BESCHREIBUNG
Als einzige über diesen Gegenstand mir bekannte Veröffentlichung ist die No. 2 507 795, Patentgesuch No. 8111 837 vom 17.12.1982 durch das Institut National de la Propriete Industriel, Paris.
Nach Beschreibung und Zeichnungen Fig. 1, 2, 3 handelt es sich um einen Durchflusskonstanthalter, in dem der Konstantoder Regelstrom aus zwei Strömen besteht, einem ersten mit festem Durchflussquerschnitt, dessen Durchfluss proportional zum Wirkdruck steigt und einem zweiten bei steigendem Wirkdruck fallenden Strom, wobei die Summe beider Ströme beginnend bei ca. 1,5 bar Wirkdruck und endigend bei ca. 7 bar ungefähr konstant bleibt. Der zweite Strom steigt jedoch bis zum Wirkdruck von 1,5 bar steil an und fällt dann erst bei 1 bis 1,5 bar auf Null bei 6,5 bar.
Die Regelung des Durchflussquerschnittes des zweiten Stromes erfolgt durch eine weiche, elastische, auf 3 kleinflächigen Abstützungen lose sitzenden ca. 3 mm starken Scheibe, die sich durch den Wirkdruckaufschlag konkav ausbiegt und dadurch den Durchflussquerschnitt, der sich zwischen Umfangskante der Scheibe und dem rohrförmigen Stirnteil der Durchflussöffnung bildet, verringert. Mir ist nicht bekannt, dass ein Gerät nach diesen Unterlagen je auf dem Markt erschienen ist, bezweifle aber, dass ein solcher Durchflusskonstanthalter auf dem Markt akzeptiert worden wäre. Dünne Scheiben aus Elastomeren, die durch konkave oder konvexe Ausbiegung - je nach Art ihrer Lagerung - den Durchflussquerschnitt druckabhängig regeln, sind aus jahrzentelanger Erfahrung für genauere, kleinere und grössere Durchflüsse und Wirkdrücke ungeeignet.
Hinzu kommt, dass die Ausbiegekräfte das Elastomer schnell ermüden und dessen Elastizität verringern. Aus Figur 3 der vorgenannten Veröffentlichung ist z.B. ersichtlich, dass für die kleinste Ausbiegung dieser dünnen ca. 15 mm im Durchmesser messenden weichen Scheibe eine Wirkdruck-Kraft von fast 20 N erforderlich ist.
Unter solchen Bedingungen sind feinste wirkdruckentsprechende Änderungen des Durchflussquerschnittes und somit auch des Durchflusses gar nicht möglich. Die auf Seite 4, Z. 24 ff gemachten Vorschläge zur Erreichung grösserer Konstantströme und auch höherer Wirkdruckbereiche, nämlich die Anzahl und Auflageflächen der Abstützungen für die Scheibe zu erhöhen, brächte nur den grossen Nachteil, den Beginn des Konstantstromes in noch höhere Wirkdruckbereiche zu verschieben. Im weiteren ist aus der Beschreibung und den Zeichnungen nicht zu entnehmen, dass es mit seiner zum Patent angemeldeten Durchflussregelarmatur möglich sei, einen im voraus bestimmten Konstantstrom zu erzielen.
Auf Seite 4, Z.21 ff heisst es: A la sortie du regulateur R, le debit du fluide est egal à la somme des debuts du fluide traversant, d'une part, les rainures 7 et, d'autre part, le canal 6 axial.... , das heisst nichts anderes, als das was in die Armatur hineinfliesst auch wieder herauskommt.
Wenn aber die Summe der beiden Ströme dem vorbestimmten Konstantstrom entsprechen soll und dieser Konstantstrom z.B.
100 Liter/Minute betragen muss, dann müssen auch die Querschnitte beider Ströme bei einem bestimmten Wirkdruck vorbekannt und bestimmbar, d.h. regelbar sein. Für die Erzielung eines vorbestimmten Konstantstromes bedarf es daher vorerst der Regelung des bestimmenden Direktstromes und seines Durchflussquerschnittes und erst dann des Komplementärstromes. Ohne Vorausbestimmbarkeit beider Durchflussquerschnitte bei einem bestimmten Wirkdruck lässt sich auch kein im voraus bestimmter Konstantstrom erzielen. Dass die Zeichnung No. 3 in keiner Weise der Beschreibung entspricht, geht auch daraus hervor, dass z.B. der Durchflussquerschnitt der minimal 3 Nuten 7 gemäss Figur 1 und 2 die Grösse von ungefähr 40 mm2 ergibt, was einem Durchfluss von ca. 6-7 Liter/Min. bei 1 bar gleichkommt. Auf der Figur 3 erreicht der Direktstrom bei 1 bar die Grösse d = 1,5.
