DE2326267A1 - Durchflussmengenregler - Google Patents

Description

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Durchflußmengenregler

Die Erfindung bezieht sich auf einen Durchflußmengenregler, insbesondere auf einen Regler für ein Gebläse oder einen Ventilator, bei dem durch eine äüsenförmige Kanalverengung eine relativ konstante Durchströmung mit Hilfe eines sich selbst zentrierenden Meßstiftes aufrechterhalten wird* der sich bei Änderungen des in diesem Bereich entstehenden Druckabfalls bewegt* um dadurch die Durchströmung proportional verringert, um auf diese Weise eine konstante Durchströmungsmenge durch den Regler aufrechtzuerhalten»

Die Durchflußmengenregelung mit Hilfe eines Venturi-Strömungsmessers ist seit langem bekannt. Dennoch besteht auf dem Gebiet der■Ströraungsmengenreglung nach wie vor ein echtes Bedürfnis nach einem wirtschaftlichen, genau arbeitenden, leicht herstellbaren und anpassungsfähigen Strömungsi'egler, der bei niedrigen Drücken, hohen Durchflußmengen und hohen Temperaturen genaue Regelergebnisse liefert. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Durchflußmengenregler mit den vorstehend bezeichneten

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Eigenschaften anzugeben.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Regler für konstante Durchflußmengen erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen Rohrleitungsanschluß mit einer darin angeordneten Drosseldüse und einem Meßzapfen, der im Bereich der Drosselstelle beweglich angeordnet und aufgrund von Druckänderungen beweglich ist, um die Durchflußmenge proportional dahingehend zu verändern, daß aufgrund dieses Regelvorganges eine im wesentlichen konstante Durchflußmenge erzielt wird. Der Meßzapfen kann mit Hilfe einer nachgiebigen Schraubenzugfeder an Ort und Stelle angeordnet sein, deren eines Ende an dem Zapfen befestigt und deren anderes Ende an einer an dem Anschlußrohr sitzenden Halteeinrichtung befestigt ist. Der Zapfen kann einen im allgemeinen konisch verlaufenden Kopfabschnitt aufweisen, der sich in der der Strömung entgegengesetzten Richtung verjüngt, so daß der Zapfen in der Rohrleitung und in der Strömung sich selbst zentriert. Ein anderer Abschnitt des Zapfens kann innerhalb der Schraubenfeder= aufgenommen und mittels Reibung an dieser anliegen, so daß die Gefahr von Vibrationen bei der Eigenfrequenz der Feder praktisch beseitigt sind.

Mit dem auf diese Art und Weise angeordneten Meßzapfen entsteht in der Strömung hinter dem Kopfabschnitt ein Druckabfall, mit dem die Schraubenfeder unter Spannung gesetzt wird. Die diese Spannung hervorrufende Kraft ist der Strömung des Strömungsmittels direkt proportional. Wenn demzufolge die Strömungsmenge z.B. zunimmt, erhöht sich auch die Druckdifferenz, womit der Meßzapfen sich weiter in den DrosseldUseneinlaß hineinbewegt und dadurch die Strömungsmenge verringert, um dem Anstieg der Strömungsmenge entgegenzuwirken und eine relativ konstante Durchflußmenge aufrechtzuerhalten. Der gleiche Vorgang ergibt sich, wenn die Strömungsmenge abnimmt, da dann der Meßstift sich

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von der Drosseldüse entfernt und einen größeren Querschnitt zur Erhöhung der Durchflußmenge freigibt, so daß durch diese Bewegung des Meßzapfens die Durchströmungsmenge konstant gehalten wird.

Die Stellung, in welcher die Halteeinrichtung in dem Rohr befestigt ist, läßt sich in Axialrichtung verstellen,um den Meßzapfen bezüglich der Drosseldüse justieren und den Regler eichen zu können. Die hiermit durchführbare einfache Eichung besitzt erhebliche Vorteile im Vergleich zu den sonst üblichen geeichten Federn. Der Meßzapfen läßt sich auf einfache Weise haltern, indem im Zapfen und aus der Haiteeinrichtung Nuten vorgesehen sind, in die man die festgewickelten Windungsenden der Feder einschnappen läßt.

