DE1809585A1 - Stroemungsmittelgeraet,insbesondere Wirbelstromventil - Google Patents

Description

Patentanwalt

v.In./Am Karl A. Br : s Äünchen-Pullach, 18.November 1968 4154--A Dipl.-tr.g.

•^ Γ-0023 Mur.d.e.. - Mlach

Vv'ii.-.uitr. 1.1. Mdin. 7) 305 70,79317 61

THE BJSNDIX GOÄPOEATION, Fisher Building, Detroit, Michigan, USA

Strömungsmittelgerät, insbesondere Wirbelstromventil Zusatz zu Patent (Patentanmeldung P 16 73 548.1

Das Patent (Patentanmeldung P 16 73 548.1)

schützt ein Strömungsmittelgerät bestehend aus einem Gehäuse mit einer zylindrischen Kammer, einem Strömungsmitte1-eingangsdurchlass in dem Gehäuse, der mit der Kammer zur Schaffung einer Zulieferströmungsmittelströmung in die Kammer verbunden ist, einem Strömungsmittelsteuerdurchlass in dem Gehäuse zur Schaffung einer Steuerströmungamittelströmung in die Kammer, um zu bewirken, daß die Zulieferströmungsmittelströmung eine Wirbelströmung in der Kammer ausübt, einem Strömungsmittelausgangsdurchlaes, der mit der Mitte der Kammer zur Aufnahme der Austrittsströmung der Kammer verbunden ist, einem Strömungsmittelausgangsrohr, welches axial fluchtend mit dem Strömungsmittelausgangsdurchlass in der Bahn der Austrittsströmung von dem Ausgangsdurchlass und von diesem entfernt angeordnet ist und einer zweiten Kammer zur Schaffung eines eingeschlossenen Volumens zwischen dem Strömungsmittelausgangsrohr und dem Strömungemittelsu sgangedurchlass.

Die Erfindung betrifft eine Weiterbildung eines Strömungsmittelgerätes, und insbesondere eine verbesserte Wirbelstromvorrichtung, nach dem Hauptpatent.

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Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung richtet sich auf die Schaffung einer verbesserten Wirbelstromvorriohtung mit einem Ausgangssignal das direkt dem Steuersignal proportional ist ο

Erfindungsgemäss wird ein Wirbelstromgehäuse geschaffen, mit einer Belüftungsöffnung und einer Auslassöffnung, die axial zur Drehbewegung des Mediums in Kombination mit einem StrömungsmitiBlausgangsrohr angeordnet sind, wobei das Ausgangsrohr axial stromabwärts der Auslassöffnung angeordnet ist, die an eine Quelle eines entgegenströmenden Mediums angeschlossen ist, deren Druck grosser ist als der Druck des Versorgungsmediums, Obwohl die Beeinflussung des gegenströmenden Mediums und der Einfluss der Belüftungsöffnung auf den Strömungsverlauf der Wirbelstromvorrichtung nicht genau bekannt ist, so steht dennoch fest, dass die Gegenströmung in die Wirbelstromkammerauslassöffnung eindringt, wodurch der Strömungsverlauf innerhalb des Wirbelstromgehäuses heeinflusst wird_o Das Eindringen in die Auslassöffnung ist möglich, da der Strömung durch den erhöhten Druck des gegenströmenden Mediums ein Moment erteilt wird und aufgrund der Druckveränderung in demWirbeIstromgehäuse, die durch die Belüftungsöffnung in dem Wirbelstromgehäuse vorgesehen wird» Es steht weiterhin fest, dass Änderungen im Strömungsverlauf innerhalb des WirbelStromgehäuses Änderung im konischen Strö mungsverlauf des Mediums verursachen, daß aus der Auslassöffnung austrittο Im Endresultat ist eine Phasenumkehr aus dem normalen Betriebszustand teilweise vorherrschend, wenn der Durchmesser des Ausgangsrohres die Hälfte oder weniger des Durchmessers der Auslassöffnung des Wirbelstromgehäuses beträgt· Dieser verstärkte Effekt steht in Einklang mit dem erhöhten Eindringen des gegenströmenden Mediums, was durch die enge Formgebung des Strömungsmitte'lausgangsrohres vorgesehen wird«