Diese zum Patent angemeldete Vorrichtung zum Konstanthalten des Durchflusses von Fluiden hat den Zweck, ein Gerät auf den Markt zu bringen, das in einem grossen Durchflussbereich ab 0,2 Liter/Minute bis 400 m3/h und ab Wirkdrücken von 0,3 bar äusserst geringe Durchfluss-Toleranzen gewährleistet.
Durchflusskonstanthalter ab Wirkdrücken von 0,3 bar bedingen zylindrische, zusammendrückbare Elastomere, die bereits bei diesen Drücken sich verformen und dadurch den Durchflussquerschnitt zu verringern vermögen, es sei denn, dass der Abfall des Komplementärstrom-Durchflusses bei ansteigendem Wirkdruck über einen grösseren Wirkdruckbereich verzögert werden soll oder der Direktstromverlauf während des Wirkdruckbereiches weniger rasch ansteigt als dies bei einer festen Bohrung normalerweise der Fall ist.
Um einen vorbestimmten Konstantstrom bei schwankenden Wirkdrücken zu erzielen, genügt es nicht, dass die Summe der beiden Ströme, des Direktstromes und des Komplementärstromes, konstant oder mehr oder weniger gleichbleibt, oder dass diese Summe einem X-beliebigen Konstantstrom entspricht, sondern der Konstantstrom muss der im voraus bestimmten Stromgrösse in Liter/Minute oder m3/h gleichsein. Über den ganzen Wirkdruckbereich müssen deshalb die Durchflussquerschnitte der beiden Teilströme und ihre Durchflüsse bekannt und vorausbestimmbar sein. Mit andern Worten muss zuerst der Direktstromverlauf über den ganzen Wirkdruckbereich festgelegt sein, d.h. die Wirkdrücke am Anfang und am Ende des Bereiches, sowie die diesen Drücken entsprechenden Ströme, wobei der bei maximalem Wirkdruck fliessende Direktstrom dem im voraus bestimmten Konstantstrom gleich sein muss.
Hiefür den entsprechenden Durchflussquerschnitt zu bestimmen ist kein Problem. Dieser gleiche Querschnitt für den Direktstrom gilt nun auch für den Beginn des Wirkdruckbereiches, sei dies nun bei 0,3, 0,5, 1 oder 3 bar usw., deren Durchflüsse ebenfalls ohne lange Berechnung feststellbar sind.
Aufgrund der jetzt bekannten Daten ist die bei Beginn des Wirkdruckbereiches zum Direktstrom hinzu zu steuernde Menge des Komplementärstromes und seines Durchflussquerschnittes gegeben. Jetzt geht es nur noch darum, den Verlauf des Komplementärstromes demjenigen des Direktstromes über den Wirkdruckbereich hinweg derart anzupassen, dass am Ende des Wirkdruckbereiches der Komplementärstrom Null ist, was durch den Einsatz der hiefür geeigneten und vorgesehenen Elastomere verschiedenster Härtegrade und die Form und Grösse der mit diesen den Durchflussquerschnitt bildenden, flächenmässig vorausbestimmbaren Ausnehmungen erfolgt.
Für Fälle, wo ein im Verhältnis zum Konstantstrom noch höherer Anteil des Direktstromes nötig ist, ist es sinnvoll, den Direktstrom über den Wirkdruckbereich hinweg zusätzlich oder nur durch eine axiale Bohrung im Elastomer zu führen, so dass der Verlauf des Direktstromes abgeflacht und der Anteil des Komplementärstromes verringert sowie der Konstantstrom samt seiner Durchfluss-Toleranz erhöht werden können. Die dem Verlauf der verschiedensten Komplementärströme über den Wirkdruckbereich hinweg angepassten Elastomere sind bei Druckeinwirkung nicht ausbiegbar, sondern nur zusammendrückbar und zwar derart, dass sich deren ebenen und nicht aufliegenden, freien Bodenflächen wirkdrucksensibilisiert in die dreieck- oder kreisabschnittförmigen Ausnehmungen hineinschieben und so nur deren Querschnittsfläche, nicht aber deren geometrische Form verändern.
