DE1075389B

DE1075389B - Zumischventil mit Differenzdrucksteuerung, insbesondere für Zweikammersysteme

Info

Publication number: DE1075389B
Application number: DENDAT1075389D
Authority: DE
Inventors: Augsburg Georg Wagner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Publication date: 1960-02-11

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Zumischventil mit Diffei enzdrucksteuerung, wie es für das genau gesteuerte Zumischen von Zumischflüssigkeit, beispielsweise von Lösungen oder Konzentraten, zu der Flüssigkeit eines Hauptstroms verwandt wird.

Das Zumischventil ist insbesondere für die Anwendung bei einem Zweikammersystem bestimmt; ein solches Zweikammersystem ist in der speziellen Beschreibung genau erläutert.

Ein solches Zumischventil, das nach dem sogenannten Differenzdruckprinzip arbeitet, ist in den Hauptstrom eingeschaltet; die vor und hinter dem Ventil herrschenden Drücke besitzen eine von der Strömungsgeschwindigkeit und anderen Faktoren abhängige Differenz, und dieser Differenz druck wird dazu benutzt, das Ventil, das als Steuerungsorgan für die Zufuhr von Zumischflüssigkeit, wie beispielsweise von Konzentrat in den Hauptström benutzt wird, und dessen zugeordnete Organe so zu steuern, daß der am Ventil voreingestellte Wert des zuzumischenden Anteils an Zumischflüssigkeit zur Menge der Hauptflüssigkeit des Hauptstroms, also das Mengenverhältnis zwischen Zumischflüssigkeit und Hauptflüssigkeit, kontant bleibt.

Es treten nun aber bei extremen Zumischverhältnissen, wobei also ein sehr geringer Bruchteil wie z. B. 2% und noch sehr viel weniger von Konzentrat zugemisoht wird, größere Ungenauigkeiten auf; die Konstanz des Zumischverhältnisses wird durch viele Faktoren stark beeinträchtigt.

Diese Ungenauigkeitsfaktoren auszumerzen, ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Je nach der Ventilkonstruktion und je nach den vielgestaltigen möglichen Betriebs- und sonstigen Bedingungen sind folgende Faktoren für die bislang stets beobachteten Ungenauigkeiten. der Zumischquote mehr oder weniger stark verantwortlich:

Die veränderliche Viskosität vor allem der Hauptstromflüssigkeit.

Die veränderliche Temperatur der Hauptstromflüssigkeit.

Die veränderliche Wichte der Hauptstromflüssigkeit.

Der ebenfalls nicht stets genau einhaltbare Druck des zuströmenden Hauptstroms.
Strömungswiderstände und andere Widerstände besonders im Hauptstrom.

Ablagerungen wie beispielsweise von Kalk oder auch von Chemikalien, die mitunter nicht absolut vermeidbar sind.

Beinflussung bestimmter Ventilorgane durch wenn auch geringe Korrosionserscheinungen.
Spiele oder ungenaue Spiele in den Organen des Ventils und insbesondere in den Einstellorgane^ Zumischventil mit Differenzdrucksteuerung, insbesondere für Zweikammersysteme

Anmelder:

Georg Wagner,
Augsburg, Burgäuer Str. 5

Georg Wagner, Augsburg,
ist als Erfinder genannt worden

Der Grundgedanke der" Erfindung besagt, daß bei einem Zumischventil mit Differenzdrucksteuerung, insbesondere für Zweikammersysteme, bei welchem dem Hauptstrom eine Zumischflüssigkeit in einstellbarer, für einen Betriebsabschhitt jedoch konstanter Zumischquote durch einen in Abhängigkeit von der HauptstromduTchflußmenge hinsichtlich, seines Querschnittes gesteuerten Durchfluß querschnitt zufließt, die Maßnahme getroffen wird, daß insbesondere bei kleinen eingestellten Zumischquoten die Abhängigkeit des Verhältniswertes der »Durchflußquerschnitte für die Zumischflüssigkeit und für den Hauptstrom« nicht oder teilweise nicht linear ist, mit der Maßgabe, daß durch die Abweichungen' von linearer Abhängigkeit die Einhaltung der eingestellten konstanten Zumischquote über den ganzen Steuerbereich in engen Grenzen sichergestellt ist, wobei die genannten Abweichungen die störenden. Einflüsse kompensieren.

