AT510989A1

AT510989A1 - Durchflussmengenbegrenzungseinrichtung

Info

Publication number: AT510989A1
Application number: ATA144/2011A
Authority: AT
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2011-02-03
Filing date: 2011-02-03
Publication date: 2012-08-15
Also published as: DE112012000672B4; DE112012000672A5; WO2012104381A1; AT510989B1; US20140014200A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Durchflussmengenbegrenzungseinrichtung (1) mit einem federbelasteten Ventilkörper (4), welcher zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung axial verschiebbar stromaufwärts einer Querschnittverengung (6) in einem Strömungskanal (3) angeordnet ist, wobei der Ventilkörper (4) durch eine Feder (9) in Richtung der ersten Stellung belastet ist, und wobei der Durchfluss bei gegebenem Druckgefälle in der ersten Stellung größer ist, als in der zweiten Stellung, wobei die Querschnittverengung (6) durch zumindest eine Bypassleitung (7) umgehbar ist, wobei die Bypassleitung (7) stromaufwärts der Querschnittsverengung (6) vom Strömungskanal (3) abzweigt und stromabwärts der Querschnittsverengung (6) in den Strömungskanal (3) einmündet. Um einen geringen Strömungswiderstand im offenen Zustand und ein schlagartiges Schaltenzu erreichen, ist vorgesehen, dass in der zweiten Stellung ein definierter Spalt zwischen dem Ventilkörper (4) und dem Gehäuse (2) verbleibt.

Description

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Die Erfindung betrifft eine Durchflussmengenbegrenzungseinrichtung mit einem federbelasteten Ventilkörper, welcher zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung axial verschiebbar stromaufwärts einer Querschnittverengung in einem Strömungskanal angeordnet ist, wobei der Ventilkörper durch eine Feder in Richtung der ersten Steilung belastet ist, und wobei der Durchfluss bei gegebenem Druckgefälle in der ersten Stellung größer ist, als in der zweiten Stellung.

Aus der EP 0 969 233 Al ist ein Durchflussbegrenzer mit einem durch einen federbelasteten Ventilkörper bekannt, wobei der federbelastete Ventilkörper in einer Engstelle des Strömungskanals angeordnet ist. Die düsenartige Form der Wand des Gehäuses weist dabei Längsrippen auf, welche im geschlossenen Zustand des Ventilkörpers Strömungskanäle ausbilden, durch welche ein begrenzter Durchfluss in der Schließstellung des Ventilkörpers möglich ist.

Nachteilig ist, dass derartige Durchflussbegrenzer im offenen Zustand relativ hohe Druckverluste aufweisen. Des Weiteren ist nachteilig, dass bekannte Durchflussbegrenzer erst bei relativ hohen Differenzdrücken von der ersten Stellung in die zweite Stellung schalten. Der Umschaltpunkt liegt also erst bei einem relativ hohen Differenzdruckniveau.

Nachteilig ist außerdem, dass bekannte Durchflussbegrenzer ein relativ starkes Hystereseverhalten aufweist, so dass die Öffnung des Ventilkörpers aus der Schließstellung stark verzögert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen Durchflussbegrenzer mit geringem Druckverlust im geöffneten Zustand und mit verzögerungsarmen Ansprechverhalten zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Querschnittverengung durch zumindest eine Bypassleitung umgehbar ist, wobei die Bypassleitung stromaufwärts der Querschnittsverengung vom Strömungskanal abzweigt und stromabwärts der Querschnittsverengung in den Strömungskanal einmündet, wobei vorzugsweise die Bypassleitung außerhalb des Strömungskanals in einem Gehäuse der Durchflussmengenbegrenzungseinrichtung angeordnet ist.

Um ein rasches Öffnen aus der zweiten Stellung zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn der Ventilkörper durch eine feststehende axiale Führungsstange geführt ist, wobei die Führungsstange stromabwärts des Ventilkörpers einen vorzugsweise verstellbaren Anschlag aufweisen kann, auf welchem der Ventilkörper in der zweiten Stellung aufliegt. Der Anschlag kann beispielsweise durch eine Hülse gebildet sein, welche axial einstellbar auf der Führungsstange angeordnet - 2 - ist. Die Hüise kann dabei gleichzeitig auch das Gegenlager für die Feder bilden. Durch die Hülse kann somit einerseits die Federvorspannung und andererseits der Anschlag für den Ventilkörper axial eingestellt werden.

Bei Erreichen des definierten Durchflusses schaltet die erfindungsgemäße Durchflussbegrenzungsvorrichtung schlagartig und selbständig, ohne jegliche Eingriffe oder Aktuatorik von außen, wobei die Schaltkräfte zur Ventilbetätigung ausschließlich aus strömungstechnischen Effekten aufgebracht werden.