Alle zum Einsatz kommenden Elastomere weisen über einen erheblichen Beanspruchungsbereich hinweg eine lineare Kompressionscharakteristik auf, wo hingegen die Abhängigkeit der Ausbiegung von den Druckkräften bei Elastomerscheiben nicht linear verläuft und daher schwer und bei konkaver Ausbiegung überhaupt nicht zu berechnen ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert, dabei zeigen:
Fig. 1 die in ein Rohr eingebaute komplette Ventilanordnung mit dreieckförmiger Ausnehmung,
Fig. 2 den Einsatz bestehend aus Elastomer und Düsenkörper mit kreisförmiger Ausnehmung,
Fig. 3 den Einsatz mit im Elastomer vorgesehenen Ausnehmungen,
Fig. 4 das Durchflussdiagramm der Ventilanordnung.
Elastomer 3 und Düsenkörper 1 sitzen in einem rohrähnlichen Gehäuse 10 mit Gegenverschraubung 11 und Dichtung 12.
Ein mit steigendem Wirkdruck zunehmender Teil des Direktstromes fliesst durch die Bohrung 5 in Richtung Ausfluss 13. Je nach Höhe des Direktstromes kann der Durchmesser und die Anzahl dieser Bohrungen so erhöht werden, dass die Abstufungen auch für grössere Ströme innerhalb eines Liters/Minute liegen. Die axiale Bohrung 9 bei der Variante nach Fig. 3 durch das Elastomer dient einer Erhöhung des Direktstromes, wobei der Anstieg der Stromkurve bei höherwerdendem Wirkdruck weniger steil vor sich geht, als beim Direktstrom mit nicht ver änderbarem Durchflussquerschnitt. Anstelle der Direktbohrungen 5 durch die Düse mit den für den Direktstrom erforderlichen und vorausbestimmten Querschnitten können solche Durchflussquerschnitte auch durch den Düsenverschraubungsteil des Körpers 11 geführt werden.
Gemäss den Figuren 1 und 2 sitzt das Elastomer 3 mit seiner ebenen Stirnfläche auf der gleichfalls ebenen kreisring-, oder kreisabschnittförmigen Sitzfläche 2 der hohlzylinderförmigen Wandung der Düse 1, welche diametralsymmetrische Ausnehmungen 7 und 6 aufweist, die zusammen mit der ebenen Stirnfläche des Elastomers 3 die Form von Dreiecken oder Kreisabschnitten bilden und als Durchflussquerschnitt für den Komplementärstrom dienen. Je nach Härte und Elastizität des Elastomers legt sich dieses bei niedrigstem Wirkdruck vorerst lose auf der Sitzfläche 2 auf, um sich dann bei steigendem Wirkdruck sukzessive und äusserst drucksensitiv mit seiner freien Sitzfläche in die offenen Ausnehmungsräume 7 und 6 hineinzudrücken und deren Querschnittsflächen entsprechend dem erforderlichen Verlauf des Komplementärstromes zu verringern.
Bei dieser Durchflussquerschnitts-Verringerung, die am Ende des Wirkdruckbereiches geschlossen ist, bleibt die Dreiecksoder Kreisabschnittform bis zum Schluss des Wirkdruckbereiches erhalten. Die Ausnehmungen 7 und 6 könnten auch im Elastomer vorgesehen werden. Siehe Figur 3, Ziffer 8. Nur bestünde für diese Art der Ausnehmung keine Möglichkeit der Durchflussquerschnittsflächenberechnung.
Figur 4 zeigt in einem aufgrund eines Mustertestes erstellten Diagramm den Verlauf der zwei Teilströme, des Direktstromes 13 und des Komplementärstromes 14 sowie des Konstantstromes 15 innerhalb eines Wirkdruckbereiches von 0,5 bar bis maximal 6 bar. Der im voraus bestimmte Konstantstrom fliesst also bereits bei einem Wirkdruck von 0,5 bar. Der mit 10 Liter/Minute im voraus bestimmte Konstantstrom ist am Ende des Wirkdruckbereiches gleich dem Direktstrom. Dies ist eine Regel, die für alle Konstantströme und in allen Wirkdruckbereichen volle Gültigkeit hat. Ohne diese Voraussetzung lässt sich der Durchflussquerschnitt des Komplementärstromes nicht berechnen. Dieser Querschnitt muss berechnet werden, wenn als Ergebnis der Durchflussregelung und Durchflusskonstanthaltung eine im voraus ganz bestimmte Grösse des Stromes in Liter/Minute resultieren soll.