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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben si aus der nun folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnungen·

In diesen zeigt:

Fig. 1 eine Sohnittdarstellung eines Wirbelstromverstärkers nach der vorliegenden Erfindung;

Pig. 2 eine Schnittdarstellung längs der Linie 2-2 in Fig»1

Fig. 3 eine Schnittdarstellung eines Abtasters, um die Strö mungsverhältnisse abzutasten, der ein Trägheitselement verwendet und die vorliegende Erfindung verkörpert;

Fig. 4 eine Darstellung des Trägheitselementes, wie es in 3 gezeigt ist;

Fig. 5 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Steuersignaldruck und dem Ausgangssignaldruck des Wirbelstromverstärkers nach der erliegenden Erfindung veranschaulicht ·

In Fig. 1 ist eine Wirbelstromverstärkeranordnung 10 im Schnitt gezeigt, die nach der vorliegenden Erfindung konstruiert ist,.und diese Vorrichtung ist an eine auf Druok ansprechende Ausganglordnung 11 angeschlossen· Der Verstärker 10 weist Gehäuseabschnitte 12, 14 und 16 auf, die eine Wirbelstromkammer 18 einer vorgegebenen Breite W bilden, um eine Wirbelströmung um eine Achse 20 durch die Wirbelkammer 18 zu ermöglichen. Der Gehäuseabschnitt 12 ist mit einer Mediumsversorgungsöffnung 22 ausgestattet, an die eine Quelle des Versorgungsmediums 24 angeschlossen ist, daß sich auf einem Druck P_ß befindet. Das Gehäuseteil 12 weist fernerhin eine Steueröffnung 28 auf, die im wesentlichen tangential

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zur Wirbelstromkammer 18 angeordnet ist, wie dies in. Fig_o gezeigt ist, und diese öffnung ist an eine Quelle eines

steuernden Mediums 30 mit einem Druck P_n über ein Steuerte

ventil 32 angeschlossene Eine Strömung aus der Steueröffnung 28 erteilt dem Versorgungsmedium entsprechend dem Druck P« des Steuermediums eine Rotationsgeschwindigkeito Die Steuerquelle kann durch irgendeine geeignete Wirbelstrometeuereinrichtung ersetzt werden»

Der Gehäuseabschnitt 16 ist mit einer Auslassöffnung 26 aus gestattet, die -einen Durchmesser Dq aufweist, und zur Achse 20 symmetrisch angeordnet ist, damit das Tersorgungsmedium und das Steuermedium der Wirbelstromkammer 18 austreten kann» Das Wirbelstromgehäuseteil 14 ist mit einer Drucknachlas sbe lüftung soff nung 24 ausgestattet, das mit dem umgebenden'Druck Pq über ein Belüftungsventil 36 in Strömungsverbindung steht« Die "Wirbelströmverstärkervorrichtung 10 weist weiterhin eine Auslasskammer 38 auf, die durch ein Auslassgehäuse 40 sum Aufnehmen .der Strömung aus der Auslassöffnung 26 gebildet wird«, Der Strömungsverstärker 10 besitzt ferner .ein Strömungsmittelausgangsrohr oder Strömungsmittelleitung 42 j die von dem Auslassgehäuse 40 umschlösse», ist. Das Ausgangsrohr 42besitat eine Auslassöffnung 44 mit einem Durchmesser D an einem Ende₉ deren Achse die Achse 20 ist, und sie befindet sich in einem bestimm ten Abstand stromabwärts zur Wirbelstromkammer-auslassöffnung 26« Die öffnung 44 steht mit einem Auslasskanal 46 in Strömungsverbindung, der sich durch das Jlusgangsrohr 42 erstreckt.

