DE1650209A1 - Vorrichtung zur selbsttaetigen Konstanthaltung einer Stroemungsmittel-Durchflussmenge - Google Patents

Description

• Vorrichtung-zur selbsttätigen Konstanthaltung.einer Strömungsmittel-Durchflußmenge Um die Strömungsmittel-Durchflußmenge in Leitungen unab- hängig vom Druck konstant- zu halten, werden selbsttätig wirkende Drosselorgane verwendet. Die Notwendigkeit, die Strömungsmittel-Durchflußmenge pro Zeiteinheit konstant zu halten, besteht beispielsweise bei. elektrischen Wasser- durchlauferhitzern.-De bisher bekannten, brauchbaren, selbsttätigen Drosselorgane haben den Nachteil. zu großer Geräuschentwicklung. Durch die Erfindung soll ein Weg'aufgezeigt werden, die Geräuschentwicklung zu-vermeiden. Bekannt ist eia selbsttätiges: Drosselorgan mit :zwei--gegeneinander beweglichen, elastisch im Abstand gehaltenen, gelochten Scheiben, deren Durchflußäffnangen versetzt zu- einander liegen, so daß sich die Durchflußmenge bei Druck- erhöhung infolge Annäherung der Scheiben aneinander ver- ringert. Der elastisch- veränderbare Abstand der Lochschei- ben wird dadurch erhalten, ciaß die eine Lochscheibe aus starrem und dien andere Lochscheibe aus elastisch nachgie- bigem Material besteht (DPS 941-334)4 Durch die herabge- setzte Strömungsgeschwindigkeit in der in Strömungsrich- tung auf das Drosselorgan folgenden Leitung werden zwar auch die Leitungsgeräuschp herabgesetzt, dennoch sind .aber die durch das Drosselorgan selbst erzeugten Geräusche zu groß, so daß der Einbau eines solchen Drosselorgans in ein Haushaltsgerät unzweckmäßig ist. Die Geräusche können durch die durch die Lochscheiben erzeugten Turbulenzen im.Strömungsmittel oder aber auch. durch Schwingungen der Lochschei- ben in Fließrichtung des .Strömungsmittels erzeugt werden. Hinzu kommt, daß sich zwischen den Lochachelben Ablagerungen aus dem Strömungsmittel, beispielsweise Wasser,-absetzen können. - -Dieser Nachteil besteht auch bei einem bekannten selbst- tätigen Drosselorgan, bei dem eine Membran durch den Strö- mungsdruck gegen eine Plachseite einer mit einem zentrischen Loch versehenen Scheibe gedrückt wird, wobei die Flachseite radiale Nuten aufweist, deren Querschnitte sich zum äußeren Rand der Scheibe hin vergrößern (DPS 1 049 l76)-.
• Eine starke Geräuschentwicklung tritt auch: bei einer Anord- nung auf, bei der ein Dichtkörper durch den Strömungsdruck gegen die Kraft einer-Feder in eine konische Öffnung hinein oder gegen eine Dichtscheibe gedrückt wird. (DHGm-1 780-$74). Diese Anordnung hat dmrüberhinaus den Nachteil, daß elastische Metallteile ungeschützt im Wasser liegen,-was wegen der auftretenden Korrosion bekanntlich nicht zweckmäßig ist.
• Am einfachsten im Aufbau und am sichersten in der Funktion ist ein bekanntes selbsttätiges Drosselorgan, welche aus einer mit einem zentrischen Loch versehenen Gümmschebe, besteht, deren äußerer Rand sich in. Strömungsrichtung gegen eine Verengung in der Strömungsmittelleitung abstützt und. die sich 3n Strömungsrichtung durch den Strömungsdruck so verformt, daß sich das als Durchflußkanal dienende zentrische Loch durch Druckerhöhung verengt (USA-Patentschrift 2 389 134 und 2 454 929). Leider neigen auch derartige Drosselorgane zu starker Geräuscherzeugung, welche durch die im Strömungsmittel hinter dem Drosselorgan erzeugten Turbulenzen hervor- gerufen werden, die auf die Verformung des Drosselorgans rückwirken, wodurch das Drosselorgan in Strömungsrichtung flattert. Bekannt ist auch ein automatischer-Durchflußmengenregler, bei dem zur Regelung der Druckunterschied verwendet wird, der sich in einer geschlossenen Leitung zwischen verschie- denen Querschnitten einstellt. Dieser Durchflußmengenregl er besteht aus-einem elastomeren Verengungskörper, der achsial eine verengte Leitungsbohrung besitzt, an seiner Austritts- sehe mit seinem flanachartigen Ende dichtend an den Leitungswänden anliegt, und der im Mittelteil so geschwächt ist, daß die zwischen dem statischen Druck- in der Leitungs- bohrung und dem von außen auf den Verengungskörper wirkenden Druck entstehende Druckdifferenz ihn-letcht zusammendrücken kann. Damit Druck von außen auf den Verengungskörper einwir- ken kann, sind in dessen Stirnseite Kanäle vorgesehen, die denn anströmendem Medium den 'Zutritt zu einem die Außenseite des Verengungskörpers umgebenden Stauraum ermöglichen (DHGm 1 843 394). Bei diesem bekannten Drosselorgan können die hinter dem Drosselorgan entstehenden Turbulenzen nicht wehr die Verformung den Drosselorgans beeinflussen, weil das Drosselorgan so geformt und in die Strömungsmittel-Leitung-eingesetzt ist, daß eine Verformung der das Drosselor-San an der Strömungemittel-Austrittsaeite begrenzenden Um--hüllungsfläche in Strömungsrichtung verhindert wird. Eine Ausführungsform den bekannten Drössselorgans ist darüberhinaus so in die Strömungsmittel-Leitung eingesetzt, daß der Über-- gang von der,engssten Stelle den-Durchflußkanals- im Drossel- organ auf den in Str'o'mungsrchtung folgenden Strömungsmittel-Leitungsquerschnitt allmählich erfolgt. Dadurch wird die Entstehung von Turbulenzen und Kavitation - beides Ursachen der Geräuschentwicklung - unterbunden. Auch :eine zu Schwingungen führende Rückwirkung von der durch die Verformung des Drosselorgans herzvorgerufenen Geschwindigkeitsänderung des Strömungsmittels auf die zur Verformung führende Kraft tritt bei diesem bekannten Drosselorgan nicht auf. Zusätzlich