Es genügt demnach keineswegs, dass die Summe der beiden Ströme konstant bleibt oder dem Konstantstrom entsprechen. Nein, dieser Konstantstrom muss eine im voraus festgesetzte Grösse haben und diese Grösse muss den ganzen Wirkdruckbereich hinweg konstant bleiben, d.h.
ihre Toleranz sollte innerhalb plus/minus 4(vo liegen. Bei Toleranzen von über plus/minus 6% kann nicht mehr von einem Konstantstrom und auch nicht mehr von einer Regelung gesprochen werden. Eine zweite Voraussetzung für die Berechenbarkeit des Konstantstromes und damit logischerweise auch der beiden Teilströme mit ihren Durchflussquerschnitten ist die Berechenbarkeit der Durchflussquerschnitte, wenn nötig über den ganzen Wirkdruckbereich hinweg, was wiederum voraussetzt, dass die Durchflussquerschnitte eine berechenbare Form haben und dies ebenfalls ab Beginn des Wirkdruckbereiches bis zu dessen Ende. Es muss also auch die Grösse des Wirkdruckbereiches im voraus bestimmt sein, d.h. Beginn bei X Wirkdruck und Ende bei X' Wirkdruck. Je kleiner der Wirkdruckbereich, desto genauer die Konstantstromregelung und desto enger ihre Toleranz.
Die Grösse des Wirdruckbereiches richtet sich aus schliesslich nach den vom Markt gestellten Anforderungen. So wäre es z.B. sinnlos, einen Wirkdruckbereich von 8, 10 oder sogar 12 bar zu fordern, wenn der Durchfluss-Konstanthalter für gewerbliche und Haushaltgeräte eingesetzt wird, also für ein Gebiet, wo maximale Wirkdrücke von 6 bar, aber minimale Wirkdrücke von 1 bar oder noch darunter die Regel sind oder für industrielle Wasserpumpenspeisungen, wo es darum geht, die Druckschwankungen der Pumpe z.B. zwischen 6 bis 8 bar durch den Einsatz eines Durchflusskonstanthalters im Wirkdruckbereich zwischen 5 bis 8 bar zu eliminieren.
Zurück zur Figur 4: Für diesen Direktstrom von 10 Liter pro Minute am Ende des Wirkdruckbereiches bei 6 bar ist eine Bohrung 5 im Ventilsitz 1 mit einem Durchmesser von 2,8 mm erforderlich, was einer Querschnittsfläche von 6,16 mm2 ent spricht. Bei einem Wirkdruck von 0,5 bar fliesst durch diese Querschnittsfläche ein Direktstrom von 3,3 Liter/Minute. Die Differenz bis zu 10 Liter/Minute, das sind 6,6 Liter, hat der Durchflussquerschnitt des Komplementärstromes zu erbringen.
Wenn 3,3 Liter bei 0,5 bar einen Durchflussquerschnitt von 6,16 mm2 benötigen, dann benötigt der Komplementärstrom für seine 6,7 Liter einen Durchflussquerschnitt von 12,5 mm2, plus einen Zuschlag von 6,5 mm2 für den wesentlich höheren Durchflusswiderstand, total also 19 mm2. Da die Düse 1 über zwei dreieckförmige Durchflussquerschnitte verfügt, bleiben pro Dreieck noch 9,5 mm2 Querschnittsfläche, dies ergibt ein stumpfwinkliges Dreieck mit einer Hypothenuse von 13 mm und einer Höhe von 1,45 mm sowie einem stumpfen Winkel von 155 Grad. Der Start des Komplementärstromes erfolgt also bei 0,5 bar mit einem auf zwei Durchflüsse gleichmässig verteilten Gesamtquerschnitt von 19 mm2. Die weitere über den Wirkdruckbereich hinweg erforderliche Anpassung des Komplementärstromes bis zum Werte Null bei 6 bar ergibt sich zwangsläufig durch den Einsatz des hiefür bestimmten Elastomers.