In der Zeichnung ist die Erfindung in einigen Ausführungsbeispielen dargestellt; es zeigt
Fig. 1 einen Axialschmtt des Ventils,
Fig. 2 eine Draufsicht von oben gemäß Fig. 1, teilweise geschnitten, ■

Fig. 3 und 4 senkrecht zur Hauptachse des Ventils gemäß Fig. 1 geführte Schnitte der Fensterzone,

Fig. 5, 6 und 7 abgewickelte Darstellungen der Fenster in verschiedenen Lagen,

Fig. 8, 9 und 10 Darstellungen entsprechend den Fig. 5 bis 7 mit speziellen Merkmalen der Erfindung, Fig. 11, 12, 13, 14 und'15 ebenfalls Darstellungen

entsprechend Fig. 5 bis 7 mit weiteren Merkmalen der

. Erfindung.

Da die Erfindung bevorzugt bei Zumischventilen für Zweikammersysteme arbeitet, wird vorab erwähnt, daß unter einem Zweikammersystem ein solches System zu verstehen ist, welches beispielsweise einen großen Raum etwa durch eine flexible Zwischenwand

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in zwei Kammern unterteilt, wobei die in der einen Kammer befindliche Zumischflüssigkeit (Konzentrat) durch Verringerung des Kammervolumens zum Zumischventil geführt wird, wobei diese Volumenverminderung durch entsprechende Volumenvergrößerung der anderen Kammer erzielt wird, welche mit der mit höherem Druck behafteten Hauptstromflüssigkeit gefüllt ist und kommuniziert. In aller Regel wird hierbei die Verbindungsleitung zwischen Hauptflüssigkeitskammer und Zumischventil in das letztere an einer Stelle höheren Drucks des Hauptstroms einmünden, während die von der Zumischflüssigkeitskammer zum Ventil gehende Leitung in das letztere an einer Stelle geringeren Drucks des Hauptstroms einmündet.

Gemäß Fig. 1 und 2 besteht das Ventil aus einem Ventilsitz 1, der zwischen den in die Hauptstromleitung in Serie eingeschalteten Armaturen 2 und 3 gefaßt ist. Mit dem Ventilsitz 1 arbeitet der Ventilteller 4 zusammen. Dieser Ventilteller 4 ist drehbar und axial gleitbar gegenüber der festen teilweise hohlen Ventilstange 5. Diese Ventilstange 5 ist eingespannt in eine entsprechende Bohrung des etwa mit Radialstegen 6 mit der Armatur 3 vereinigten Aufnahmekörpers 7, beispielsweise mittels einer Stellschraube 8.

Es besteht eine Verbindungsleitung 9, durch die Armatur 3 durchtretend, zum nicht dargestellten Zweikammerbehälter, und zwar zu dessen Hauptstromflüssigkeitsseite oder -kammer, so daß also die Bohrung 10 der Ventilstange 5 mit der Hauptstromflüssigkeitskammer des Zweikammerbehälters kommuniziert.

Auf der festen Ventilstange 5 ist dreh- und gleitbar die Hülse oder Büchse 11., die mit einem hülsenartigen Aufnahmeteil 12 des Ventiltellers 4 etwa durch Ringverschraubung 13 fest vereinigt ist.

Zwischen der Ventilstange 5 einerseits und dem Ventilteller 4 andererseits ist eine Schraubendruck- und -torsionsfeder 14 angeordnet, die also einerseits einen axialen Druck auf den Ventilteller 4 ausübt, andererseits aber auch eine Spannung gegen Verdrehen des Ventiltellers 4 gegenüber der Ventilstange 5 ergibt. Die Enden der Schraubenfeder 14 sind also einerseits mittelbar oder unmittelbar an der Ventilstange 5 festgelegt, andererseits an dem Ventilteller 4 befestigt.

Im oberen Bereich besitzt die Bohrung 10 der Ventilstange 5 ein Fenster 15; ein korrespondierendes Fenster 16 ist in der Hülse 11 angeordnet; umlaufend um dieses Fenster 16 ist eine ringförmige Ausdrehung 17 des Ventiltellers 4 oder des hülsenartigen Aufnahmeteiles 12 des Ventiltellers 4 vorgesehen, wobei dieser Ringraum 17 etwa durch eine Bohrung 18 mit dem Hauptstrom, und zwar mit der Zuflußseite des Hauptstroms, vor dem Ventilteller 4 kommuniziert.

