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Vorrichtung zum Einstellen und selbsttätigen Konstanthalten eines Flüssigkeitsstromes.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, welche die Durchflussmenge in einer Leitung, nachdem sie auf einen bestimmten Wert eingestellt ist, unabhängig von Veränderungen in dem vor und hinter der Vorrichtung herrschenden Druck, selbsttätig konstant hält. Vorrichtungen, die dem gleichen Zweck dienen, sind bekannt. Einige arbeiten nicht selbsttätig, sondern zeigen nur Veränderungen an und müssen dann nachgestellt werden, andere benutzen Hilfskräfte, z. B. elektrischen Strom, zum Nachregeln und sind dadurch kompliziert, andere wieder eignen sieh nicht für geschlossene, unter Druck stehende Leitungen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Vorrichtung besteht aus einem in die Leitung einzuschaltenden Gehäuse, in welchem zwei Ventile angebracht sind. Das eine, Einstellventil genannt, wird von aussen nach einer auf Berechnung oder Erprobung beruhenden Einteilung auf eine bestimmte Durchflussmenge eingestellt, der ein bestimmter Unterschied im Druck unmittelbar vor und hinter dem Einstellventil entspricht.
Um diesen Druckunterschied konstant zu halten, dient ein zweites Ventil, das mit einem Kolben verbunden ist, auf den einerseits der Druck vor dem Einstellventil und anderseits der Druck hinter demselben wirkt, wobei die Summe der Ventilfläche und der Kolbenfläche auf der einen Seite ebenso gross sein muss wie die anderseitige Kolbenfläche, da der Druckunterschied, der das Gewicht des Kolbens tragen muss, nur unter dieser Bedingung bei verschiedenem absolutem Druck konstant bleibt. Der Kolben stellt mit dem daran verbundenen Ventil diesen Druckunterschied ein.
Ein gutes Arbeiten der Vorrichtung ist nur dann zu erwarten, wenn das selbsttätige Ventil keinen Reibungswiderstand zu überwinden hat. Erfindungsgemäss wird dies erreicht durch die eigentümliche Form des das selbsttätige Ventil und den Kolben umfassenden Regelkörpers, der selbst den Raum, in dem er sich befindet, in verschiedene Kammern unterteilt, ohne dass dazu feste Zwischenwände erforderlich sind. Ausserdem wirken auf diesen Regelkörper keine Kräfte, die von einem Raum ausserhalb des Baumes kommen, in welchem der Regelkörper arbeitet, so dass die Durchführung beweglicher Teile durch Stopfbüchsen nicht notwendig ist.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Die Fig. 1 und 2 zeigen zwei Aus- führungsformen der Erfindung. Die Vorrichtung besteht aus dem Gehäuse 1 mit Einlass 2 und Auslass 3. Das von Hand aus einzustellende Ventil 4 ist mit der Spindel 5 verbunden, auf der sich das Handrad 6 befindet. An diesem Handrad ist ein Zeiger 7 vorgesehen, der sich über einer Skala 8 bewegt. In der Abschlussstellung ruht das Einstellventil 4 auf dem Sitz 9.
Das selbsttätig arbeitende Ventil besteht aus dem entlasteten Ventilkörper 10 und dem Kolben 11,
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 1 ist die folgende : Die durch den Einlassraum 2 einströmende Flüssigkeit findet ihren Weg zwischen dem gedrosselten Einstellventil 4 und dem Sitz 9 und weiter einesteils zwischen dem entlasteten Ventil 10 und dem Sitz 13 und andernteils über den Kanal 17 durch die Schlitze 18 und zwischen dem entlasteten Ventil 10 und dem Sitz 12 zum Auslassraum 3. Die zwischen dem Einstellventil 4 und dem Sitz 9 strömende Flüssigkeit erleidet durch die Drosselung einen Druckabfall, so dass zwischen dem Zuströmraum 2 und dem Raum 17 ein Druck-
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unterschied vorhanden ist, welcher Druckunterschied wegen der Verbindungen 14 und 17 auch zwischen den Räumen unterhalb und oberhalb des Kolbens, also zwischen den Räumen 15 und 17, herrscht.
