DE1945787B2 - Durchflussmengenregler fuer fluessige oder gasfoermige stoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Durchflußmengenregler für flüssige oder gasförmige Stoffe mit einem festen Strömungswiderstand und einem durch die an dem Strömungswiderstand herrschenden Druckdifferenz beaufschlagten und in einem Zylinder bewegbaren Kolben, der einen von dem Hauptstrom abgezeigten rückfließenden Teilstrom steuert.

Derartige Durchflußmengenregler sind beispielsweise aus der DT-PS 7 46 386 und der DT-AS 11 85 387 bekannt, bei denen die Durchflußmenge durch Abzweigen eines Teiles des zugeführten Stromes geregelt wird. Diese Regelung wird durch Verschieben eines Kolbens erreicht, der seinerseits durch die Druckdifferenz zwischen dem zugeführten und dem abgeführten Druck gesteuert wird iädizusätzlich durch eine fest einstellbare Feder. Der Regejkblberi arbeitet dabei stufenweise, indem an verschiedenen Stellen Durchlässe vorgesehen sind, die eine Verbindung zu einem gesonderten Abfluß herstellea Derartige Anordnungen sind aufwendig und ermöglichen keine stufenlose Regelung der Durchflußmenge.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Durchflußmengenregler zu schaffen, bei dem die Durchflußmenge stufenlos regelbar ist In Abhängigkeit eines gesonder-

; ., teq Steueldruckesloll außerdem der Regler einfach in der nerstellung und in seiner Einstellbarkeit sein, indem auf Schraubenspindeln, Klappen α dgl. verzichtet werden kann. Diese Aufgabe wird durch ebe in den Ansprüchen gekennzeichnete Anordnung in vorteilhafter Weise gelöst Eine derartige Anordnung hat außerdem den Vorteil, daß ohne Mehraufwand durch einfaches Vertauschen der vorhandenen Anschlüsse eine Umkehrung in der Durchflußrichtung möglich ist

Wenn Temperaturschwankungen in dem zu dosierenden Volumenstrom auftreten oder die Vorrichtung in einem Raum verwendet werden muß, in dem wechselnde Temoeraturen auftreten, haben vorzugsweise nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Materialien, aus denen der Kolbensatz und der Zylinder bestehen, einen verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten, derart daß bei Temperaturschwankungen die Änderung der Spalthöhe die Änderung der Viskosität der Flüssigkeit oder des Gases ausgleicht

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die Figur zeigt einen Schnitt durch einen Zylinder mit einem darin angeordneten axial einstellbaren Kolbensatz.

In der Zeichnung ist mit 1 ein Zylinder angedeutet, an dem ein Zylinderdeckel 2 befestigt ist. Auf der rechten Seite sind drei Anschlußmöglichkeiten 3, 4 und 5 dargestellt; auf der linken Seite ist im Deckel 2 eine vierte Anschlußmöglichkeit 6 dargestellt Im Zylinder 1 liegt ein Kolbensatz, der aus zwei gleichen Kolben 7 und 8 mit einem Durchmesser a, und aus einem größeren Kolben 9 mit einem Durchmesser D zwischen den Kolben 7 und 8 besteht. Der Kolben 7 hat eine ringförmige Nut 10; der Kolben 9 eine ähnliche Nut 11. Zwischen der Endfläche des Kolbens 7 und dem Deckel 2 liegt eine Kammer 12; weiter liegt zwischen dem Deckel 2 und der anderen Seite des Kolbens 9 eine Kammer 13. Ähnliche Kammern, die mit 14 und 15 angedeutet sind, liegen zwischen einer Seitenfläche des Kolbens 9 und dem Zylinder 1 und zwischen der Endfläche des Kolbens 8 und dem Zylinderende.