In der Armatur 2 oder auch weiter stromabwärts ist eine Abflußbohrung 19 vorgesehen, die mit der Zumischflüssigkeitskammer des nicht dargestellten Zweikammerbehälters verbunden ist.

Der Ventilteller 4 kann verdreht werden, und zwar zum Zwecke der Einstellung des Zumischungsverhältnisses durch einen Einstellknopf 20, der sich etwa auf der Armatur 2 befindet. Der etwa mit dem Ventilteller 4 verschraubte oder einteilig gestaltete Kopf 21 wird von dem vom Knopf 20 verstellbaren Einstellbolzen 22 berührt. Dieser Einstellbolzen 22 ist in der Hülse 23 durch Gewinde drehbar und entsprechend der Gewindesteigung auch axial verschieblich; der Einstellbolzen 22 ist unverdrehbar mit dem Einstellknopf 20 und unverdrehbar auch mit dem Zeiger 24 -verbunden, der mit der Skala25 zusammenarbeitet; die Druckfeder 26 sorgt dafür, daß die Hülse 23 auf ihrem nicht näher dargestellten Widerlager aufruht.

Eine Verdrehung des Einstellknopfes 20 bewirkt also eine axiale Verschiebung des Einstellbolzens 22 und in der Folge über den Kopf 21 eine entsprechende Verdrehung des Ventiltellers 4.

In Fig. 3 ist der Bereich der Fenster 15, 16 gesondert dargestellt; die Fenster 15, 16 befinden sich zunächst, solange der Ventilteller 4 auf dem Ventilsitz 1 dichtend aufsitzt, in einer nicht überdeckenden axialen Relativlage zueinander; sie werden durch den Einstellknopf 20, in ihrer Projektion auf eine zur Mittelachse der Ventilstange 5 senkrechten Ebene (Zeichenebene), zu mehr oder weniger großer Überdeckung gebracht; die Drehung des Einstellknopfes 20 bewirkt also ein Verdrehen des Ventiltellers 4 und somit auch der Hülse 11 im Sinne des Pfeiles der Fig. 3, so daß beispielsweise die sich in Projektion überdeckende Lage der Fenster 15, 16' gemäß Fig. 4 ergibt. Das Maß dieser Überdeckung stellt die Zumischquote ein. Die Zutnischung selbst erfolgt nuo dann, wenn der Ventilteller 4 sich unter Einwirkung des nun strömenden Hauptstroms (Fig. 1 von unten nach

^a5 oben oder senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 3 und 4) mehr oder weniger abhebt; die axiale Relativverschiebung des Fensters 16 gegenüber dem Fenster

15, also gemäß Fig. 1 ein Hochwandern des Fensters

16, beginnt die effektive Überdeckung der beiden Fenster 15, 16 zu bewirken; es kann dann Hauptstromflüssigkeit durch die Organe 18, 17, 16, 15, 10,9 in die Hauptflüssigkeitskammer des nicht dargestellten Zweikammerbehälters fließen; in dem Zweikammerbehälter sind die beiden Kammern bekanntermaßen durch eine weitgehend und widerstandslos verformbare Zwischenwand getrennt, so daß sich der Zufluß von Hauptstromflüssigkeit in die Hauptflüssigkeitskammer des Zweikammerbehälters so auswirkt, daß deren Volumen sich entsprechend vergrößert, während das Volumen der Zumischflüssigkeitskammer des Zweikammerbehälters sich entsprechend vermindert und eine dieser Volumenminderung genau entsprechende Menge von Zumischflüssigkeit durch die Öffnung 19 in den Bereich des Hauptstroms hinter dem Ventil 4 einmischt. Die Öffnung 19 kommuniziert nämlich mit der Zumischflüssigkeitskammer.

Der Anschaulichkeit halber ist in abgewickelter Darstellung in Fig. 5 bis 7 in drei Phasen die Relativbewegung der Fenster 15, 16 gegeneinander dargestellt.

In Fig. 5 befinden sich die Fenster 15, 16 sowohl tangential, also in der Richtung X₁ nicht in Deckung wie auch nicht in Deckung in axialer Richtung, also in Richtung y.

Durch Betätigung des Knopfes 20 (Fig. 1 und 2) findet nun in der Λτ-Richtung ein Wandern des Fensters 16 beispielsweise in die in Fig. 6 gezeigte Lage 16' statt. Eine flächenmäßige Überdeckung der Fenster 15, 16 findet hierbei aber noch nicht statt.