Wenn nunmehr der Druck im Zuströmraum 2 und im Raum 15 mit Pi bezeichnet wird, der in dem Raum 17 vor den Ventilsitzen 12 und 13 herrschende Druck mit P2 und der Druck im Auslass- raum 3, also nach dem Passieren der Sitze 12 und 13, mit P3, so sieht man, dass der Ventilkörper 10 gegenüber dem Druck P2 sowie auch gegenüber dem Druck P3 entlastet ist, weil die zwei Ventilteller einander kongruent sind. Die wirksame Oberfläche, auf die der Druck P2 wirkt, ist deshalb die obere Fläche des Kolbens 11, welche ebenso gross ist wie die untere Fläche, auf die der Zutrittsdruek Pi wirkt.
Infolge des Druckunterschiedes PI-P2 erhält der aus dem Kolben 11 und dem entlasteten Ventil 10 bestehende Regelkörper eine aufwärts gerichtete Kraft, die seinem Gewichte das Gleichgewicht hält, wodurch der Regelkörper sich stets in schwebendem Zustand befindet. Wenn der Flüssigkeitsstrom infolge irgendeiner Ursache eine Neigung zur Steigerung zeigt, so wird dadurch der Druckunterschied zwischen den Räumen 2 und 17 und deshalb auch zwischen den Räumen 15 und 17 anfangs zunehmen, wodurch der Regelkörper 10, 11 steigt und der Flüssigkeitsstrom durch das entlastete Ventil 10 gedrosselt wird. Das Umgekehrte findet statt, wenn der Flüssigkeitsstrom Neigung zur Abnahme zeigt. Zum Schwebendhalten des Regelkörpers 10, 11 ist eine konstante, aufwärts gerichtete Kraft erforderlich, die dem Gewicht des Körper entspricht.
Diese konstante Kraft wird durch den Druekunter-
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gemacht werden. Das hiebei auftretende Lecken des Kolbens ist gering, weil der Druckunterschied zwischen den Räumen auf den beiden Kolbenseite gering ist und gerade genügt, um den Regelkörper schwebend zu erhalten. Ausserdem ist dieses Lecken konstant, weil die Grösse des Lecks und der Druckunterschied auf beiden Seiten desselben konstant sind, so dass dieser in seiner Grösse unver- änderliche Leckverlust keinen Einfluss auf die richtige Wirkungsweise der Vorrichtung hat. Bei einer allfälligen Eichung der Skala der Vorrichtung wird diesem konstanten Leckverlust selbsttätig Rechnung getragen.
Eine andere Ausführungsform der Vorrichtung ist in Fig. 3 gezeigt. Hier findet die Einstellung mittels einer schraubenförmigen Skala auf dem Handrad. 31 statt, welche dieselbe Steigung wie das Gewinde 27 auf der Ventilsspindel 5 besitzt. Es bleibt daher die Skala bei Drehung stets in Höhe der Spitze des festen Zeigers 32, an der die Einstellung mit besonderer Genauigkeit abgelesen werden kann.
Das selbsttätig wirkende Regelventil ist folgendermassen ausgeführt : Die oben mit einem Ventilrand 23 versehene Hohlsäule 22 ist im zylindrisehen Teil 29 des Zwischenstückes 28 verschiebbar.
Der Kolben 11 ist mit einem mit ihm verbundenen Gewicht 21 beschwert. Der Druck im Raum 17 wird durch die Hohlsäule 22 und deren Sehlitze 25 nach dem Raum 26 über den Kolben 11 fortgepflanzt. Auf diese Weise herrscht in den Räumen 15 und 26 zu beiden Seiten des Kolbens 11 derselbe oder nahezu derselbe Druckunterschied wie in den Räumen 2 und 17. Der Kolben 11 und die Hohlsäule 22 können zur Verminderung oder Beseitigung der Reibung in die Führungen im Zwischenstück 28 lose eingepasst werden.
