DE1650438A1 - Vorrichtung zur Regelung der Durchflussmenge von stroemenden Fluessigkeiten und Gasen - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Regelung der Durchflußmenge von strömenden Flüssigkeiten und Gasen Die Erfindung bezieht sich auf' eine Vorrichtung zur Regelung der Durchflußmenge von Flüssigkeiten und Gasen bei laminarer oder turbulenter Strömung.
• Derartige Vorrichtungen werden insbesondere zum Konstanthalten des Trägergasstromes in Gaschromatographen, zum Regeln eines vorgewählten Gasdrucks, des Mischungsverhältnisses einer Gasmischung in Ionen-Zerstäuberanlagen oder ganz allgemein in der Verfahrenstechnik und bei der Durch-Führung von.chemischen Untersuchungen zum Dosieren von Reaktionspartnern verwendet. Weitere Anwendungsgebiete sind die Dosierung einer Frischölversorgung, die Mengenregelung flüssi. ger und gasförmiger Brennstoffe oder auch die Polarographie, z.B. die Quecksilbertropfanaiyse mit stetiger Vergrößerung. eines einzigen Quecksilbertropfens. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ist die Versorgung von Verbleibe-

  kanülen mit flüssigen Medikamenten in der Mek"zin.

  Es sind zwar schon Regelventile bekannt, die eine dem jeweiligen.Verwendungszweck entsprechende Durchflußcharakteristik aufweisen. Bei diesen bekannten Regelventilen wird die Veränderung des Durchflußquerschnitts durch die unterschiedliche Stellung zweier gegeneinander verschiebbarer Teile wie Sitz und Kegel Platte und

  oder dergleichen '