Eine Überdeckung der Fensterflächen wird erst erreicht, wenn beim Anheben des Ventiltellers 4 das Fenster 16 in die in Fig. 7 gezeigte entsprechende Lage 16" geht, wobei sich also das Fenster 16 aus der Lage 16 der Fig. S durch Hochheben in Richtung y in die in Fig. 7 gezeigte Lage 16" begibt; in diesem Falle (Fig. 7) ist also der kreuzschraffierte Flächenbereich 27 der wirksame Durchfluß querschnitt, der den Zustrom von Hauptnüssigkeit durch die Organe 18, 17, 16 bzw. 16", 15, 10, 9 zur Hauptflüssigkeitskammer des Zweikammerbehälters freigibt oder be-

wirkt. Bewegungen des Fensters 16 in der y-Richtung (Fig. 5 bis 7) bewirken also dann, wenn keine Einstellungsänderung und damit auch keine Änderung der Lage des Fensters 16 in der jr-Richtung stattfindet, genau proportionale Änderung der Überdeckungsfläche 27 und somit des Zustroms von Hauptflüssigkeit zur Hauptflüssigkeitskammer des Zweikammerbdhältexs.

Erfindungsgemäß ist nun erkannt worden, daß besonders dann, wenn die Überdeckungsfläche 27 noch sehr klein ist, die dem System anhaftenden Reibungswiderstände und eventuelle Ungenauigkeiten von sehr großem Einfluß sind. Deshalb schlägt die Erfindung zur Kompensierung dieser Einflüsse die Maßnahme gemäß Fig. 8 und 10 vor. Der dem Fenster 15 benachbarte Bereich des Fensters 16 wird mit einer von der ursprünglichen Form abweichenden Zusatzflädhe 28 von zunächst beliebiger Form versehen. Gewählt ist im Beispiel eine dreiecksförmige Flächenvengrößerung 28.

Die Wirkung ist folgende: Wenn die Einstellung durch den Knopf 20 (Fig. 1) etwa eine Überdeckung in tangentialer oder .^-Richtung von der Größenordnung 29 (Fig. 9) ergibt und wenn dann durch Anheben des Ventiltellers 4 um einen zunächst geringen Betrag eine Überdeckung der beiden Fensterflächen 15 und 16" eintritt, dann ist der anfangs bestehende Überdeckungs- oder Durchfluß querschnitt größer als der Durchflußquerschnitt 27 der Fig. 7. Zu dem Durchfluß querschnitt 27 (kreuzschraffiert) tritt jetzt nämlich gemäß Fig. 10 der zusätzliche Durchfluß querschnitt 30 (senkrecht schraffiert), verursacht durch die Vergrößerung 28. Da bei geringen Überdeckungsquerschnitten der Einfluß der R eibungs wider stände anteilsmäßig relativ groß ist, läßt sich durch geeignete Auswahl der Größenordnung und der Formgebung der Fläche 30 eine nahezu vollkommene Kompensation dieser Widerstände erreichen.

Es ist natürlich möglich, den gleichen Effekt dadurch zu erzielen, daß man, wie in Fig. 11 gezeigt, das Fenster 15 mit einer Vergrößerung 31 versieht, man kann auch beide Fenster mit Vergrößerungen 28, 31 versehen.

Es ist, wie Fig. 12 und 13 zeigen, auch möglich, erfindungsigemäß die Kante 32 des Fensters 16 schräg anzuordnen, so daß sich gemäß Fig. 13 ein Überdeckungsbild ergibt, das gleiche Wirkung erzielt wie gemäß Fig. 10, wobei hier also dem Überdeckungsbereioh27 (kreuzschraffiert) der zusätzliche Überdeckungsbereich 33 sich zuaddiert (Fig. 13, hier Fenster 16).

Die Lösung gemäß Fig. 12 und 13 kann den Vorteil haben, eine gewisse Abhängigkeit der Größe des zusätzlichen Bereiches oder der zusätzlichen Fläche 33 von der Relativlage der beiden Fenster in der x-Richtung zu erzielen.

Man kann auch gemäß Fig. 14 der Kante 34 des Fensters 16 und/oder einer entsprechenden Kante des Fensters 15 eine etwa gebogene, sei es nach oben konkave oder konvexe Ausbildung geben; auch andere Formen für die Kante 34 und/oder die entsprechende andere Kante des Fensters 15 sind möglich, beispielsweise winkelförmige oder gebrochene oder teilgebrochene oder teilgerade Ausbildung; auch Kreisflächen, Sektoren, Segmente können die Form der Fläche30 oder z.B. auch einer sonst senkrechten Fensterkante bilden.

