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Die
Erfindung betrifft einen Durchflussregler nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Es
sind unterschiedlichste Durchflussregler zur Regelung einer Durchflussmenge
bekannt, wobei ab einem bestimmten Eingangsdruck der Durchfluss auch
vollständig
unterbunden werden kann.
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Herkömmliche
Durchflussregler weisen federbelastete Ventilelemente auf, die entsprechend dem
Eingangsdruck bewegbar sind und bei zunehmendem Eingangsdruck den
Durchflussquerschnitt verringern und ggf. den Durchflussquerschnitt
ganz verschließen.
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Aus
dem Dokument G 81 01 995.5 ist ein Durchflussregler bekannt, der
ein dem Eingangsdruck ausgesetztes verschiebbares Ventilelement aufweist,
das von einem elastischen Ring in eine Offenstellung für maximalen
Durchflussquerschnitt belastet wird. Mit zunehmendem Eingangsdruck
wird das ringartige Element aufgrund einer Schräge am Ventilelement nach außen gedrückt und
erlaubt eine zunehmende Bewegung des Ventilelements zum Ventilsitz
hin. Durch dieses Bewegung wird der Durchflussquerschnitt zunehmend
verschlossen. Beim Nachlassen des Einlassdruckes zieht sich das ringartige
Element zusammen und drückt
das Ventilelement zunehmend in Richtung Offenstellung.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach aufgebauten
Durchflussregler zu schaffen, der kostengünstig zu fertigen ist, aber
dennoch eine exakte Einstellung der Durchflussbedingungen gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der
Erfindung liegt die Idee zugrunde, ein elastisches komprimier- bzw.
formbares Element einzusetzen, das ab einem bestimmten Einlassdruck
komprimiert und/oder umgeformt wird, wo bei durch die Kompression
oder Verformung des elastischen Elements der Durchflussquerschnitt
verringert wird. Je nach Anwendung kann das elastische Element bzw.
die den Durchflussquerschnitt bildende Durchflussöffnung so
beschaffen sein, dass ab einem bestimmten Einlassdruck der Durchflussquerschnitt
vollständig
geschlossen wird. Selbstverständlich
kann der Durchflussquerschnitt durch mehrere Durchflussöffnungen
geschaffen werden.
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Das
elastische Element kann zumindest eine Durchflussöffnung,
selbstverständlich
auch eine Vielzahl von Durchflussöffnungen aufweisen, die bei Kompression
oder Verformung des Elements in zunehmender Weise verschlossen werden.
Der Durchflussquerschnitt kann jedoch auch durch eine oder mehrere
Durchflussöffnungen
geschaffen werden, die durch ein Zusammenwirken des elastischen
Elements mit einem weiteren Element des Durchflussreglers gebildet
werden. So kann das elastische Element bspw. Kerben oder Nuten aufweisen,
die zusammen mit einem anderen Bauteil, bspw. dem Gehäuse des
Durchflussreglers oder einem speziellen Regelelement, auf das später eingegangen
werden soll, eine oder mehrere Durchflussöffnungen bilden, die mit zunehmender
Kompression oder Verformung des elastischen Elements zunehmend verschlossen werden.
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Eine
oder mehrere Durchflussöffnungen können bspw.
durch einen oder mehrere Rücksprünge, Nuten,
Mulden oder Kanäle
an einem Bauteil des Durchflussreglers, bspw. an einem Gehäuseteil,
geschaffen werden, die durch zunehmende Kompression oder Verformung
des elastischen Elementes vom elastischen Element verschlossen werden,
indem das elastische Element in den Rücksprung oder dgl. hinein gedrückt wird.
Bevorzugt weist das elastische Element eine Ringform und einen runden
Querschnitt auf.