Eine Quelle 48 eines gegenströmenden Mediums Steht mit dem Rohrkanal 46 durch ein Strömung regulierendes Ventil 50 in Strömungsverbindung und es ist ein Kanal 52 zum Aufbauen ei ner Strömung mit im wesentlichen konstanter Strömungs-ge-

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schwindigkeit in Richtung des Pfeiles 54- .mit einem Gegen-

Strömungsdruck P₀^ ausgestattet, welcher Strom aus der Rohr Öffnung 44 in die Auslasskammer 38 austritt. Der Gegenströmungsdruck Pqj, wird zu jedem Zeitpunkt auf einem Druck gehalten, der grosser als der Versorgungsdruck Pg ist· Das Gehäuse 40 der Auslasskammer weist eine Auslassgehäusebelüftungsöffnung 56 zum Auslassen der Medien innerhalb der Auslasskammer 38 durch ein Auslassgehäusebelüftungskanal 58 auf, und besitzt ein Auslassgehäusebelüftungsventil 60 das einstellbar ist, um den Druck in der Auslasskammer 38 zu steuern· Die Ausgangsvorrichtung 11 ist ebenso an den Auslassrohrkanal 4-6 über den Auslasskanal 42 angeschlossen, um ein Ausgangsdrucksignal P-r vorzusehen, das im wesentlichen gleich dem Gegenströmungsdruck Pq^, ist· Nach der neuartigen Konstruktion des Strömungsverstärkers 10 ist der Ausgangsdruck P-^ direkt, also anders als umgekehrt, zum Steuerdruck P_G proportional wie dies aus dem Diagramm der Pig. 5 hervorgeht. Mit anderen Worten nimmt der Druck P-r im selben Masse zu, wie der Druck Pq zunimmt.

Während des Betriebes, wird durch die Versorgungsöffnung das versorgende Medium in die Wirbelstromkammer 18 eingeführt, Beim Fehlen einer Steuerströmung aus der Steueröffnung 28, strömt das Versorgungsmedium radial durch die Wirbelstromkammer 18 zur Auslassöffnung 26. Eine Strömung des Steuermediums aus der Steueröffnung 28 in die Wirbelstromkammer 18 erteilt dem Versorgungemedium eine Roationsgeschwindigkeit· Als ffolge baut sich in der Wirbelstrojukammer 18 ein Wirbelströmungsverlauf auf, der seinerseits eine konisch auseinanderstrebande Strömung stromabwärts der Auslassöffnung 26 aufbaut. Nimmt die Steuerströmung zu, so niä; auch die Rotatlonsgeßchwindigkeit des Versorgungemediums in der Wirbolsti^omkaittmer 18 entsprechend zu und dadurch wird der kataoh auseinander strebende Strömungaverlauf erweitert,

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Bei bekannten Wirbelströlvorrichtungen verursacht das Erweitern des konisch auseinander gerichteten Strömungsverlaufes eine Abnahme des Druckes an der öffnung des Ausgangsrohree, da weniger des Aus lass stromes die öffnung be aufschlagt,, Demzufolge ist bei bekannten Wirbe Istromvorrichtungen der Druck an der öffnung des Ausgangsrohres umgekehrt zum Steuerstrom proportional» Ät anderen Worten nimmt der Ausgangsstrom B^ im selben Masse ab, als der Steuerdruck Έ'_ΰ zunimmt·

Das Hinzufügen einer Ausgangsrohrgegenströmung und einer Be lüftungsöffnung 1»i einem Strömungsverstärker₉ wie dies die vorliegende Iriindung lehrt» ergibt ein überraschendes Ergebnis dahingehend, d?=>J& der- ikisgangsdrucl: Έ-^ zum Steuerdruck IV» direkt ^rL^rtiünal iin;» Um- disses Ergebnis zu

