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Drosseleinrichtung zum Konstanthalten der Durchflußmenge durch eine
Rohrleitung Die Erfindung bezieht sich auf eine Drosseleinrichtung zum selbsttätigen
Konstanthalten der Durchflußmenge durch eine Rohrleitung bei veränderlichem Förderdruck
mit einer quer zur Strömung angeordneten, einen mittigen bzw. mehrere am Rand liegende
Durchbrüche aufweisenden elastischen Scheibe, die unter dem Einfluß des Strömungsdrukkes
in Richtung auf eine mit einer gegenüber den Durchbrüchen versetzt angeordneten
ringförmigen bzw. mittigen Öffnung versehene starre Platte durchbiegbar ist.
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Es sind derartige Drosseleinrichtungen bekannt, welche eine zentrale
Austrittsöffnung am Rand eines sich in Strömungsrichtung verjüngenden Trichters
aufweisen, dessen Wand zur Erzielung einer bestimmten Durchflußmenge auch bei variablem
Druck beispielsweise die Form eines Exponentialtrichters hat.
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Eine solche Konstruktion hat jedoch verschiedene Nachteile. Beispielsweise
läßt sich eine bestimmte axiale Länge nicht unterschreiten. Des weiteren ist es
schwierig, eine solche Wandform zu berechnen und später in der Massenanfertigung
herzustellen, die die Durchflußmenge einigermaßen konstant zu halten gestattet.
Auf jeden Fall ist die konstante Durchflußmenge nur innerhalb eines relativ kleinen
Druckbereiches erzielbar.
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Weiterhin sind Drosseleinrichtungen bekannt, bei denen eine mit zumindest
einem Durchbruch versehene elastische Scheibe und - in Strömungsrichtung gesehen
- hinter dieser eine mit einer Austrittsöffnung versehene starre Platte derart angeordnet
sind, daß sich durch Deformation der elastischen Scheibe infolge des Strömungsdruckes
die Größe des freien Strömungsquerschnittes gerade so einstellt, daß bei veränderlichem
Förderdruck die Durchflußrnenge konstant bleibt.
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Bei diesen Vorrichtungen steht die elastische Scheibe nur unter dem
Druck des zuströmenden Mediums und der Rückstellkraft der elastischen Scheibe selbst.
Es ist außerordentlich schwierig, mit einer solchen Anordnung über größere Druckbereiche
eine einigermaßen konstante Durchflußmenge zu erhalten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Drosseleinrichtung
anzugeben, die leicht herstellbar ist und über einen großen Druckbereich eine konstante
Durchflußmenge festlegt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer eingangs beschriebenen
Drosseleinrichtung dadurch gelöst, daß die starre Platte zwischen ihrer Öffnung
und dem oder den Durchbrüchen einen zu der elastischen Scheibe hin gerichteten,
wenigstens einen Teil der Strömung rückstauenden Vorsprung aufweist.
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Der Vorsprung hat nicht allein die Aufgabe, zusammen mit der elastischen
Scheibe einen bestimmten Durchflußquerschnitt und damit einen bestimmten Strömungswiderstand
festzulegen, er hat vielmehr auch die Funktion, wenigstens Teile des strömenden
Mediums derart zu beeinflussen, z. B. umzulenken, daß sich ein Rückstau ergibt.
Der Rückstau führt einerseits schon für sich allein zu einer Erhöhung des Strömungswiderstandes;
es wirkt aber auch von hinten auf die elastische Platte, so daß man im Vergleich
mit den bekannten Mengenreglern bei einer vorgegebenen Druckdifferenz mit einer
kleineren Steuerbewegung der Platte arbeiten kann. Die erfindungsgemäße Drosseleinrichtung
kann sehr flach ausgebildet werden. Auch kann man den bei geringem Förderdruck wirksamen
maximalen Durchtrittsquerschnitt wesentlich größer halten als den Ringspalt bei
den bekannten Exponentialtrichtern mit Regelscheibe.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umgibt bei einer Drosseleinrichtung,
bei der die Durchbrüche am Rand der elastischen Scheibe und die Öffnung in der Mitte
der starren Platte angeordnet ist, der Vorsprung die Mittelöffnung ringförmig. Die
Mittelöffnung der starren Platte ist einfach herzustellen, und das Einspannen oder
Auflegen der elastischen Scheibe an ihrem Rand ist einfach zu handhaben.
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Es ist aber auch eine umgekehrte Konstruktion brauchbar, bei der die
elastische Scheibe in der Mitte eingespannt ist und die Durchbrüche in ihrem mittleren
Bereich
hat, während die Austrittsöffnung in der starren Platte von einem zu den Durchbrüchen
nach außen versetzten Ringspalt gebildet wird, welcher den zur elastischen Scheibe
hin gerichteten Vorsprung umschließt.
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Vorteilhafterweise ist der Vorsprung an der starren Platte als flacher
Kegel ausgeführt. Das durchströmende Medium wird dabei an der Kegelfläche kontinuierlich
umgelenkt, bis sich schließlich ein Rückstau nahe der Austrittsöffnung ergibt.