Die Durchflußmenge durch die Drosseldüse wird mit Hilfe einer bestimmten Düsenform bestimmt. Ein besonderer Vorteil gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Drosseldüse in dem Rohranschluß lösbar befestigt sein kann, um Drosseldüsen anderer Größen gegeneinander auswechseln zu können. Die einzelnen.Drosseldüsen sind so ausgelegt, daß nur der Düsenverlauf und nicht der Meßzapfen usw. verändert werden müssen, wenn eine andere Durchflußmenge erforderlich ist. Aufgrund dieses Merkmals läßt sich der Mengenregler an sehr weite Einsatzbereiche anpassen. Jede Drosseldüse ist zweckmäßigerweise so ausgelegt, daß sie einer bestimmten konstanten Durchflußmenge entspricht, z.B. 5 1/min, 20 l/min usw..

Durchflußmengenänderungen aufgrund der Tatsache, daß der Meßzapfen in verschiedenen Stel lungen gehaltert werden kann, lassen sich erfindungsgemäß dadurch kleinhalten, daß man den Meßzapfen mit einem möglichst kleinen Gewicht versieht.

Bei einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung kann der Meßzapfen mit Hilfe einer ersten und einer

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zweiten Feder gehaltert sein, wobei die zweite Feder im Verhältnis zur ersten Feder eine kleine Kraft ausübt, damit . bei fehlender oder abgeschalteter Durchströmung die zweite Feder den Meßzapfen über den Bereich der ersten Feder von der Drosseldüse wegzieht und Fremdkörper ohne Behinderung durchgelassen werden, um eine Verstopfung des Strömungsreglers zu verhindern. In diesem Fall wird nur eine sehr geringe Strömungsmenge, die relativ schwache zweite Feder überwinden und den Zapfen bis zu einem Punkt bringen, von wo aus die erste Feder aus in Wirkung tritt.

Die Erfindung ist nachfolgend mit weiteren Vorteilen anhand von in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Ausführungsform der

Erfindung,
Fig. 2- einen Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1

und
Fig. 3 eine andere Ausführungsform der Halterung zwischen Meßzapfen, Feder und Halteeinrichtung.

Entsprechend Fig. 1 umfaßt ein Durchflußmengenregler nach der Erfindung ein längliches Anschlußrohr 10 auf mit einer darin angeordneten Drosseldüse 20 und einem Meßzapfen, der in der Nähe der Drosseldüse 20 gehaltert und aufgrund von Druckänderungen in dem in Richtung des Pfeiles 12 strömenden Strömu-ngsmediums beweglich ist, um die Durchströmungsmenge der Drosseldüse 20 entgegengesetzt dem Strömungsdruck zu verändern, so daß mit dem Regler eine relativ konstante Durchströmungsmenge aufrechterhalten wird. Der Meßzapfen kann entsprechend der Darstellung mittels einer nachgiebigen Schraubenzugfeder 4o an Ort und Stelle gehaltert sein, deren eines Ende 42 am Meßzapfen und deren anderes Ende 44 an einem Abschnitt 52 einer Halteeinrichtung 50 befestigt ist, die ihrerseits in dem Rohrabschnitt 10 befestigt ist.

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Die Drosseldüse 20 ist in dem Rohrstück 10 lösbar gehaltert, so daß eine schnelle Anpassungsmöglichkeit an andere Durchflußmengen gegeben ist. Die besondere Formgebung der Düsenwandung 22 bemißt die Durchströmungsmenge, jede der verschiedenen in das Rohrstück einsetzbaren Drosseldüsen 20 ist so bemessen, daß sie mit dem Meßzapfen J50 zusammenwirkt, -um eine bestimmte konstante Durchströmungsmenge aufrechtzuerhalten. So kann beispielsweise mit dem gleichen Meßzapfen J50 die Durchströmungsmenge von einem Wert von ca. 4 i/min auf 27) l/min verändert werden, indem man die Meßdüse 20 für den geringeren Durchflußwert durch eine Meßdüse für den erhöhten Durchflußwert ersetzt. In einer Rechenanlage wurde der Regelvorgang nachgebildet, wobei nachgewiesen wurde, daß tatsächlich mit den herkömmlichen Herstellungstoleranzen und einer normalen Eichung den erwünschten Genauigkeitsgrad erzielen kann.