  wird durch die in ätröfriungärichtung schWäefide Vantüdtärke deä

  Driosselogaüs die Ausbildung diskreterigen-resonä@ttzfreqfienten

  vermiedene Das 1)röäseläegaihat jedoch den Machteil zu ;geringer

  Steifgkeit, da die Wäfdetärke des Drosselörgäns klein gehalten

  werden müß, um eine ausreichende Regelwirkung zu erzielen. Zwar

  kann Glas Drosselorgan durch Streben aus nicht elastischem Werk-

  Stoff "versteift werden,, dies führt jedoch zu unerwünschter Kosten--

  erhöhüng. _

  Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine sowohl geräuscharme wie auch billige Vorrichtung zur selbsttätigen $onstanthaltung einer Strömung:smittel-Durchflußmenge anzugeben mit einem Drossel-Organ aus elastomerem Material und mit ausreichender Steiflg%eit. Die Aufgabe wird' durch die im ersten Anspruch gekennzeichnete Erfindung gelöst: Die bereits bekannten Maßnahmen zur Geräuschverminderung lassen sich bei Ausführungsformen der Erfindung zü=- sätzlich anwenden. In der Zeichnung, in der gleiche Teile mit glechen Ziffern be-= zeichnet sind, zeigt Figur 1 einen Schnitt durch ein Ausführungs= Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das Drosselorgen 1 aus elast®merem Material. (beispielsweise Gummi),- sitzt in der Strömungsmittel-Leitung 2 und wird in Pfeilrichtung vom Strömungsmittel durchflossen. Die lichte Weite des Durchflußkanals 3 ändert sich durch die Differenz zwischen den Kräften, welche auf die dass Drosselorgan@i an der Strömungsmittel-Eintrittsseite begrenzende Umhüllungsfläche 4 und auf die das- Drosselorgan 1 gegen den Durch-Hubkanal 3 begrenzende Umhüllungsfläche 10 wirken. Die. das Drosselorgan 1 an der Austrittsseite begrenzende Umhüllungsfläche 5 ._ liegt an einer Verengung der Leitung 2 an und kann sich daher nicht, verformen. Der Übergang von der engsten Stelle des Durchflußkanals 3 auf den in Strömungsrichtung,hnter dem Drosselorgan 1 folgenden Leitungsquerschnitt erfolgt in bekannter Weise allmählich,-wodurch geräuscherzeugende Turbulenzen und Kavitation vermieden werden.. Der Rand 6 -der Eintrittsöffnung ist abgerundet, um seine Stabilität zu erhöhen, so daß er sich in Achsrichtung des Drossel= Organs nicht Wesentlich verformen oder verschieben kann. Der Stauraum 7 befindet sich zwischen der Innenwand der'Leturig 2 und der sich gegen die Strömungsrichtung verjüngenden, das Drosselorgan 1 an der Eintrittsseite begrenzenden Umhüllungsfläche Die Bezeichnung _I$Stauraum" beruht darauf, daß sich das Strömungs- mittel in ihm praktisch nicht bewegt, was am Verlauf der Strö- mungslinien 8 erkennbar ist. Die mit unterbrochenen Linien eingezeichnete Kontur gibt die Form des Durchflußkanals bei hohem Strömungsmitteldruck an. In Figur, 2 wird der-Stauraum _7 durch- eine in die Umhüllungs- fläche 4 des Drosselorgans 1 eingeformte Ringnut gebildet. Die das Drosselorgan am äußeren Umfang begrenzende Umhüllungs- fläche ist in beiden Figuren mit 9 bezeichnet. Die