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Zweckmäßigerweise weist die elastische Scheibe auch eine an sich bekannte
zentrale Öffnung auf. Dadurch kann ein Teil der Flüssigkeit axial durch den Mengenregler
hindurchtreten, wobei er jedoch durch die Rückströmung infolge des Vorsprunges beeinflußt
wird. Dadurch ergibt sich eine verstärkte Drosselwirkung. Durch die zentrale Öffnung
wird außerdem die Durchflußmenge bei maximalem Druck, d. h. wenn sich die elastische
Scheibe bis zum Vorsprung durchgebogen hat, festgelegt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend an Hand der Zeichnung
näher erläutert. Es zeigt F i g.1 eine erfindungsgemäße Drosseleinrichtung im Schnitt
in einer Rohrleitung, F i g. 2 eine andere Ausführung der starren Platte und F i
g. 3 eine erfindungsgemäß verwendbare elastische Scheibe.
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Gemäß F i g.1 sind in die erweiterte Bohrung 1 eines Rohres 2 eine
starre Platte 3 und eine elastische Scheibe 4 eingesetzt, die durch die Klemmkraft
eines Siebes 5 an Ort und Stelle gehalten werden.
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Die starre Platte 3 besteht aus einem Formstück oder einem Prägeteil
mit einem Basisteil 6, einer Mittelöffnung 7, einem Ringrand 8 und einem die Mittelöffnung
umgebenden Vorsprung 9. Der Vorsprung 9 ist in gleicher Weise wie der Ringrand 8
der elastischen Scheibe 4 entgegengerichtet, besitzt jedoch eine etwas geringere
Höhe. Zwischen Ringrand 8 und Vorsprung 9 ist ein ringförmiger Stau- und Umlenkraum
10 gebildet.
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Die elastische Scheibe 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Stanzteil
und besitzt vier an ein kreisförmiges Mittelteil 11 anschließende Arme 12 sowie
eine zentrale Öffnung 13.
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Die elastische Scheibe 4 biegt sich, wenn sie vom Flüssigkeitsdruck
in Pfeilrichtung beaufschlagt wird, entsprechend der gebogenen, gestrichelten Linie
4'. Dabei ändert sich der Abstand zwischen der elastischen Scheibe 4 und dem Vorsprung
9 und damit der Durchschnittsquerschnitt des Spaltes 14. Bei maximalem Druck kann
die Flüssigkeit lediglich durch die zentrale Öffnung 13 strömen, weil dann die elastische
Scheibe 4 an dem Vorsprung 9 anliegt. Bei schwächerem Druck strömt zusätzlich Flüssigkeit
durch die Radialöffnungen 15 zwischen den Armen -12 und dem Ringrand 8 in den Umlenkraum
und von dort weiter durch den Spalt 14, dessen Größe sich in Abhängigkeit
vom Staudruck einstellt. i Die durch die Radialöffnungen 15 strömende Flüssigkeit
wird nicht nur durch den Spalt 14 gedrosselt, sondern außerdem durch die Umlenkung,
die die Flüssigkeit im Raum 10 erfährt. Der hierbei auftretende Rückstaudruck wirkt
bei der Durchbiegung der i elastischen Scheibe 4 dem Druck der zuströmenden Flüssigkeit
entgegen. Die Durchbiegung der elastischen Scheibe 4 und ihre Beanspruchung sind
daher bei einer gegebenen Druckänderung des zuströmenden Druckes geringer als wenn
dieser Rückstaudruck nicht vorhanden wäre. Unter weiterer Ausnutzung des Umlenkwiderstandes
im Stauraum 10 ergibt sich damit eine sehr feinfühlige Konstanthaltung der Durchflußmenge
bei relativ geringfügigen Auslenkungen der elastischen Scheibe 4. Diese Regelung
ist über einen sehr großen Druckbereich möglich.
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In F i g. 2 ist eine starre Platte 3' gezeigt, die ebenfalls mit einer
Mittelöffnung 16 und einem Ringrand 17 ausgestattet ist. Hierbei hat jedoch die
der Eintrittsseite zugewandte Fläche 18 der Basis 19 die Form einer Kegelfläche,
die dem Vorsprung 20, welcher die Austrittsöffnung 19 umgibt, mit dem äußeren Rand
verbindet.
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Der Vorsprung 9 bzw. 20 kann bis in die Ebene der Stirnfläche des
Ringrandes 8,17 reichen, wenn eine gewölbte elastische Scheibe 4 benutzt wird. Statt
einer Mittelöffnung 7,16 kann auch eine ringförmige Austrittsöffnung in der starren
Platte 3 vorgesehen werden. Hierbei muß dann die elastische Scheibe in der Mitte
festgeklemmt und der der elastischen Scheibe entgegengerichtete Vorsprung in der
Nähe des Ringspaltes vorgesehen sein. Die elastische Scheibe 4 kann außer durch
die Klemmkraft des Siebes 5 auch durch den Staudruck oder ein zusätzliches Klemmstück,
z. B. durch einen Sprengring, gehalten werden.