Aus Figur 4 ist zu erkennen, dass der Leistungsanteil des Direktstromes gemäss Feld A-B-F-D am Konstantstrom gemäss Feld A-B-F-G wesentlich höher ist, als der Komplementärstromanteil gemäss Feld A-B-C und dass die Durchflusschara teristik des Direktstromes die Regelcharakteristik des Komplementärstromes bestimmt und dass sich der Durchfluss des Komplementärstromes 14 im gleichen Masse gemäss Buchstabe b verringert, wie sich der Direktstrom 13 gemäss Buchstabe a erhöht.
Die Vorteile dieser Erfindung liegen darin:
Zum ersten Mal eine genaue Berechnungsmöglichkeit des durch ein Elastomer wirkdruckabhängig gesteuerten Durch flussquerschnittes und damit eine wirkliche und vorausbestimmbare Regelung des Konstantstromes über den ganzen Wirkdruckbereich.
Es kann praktisch jede Grösse eines bestimmten Konstantstromes ab 0,2 Liter/Minute bis zu einigen Hundert m3/h hergestellt werden und zwar innerhalb einer Toleranz von plus/minus maximal 4%.
Erstmalig ist auch ein Konstantstrom im niederen Wirkdruckbereich ab 0,5 bar bis 6 bar bei einer Toleranz von plus/minus maximal 4%.
Neu ist auch, dass die Konstantstromleistung pro Anschluss Nennweite gegenüber bisherigen ähnlichen Systemen ganz entscheidend höher liegt.
DESCRIPTION
The only publication I know about this subject is No. 2,507,795, patent application no. 8111 837 from December 17th, 1982 by the Institut National de la Propriete Industriel, Paris.
According to the description and drawings Fig. 1, 2, 3 it is a flow stabilizer, in which the constant or control current consists of two flows, a first with a fixed flow cross-section, the flow increases in proportion to the differential pressure and a second current falling with increasing differential pressure, whereby the sum of both flows starting at approx. 1.5 bar differential pressure and ending at approx. 7 bar remains approximately constant. The second flow, however, rises steeply up to the differential pressure of 1.5 bar and then only drops to 6.5 bar at 1 to 1.5 bar.
The flow cross-section of the second stream is regulated by a soft, elastic, approx. 3 mm thick disc, loosely seated on 3 small-area supports, which bends concavely due to the differential pressure and thereby the flow cross-section, which is between the peripheral edge of the disc and the tubular front part of the Flow opening forms, reduced. I am not aware that a device according to these documents has ever appeared on the market, but I doubt that such a flow stabilizer would have been accepted on the market. Thin discs made of elastomers, which regulate the flow cross-section depending on the type of storage due to concave or convex deflection, are unsuitable for more precise, smaller and larger flows and effective pressures based on decades of experience.
In addition, the bending forces quickly tire the elastomer and reduce its elasticity. From Figure 3 of the aforementioned publication is e.g. it can be seen that an effective pressure force of almost 20 N is required for the smallest deflection of this thin, soft disc measuring approx. 15 mm in diameter.
Under such conditions, the finest changes in flow cross-section, and therefore the flow, are not possible at all. The suggestions made on page 4, line 24 ff to achieve larger constant currents and also higher differential pressure ranges, namely increasing the number and contact surfaces of the supports for the disc, would only have the major disadvantage of shifting the start of the constant current to even higher differential pressure ranges. Furthermore, it cannot be inferred from the description and the drawings that it is possible to achieve a predetermined constant current with his patented flow control valve.
On page 4, lines 21 ff it says: A la sortie du regulateur R, le debit du fluide est egal à la somme des debuts du fluide traversant, d'une part, les rainures 7 et, d'autre part, le canal 6 axial .... that means nothing else than what flows into the valve comes out again.
But if the sum of the two currents should correspond to the predetermined constant current and this constant current e.g.
100 liters / minute, then the cross-sections of both streams must also be known and determinable at a certain differential pressure, i.e. be controllable. To achieve a predetermined constant current, it is therefore first necessary to regulate the determining direct current and its flow cross-section and only then to complement the complementary current. Without predeterminability of both flow cross-sections at a specific differential pressure, a predetermined constant current cannot be achieved. That the drawing No. 3 in no way corresponds to the description, it also follows that e.g. the flow cross section of the minimally 3 grooves 7 according to FIGS. 1 and 2 gives the size of approximately 40 mm 2, which results in a flow of approx. 6-7 liters / min. at 1 bar. In FIG. 3, the direct flow at 1 bar reaches the size d = 1.5.