  Membran/bewirkt. Die Regelung erfolgt, dabei im allge-

  meinen durch eine: angetriebene Spindel.. Ein Nachteil, dieser bekannten Vorrichtungen besteht jedoch darin,. daß infolge der dabei im. allgemeinen verwendeten Stopfbüchsen Reibungskräfte hervorgerufen werden, durch die Hystereseerschenungen zwischen Stellgröße und Ventilstellung hervorgerufen werden, die durch ZwaangsstellwerXe, soweit dies möglich ist, wieder aufgehoben werden müssen. Den weiteren Nachteil, daß in. der Null-Stellung Sitz und Kegel verklemmt werden, hat man dadurch zu vermeiden versucht,: daß die Kegelwinkel verhältnismäßig groß gehalten werden. Dabei müssen jedoch, insbesondere bei Ventilen für kleine Durchflußmengen,ein verhältnismäßig kleiner Regelbereich und ein verhältnismäßig kleiner kv-Wert in Kauf genommen =werden. Dabei versteht man unter"Kv-Wert den Durchflußkoeffizienten in mS/h für Wasser der Dicke 1,0 bei einer Druckänderung von 1 at. Bei der Herstellung dieser Ventile ist ferner eine große feinmechanische Genauigkeit erforderlich: Hinzu kommt, daß insbesondere bei Kleinventilen häufig hohe Belastungsgrenzen für den Betriebsdruck in Kauf zu nehmen-sind. Sperrigkeit und ein verhältnismäßig hoher Kostenaufwand-bei der Herstellung für die verschiedenen, hierbei erforderlichen Antriebs-Systeme sind weitere Nachteile.
• Es sind auch schon Steilglieder zur Regelung der Durchflußmenge-von strömenden Flüssigkeiten und Gasen bekannt, bei denen die eine Durchflußstrecke aus einem astomer gebildet wird und bei denen der Strömungsqaerschntt durch von außen angreifende mechanische ]Kräfte veränderbar ist. Auch diese Stellglieder weisen daher die mit: der Verwendung von Antriebssystemen verbundenen Nachteile auf. -Aufgabe der Erfindung-ist es daher, eine Vorrichtung zur Regelung der Durchflußmenge von Flüssigkeiten oder Gasen mit laminaren oder turbulentem Strömungsprofil für verhältnismäßig kleine Druckdifferenzen und Temperaturbelastungen, d.h. insbesondere für Druckdifferenzen.zwschen l bis 10 kpcm2 und einer Temperatur -zwischen i00 und 700®K zu schaffen, die einfach herzu- stellen ist, die: praktisch hysteresefrei arbeitet und bei. der der Durchflußquzrschntt,praktisch mittels einfacher technischer Hilfsmittel störungsfrei veränderbar ist. Diese Vorrichtung soll insbesondere zur Dosierung sehr kleiner Mengen von .Flüssigkeiten und Gasen, die nicht extrem temperaturezipfindlich sind, verwendbar sein, wobei bei. verhältnismäßig großem Stehbereich auch sehr kleine kv@-Werte erzielbar sein sollten.
• Diese Aufgabe wird. gemäß der" Erfindung, durch eine rohrförmige Ihirchflußstrecke von einer dem jeweiligen Bedarfsfalle angemessenen Dimension aus metallischem Werkstoff gelöst. Dabei besteht die Wandung der Durehflußstrecke erfindungsgemäß mindestens zum Teil - aus zwei aufeinander aufliegenden, sich über die ganze Länge der Durchflußstrecke erstreckenden Blechen, Folien oder dergleichen mit unterschiedlichen: Ausdehnungskoeffizienten.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Regelung der Durchflußmenge von strömenden Stoffen besteht darin, daß-die Durchflußstrecke: aus zwei in an sich bekannter Weise an den Kanten fest miteinander verbundenen, bei einer vorgegebenen Temperatur ebenen Bimetallstrefen besteht, wobei die die Außenwandung bildenden Komponenten den größeren Dehnungskoeffizienten aufweisen. Der Bimetallstreifen kann dabei z.B. in an sich bekannter Weise aus einer Eisen-Nickel-Legierung, die unter dem Handelsnamen Vakodil bekannt ist und die einen AusdehnungskoeffizientenZ = 1 x 10-6 hat, und einem austenitischen Chrom-Nickel-Stahl, der unter dem Handelsnamen Vachro -mium bekannt ist und einen Ausdehnungskoeffizienten d. = 15 x 10-6 hat,- bestehen.-Eine weitere ° zweckmäßige Zusammensetzung kann auch aus einer unter der Handelsbezeichnung "lnvar" bekannten Eisen-Nickel-Legierung mit einem Ausdehnungskoeffizienten Z = 2 x 10 und einem unter der Bezeichnung V2A-Stahl bekannten austenitischen Stahl mit einem Ausdehnungskoeffizienten el: = 16 x 10-6 bestehen, Durch die Auswahl der Bimetallstreifen verschiedener Zusammensetzungen hat man es dabei weitgehend in der Hand, die rohrförmige Durchflußstrecke den gewünschten Erfordernissen anzupassen. Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, die Bimetallstreifen so zu bemessen, daß die Breite zwischen .5 und 10 mm und die Dicke der-Streifen zwischen 0,1. und 1 mm liegt. Es kann auch zweckmäßig sein, die erfindungsgemäße Rohrstrecke*-so auszubilden, daß die .Außenwändung von dem Metall mit dem kleineren Ausdehnungskoeffizienten gebildet wird. Zur Herstellung einer gasdichten und starren Verbindung zwischen den beiden Bimetallstreifen sind gemäß der Erfindung die Längskanten in an sich bekannter- Weise, beispielsweise durch Elektronenstrahls.chweßung oder durch Rollnahtverschweißung, fest miteinander verbunden: Im Bedarfsfalle Kind die Bimetallstreifen in an sich bekannten Weise, beispielsweise durch Widerstandsheizung,auf# heizbar, damit bei Änderung der Temperatur eine Verformung mit reproduzierbar veränderbarem Strömungsquerschnitt-zum Kreszweieck erfolgen kann. Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die äußeren Bimetallkomponenten zweckmäßig in schmalen Zonen längs der Kanten in an sich bekannter-Weise, beispielsweise durch Elektroerosion, abgetragen. Dadurch werden die Rückstellkräfte so klein wie möglich gehalten: Eine andere°Variante der erfindungsgemäßen--Vorrichtung zur Regelung der Durchflußmenge von strömenden Stoffen besteht darin, daß zur Verbindung der Bimetallstreifen ein durch Vulkanisieren auf die Außenflächen der Bimetallstreifen aufgebrachtes, diese umgreifendes, an sich bekanntes hysteresearmes Elastomer vorgesehen ist. Als Elastomer wird dabei ein möglichst temperaturbeständiges Material, beispielsweise die unter den Warenbezeichnungen Neopren und Viton bekannten Stoffe, verwendet. Falls dies im Bedarfsfalle zweckmäßig ist, kann der Durchflußstrecke auch eine schraubenförmige oder schneckenförmige Krümmung erteilt werden. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung zur Regelung der Durchflußmenge von strömenden Stoffen besteht aus zwei mit Passung konzentrisch zueinander angeordneten Rohren, von denen das äußere Rohr aus einem an sich bekannten Werkstoff mit großem Ausdehnungskoeffizienten und das innere Rohr aus einem Werkstoff mit kleinem Ausdehnungs- koeffizienten besteht. Als Werkstoff sind dabei die Legierungen vorgesehen, die bei Bimetallstreifen für den in Frage kommenden Temperaturbereich Verwendung finden. Diese Rohre werden vor dem eigentlichen gemein-samen Ziehprozeß heißpress verschweißt, danach in an sich bekannter Weise auf den gewollten Durchmesser, z.B. 5 .... 10 mm gezogen. Im Anschluß daran werden sie bei einer Temperatur zwischen 100 und 400°C .flachgewalzt und die äußere Komponente in den den Kanten benachbarten Bereichen electroerosiv abgetragen. Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungs- gemäßen Vorrichtung besteht schließlich darin, daß die rohrförmige Durchflußstrecke aus zwei, bei einer vor- gegebenen Temperatur miteinanderlit geringer Paßtoleranz konzentrisch zueinander angeordneten Rohr- stücken gebildet wird, von denen das äußere Rohrstück aus einem Werkstoff mit großem Ausdehnungskoeffizienten und das innere Rohrstück aus einem Werkstoff mit klei- nem Ausdehnungskoeffizienten besteht, wobei die beiden Rohrstücke in an sich bekannter Weise mittels einer