erfindungsgemäße Ausbildung des Stauraumes 7 ermöglicht es, das Drosselorgan 1 mit solcher Steifigkeit auszubilden, daß es weder zum Flattern noch zum Vibrieren. neigt. Es kann sich auch nicht wie das ebenfalls mit-einem Stauraum versehene bekannte Drosselorgan in Strömungsxi.chtung verformen. Darüberhinaus wird sich im Stauraum 7 bei strömender Flüssigkeit ein Luftpolster ansammeln, das sich aus den von der Flüssigkeit angeschwemmten und in dieser stets enthaltenen Luftbläschen zusammensetzt. Dieses Luftpolster hat die,Wrkung,.bereits ent- standene Geräusche wirksam zu dämpfen. Es können auch andere Mittel (Hohlräume) zumeAuffangen von Luft- blasen Anwendung finden,. und zusätzlich können vor der-Auffangstelle Mittel zum Erzeugen von Luftblasen vorgesehen sein. Diese 'Mittel können beispielsweise in einer in Strömungsrichtung er- folgenden Erweiterung des Strömungsmit;,tel-Durchflußquerschnittes, insbesondere hinter einer Engstelle, bestehen. Durch'den Druckabfäll 3:n einer solchen Erweiterung neigt dass Strömungsmittel dazu, die in ihm-gelösten Gase auszuscheiden. Als Engstelle kann das erfindungsgemäße Drosselorgan oder ein diesem vorgeschaltetes, ebenfalls entsprechend der Erfindung ausgebildetes Drosselorgan dienen. Um die Entstehung stehender akkuatischer Wellen im Drossel- organ 1 zu vermeiden, muß dafür gesorgt werden-,, daß. Reflexions- flächen, zwischen-denen Schwingungen im Droseelorgan hin-und herlaufen können, nicht zueinander parallel verlaufen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß sich bei dem Drosselorgan 1 der äußere Umfang, die lichte Weite des Durchflußkanals 3 oder die Wandstärke in Strömungsrich- tung ändert, so das die Umhüllungsflächen 9 und 10 nicht zueinander parallel verlaufen. Am wirkungsvollsten ist die Änderung der Wandstärke dann, wenn sie in Strömungsrichtung auf dem Niveau erfolgt, auf dem Schallwellen angeregt wer- den, also an der engsten ,Stelle des Durchflußkanals3-, deren Weite vom Strömungsmittel-Druck abhängt. In der Zeichnung ergibt sich die Änderung der Wandstärke auf dem Niveau der engsten Stelle des Durchflußkanals 3 durch den sich entgegen der Strömungsrichtung verjüngenden Verlauf der Umhüllungsfläche 4, und des Durchflußkanals 3.
• Auch die Umhüllungsflächen 4 und 5 sind bei den gezeigten Ausführungsbeispielen eines Drosselorgans entsprechend der Er- findung nicht zueinander parallel, um die Entstehung stehen- der akustischer Wellen zu behindern.
• Die Ausbildung von Resonanzen im Drosselorgan 1 kann zusätz- lich dadurch vermieden werden, das das Drosselorgan, wie in Figur 1 und 2 gezeigt, achsial unsymmetrisch ausgebildet ist: Bevor das Drosselorgan 1 in die Leitung 2 eingesetzt wird, ist sein äußerer Durchmesser größer als die lichte Weite der Leitung. Das Drosselorgan liegt also unter Druck an den Leitungswänden an. In einem solchen unter Yorspannung stehenden Drosselorgan liegen die Eigenfrequenzen höher als