Der Durchmesser des Kolbens 11 kann grösser oder kleiner als der Aussendurchmesser der Säule oder diesem gleich sein, so dass der Raum 26 sehr klein wird oder sogar in Wegfall kommt. Die Schlitze 25 dienen auch in diesem Falle dazu, dass die richtige Wirkung der Vorrichtung nicht durch die Leckverluste beeinflusst wird. Wenn es ausserdem gelingt, die Leekverluste zu beseitigen, z. B. durch Anwendung einer Dichtung, die der Bewegung wenig Widerstand bietet, beispielsweise einer Membrane oder eines Metallbalgs, so können die Öffnungen 25 und der Raum 26 in Wegfall kommen.
Eine auch von grossen Druckschwankungen in der Leitung vollkommen unabhängige genaue Einstellung einer konstanten Durehströmung lässt sieh nur erreichen, wenn die Wirkung von Strömungs- drücken in der Vorrichtung selbst auf irgendeine Weise aufgehoben wird. Würde man nur statische Drücke als bei der Vorrichtung wirksam in Rechnung stellen, so müssten die beiderseitigen Kolbenflächen gleiche Grösse erhalten, damit der Regelkörper 10, 11 in Schwebe gehalten wird.
Im Betriebe der Vorrichtung werden jedoch durch die strömende Flüssigkeit dynamische Drücke wirksam, welche eine Störung im Gleichgewicht hervorrufen, die dadurch beseitigt werden kann, dass man den beiden Kolbenflächen, entsprechend dem dadurch geänderten Druckverhältnis, eine voneinander etwas verschiedene Grösse gibt.
Das Einstellventil wird in den meisten Fällen von Hand eingestellt werden. Es kann jedoch auch mit Vorrichtungen verbunden werden, die dieses Ventil selbsttätig einstellen. Wenn es sich z. B. darum handelt, in einem Gefäss durch Kühlung eine konstante Temperatur zu erhalten, so wird dies erleichtert, wenn der Strom des Kühlmittels nur durch die Temperatur im Gefäss selbsttätig beeinflusst wird, von Druckschwankungen aber unabhängig bleibt.
Die Überwachung des richtigen Arbeitens der Vorrichtung ist dadurch möglich, dass man die Räume über und unter dem Kolben an ein Doppelmanometer anschliesst, dessen beide Zeiger auf konzentrischen Achsen sitzen und so weit gegeneinander versetzt sind, dass sie sich bei richtigem Druck-
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unterschied zwischen den beiden Seiten des Kolbens decken. Sobald die Deckung aufhört, liegt eine Störung vor. Durch Anbringung elektrischer Kontakte an den Zeigern kann in diesem Fall auch ein Warnungszeichen gegeben werden.
Hervorgehoben sei noch, dass die Vorrichtung auch für Gase und Dämpfe verwendbar ist, insbesondere wenn der Unterschied im Druck zwischen Eingang und Ausgang relativ klein ist, da andernfalls durch die verschiedene Dichte Abweichungen entstehen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Einstellen und selbsttätigen Konstanthalten eines Flüssigkeitsstromes, unabhängig von Druckschwankungen vor und hinter derselben, in welcher ein von Hand einstellbares Ventil und ein selbsttätig arbeitendes Ventil vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Einund Auslassräume (2, 3) durch eine Wand getrennt sind, in der eine Öffnung vorgesehen ist, die an beiden Seiten als Ventilsitz ausgebildet ist, wovon der eine (9) mit dem von Hand einstellbaren Ventil (4) und der andere (1.
3) mit dem selbsttätig arbeitenden entlasteten Ventil (10) zusammenarbeitet, das mit einem Kolben (11) fest verbunden ist, auf dessen eine Seite der Druck vor dem von Hand einstellbaren Ventil und auf dessen andere Seite der Druck hinter demselben wirkt, derart, dass die Druckdifferenz den aus dem selbsttätigen Ventil und dem Kolben bestehenden Regelkörper (10, 11) in Schwebe hält, der auf diese Weise die in der Zeiteinheit durchströmende Menge konstant hält, unabhängig vom Wechsel des Druckes im Einlassraum (2) und im Auslassraum (3) der Vorrichtung (Fig. 1 und 2).