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Das
elastische Element kann mit einem Regelelement zusammenwirken, das
bewegbar, insbesondere verschiebbar ausgebildet sein kann. Bewährt hat
sich eine kolbenartige Ausbildung des Regelelements mit einer ersten
Fläche,
an der der Druck des einströmenden
Fluids angreift. Bei einer derartigen Gestaltung des Regelelements
kann der ersten Fläche
eine zweite Fläche
gegenüberliegen, die
mit dem elastischen Element zusammenwirkt und dieses bspw. bei ansteigendem
Einströmdruck
komprimiert bzw. in einen Rücksprung,
eine Mulde oder dgl. presst, um den Durchflussquerschnitt zu verringern.
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Das
Regelelement kann aber auch selbst als elastisches Element ausgebildet
sein. Bspw. kann bei der ausgeführten
kolbenartigen Ausbildung des Regelelements das Regelelement vollständig oder zumindest
ein Teilbereich des Regelelements elastisch ausgebildet sein und
Durchflussöffnungen
aufweisen, die mit zunehmendem Einlassdruck und der damit einhergehenden
Kompression des Regelelements bzw. des genannten elastischen Bereichs
des Regelelements verkleinert oder gar vollständig verschlossen werden. Selbstverständlich kann,
wie hinsichtlich des elastischen Elements ausgeführt, der Durchflussquerschnitt
auch durch ein Zusammenwirken des Regelelements bzw. dessen elastischen
Bereichs mit weiteren Bauteilen des Durchflussreglers geschaffen
werden. Auch in diesem Fall wird, wie bereits ausgeführt, der
Durchflussquerschnitt durch die zunehmende Verformung des elastischen
Bereichs des Regelelements in zunehmendem Maße verschlossen.
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Bei
zahlreichen Anwendungen des Durchflussreglers wird angestrebt, dass
ab einem bestimmten Druck des einzuströmenden Fluids der Durchflussquerschnitt
vollständig
verschlossen wird. Zweckmäßig kann
der Durchflussregler einen Ausgleichsregler oder Fluidspeicher umfassen,
der in an sich bekannter Weise durch Federbelastung oder ähnliche
Gestaltung einen Druckausgleich vornimmt, wenn der Durchflussregler
in einem System eingesetzt wird, bei dem es bspw. durch Temperatureinflüsse und
Ausdehnung des Systems zu Druckabfällen kommen kann.
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Die
wesentlichen Vorteile des neuartigen Durchflussreglers werden darin
gesehen, dass dieser eine ausgesprochen einfache Konstruktion aufweist,
aber dennoch eine zuverlässige
Funktion gewährleistet,
und zudem durch Variationen verschiedener Parameter einfach auf
unterschiedlichste Anforderungen hinsichtlich der Regelung der Durchflussmenge
anzupassen ist. So kann auf einfache Weise durch die Geometrie der
Durchflussöffnung, bspw.
durch Größe und Tiefe
des Radius einer Ausnehmung, Einfluss auf die Durchflussbedingungen genommen
werden, ebenso durch die Härte
des elastischen Elements und die Gestalt des elastischen Elements,
aber auch durch Gestalt und Variation des Regelelements, bspw. der
mit dem elastischen Element zusammenwirkenden Fläche des Regelelements. Auch
durch Querschnitt und Spiel des Regelelements lässt sich einfach und wirkungsvoll
Einfluss auf die Durchflussbedingungen nehmen. Es kann daher ein
System geschaffen werden, bei dem durch einfachen Austausch des
elastischen Elements und/oder des Regelelements bei sonst identischem Bauteil
andere Durchflussbedingungen geschaffen werden bzw. der Durchflussregler
an unterschiedlichste Anforderungen angepasst werden kann.
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Die
Erfindung wird näher
anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels
erläutert.
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1 zeigt
einen ersten Durchflussregler im eingebauten Zustand schematisch
im Querschnitt.
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2 zeigt
das Gehäuse
des Durchflussreglers mit elastischem Element in perspektivischer
Darstellung.
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3 zeigt
einen zweiten Durchflussregler im eingebauten Zustand schematisch
im Querschnitt.
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4 zeigt
einen dritten Durchflussregler im eingebauten Zustand schematisch
im Querschnitt.
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5 zeigt
das Dichtelement des in 4 dargestellten Durchflussreglers.