  ncäraubenförata geführten Rollnaht oder dergletohea

  miteinander xereohweißt sind. Dabei hat eus sich ale

  awockig errvi«m, die Wandstärke den Außer» Rohr.»

  ittie.ko mit großer theraischer Dehnung so zaen bissen,

  daa sie etwa Oft na nicht tlberechreiteto und bei einer

  . Eohmg ton 18 bis 30 m ein Opiel bin zu 21 -? ud

  -bot einer babrung von 30 bis 40 am eiri ßpiel bis au

  E3 @u rorhandoa tot . -

  Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den tu der

  . Zeicbaung schamatieah dargestellten xwrßührunaebetepielel

  -hervor. Es zeigen .

  na. i eine Durahflugrtreake aus a»t

  sm den Uänaakanten miteinander

  rrerrchvroiZten Dimttallatraifea

  in Querschnitt,

  Via. 2 eine aus zoi Dimetalletraifen

  gebildete ihtrchflugstrecke seit

  einen zur Verbindung an den Deo,

  imaten durch Vulkanisieren ßufge#

  - brachten hpnterereamen Blutoaeer,

  2t2. S eine aus z»i komentrisehen d=h

  sahraubenfdrmige Rollnahtvorw

  schvaig miteinander verbugdmen

  Rohren unterschiedlicher Ausdehn#

  nunc gebildete Durabfxufttr,

  na" A einen Bahnitt uaoh der Linie Atom

  durch dte Auslührungeloxvt gesA

  Rin. S

  Wie aus Via. 1 hervorgeht, sind zwet Usetallttxwilsa

  i., 2" die in an sich bekannter Weise aus a»i aiteium

  ander verbundener Wetalliolien untersohiedlioher Auum

  dehnung $,4 imd d,$ beetehea, an den 3.dngsont« l# S

  miteinander vorschmißt. Wird nun die VurcUluß-trri?*-,i

  durch eine in der Zeichnun nicht dargeutellto 1»@i.=

  vorri chtung in an sIch belanntor leine aufgeLeizti

  biegen sich infolge der untüschiedlicheu i@Ruohu.@@M

  koƒffixienten die I:3metallstreifen nach au4^n und. .