Zentral im Kolbensatz ist ein Kanal 16 angebracht,

der durch öffnungen 17,18 und 19 mit den ringförmigen Nuten 10 und 11 und mit der Kammer 14 in offener Verbindung steht, die also miteinander verbunden sind, und in denen also immer derselbe Druck herrscht. In die Anschlußmöglichkeit 3 mündet ein Kanal 20, der durch einen Kanal 21 mit der Kammer 13 in offener Verbindung steht. Die Anschlußmöglichkeit 5 ist durch einen Kanal 22 mit der Kammer 14 verbunden. Im Umfang des Kolbens 9 liegen vier Schlitze 23; diese Schlitze münden einerseits in die Kammer 14 und bilden eine Verbindung mit einer von der Lage des Kolbensatzes abhängigen Größe mit einem ringförmigen Raum 24 in der Zylinderwand. Der ringförmige Raum 24 ist mittels eines Kanals 25 mit dem

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umgebungsdruck verbunden. Der Spalt zwischen den Kolbenumfängen und den respektiven Zylinderwänden liegt in der Größenordnung von 20 um.

Die Wirkungsweise der Dosiervorrichtung wird nun für einen aus dem Kanal 20 hinaustretenden Volumenstrom, beispielsweise einen ölstrom, wobei ein gewünschtes Debit zwischen einigen cm³/sec und Null realisiert werden kann, näher erläutert An den Anschluß 6 ist eine Ölleitung angeschlossen mit einem Druck P3, der als Steuerdruck bezeichnet wird. Dieser Druck muß je nach dem gewünschten Debit einstellbar sein, beispielsweise mit einem Druckregelventil auf ein hohes Druckniveau und mit einer Flüssigkeitssäule auf ein niedriges Druckniveau.

An den Anschluß 5 ist eine Ölleitung angeschlossen mit einem Druck, dessen Wert P₂ in der Kammer 14 dadurch geregelt wird, daß in Abhängigkeit von den Drücken P3 und/oder Pi in der Kammer 13 die Größe der Überlappung der Schlitze 23 mit dem ringförmigen Raum 24 verändert wird. Je größer der Druck P₂ wird desto mehr Flüssigkeit fließt über den Kanal 25 ab, so daß die Druckdifferenz P₂-P_x konstant gehalten werden kann. Daraus ergibt sich auch, daß bei einem Flüssigkeitsstrom aus dem Anschluß 3 der Druck P₂ größer sein muß als der Druck Pi.

Der Anschluß 4 ist mit der Außenatmosphäre verbunden. An ihn kann der Druck P3 angelegt werden, wenn eine Strömungsumkehr erzielt werden soll, i. h., wenn an den Anschlüssen 3 und 5 die Drücke Pi und P₂ vertauscht werden sollen. In diesem Falle herrscht dann am Anschluß 6 atmosphärischer Druck.

Über den Kanal 16 mit den Öffnungen 17, 18 und 19 herrscht in den Ringnuten 10 und 11 derselbe Druck P₂ wie in der Kammer 14. In der Kammer 13 dagegen herrscht der Druck P_x, da diese über die Kanäle 20 und 21 mit dem Anschluß 3 in direkter Verbindung steht. Durch den Druckunterschied P2-P1 zwischen den ringförmigen Nuten 10 und 11 einerseits und der Kammer 13 andererseits entsteht in den beiden ringförmigen Spalten 26 und 27 eine laminare Strömung. Der Druckunterschied P₂-P\ geht aus dem Kräftegleichgewicht des Kolbensatzes hervor, und zwar:

¹ 4" * ^{+ Pl} T
Daraus folgt:

-d²) = ρ "

d¹

45 Es stellt sich heraus, daß bei den gegebenen Größen D und d, der Druckunterschied zwischen P₂ und Pi ausschließlich, vom Druck P₃ abhängig ist Bekanntlich ist das Debit durch einen laminaren Widerstand vom Typ, wie dieser durch die Spalte 26 und 27 gebildet wird, linear abhängig vom Druckunterschied an diesem Widerstand, gemäß der aus der Strömungslehre bekannten Gleichung:

Φ =

P₂-P₁

12 μ

³ &-d² ■

in der Φ die Menge, D der Durchmesser, H die Spalthöhe, μπι die Viskosität und L die Spaltbreite ist Für eine Dosiervorrichtung des beschriebenen Typs mit bestimmten Abmessungen und für eine bestimmte Flüssigkeit gilt bei nahezu konstanter Temperatur, daß Φ = C(P₂-P]), wobei C eine Konstante ist. Die zu dosierende Menge wird also nur durch die Größe von P₃ bestimmt (denn diese ist P₂-Px proportional). Da P3 auf jeden gewünschten Wert einstellbar ist, läßt sich also eine willkürliche kleine Menge einstellen. Die obenstehende Betrachtung gilt bei einer konstanten Temperatur des Öls und bei konstanten Umgebungsdruck. Treten Temperaturänderungen auf, so hat dies eine Änderung der Viskosität des Öls zur Folge, wodurch sie also die Menge ändert Diese Mengenabweichung infolge der Viskositätsabweichung läßt sich dadurch ausgleichen, daß die Spalthöhe Hin den Spalten 26 und 27 ebenfalls zu einer Funktion der Temperatur gemacht wird,