Die Drosseldüse 20 enthält am Einlaßende eine Sitzfläche 24, die vom Innendurchmesser des Rohrstückes 10 bis zu einer Stelle in der Nähe des Einlaßendes der Düsenkontur 22 verläuft. Die Drosseldüse arbeitet nach dem bekannten Venturiprinzip, gemäß dem mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmediums in dem verengten Düsenteil der Druck des Strömungsmediums abnimmt. Demzufolge ist der Druck innerhalb des Strömungsmediums im Abschnitt des Rohrstückes 10 stromauf von der Drosseldüse 20 höher als derjenige des Strömungsmediums innerhalb der Drosseldüse. Dieser Druckunterschied ist als Druckabfall bekannt. Nach der Erfindung ist der Meßstift JO, insbesondere dessen Kopfteil J52 im Bereich des Druckabfalls angeordnet, nämlich in der Nahe des Düseneinlasses. Entsprechend Fig. 1 ist der Kopfteil 32 von der Sitzfläche 24 der Drosseldüse 20 umgeben. Der Kopfteil ^2 kann einen etwa konischen Umriß besitz-sen, wobei die Konusspitze der durch den Pfeil 12

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angegebenen Strömungsrichtung entgegenweist. Mit Hilfe dieser Maßnahme zentriert sich der Meßzapfen J>0 innerhalb der Strömung und innerhalb des Rohrstückes selbst, ohne die Innenseite des Rohrstückes oder der Drosseldüse zu berühren, so daß jegliche Geräuschbildung oder Abnutzungserscheinungen vermieden werden. Strömungsänderungen aufgrund der Tatsache, daß der Zapfen in verschiedenen Stellungen längs der Achse befestigt bzw. angeordnet ist, werden dadurch-kleingehalten, daß man den Meßzapfen ^O mit einem möglichst kleinen Gewicht versieht. Demzufolge ist es zweckmäßig, leichtes Material für den Zapfen zu verwenden und den konischen Kopfteil 32 entsprechend der Darstellung auszuhöhlen.

Das eine Ende 42 der Feder 40 wird vorteilhafterweise in einem Nutabschnitt ^4 im Zapfen ~j>0 gehaltert, wobei man die Endwindung der Feder auf einen kleineren Durchmesser als denjenigen des Zapfens bringt und die Endwindung in die Nut ^h einschnappen läßt. Ein Abschnitt 36 des Zapfens 30 stromauf von der Ringnut J54 ist von der Schraubenfeder 40 umgeben und von der Federmitte nach einer Seite hin versetzt, um zwischen dem Zapfen und der Feder 40 einen geringen Reibungswert hervorzurufen, der das Entstehen von Schwingungen mit der Eigenfrequenz der Feder dämpft oder unterdrückt.

Das stromaufwärtige Ende 44 der Feder 40 kann an einem Vorsprung 42 einer Halteeinrichtung 50 dadurch befestigt sein, daß auch hier die im Durchmesser verringerte Endwindung 44 in eine Ringnut 54 einschnappt. Die Hateeinrichtung 50 besitzt nach Fig. 2. einen Außenring 55, der eng an dem Rohrstück 10 anliegt, um die Stellung der Halteeinrichtung bezüglich der Drosseldüse 20 festzulegen. Ein Bügelabschnitt 56 überspannt den Ringteil 55 und kann sowohl mit diesen als auch mit dem Halteabschnitt 50 aus einem Teil hergestellt sein. Die innerhalb des Rohrstückes 10 feste Stellung der

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Halteeinrichtung 50 kann In Axialrichtung verändert werden, um den Zapfen 30 zusammen mit der Feder 40 relativ zu der. Drosseldüse 20 zu bewegen, womit sich eine schnelle und wirksame Eichung des Reglers durchführen läßt. Dieses leichte Eichen f ührt zu. großen Vorteilen in der Herstellung und in der Wartung.

Die aufgeweiteten Endabschnitte 14, 16 des Rohrstücks können zum Anschluß des Reglers an Rohrleitungen der gleichen Größe in einem Rohrleitungssystem benutzt werden.