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erhaltenj musa der SegenstrSmungsdruok Pqj, grosser als der Dme--¹:. ;,o dee ¥ersoi?giiiigsiaediujis sein^ und die Quelle des G-ii/^ntitröffiungsmediums muss reguliert werden und awar in der Meise ein Medium mit im wesentlichen konstanter Strömungsgeschwindigkeit vorzusehen« Da^Ler Gegenströmungsdruck P_CJ, des Mediums immer grosser als der Druok P_Q des Tersorgungsmediums 1st, so ist der Ausgangsdruck P_L„ der zuvor als nahezu gleich dem Gegenströmungsclruok Pq₁ des Mediums festgestellt wurde, ebenso immer grosser als der Druck Pg des Versorgungsmediums, wie dies in Ug₀ 5 veranschaulicht ist«, Die» ist ein wiöiiiiigör guieät^Iieiiej? Torteil, der durch die vorliegende Erfindung geschaffen *jird₅ da sum Betrieb vieler Vorrichtungen, die auf Druck eines Mediums ansprechen₉ -hohe AusgangsdrüakQ erforderlish sind» Der Strömungsmechanismus, eier für diese Erscheinung veraatwortlieh ist, ist nicht bekannt, da beim .iiialysie5?en cLbb sehr &oiipl©xeii Strömungöverlaufes tlur Wirliäls'ij^&.rif&i-'riöhOuag zu grosso Froble·= ine auftreten«, Eb steht jedoafe £wst₃ dasa dex- ß©g©neicrom direkt den Wirbel3troiaverlau£ innerhalb dar Wirb©lsteomkamm@r

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18 beeinflusst. Es stellt weiterhin fest, dass die Kombination eines G-egenströmungsdruckes P_G-ni, der grosser als der Versorgungsdruck P™ ist und einer Drucknachlassbelüftungsöffnung 34 (äe Bedingungen schaffen, die es ermöglichen, dass die Gegenströmung direkt die Wirbelströmung innerhalb der Wirbelstromkammer 18 beeinflusst. Der Effekt lässt sich teilweise erklären, wenn der Durchmesser Dp der Ausgangsrohröffnung nahezu die Hälfte oder weniger als der Durchmesser Dq der Auslassöffnung beträgt. Offensichtlich kann der sich ergebende engere Gegenströmungsstrom besser in die Wirbelstromkammer auslassöffnung 26 eintreten.

In Fig. 3 ist ein Abtaster 100 zum Feststellen der Strömungs Verhältnisse gezeigt, der nach der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, und dieser ist an eine Ausgangsvorrichtung 111 oder Ausgangslast angeschlossen, die auf Druck eines Mediums anspricht. Da der die Verhältnisse abtastende Abtaster 100 weügehendst kmstruktiv mit der Wirbelstromverstärkervorrichtung 10 identisch ist, sind in Fig. 3 gleiche Bezugszefehen verwendet, um gleiche Komponenten mit den Fig, 1 und 2 anzugeben. Zusätzlich zu der Konstruktion, wie sie zuvor beschrieben wurde weist der Abtaster 100 ein Trag heitselement 128 auf, das einzeln in Fig. 4 gezeigt ist, und dieses Element 128 ist in dem ringförmigen Kanal angeordnet, der das Versorgungsmedium der Wirbelstromkammer 18 zuführt, und ist an den Gehäuseteilen 12 und 14 angebracht. Das Trägheitselement 128 ist mit einer Menge von Strömungskaälen 129 zum Durchlassen dee Versorgungsmediums ausgestattet. Das Gehäuseteil 12 ist mit einer Vorspannöffnung 153 ausgestattet, die im wesentlichen tangential zur Wirbel Stromkammer 18 ausgerichtet ist und die an eine Quelle eines vorgespannten Mediums mit einem Druck P_B über ein Vor spannventil 135 verbunden > t.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1_β Strömungsmittelgerät, bestehend aus einem Gehäuse mit einer zylindrischen Kammer, einem Strömungsmitteleingangsdurchlass in dem Gehäuse, der mit der Kammer zur Schaffung einer Zulieferströmungsmittelströmung in die Kammer verbunden ist, einem Strömungsmittelsteuerdurohlass in dem Gehäuse zur Schaffung einer Steuerströmungsmittelströmung in der Kammer um zu bewirken, daß die Zulieferströmungsmittelströmung eine Wirbelströmung in der Kammer ausübt, einem Strömungsmittelausgangsdurchlass, der mit der Mitte der Kammer zur Aufnahme der Austrittsströmung verbunden ist, einem Strömungsmittelausgangsrohr, welches axial fluchtend mit dem Strömungsmittelausgangsdurchlass in der Bahn der Austrittsströmung von dem Ausgangsdurchlass und von diesem entfernt angeordnet ist, und einer zweiten Kammer zur Schaffung eines eingeschlossenen Volumens zwischen dem Strömungsmittelausgangsrohr und dem Strömungsmittelausgangsdurchlass, bei dem Gegenströmungsinittel zur Belieferung des Ausgangsrohres mit einer Strömung vorgesehen sind, die der Strömung in dem Strömungsmittelausgangsdurchlass entgegengerichtet sind, und das Belastungsdurchlassmittel mit den Gegenströmungsmitteln verbunden sind, wobei der Druck in den Belastungsströmungsmitüeln auf den Druck der Gegenströmungsmittel anspricht, nach Patent (Patentanmeldung