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In 1 ist
der Durchflussregler 1 im Querschnitt zu sehen. Dieser
ist in einem Block 2 eines Leitungssystems montiert. Bei
dem eingesetzten Durchflussregler 1 handelt es sich um
einen Überdruckbegrenzer,
der als Ausgleichsregler in einem geschlossenen System eingesetzt
wird. Zu diesem Zweck weist der Durchflussregler 1 einen
Fluidspeicher 5 auf, dessen Speicherraum über einen
federbelasteten Kolben 4 variabel gestaltet ist. Fluid
aus diesem Fluidspeicher 5 kann über den Durchflussquerschnitt
an das Leitungssystem 6 abgegeben werden. Andererseits
kann Fluid über
das Leitungssystem 6 und den Durchflussquerschnitt in den
Fluidspeicher 5 eingespeichert werden. Mit zunehmendem
Druck im Leitungssystem 6 wird der Durchflussquerschnitt
jedoch verringert und ab einem bestimmten Grenzdruck vollständig geschlossen,
um das System bei Überdruck
abzusperren. Hierzu ist die erfindungsgemäße Konstruktion vorgesehen,
die folgend im Detail erläutert
wird.
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Der
Durchflussregler 1 verfügt über ein
kolbenartiges verschiebbares Regelelement 7, das eine erste
Fläche 9 aufweist,
auf die der Einlassdruck in dem Leitungssystem 6 einwirkt.
Dieser ersten Fläche 9 gegenüber ist
eine zweite Fläche 10 vorgesehen, die – wie in
der Darstellung zu sehen – leicht
abgeschrägt
ist und mit einem elastischen Element 8 zusammenwirkt.
Das elastische Element 8 hat die Gestalt eines einfachen
Rings und kann durch einen üblichen
O-Ring gebildet werden.
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Das
elastische Element 8 liegt somit zwischen dem Regelelement 7 und
dem Gehäuse 3 des Durchflussreglers 1.
Die Fläche
des Gehäuses 3,
auf der das elastische Element 8 aufliegt, ist – wie gut aus 2 zu
ersehen – mit
einem Rücksprung 11 versehen.
Dieser Rücksprung 11 hat
die Gestalt einer Zylinderteilfläche
und ist mit vorgegebener Breite und Radius ausgeführt. Das
elastische Element 8 liegt in der nicht belasteten Stel lung
auf den Schultern 12 des Rücksprungs auf und füllt den
Rücksprung 11 nicht
vollständig
aus, so dass zwei gegenüberliegende
Spalten 13 zwischen dem elastischen Element 8 und
dem Rücksprung 11 entstehen,
die den Durchflussquerschnitt bilden.
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Sobald
Fluid vom Leitungssystem 6 in den Fluidspeicher 5 strömt, übt das Regelelement 7 einen bestimmten
Druck auf das elastische Element 8 auf. Abhängig von
der Elastizität
des elastischen Elements 8, insbesondere seiner Shore-Härte widersteht
das elastische Element 8 diesem Druck, ohne komprimiert
oder verformt zu werden. Ab einer bestimmten Kraft, die von dem
Regelelement 7 auf das elastische Element 8 wirkt,
die selbstverständlich
abhängig
vom Druck im Leitungssystem 6 ist, wird das elastische
Element 8 jedoch unter der erhöhten Druckkraft des Regelelements 7 komprimiert
und in zunehmendem Maße
in den Rücksprung 11 gepresst.
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Hierdurch
wird der Durchflussquerschnitt zunehmend verringert, bis ab einem
bestimmten Grenzdruck im Leitungssystem 6 und der daraus
resultierenden Kraft auf das Regelelement 7 der Rücksprung 11 vollständig vom
elastischen Element 8 ausgefüllt wird und somit der Durchflussquerschnitt vollständig verschlossen
ist. Auf diese Weise wird das Leitungssystem 6 ab einem
bestimmten Grenzdruck vollständig
abgesperrt und es kann kein Fluid vom Leitungssystem 6 in
den Fluidspeicher 5 einströmen.