Durch den definierten Anschlag im Bereich der Führungsstange wird verhindert, dass der Ventilkörper in seiner zweiten Stellung am Gehäuse anliegt. In der zweiten Stellung verbleibt somit ein definierter Spalt zwischen dem Ventilkörper und einer inneren Mantelfläche des Gehäuses, wodurch ein sehr rasches Öffnen des Ventilkörpers aus der zweiten Stellung heraus möglich wird. Die sich in Strömungsrichtung verjüngende innere Mantelfläche des Gehäuses kann dabei kegelig oder düsenartig verlaufend gestaltet sein.

Besonders geringe Strömungsverluste lassen sich erreichen, wenn der Ventilkörper eine doppelkonische Form aufweist. Alternativ kann auch eine andere strömungsgünstige Form für den Ventilkörper gewählt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der drehsymmetrische Ventilkörper eine nichtlineare Kurve als Erzeugende aufweist. Dadurch lassen sich mit der erfindungsgemäßen Durchflussbegrenzungsvorrichtung im geöffneten Zustand besonders geringe Druckveriuste erreichen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der Umschaltpunkt zwischen der erster und der zweiter Stellung auf einen Differenzdruck zwischen einem Bereich des Strömungskanals stromaufwärts der Durchflussbegrenzungseinrichtung und einem Bereich des Strömungskanals stromabwärts der Durchflussbegrenzungseinrichtung von maximal 500 mbar, vorzugsweise maximal 200 mbar eingestellt ist. Dadurch ergibt sich ein sehr sensibles und verzögerungsarmes Ansprechverhalten. Im Vergleich dazu schalten bekannte Durchflussbegrenzungseinrichtung üblicherweise erst bei einer Druckdifferenz von etwa 1000 mbar.

Der Umschaltpunkt wird dabei im wesentlichen durch die strömungsgünstige Form des Ventilkörpers und des umgebenden Gehäuses und durch die Auslegung der Federkraft bestimmt. Dabei werden die Schaltkräfte rein aus strömungstechnischen Effekten aufgebracht. Um geringe Druckverluste zu ermöglichen, muss die Schaltkraft über diesen strömungstechnischen Effekten verstärkt werden. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Durchflussbegrenzungseinrichtung - 3 - kann der Schaltpunkt bei äußerst geringer Druckdifferenz und völlig ohne Aktu-atorik realisiert werden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemäße Durchflussmengenbegrenzungseinrichtung in einem Längsschnitt und Fig. 2 ein Druckveriust-Massenstrom-Diagramm.

Die in Fig. 1 dargestellte Durchflussmengenbegrenzungseinrichtung 1 weist ein Gehäuse 2 mit einem Strömungskanal 3 auf, in welchem ein Ventilkörper 4 an einer feststehenden Führungsstange 5 axial verschiebbar im Bereich einer düsenartigen Querschnittsverengung 6 angeordnet ist.

Der Ventiikörper 4 und die Querschnittsverengung 6 sind durch eine Bypassleitung 7 umgehbar, wobei die Bypassleitung 7 stromaufwärts des Ventilkörpers 4 vom Strömungskanal 3 abzweigt und stromabwärts der Querschnittsverengung 6 in den Strömungskanal 3 wieder einmündet.

Die Führungsstange 5 weist eine Hülse 8 auf, auf welcher eine Feder 9 gelagert ist, die den Ventilkörper 4 in eine in der Fig. 1 dargestellten ersten Stellung vorspannt. Mit Bezugszeichen 10 ist eine Befestigungsmutter für die Führungsstange 5 bezeichnet.

Der Ventilkörper 4 ist im Wesentlichen doppelkonisch ausgebildet, wodurch möglichst geringe Strömungsverluste auftreten.

Die Hülse 8 bildet einen Anschlag 11 für den Ventilkörper 4 aus, wobei der Ventilkörper 4 in der zweiten Stellung auf dem Anschlag 11 aufliegt. Der Anschlag 11 wird über die Hülse 8 dabei so eingestellt, dass in der zweiten Stellung des Ventilkörpers 4 ein definierter Spalt zwischen der konischen Mantelfläche 4a des Ventilkörpers 4 und einer kegeligen Mantelfläche 2a des Gehäuses 2 verbleibt. Dieser Spalt ermöglicht ein rasches Öffnen des Ventilkörpers 4 aus der zweiten Stellung, so dass das Hystereseverhalten möglichst klein gehalten werden kann. Der verbleibende Spalt kann durch entsprechende Formgebung der Mantelfläche 4a des Ventilkörpers 4 und der Mantelfläche 2a des Gehäuses 2 eine nicht konstante Stärke haben.

In der in Fig. 1 dargestellten ersten Stellung des Ventilkörpers 4 fließt eine große Menge des Strömungsmediums am Ventilkörper 4 vorbei, eine kleinere Menge passiert die Bypassleitung 7. Ab einem durch die Feder 9 definierten Differenzdruck Δρ wird der Ventiikörper 4 schlagartig von der ersten Stellung in die zweite Stellung verschoben, wodurch der Strömungskanal 3 bis auf einen geringen verbleibenden Spalt zwischen den Mantelflächen 4a und 2a verschlossen wird. - 4 -

Das Strömungsmedium strömt unter Umgehung des Ventilkörpers 4 nun zum Großteil in der Bypassleitung 7 und mündet stromabwärts der Querschnittverengung 6 wieder in den Strömungskanal 3 ein.