Wird der Regler von einem Strömungsmedium in Richtung des Pfeiles 12 durchströmt, so entsteht im Bereich des Kopfteils 32 und der Drosseldüse 20 ein Druckabfall, so daß sich der Zapfen 30 aufgrund des Druckunterschiedes als auch aufgrund der dynamischen Einwirkung des Strömungsmediums zunächst stromab bewegt und dabei die Feder 4o spannt. Aufgrund des Wandungsprofils der Drosseldüse 20 wird der Zapfen 30 bei gleichförmigen Strömungsbedingungen eine stabile stellung einnehmen. Wenn nunmehr die Strömungsmenge und der Druck im Strömungsmedium beispielsweise ansteigt, so erhöht sich auch von dieser Stelle an der Druckabfall, womit der Meßzapfen 30 und besonders dessen Kopfteil 32 weiter in den Düseneinlaß hineingezogen und auf diese Weise der offene Durchströ mungsquerschnitt in der Düse verkleinert wird, um der Strömungserhöhung entgegenzuwirken und die Durchflußmenge durch die Drosseldüse 20 relativ konstant zu halten. Die Bewegung des Meßzapfens 30 ist dabei der Kraft der Feder 4o entgegengerichtet. Das Profil der Düsenwand 22 und die Federstärke bzw. die Federdehnung sind so ausgelegt, daß innerhalb eines großen Druckbereiches konstante Stromungsmengen eingeregelt werden. So werden beispielsweise mit Reglern, die für eine konstante Durchflußmenge von K l/min und 23 l/min Druck-

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änderungen im Bereich zwischen 0,07 und 0,7 at ohne weiteres verarbeitet. Durch Berechnung des Düsenwandungsprofils und der Federkennlinie wurden erfindungsgemäße Regler untersucht, wobei Regelabweichungen von weniger als nur f 10$ und auch ohne jegliche Geräuschbildung auftraten.

Sobald die Durchströmungsmenge abnimmt, verringert sich auch der Druckabfall, so daß die Feder 4o sich .zusammenziehen und den Meßzapfen 30 von dem DUseneinlaß wegbewegen kann, um eine größere Strömungsmenge hindurchzulassen und dadurch wiederum den Druckabfall zu erhöhen, womit der Meßzapfen in eine Stellung zurückkehrt, bei welcher der Druckabfall durch die Feder 4o ausgeglichen ist, und die Strömungsmenge durch den Regler im wesentlichen konstant gehalten wird.

Bei einer sich selbst reinigenden Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 3 ist ein^-Meßzapfen I30 an einem Ansatz 152 einer Halteeinrichtung I50 mittels einer zusätzlichen oder Sekundärfeder 145 befestigt. In diesem Fall besitzt die Sekundärfeder 1^5 eine geringe Federhärte, so daß die Feder im Verhältnis zu der Hauptfeder l4o nur eine relativ kleine Kraft ausübt. Wenn kein Strömungsmedium durch den Regler strömt, versucht die Sekundärfeder 145 die Hauptfeder zusammenzudrücken und den Meßzapfen vollständig aus der Bohrung 122 der Düse 120 herauszuziehen, so daß Fremdkörper nunmehr durch den großen Öffnungsquerschnitt hindurchgehen könnten. Der Ansatz I52 kann eine verbreiterte Nut aufweisen, in dem das verengte Ende 142 der Hauptfeder verschiebbar so aufgenommen ist, daß sie dort gleiten kann und eine Bewegung des Zapfens lj50 ermöglicht. Es ist nur ein sehr geringer Druck notwendig, um die Sekundärfeder 1^5 zu dehnen bzw. zu längen bis zu dem Punkt, wo die Hauptfeder zu wirken beginnt, so daß bei einer sehr langsamen Strömung der Zapfen bereits in Richtung auf die

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Drosseldüse bewegt wird bis zu dem Punkt, wo die Hauptfeder l40 das weitere Regelverhalten übernimmt, so wie dies bei der Ausführungsform nach Fig. 1 beschrieben worden ist. Dem Rückhalteteil kann auch ein Sieb zugeordnet werden, um den Regler auch dort einsetzen zukönnen, wo Fremdkörper in dem Strömungsmedium enthalten sind.