   P 16 73 54-8.1), dadurch gekennzeichnet , dass das Strömungsmifcbelausgangsrohr (42) an eine Quelle (48) eines Gegenströmungsmediums als auch an eine auf Druck des Medhims ansprechende Auslassvorrichtung (111) angeschlossen ist, und dass die Quelle (48) des Gegenströmungsmediume einen grosseren Druck als das Ver3orgungsmedium aufweist und im wesentliche! konstante Strömungsverhältnisse aufw«ist,so■ daß das Strömungsmittelausgangsrohr (42) ein Ausgangsdrucksignal vorsieht, welches zur Hotationsströmungsgesohwindigkeit direkt proportional ist.

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   2„ Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung des Strö.mungsmittelausgangsrohres (42) eine kreisförmige öffnung mit einem Durchmesser D ist und der Strömungsmittelausgangsdurchlass (26) eine kreisförmige Öff nung mit einem Durchmesser D_Q ist, der nahezu zweimal D beträgtο

   5o Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventil (36) mit der Belüftungsöffnung (34) in Verbind^ steht um den Druck in der Wirbelstromkammer (18) zu steuern

   4₀ Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslasskammer (38) eine Belüftungsöffnung (56) aufweistj und daß an die Belüftungsöffnung (56) der Auslasskammer (3 ein Ventil (60) angeschlossen ist, um den Druck in der Auslasskammer (38) zu steuern,,

   5„ Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung für das Medium eine Quelle (30) eines Steuermediums enthält, daß ein Steuerkanal (28) an die Quel Ie (30)des Steuermediums angeschlossen ist und mit der Wirbelstromkammer (18) in Strömungsverbindung steht, um das Steuermedium im wesentlichen tangential in die Wirbelstromkammer (18) einzuleiten, um das Versorgungsmedium in der Wirbelstromkammer (18) proportional zur Strömung des Steuermediums in eine Rotationsströmung zu versetzen·

   6« Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Mediums Trägheitselemente (128) im Kanal des Versorgungsmediums vorgesehen sind_s um die Rotationsströmung in der WirbelafcEomkamaier (18) entsprechend den Ro· tationaverhältniason des Gehäuses um die Achse (20) zu beeinflussen, daß eine Quelle (131) eines vorspannenden Mediums und ein Kanal (133) für das vorspannende Medium vorgesehen sind und der Kanal (133) mit der Wirtoelsteomkammer

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   (18) in Strömungsverbindung steht, um das vorspannende Medium im wesentlichen tangential in die Wirbeletromkammer (18) einzuleiten, um daduroh eine vorspannende Rotationaströmung des Versorgungemediums innerhalb der Wirbelstromkammer (18) zu bewirken*

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