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wodurch — aus der Mengenformel für laminare

Strömung ebenfalls konstant bleibt Dies läßt sich durch eine geeignete Materialwahl des Zylinders und des Kolbensatzes verwirklichen. Eine geeignete Bemessung des Kolbendurchmessers und der Spalthöhe kann auch die Unterdrückung von Debitsänderungen infolge Temperatureinflüsse fördern.

Wird ein ziemlich hoher Druck P₂ angewandt und dadurch auch der Druck Pi ziemlich hoch, so ist es empfehlenswert, um den Zylinder 1 einen zweiten Zylinder anzuordnen, der auf beiden Seiten den Zylinder 1 einschließt und darin denselben Druck P₂ zuzuführen, so daß auf den Umfang des Zylinders 1 ebenfalls dieser Druck P₂ ausgeübt wird.

Bei der beschriebenen Ausführung wird die dosierte Menge einem Raum zugeführt; soll diese Menge aus einem Raum abgeführt werden, so wird die Leitung, in der der Druck P3 herrscht mit dem Anschluß 4 verbunden, und der Anschluß 6 bleibt offen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Durchflußmengenregler für flüssige oder gasförmige Stoffe mit einem festen Strömungswiderstand und einem durch die an dem Strömungswiderstand herrschenden Druckdifferenz beaufschlagten und in einem Zylinder bewegbaren Kolben, der einen von dem Hauptstrom abgezweigten rückfließenden Teilstrom steuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben aus zwei Kolbenteilen (7, 8) gleichen Durchmessers besteht, zwischen^ d^ni|p sich! ein weiterer -JColbenteil (9) größeren^ Durchmessers befindet, daß auf beiden Seiten dieses Kolbenteiles (9) Kammern (13, 14) angeordnet sind, in die jeweils ein Anschlußkana» (21, 22) für die zu regelnde Flüssigkeit mündet, während einer (7) der beiden Kolbenteile gleichen Durchmessers und der Kolbenteil (9) mit dem größeren Durchmesser an ihrem Umfang eine Ringnut (10, 11) aufweisen, während bei jeder der freien Endflächen der Kolbenteile (7, 8) gleichen Durchmessers ein Anschlußkanal (4,6) mündet, daß in einem dieser Kanäle (6) ein einstellbarer Steuerdruck (P₃) herrscht, während der andere Kanal (4) mit dem Umgebungsdruck in Verbindung steht, daß der mittlere Kolbenteil (9) am Umfang mit mindestens einem axial angeordneten Schlitz (23) versehen ist, der eine von der axialen Lage des Kolbens abhängige Verbindung zwischen der Kammer (14), die in der Nähe desjenigen Kolbenteiles (8) liegt, der nicht mit einer Ringnut versehen ist, und einem in der Zylinderwand vorhandenen ringförmigen Raum (24), der an einen Abflußkanal (25) angeschlossen ist, und daß eine offene Verbindung (16,17,18,19) zwischen den beiden auf den genannten Kolbenteilen (7, 9) vorhandenen Ringnuten (10, U) und der Kammer (14), in die der Schlitz (23) mündet, besteht, wobei die andere Kammer (13) mittels eines zwischen den betreffenden Kolben- und den Zylinderwandteilen sowohl des größeren als auch des kleineren Durchmessers gebildeten Spaltes (26,27) mit den beiden Ringnuten (10,11) verbunden ist.

2. Durchflußmengenregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien, aus denen die Kolbenteile (7, 9) und der Zylinder (1, 2) bestehen, einen verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten besitzen, so daß bei Temperaturschwankungen die Änderung der Spalthöhe (26, 27) die Änderung der Viskosität der Flüssigkeit oder des Gases ausgleicht.