This patent-pending device for keeping the flow of fluids constant has the purpose of bringing a device onto the market that is extremely low in a large flow range from 0.2 liters / minute to 400 m3 / h and effective pressures of 0.3 bar Flow tolerances guaranteed.
Flow stabilizers from effective pressures of 0.3 bar and higher require cylindrical, compressible elastomers, which deform at these pressures and are thus able to reduce the flow cross-section, unless the drop in the complementary current flow should be delayed over a larger effective pressure range with increasing effective pressure or the direct current curve rises less rapidly during the differential pressure range than is normally the case with a fixed bore.
In order to achieve a predetermined constant current with fluctuating effective pressures, it is not sufficient that the sum of the two currents, the direct current and the complementary current, remains constant or more or less the same, or that this sum corresponds to any X constant current, but the constant current must predetermined flow size in liters / minute or m3 / h. The flow cross sections of the two partial flows and their flow rates must therefore be known and predeterminable over the entire differential pressure range. In other words, the direct current curve must first be defined over the entire differential pressure range, i.e. the effective pressures at the beginning and end of the range, and the currents corresponding to these pressures, the direct current flowing at maximum effective pressure having to be equal to the constant current determined in advance.
Determining the corresponding flow cross-section is no problem. This same cross-section for the direct flow now also applies to the beginning of the differential pressure range, be it at 0.3, 0.5, 1 or 3 bar etc., the flow rates of which can also be determined without a long calculation.
On the basis of the data now known, the amount of the complementary flow and its flow cross-section to be added to the direct flow at the beginning of the differential pressure range is given. Now it is only a question of adapting the course of the complementary flow to that of the direct flow across the differential pressure range in such a way that at the end of the differential pressure range the complementary flow is zero, which is due to the use of suitable and provided elastomers of various degrees of hardness and the shape and size of the these recesses which form the flow cross section and which can be predetermined in terms of area take place.
For cases where an even higher proportion of the direct flow in relation to the constant current is necessary, it is advisable to guide the direct flow over the differential pressure range additionally or only through an axial bore in the elastomer, so that the course of the direct flow is flattened and the proportion of the Complementary current can be reduced and the constant current together with its flow tolerance can be increased. The elastomers, which are adapted to the course of the most diverse complementary flows over the differential pressure range, cannot be deflected under the action of pressure, but can only be compressed, in such a way that their flat and non-lying, free bottom surfaces push into the triangular or circular section-shaped recesses, and thus only their cross-sectional area, but not change their geometric shape.
All elastomers used have a linear compression characteristic over a considerable stress range, whereas the dependence of the deflection on the compressive forces in the case of elastomer disks is not linear and is therefore difficult and cannot be calculated at all with concave deflection.
Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing, which show:
1 shows the complete valve arrangement with a triangular recess installed in a tube,
2 the insert consisting of elastomer and nozzle body with a circular recess,
3 shows the use with recesses provided in the elastomer,
Fig. 4 shows the flow diagram of the valve arrangement.
Elastomer 3 and nozzle body 1 are seated in a tube-like housing 10 with counter screw 11 and seal 12.
A portion of the direct flow that increases with increasing differential pressure flows through the bore 5 in the direction of the outlet 13. Depending on the level of the direct stream, the diameter and the number of these bores can be increased such that the gradations are within one liter / minute even for larger flows. The axial bore 9 in the variant according to FIG. 3 through the elastomer serves to increase the direct flow, the increase in the current curve being less steep as the differential pressure increases than with the direct flow with a non-changeable flow cross-section. Instead of the direct bores 5 through the nozzle with the predetermined cross sections required for the direct flow, such flow cross sections can also be passed through the nozzle screw part of the body 11.
According to FIGS. 1 and 2, the elastomer 3 sits with its flat end face on the likewise flat annular or circular section-shaped seat surface 2 of the hollow cylindrical wall of the nozzle 1, which has diametrically symmetrical recesses 7 and 6, which together with the flat end face of the elastomer 3 Form triangles or circular sections and serve as a flow cross-section for the complementary flow. Depending on the hardness and elasticity of the elastomer, it initially lies loosely on the seat surface 2 at the lowest effective pressure, in order to then gradually and extremely pressure-sensitively press its free seat surface into the open recess spaces 7 and 6 and its cross-sectional areas in accordance with the required profile as the pressure increases to reduce the complementary current.