  geben Je nach der aufgebrachten Växme oder auch 3n Ab-

  gigl;eit von .der durch den durchfließenden Stoff fw*ol-

  werdenden r@sdktionswärue die ßarchflufztrocko mit .

  unterschiedlichen Querschnitt frei. Um dies zu gawä'@@»

  leisten, sind gettga der Erfindung die kantennahen

  Zonen 9. 10, 1101,2 der äußeren Dlmetaillzomponenten 3,3

  ab"-etragcn. ßies kann beispielsweise in an sich b^l~@x .

  ter Weice durch M.ektroaroslca gonchohen. Die Broifr

  der Abtragung beträgt dabei etwa 1/10 bis 1/5 ci@c3

  des unverfndert bleibenden Teils der ßimet:ailo.txtoif@R@

  1#2* Set hoißpreosvorschweißten Rohren kann auch.

  recht zur SI=ƒtrieebcne so abgetragen werdcnr daü Wo

  Kanten mit 0v05 bis 001 =

  Verfärmuncn =rRAfi

  Winkeln von einig= lüuutan aushalten. Statt die i@`..b,t

  kanten der Dinotallstreiten 1,2 miteinander zu vor- . schwelgen, ist es euch mßglich$ ein hystoresearrten Elastomer, beispielsTreine ein- at3gxichst tcmperaturüoetünciiges an-eich bekanntes Elastomer13, durch Vullrnnisieren auß die Dimetallatreifen 1,2 aufzubringen.
• In I'ig. 3 ist eine Audführungsform der erfindunßsgee mUen Vorrichtung wiedergegeben, die aus einem motalltsehen Rohrstück 14 mit sehr 1:leinar Au3deimurig und ein= darübergesehobunen Rohrstück 18 mit Lroßor . thermidcher Aundelmung und mit vinor WandstUrko von höchstens 0,1 mm durch rsauraubenfürmigo ltollnahtvere . schweißeng der beiden Rohrstücke gebildet ist" Dabei hat ei sich als zwcoim:ißig erwiesen, saun Aufholzn und noz.l b zur reolUabi dos Durchllusssn in den d= i@;:drfs,.'ilo jewolla angcpaßten haue die Durchilu1'4 ntrocka a.lz üohuncUrwich.Iung do3 Trann£ormatoro 10 rrorzuaeLen.V.ic: an büsten aua Flg. d erLo=bar ist, wird dabal in AblsUngigUel t vcn der T mpcratur dIe ho 17 d@@ 1r@l.s,;:ch@ri-ttf@rr@igssi Querschnitts dar Durchtlu2-, s trecho 18 verändert, Die Varrlchtung gemäß dor Erfindung ist In vortellhat* t er woiso al:i Stallgliod eines Re ;olkrelnon ver«jad-,* bar. Selbstverständlich ist es auch ohne weitoren s~#rg1.ich, den Durchfluß in einer dem jeweiligen Dadarfom* falle entsprecheuüca lgeiso mittels Temperaturändorun£;ott zu steuern. Va die flärmokapazi tät der eriInd= Cgomaßen roisrfürmigen Durchilußstrecke klein ist und es bei. d?-,r Varwnü:auj als Stollgliod ohne wal tcron Wlich ist, die TI#racabfuhr dar Stellgllodor en LowUnachten Dadln;unjcn au :upasnfln, ist dis lrerwondung . dc:r neu,-"l Einrichtung auch in Statigrcgell:relson mit -Zoithon:stauton von- eänlg an Sekunden bin zu lUnuten r.licit. als Volterer iiortoll, das der Lulotungabada,rt nur wenige Watt batr4t. .n weiterox gsraßjp Vor4:ug dar orhl.uciusa oge.@äßwn Einrlchtung bo» steht darin, daß zur L:gelung Gien Durcbgluscou keine mchanlscli bewegten Tolle erforderlich sind und daß die 13V: torcve dos Eto11glIedes der Byetarege dar vor wcudaton liatalle bei elastischer Verformung entsprichte Die gerlngon Abzeacungen, cüe geringen losten tür die iicx°nj,eltung sowie sehr kleine Durchtlußkaollisionten trotz relativ groUr Stollbereiche sind wettere für dzsi pxaktiachea Vervendungsbereich erhebliche Vor tolle. Vertauscht man dio Wanrhltson der ßiaetallstrolgon cs:3r die dar ch cUo konzYÜIItriselle Anordnung von rhidii en #y`wY@ @'aa date Durchflugstreck3 in dar Woloo, dziß dio von dza Mutall mixt hlelnem @usd@hnuugshoo.f.aer@t: n und dis innea=ndung von ciem Hutall mit grt$.,zro2 A': w dahnämg gebildot wird, so 38t olmo woiteres er@oa nr°.! daß die arfindwnggamä2o Vorrichtung auch als @'e@"o. turfühlßr verwendbar Ist. Dadurch wird untoi# Au;-.nu t@@; an sich bolmnntor exotli®rmer Vorgänge auf aintacho Vdals® ein vollstftndiger Begeährei3 goachaffc:1.