Der vorbeschriebene Regler ermöglicht aufgrund der geringen Anzahl der /Bauteile und deren genormter Abmessungen eine wirtschaftliche und einfache Herstellung. Darüber hinaus wird durch die erleichterte Eichung des Meßzapfens durch Eindrücken der Halteeinrichtung 50 in das Rohrstück 10 Herstellung und Wartung in hohem Maße vereinfacht. Die leicht auswechselbare Drosseldüse 20 gestattet eine weitgehende Anpassungsmöglichkeit an verschiedene Anwendungszwecke, Die Genauigkeit der Strömungsreglung wird sichergestellt durch die Zwischenbeziehungen der Bauteile untereinander und auch durch die Selbstzentrierung des aus leichtem Material bestehenden Meßzapfens. Die Lebensdauer und der einfache Aufbau ermöglichen darüber hinaus die Anwendung des Reglers bei niedrigen Drücken, hohen Durchflußmengen und hohen Temperaturen. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

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Claims (11)

1. Patentansprüche

   ί l.VMengenregler zur Aufrechterhaltung einer konstanten Durchflußmenge, gekennzeichnet durch ein Rohrstück (10), einer darin angeordneten Drosseldüse (20), einen im Bereich der DrosseldUse derart beweglich gehalterten Meßzapfen (30), daß die Bewegung des Meßzapfens relativ zur Drosseldüse (20) deren Durchflußraenge ändert, wobei der Meßzapfen (JO) einen sich proportional mit.der Durchströmung ändernden Drude abfall erzeugt und in Abhängigkeit von dem Druckabfall bewegbar ist, so daß er den Strömungsänderungen proportionale Druckabfalländerungen erzeugt, um die Durchflußmenge relativ konstant zu halten.
2. 2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßzapfen (30) einen im allgemeinen konischen Kopfteil (32) aufweist, dessen verjüngtes Ende der Strömungsrichtung entgegengesetzt ist, so daß sich der Zapfen selbst zentriert.
3. 3. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßzapfen (30) auf einer nachgiebigen Schraubenzugfeder gehaltert ist.
4. 4. Regler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt des Meßzapfens (30) innerhalb der Schraubenfederlänge aufgenommen ist und reibend an dieser anliegt, um Eigenschwingungen der Feder (^0) zu dämpfen.

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5. 5. Regler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßzapfen (30) an seiner Außenfläche eine Nut (34) aufweist zur Aufnahme einer Endwindung (42) und somit zur Halterung der Feder (40).
6. 6. Regler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,· daß in dem Rohrstück (10) eine Halteeinrichtung (50) befestigt ist, und daß die Feder (40) mit einem Ende an der Halteeinrichtung und mit dem anderen Ende an dem Maßzapfen (30) befestigt ist.
7. 7. Regler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,.daß die Stellung der Halteeinrichtung (50) bezüglich des ^ohrstUckes (10) zwecks Eichung des Reglers veränderbar ist.
8. 8. Regler nach ^Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseldüse (20) ein Düsenwandungsprofil aufweist, mit dem die Durchflußmenge meßbar bzw. berechenbar ist.
9. 9. Regler nach Anspruch 8,' dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseldüse (20) in dem Rohrstück lösbar befestigt ist, und daß das Rohrstück (10) zur Aufnahme von Drosseldüsen verschiedener Größen ausgebildet ist.
10. 10. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßzapfen (30) aus einem Material mit leichtem Gewicht besteht.
11. 11. Regler nach Anspruch 1, dadurcb/gekennzeichnet, daß der Meßzapfen (130) durch eine innere Feder (145) und durch eine äußere Feder (l40) gehaltert ist, wobei die innere Feder (145) i^m Verhältnis zur äußeren Feder nur eine geringe Kraft ausübt, so daß bei fehlendem Durchfluß durch den Regler die innere Feder den Meßzapfen über den Bereich der äußeren Feder (l4o) hinaus und von der Drosseldüse (120) wegzieht, und daß die innere Feder bereits mit Hilfe einer

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    langsamen Strömungsmittelströraung überwindbar ist, um den Meßzapfen bis in den Arbeitsbereich der äußeren Feder zu bewegen.

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