  bei einest nicht vorgesPanriten Drösseldrgän. Auf die e Weiße

  können wenigstens einige der Eigenfrequenten in den nicht

  hörbaren Bereich verschöben werden. -

  Durch seine geringe Geräuschentwicklung läßt eich die Vör-

  riehtung entsprechend der grfindung vcrzugswese.ih Ileiß--

  wasäergeräten, inäb. in Durchlatiferhittern, verwenden.

Claims (1)

1. n t ?e n ' -ä n ä p r ü t h -e 1e Vörriohtung zur selbsttätigen Kötistänthältung einet Strömungsriaittel=Dur-chlußerige mit einem in der - St;r8rnun,gsinlttel-Leitun;g befindlichen bros§el.erg-an aus el:ästöti@erem Iäteriäl. mit einem 1lurchfhußkanäl, der sich durch die Differenz zwischen den stäflsche>n 'Drücken verengt, welche sich im- -Durchflußkanal und in einem Stauraum ausbilden, welcher mit der in Strö- mungsrichtüng vor dem brosselorgän befindlichen Strömungsmittel-Leitung verbunden ist, dadurch - g e k e n n z e i c h n e t , daß der Stauraum (7) die Strömungsmittel-Eintrittsöffnung des Drosselor- gares (1) umgibt und zwischen der vor der Strömungs- mittel-Eintrittsöffnung liegenden Strömungsmittel- - Leitungswand und der sich gegen die Strömungsrich- tung verjüngenden, das Drosselergan (1.) an der Ein- trittsseite begrenzenden Umhüllungsfläche (4) liegt, _ oder-in diese als Ringnut eingeformt ist. 2. Verrichtung; nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n-- z e ä c h n e. t , daß die lichte Weite der Öffnung, in die .das Dr-ot-selorgan (1) -eingesetzt ist, kleiner ist als der Durchmesser des unverffl-rMten Droaaelor-' gares M@ 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n- z e i c h n e t-,, daß das Drosselorgan (1) keine zueinander parallel verlaufenden Umhüllungsflächen 5, 9, 10) aufweist. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3,-.dadurch g e k e n -n -z e i c h n e t , daß sich die engste Stelle des Durchflußkanals (3), deren Weite vom Strömungsmittel-Druck abhängt, in Strömungsrichtung auf einem Niveau befindet, wo sich die Wandstärke in Strömungs- richtung ändert. ' 5'. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,' dadurch g @e k e n n z e i c h n e t , daß das Dros- selorgan (1) nicht achsialsymmetrisch ist.. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t durch Mittel zum Er- zeugen und/oder Auffangen von im Strömungsmittel be- findlichen Gas-, insbesondere Luftblasen. 7. Vorrichtung@nach einem der vorangehenden Ansprüche, g e k` e n n -z e i c h n e t durch seine Verwendung in Heißwassergeräten, insbesondere -in Durchlauferhitzern.