strömungsregler ao auggebildet ist, daß es möglich ist, das Auekleidungsteil auszubauen und es durch ein anderes Auskleidungsteil mit

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anderen Abmessungen zu ersetzen,. so daß der Durchtrittsquer-

sohnitt des Strömungsreglers variiert werden kann.

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.7· Strömungsregler für eine Leitung nach Anspruch 1, ig e k e η η ζ e i c h η e t durch ein rohrförmiges Gehäuse (10) mit einem Einlaßende (14) und einem Auslaßende (15)» einen Elastomerklotz (11), der in dem Gehäuse angeordnet und so "bemessen ist, daß er mit seiner Umfangsflache zusammen mit der Innenfläche des Gehäuses eine Strömungsregelungsöffnung abgrenzt, ein in ein Ende des Gehäuses fest eingebautes erstes Stützorgan (J4), ein am anderen Ende in das Gehäuse fest eingebautes zweites Stützorgan (40), wobei beide Stützorgane mit Strömungskanälen versehen sind, Mittel, um jeweils ein Ende des Elastomerklotzes an einem der Stützorgane zu befestigen, sowie eine durch ein Druckmittel zu betätigende Betätigungsvorrichtung (13)» mittels deren der Elastomerklotz in radialer Richtung ausgedehnt werden kann, um den die Strömungsregelungsöffnung (22) passierenden Strömungsmittelstrom zu regeln, wobei die Betätigungsvorrichtung einen ortsfesten Kolben (37) umfaßt, der an dem an zweiter Stelle genannten Stützorgan befestigt ist, sowie einen beweglichen Zylinde-r (39), der an dem ihm benachbarten Ende des Elastomerklotzes befestigt ist.

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