With this reduction in flow cross section, which is closed at the end of the differential pressure range, the triangular or circular section shape is retained until the differential pressure range ends. The recesses 7 and 6 could also be provided in the elastomer. See Figure 3, number 8. Only for this type of recess there would be no possibility of calculating the flow cross-sectional area.
FIG. 4 shows in a diagram created on the basis of a sample test the course of the two partial flows, the direct flow 13 and the complementary flow 14 and the constant flow 15 within an effective pressure range from 0.5 bar to a maximum of 6 bar. The constant current determined in advance already flows at an effective pressure of 0.5 bar. The constant flow determined in advance at 10 liters / minute is equal to the direct flow at the end of the differential pressure range. This is a rule that is fully valid for all constant currents and in all differential pressure ranges. Without this requirement, the flow cross section of the complementary flow cannot be calculated. This cross-section must be calculated if the result of the flow control and constant flow should result in a predetermined quantity of the current in liters / minute.
It is therefore not sufficient that the sum of the two currents remains constant or corresponds to the constant current. No, this constant current must have a predetermined size and this variable must remain constant over the entire differential pressure range, i.e.
their tolerance should be within plus / minus 4 (vo. With tolerances of over plus / minus 6%, one can no longer speak of a constant current or a regulation. A second prerequisite for the predictability of the constant current and thus logically also the Both partial flows with their flow cross-sections are the predictability of the flow cross-sections, if necessary across the entire differential pressure range, which in turn presupposes that the flow cross-sections have a calculable shape and this also from the beginning of the differential pressure range to the end of it be determined in advance, ie start at X differential pressure and end at X 'differential pressure. The smaller the differential pressure range, the more precise the constant current control and the tighter its tolerance.
The size of the screen printing area is based exclusively on the requirements of the market. So it would be e.g. It makes no sense to require an effective pressure range of 8, 10 or even 12 bar if the flow stabilizer is used for commercial and household appliances, i.e. for an area where maximum effective pressures of 6 bar but minimum effective pressures of 1 bar or below are the rule are or for industrial water pump feeds, where it comes to the pressure fluctuations of the pump, for example between 6 and 8 bar by using a flow stabilizer in the differential pressure range between 5 and 8 bar.
Back to Figure 4: For this direct flow of 10 liters per minute at the end of the differential pressure range at 6 bar, a bore 5 in the valve seat 1 with a diameter of 2.8 mm is required, which corresponds to a cross-sectional area of 6.16 mm2. At an effective pressure of 0.5 bar, a direct flow of 3.3 liters / minute flows through this cross-sectional area. The flow cross section of the complementary flow has to produce the difference of up to 10 liters / minute, that is 6.6 liters.
If 3.3 liters at 0.5 bar require a flow cross-section of 6.16 mm2, then the complementary flow for its 6.7 liters requires a flow cross-section of 12.5 mm2, plus a surcharge of 6.5 mm2 for the significantly higher flow resistance , a total of 19 mm2. Since nozzle 1 has two triangular flow cross-sections, there is still a cross-sectional area of 9.5 mm2 per triangle, which results in an obtuse-angled triangle with a hypotenuse of 13 mm and a height of 1.45 mm and an obtuse angle of 155 degrees. The complementary flow therefore starts at 0.5 bar with a total cross-section of 19 mm2 evenly distributed over two flows. The further adjustment of the complementary flow required down to the value zero at 6 bar across the differential pressure range is inevitably due to the use of the elastomer intended for this.
It can be seen from FIG. 4 that the power share of the direct current according to field ABFD in the constant current according to field ABFG is significantly higher than the complementary current component according to field ABC and that the flow characteristic of the direct current determines the control characteristic of the complementary current and that the flow of the complementary current 14 reduced to the same extent according to letter b as the direct current 13 increases according to letter a.
The advantages of this invention are:
For the first time, an accurate calculation option for the flow cross-section controlled by an elastomer, and thus an actual and predictable control of the constant current over the entire differential pressure range.
Virtually any size of a certain constant flow from 0.2 liters / minute up to a few hundred m3 / h can be produced within a tolerance of plus / minus a maximum of 4%.
It is also the first time that a constant current in the low differential pressure range from 0.5 bar to 6 bar with a tolerance of plus / minus a maximum of 4%.
Another new feature is that the constant current output per connection nominal size is significantly higher compared to previous similar systems.