In Fig. 2 ist der Differenzdruck Δρ über dem Volumenstrom V aufgetragen. Mit Bezugszeichen 12 ist der Schließpunkt des Ventilkörpers 4, mit Bezugszeichen 13 der Öffnungspunkt des Ventilkörpers 4 bezeichnet. Bis zum Schließpunkt weist die Vorrichtung einen relativ geringen Strömungswiderstand auf. Dieser wird durch den Schaltvorgang schlagartig erhöht, was die gewünschte Durchflussbegrenzung bewirkt. Der Schaltpunkt liegt dabei bei etwa 20 bis 200 mbar Differenzdruck zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Bereich des Strömungskanals 3.

Wie ersichtlich ist, ist die Öffnungs- und Schließcharakteristik des Ventilkörpers 4 hysteresebehaftet. Die Hysterese zwischen dem Schließen und dem Öffnen des Ventilkörpers 4 ist mit Bezugszeichen 14 angedeutet. Durch den definierten Spalt in der zweiten Stellung des Ventilkörpers 4 und dem Bypasskanal 7 kann das Hystereseverhalten 14 möglichst klein gehalten werden. Durch den definierten Spait ist auch bei "geschlossenem" Ventilkörper 4 eine geringe Durchströmung möglich.

Claims

• * * ♦««· * t * • · · t ft * ♦ * + • ··· * * * • · · « * * * · * »* * 4 <·» «ft «4 « - 5 - PATENTANSPRÜCHE 1. Durchflussmengenbegrenzungseinrichtung (1) mit einem federbelasteten Ventilkörper (4), welcher zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung axial verschiebbar stromaufwärts einer Querschnittverengung (6) in einem Strömungskanal (3) angeordnet ist, wobei der Ventilkörper (4) durch eine Feder (9) in Richtung der ersten Stellung belastet ist, und wobei der Durchfluss bei gegebenem Druckgefälle in der ersten Stellung größer ist, als in der zweiten Stellung, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittverengung (6) durch zumindest eine Bypassleitung (7) umgehbar ist, wobei die Bypassleitung (7) stromaufwärts der Querschnittsverengung (6) vom Strömungskanal (3) abzweigt und stromabwärts der Querschnittsverengung (6) in den Strömungskanal (3) einmündet.
2. Durchflussmengenbegrenzungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung (7) außerhalb des Strömungskanals (3) in einem Gehäuse (2) der Durchflussmengenbegrenzungseinrichtung (1) angeordnet ist.
3. Durchflussmengenbegrenzungseinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (4) durch eine feststehende axiale Führungsstange (5) geführt ist, wobei vorzugsweise die Führungsstange (5) stromabwärts des Ventilkörpers (4) einen Anschlag (11) aufweist, auf welchem der Ventilkörper (4) in der zweiten Stellung aufliegt.
4. Durchflussmengenbegrenzungseinrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (11) durch eine mit der Führungsstange (5) verbundene Hülse (8) gebildet ist.
5. Durchflussmengenbegrenzungseinrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (5) ein Gegenlager für die Feder (9) bildet.
6. Durchflussmengenbegrenzungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (11) verstellbar ausgebildet ist, wobei vorzugsweise der Anschlag (11) durch die Länge der Hülse (5) definiert ist .
7. Durchflussmengenbegrenzungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Stellung ein definierter Spalt zwischen den Ventilkörper (4) und dem Gehäuse (2) verbleibt.
8. Durchflussmengenbegrenzungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) zumindest eine den Ventilkörper (4) zumindest teilweise umgebende kegelige Mantelfläche (2a) aufweist.
9. Durchflussmengenbegrenzungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (4) eine doppelkonische Form aufweist.
10. Durchflussmengenbegrenzungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der im wesentlichen drehsymmetrische Ventilkörper (4) eine Mantelfläche (4a) mit einer nichtlinearen Kurve als Erzeugenden aufweist.
11. Durchflussmengenbegrenzungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) zumindest eine den Ventilkörper (4) zumindest teilweise umgebende drehsymmetrische Mantelfläche (2a) mit einer nichtlinearen Kurve als Erzeugenden aufweist.
12. Durchflussmengenbegrenzungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschaltpunkt zwischen erster und zweiter Stellung auf einen Differenzdruck zwischen einem Bereich des Strömungskanals (3) stromaufwärts der Durchflussbegrenzungseinrichtung (1) und einem Bereich des Strömungskanals (3) stromabfwärts der Durchflussbegrenzungseinrichtung (1) von maximal 500 mbar, vorzugsweise maximal 200 mbar eingestellt ist, 2011 02 03 Fu/St

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