Fig. 15 zeigt, daß in entsprechender Weise auch die Kanten 47, also senkrechte Kanten der Fenster 15,16, schräg oder in anderer Weise von der Rechteck- oder

Grundform abweichend ausgebildet werden können. Die Wahl der Formgebung wird sich nach dem Einzelfall richten und relativ einfach ermitteln lassen unter Dominanz des Zwecks, die Widerstandsverluste und/oder Ungenauigkeiten des Geräts zu kompensieren. Wichtig ist also eine von der Geradlinigkeit und/oder von der Waagerechten abweichende Form der Kante 34 oder einer entsprechenden Kante, die geeignet ist, die Veränderung des Überdeckungsbereiches in den verschiedenen Stadien so zu steuern, daß Reibungsverluste od. dgl. kompensiert sind.

Die hinter dem Ventilteller 4, gesehen in Strönrungsrichtung, liegenden Bauteile des Ventils sind durch die Haube 35 (Fig. 1) abgedeckt, die am Ventilteller 4 dicht eingesetzt und befestigt ist. Zweckmäßigerweise bat diese Haube 35 eine strömungsgünstige Form, derart, daß keine Wirbelschleppen von störender Größenordnung eintreten. Wichtig ist aber vor allem der koriOsionsverhindernde Abschluß der eingehüllten Organe.

Claims

Patentansprüche:

1. Zumischventil mit Differenzdrucksteuerung, insbesondere für Zweikammersysteme, bei welchem dem Hauptstrom eine Zumisohflüssigkeit in einstellbarer, für einen Betriebsabschnitt jedoch konstanter Zumischquote durch einen in Abhängigkeit von der Hauptstromdurchflußmenge hinsichtlich seines Querschnitts gesteuerten Durchfluß querschnitt zufließt, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere bei kleinen eingestellten Zumischquoten die Abhängigkeit des Verhältniswertes der Durchfluß querschnitte für die Zumischflüssigkeit und für den Hauptstrom nicht oder teilweise nicht linear ist, mit der Maßgabe, daß durch die Abweichungen von linearer Abhängigkeit die Einhaltung der eingestellten konstanten Zumischquote über den ganzen Steuerbereich in engen Grenzen sichergestellt ist, wobei die genannten Abweichungen die störenden Einflüsse kompensieren.

2. Zumischventil nach Anspruch 1, wobei der Zumischdurchflußquerschnitt von zwei sich mehr oder weniger überdeckenden und gegeneinander beweglichen Fenstern eines Schiebers gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei geringem Überdeckungsgrad der beiden Fenster (15,16), also beim Beginn der Öffnung des Zumischdurchflußquerschnitts, ein verhältnismäßig größerer Durchflußquerschnitt freigegeben wird als in den folgenden Phasen des Steuerweges, welche wachsenden Hauptstromdurchflußmengen entsprechen.

3. Zumischventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fenster (15 oder 16), gegebenenfalls auch beide Fenster (15, 16) im Eckbereiche des oder der rechteckigen Fenster eine Durchflußquerschnitts-vergrößerung (28) beispielsweise in Dreiecksform besitzen.

4. Zumischventil nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergrößerung des Zumischflüssigkeits-Durchflußquerschnittes dadurch bewirkt ist, daß ein Fenster (16) eine schräge gerade Konturkante (32) bei rechteckiger Fensterquersdhnittsgrundform aufweist.

5. Zumischventil nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergrößerung des Zumischflüssigkeits-Durchflußquerschnittes dadurch verwirklicht ist, daß ein Fenster (16) eine

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gekrümmte und/oder gewinkelte Konturkante (34) bei rechteckiger Fensterquerschnittsgrundform besitzt.

6. Zumischventil nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergrößerung des Zumischftüssigkeits-Durchflußquerstihnittes dadurch verwirklicht ist, daß bei rechteckiger Fensterquerschnittsgrundform eine oder mehrere Seitenkanten (47) eines oder beider Fenster

(15., 16) schräg, gebogen, gewinkelt oder ähnlich ausgebildet ist oder sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 296 379, 275 575, 431, 433 419, 814 819, 857 578; französische Patentschrift Nr. 591 516; britische Patentschriften Nr. 595 564, 674 094; USA.-Patentschrift Nr. 2 067 346.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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