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Fällt der
Druck im Leitungssystem 6 unter den genannten Grenzdruck,
bewirkt die vom elastischen Element 8 auf das Regelelement 7 aufgebrachte
Kraft im Zusammenspiel mit der Kraft, die von dem im Fluidspeicher 5 befindlichen
Fluid auf das Regelelement 7 aufgebracht wird, dass das
Regelelement 7 in die Offenstellung bewegt wird, also in der 1 nach
oben. Die Kompression des elastischen Elements 8 lässt nach,
so dass das elastische Element 8 den Rücksprung 11 wieder
in zunehmendem Maße
freigibt. Auf diese Weise wird der Durchflussquerschnitt wieder
geöffnet.
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Wesentlich
ist also gemäß der Erfindung, dass
der Durchflussquerschnitt durch eine Kompression bzw. Verformung
des elastischen Elements 8 teilweise oder ganz verschließbar ist.
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3 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel.
Ein Regelelement 27 ist verschieblich in einem Block 33 eines
Leitungssystems angeordnet. Das Regelelement 27 ist im
Querschnitt im Wesentlichen T-förmig
und weist einen Schaftabschnitt 36 und einen Kopfabschnitt 39 auf.
Zwischen der unteren Fläche 30 des
Kopfabschnitts 39 und einem Ventilsitz 32 des
Blocks 33 ist ein Dichtring 31 vorgesehen.
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Auf
der oberen Seite 29 des Kopfabschnitts 39 sind über den
Umfang verteilt elastische Noppen 28 vorgesehen. Diese
Noppen 28 stützen
sich an einer Lochscheibe 34 ab, die mittels eines Sicherungsrings 35 gehalten
wird. Der nur schematisch dargestellte Sicherungsring 35 weist
eine zentrale Öffnung auf
und ist in eine Nut im Block 33 eingesetzt.
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Der
Schaftabschnitt 36 weist einen geringeren Durchmesser auf
als die Bohrung des Blocks 33, in die der Schaftabschnitt 36 eingesetzt
ist. In der dargestellten Stellung befindet sich der Durchflussregler
in der geschlossenen Stellung und erlaubt keinen Fluidstrom. Erhöht sich
der Druck in der kleinen Bohrung des Blocks 33, also in 3 auf
der unteren Seite, so wird das Regelelement 27 nach oben
geschoben gegen die Kraft, die von den elastischen Noppen 28 auf
das Regelelement 27 ausgeübt wird. D.h. die Noppen 28 werden
zusammengedrückt
bzw. komprimiert und auf diese Weise wird zwischen dem Dichtring 31 und
dem Ventilsitz 32 ein Spalt freigegeben.
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Da
der Durchmesser des Schaftabschnitts 36 geringer ist als
der Durchmesser der Aufnahmebohrung des Schaftab-schnitts 36 im
Block 33 kann Fluid an der Außenfläche des Schaftabschnitts 36 entlangströmen durch
den Spalt zwischen Ventilsitz 32 und Dichtring 31 hindurch
an der Außenseite
des Kopfabschnitts 39 entlang, zwischen den Noppen 28 hindurch
und durch die zentrale Öffnung
der Lochscheibe 34 und den Sicherungsring 35 in
die große Bohrung
des Blocks 33. Sinkt der Fluiddruck auf der Unterseite
des Regelelements 27 unter einen bestimmten Grenzdruck,
wird das Regelelement 27 durch die Kraft der elastischen
Noppen 28 in die Schließstellung bewegt und ein Durchfluss
vollständig
unterbunden.
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In
einer nicht dargestellten Modifikation wird der Fluiddurchfluss
durch Kerben am Schaftabschnitt 36 des Regelelements 27 ermöglicht,
so dass zwischen dem Außendurchmesser
des Schaftabschnitts 36 und der Aufnahmebohrung im Block 33 zwar
ein Spiel vorhanden sein muss, um die angestrebte Verschiebbarkeit
zu ermöglichen,
jedoch die Öffnung zum
Durchströmen
des Systems durch Kerben am Außenumfang
des Schaftabschnitts 36 unabhängig von einer Einpassung des
Regelelements 27 in den Block 33 gewährleistet
wird. Alternativ kann auch ein Bohrungssystem im Regelelement 27 vorgesehen werden,
das über
eine zentrale Bohrung und radial verlaufende Bohrungen einen entsprechenden
Fluidstrom ermöglicht.