Claims (2)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Vorrichtung zur Regelung der Durchflußmenge von von Gasen und Flüssigkeiten mit laminarem oder turbulentem Strömungsprofil mittels einer veränderbaren rohrförmigen Durchflußstrecke,d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die rohrförmige' Ihirchflußstrecke aus metallischem Werkstoff besteht, wobei die Wandung mindestens zum Teil aus zwei aufeinander aufliegenden, sieh über die ganze Länge der Ihirchflußstrecke erstreckenden Blechen, Folien oder dergleichen mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten gebildet ist:.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die rohrförmige Durchflußstrecke aus zwei in -an sich bekannter Weise an den Kanten fest miteinander verbundenen,bei einer vorgegebenen Temperatur, unterhalb der der Durchfluß gesperrt sein soll, ebenen Bimetallstreifen gebildet ist, wobei die die Außenwandung bildenden Komponenten den größeren Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a, du r c h g e k e n n z e i c 1i n e t, daß die rohrförmige Durchflußstrecke aus zwei in an sich bekannter Weise an den Kanten fest miteinander verbundenen, bei einer vorgegebenen Temperatur, unterhalb der der Durchfluß gesperrt sein soll, ebenen Bimetallstrei fen gebildet ist, wobei die die Außenwandung bildenden Komponenten den kleineren Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c 1i g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kanten der beiden Rimetallstreifen durch eine in an sich bekannter Weise mittels Elektronenschweißung, Rollnalitverschweißung oder derglei clien hergestellte Schweißnaht miteinander verbunden sind. 5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 oder :3 und 9, d a du r c h g e k e n n z e i c 1i n e t:, daß die äußeren Bimetal.lkomponenten in schmalen Zonen längs der Kanten in an sich bekannter Weise abgetragen sind. 6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2 oder :3, d a d u r c h g e k e n n z e i c 1i n e t , da ß zur Verbindung der Bimetallstreifen ein durch Vulkanisieren auf die Außenflächen der Bimetal.lstreifen aufgebrachtes, diese umgreifendes an sich betanntes hysteresearmes Elastomer vorgesehen ist. 7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis Ei, d a c1 u z# c 1i g e k e n n z e i c h n e t, daß die rohrförmige Durchflußstrecke nach Art einer Wendel gekrümmt ist. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h , e k e il n z e i c h n e t, daß die rohrförmige Durchflußstrecke aus mit geringer Paßtoleranz konzentrisch zueinander angeordneten, heißpreßverschweil3ten, obherhalb der Temperatur, bei der der ihzrchfluß gesperrt sein soll, flachgewalzten Rohren aus an sich bekannten Werkstoffen mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten gebildet ist. V oi richtung nach Anspruch 1, d a d u r c 11 g- e k L n n z e i c h ri e t, daß die rohrförmige Durchflußstrecke aus zwei, bei einer vorgegebenen Terriperiitiii- miteinaridr--,r in Berührung stehenden Rohrstilcken, vozi denen das äußere Rohrstück aus einem @jerkstoff mit großem Ausdehnungskoeffizienten und das innere,. Rohrstück aus einem Werkstoff mit k1.einem Ausdelinungskoeffizieriten gebildet ist, in an sich bekannter üfeise mittels einer schraubenförmig geführten Rollnaht oder dergleichen miteinander verschweifbt sind.