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4 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel eines
Durchflussreglers, das grundsätzlich ähnlich aufgebaut
ist wie der Durchflussregler des zweiten Ausführungsbeispiels. Es soll daher
nur auf die Unterschiede zu diesem Ausführungsbeispiel eingegangen
werden. Bei diesem Durchflussregler handelt sich um einen Durchflussregler,
der ab einer bestimmten Druckdifferenz des Fluiddrucks oberhalb des
Regelelements 37 und unterhalb des Regelelements 37 den
Durchflussquerschnitt vermindert bzw. ganz sperrt. Die dargestellte
Stellung ist die offene Stellung des Durchflussreglers. Der dargestellte
Sicherungsring 35 weist eine zentrale nicht ersichtliche Öffnung auf,
durch die das Fluid hindurchströmen kann.
Das Fluid strömt
weiterhin in der beschriebenen Weise um den Kopfabschnitt 39 des
Regelelements 37 herum und durch Durchströmöffnungen, die
am ringförmigen
Dichtelement 41 ausgebildet sind. Das Fluid strömt weiter
durch ein lediglich skizziertes Bohrungssystem, das über Querbohrungen 38 und
eine Zentralbohrung verfügt.
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Bei
diesem Durchflussregler öffnet
das Regelelement 37 mittels des elastischen Dichtelements 41 gegen
den Druck, der auf die Oberseite 29 des Regelelements 37 wirkt.
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Die
Beschaffenheit des Dichtelements 41 ist aus 5 zu
ersehen. Bei diesem Dichtelement 41 handelt es sich um
ein ringförmiges
Dichtelement, das jedoch nicht eine kontinuierliche Gestalt aufweist,
sondern wellenförmig
gestaltet ist, d.h. die Mittellinie des Rings liegt nicht in einer
Ebene, so dass das ringartige Dichtungselement 41 auf einer
Ebene nicht plan aufliegt, sondern mit bestimmten Abschnitten aufliegt
und mit anderen sich von der Ebene abhebt. Auf diese Weise entstehen
beim Aufliegen des Dichtelements 41 auf dem zugeordneten
Ventilsitz 32 des Blocks 33 Durchlässe zwischen
den Abschnitten des Dichtelements 41, die nicht aufliegen,
und dem Ventilsitz 32.
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Auf
der gegenüberliegenden
Seite, also der Oberseite des Dichtelements 41, entstehen
ebenfalls Durchlässe,
da analog die Oberseite des Dichtelements 41 nur teilweise
an der unteren Seite 30 des Kopfabschnitts 39 anliegt.
D.h. auch zwischen dem Kopfabschnitt 39 und den nicht an
diesem anliegenden Bereichen des Dichtelements 41 können Durchlässe entstehen.
Da das Dichtelement 41 bei diesem Ausführungsbeispiel auch nicht über einen
einheitlichen inneren Durchmesser verfügt, erfolgt auch gegenüber dem
Schaftabschnitt des Regelelements 37 keine vollständige Abdichtung,
so dass Fluid entsprechend von der Oberseite des Regelelements 37 zur Unterseite
des Regelelements 37 strömen kann.
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Wird
der Druck auf die Oberseite 29 des Regelelements 37,
also die obere Fläche
des Kopfabschnitts 39 erhöht, wird das Dichtelement 41 in
zunehmendem Maße
gegen den Ventilsitz 32 des Blocks 33 gequetscht
und dabei verformt und komprimiert. Durch diese zunehmende Verformung
und Kompression des Dichtelements 41 werden die durch die
Unregelmäßigkeit
des Dichtelements 41 gebildeten Durchlässe zunehmend verschlossen
und der Strömungsquerschnitt
vermindert und ab einer bestimmten Anpresskraft durch das Regelelement 37 vollständig geschlossen.