DE1955973C - Als steuerbares Ventil ausgebildete Wirbelstrom-Steuereinrichtung - Google Patents

Description

niedrige Wirte annimmt, wobei das erreichbare Verhältnis des maximalen Abflußstromes geteilt durch den minimalen Abflußstrom der Einrichtung, das sogenannte »Ablenkverhältnis« oder »turndown-Verhältnis« möglichst groß ist, und zwar vorzugsweise 20: 1 oder mehr beträgt

Diese Aufgabe wird mit einer Wirbelstrom-Steuereinrichtung de»· eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Spiralströmungswege von liiner Vielzahl von Flügelelementen gebildet und von sich radial vom SUömungsmitteleinlaij zum Strömunjjsmittelauslaß erstreckenden Radialströmungswegen durchbrochen und mit einer an sich bekannten Steucrströmungs-Einrichtung zum mindestens teilweisen Umlenken des Strömungsmittels aus seiner radial nach innen gerichteten Strömung in die Spiralströmungswege versehen sind.

Eir e bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch ausgezeichnet, daß die an sich bekannte Steuorströmu-ngs-Einrichtung einen zweiten Strömunj;smitteleinlaß (Steuerdruckdüse) zur Zuführung eines Steuerströmungsmittels umfaßt und so ausgebildet ist, daß der in die Kammer eintretende, vom Steuerströmungsmittel gebildete Steuerstrom etwa senkrecht zur Richtung des den Radialströmungswegen folgenden Strömungsmittels verläuft.

Zwar sind in der deutschen Patentschrift 971 622 Vorrichtungen beschrieben, in denen eine Wirbelströmung auftritt und Ablenkungsmittel, insbesondere eine ablenkende Zusatzströmung vorgesehen sind, ei handelt sich hier aber um Vorrichtungen, die der Strömung einen unterschiedlichen Strömungswiderstand in Abhängigkeit von der Strömungsdurchgangsricht iing entgegensetzen, sogenannte Rückströmdrosseln, während mit der Erfindung der Strömungswiderstand in Abhängigkeit vom Strömungsdurchsatz verändert wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von in den F i g. 1 bis 5 der Zeichnung veranschaulichten besoiders bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläu tert. Es zeigt

F g. 1 eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemLße Wirbelstrom-Steuereinrichtung,

F ig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 in Fig. i,

Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 in Fig I,

F i g. 4 eine Schnittansicht einer anderen Ausführuiigsform lär.gs der Linie 4-4 in F i g. 1,

Fig¹) eine schematische Ansicht eines Systems, das mit einer Wirbelstrom-Steu»reinrichtung gemäß der Erfindung ausgerüstet ist.

In F i g. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindunpgcmäßen Wirbelstrom-Steuereinrichtung 10 dargestellt. Das Gehäuse 12 der Wirbelstrom-Steuereinrichtung umfaßt eine Düsenplatte 14, die zwischen einem Körper 16 und einer Endplatte 20 angeordnet ist; diese Teile sind alle in geeigneter Weise miteinander durch Bolzen 22 verbunden. Ein Monlierungsiiani.eh ist bei 24 vorgesehen und an der Endplatte 20 duivh Schrauben 26 befestigt, von denen eine in Fig. 1 dargestellt ist. Der Körper 16 ist mit einer Einlaßöffnung 28 versehen, die einen Einlaßdurchgang; 30 aufweist, der zu einem zylindrisch gestalteten Hohlraum 32 führt. Die Einlaßöffnung 28 ist dazu bestimmt, mit einer Druckmittelquellc, beispielsweise einer nicht dargestellten Pumpe, verbunden zu werden.

Innerhalb des Hohlraums 32 ist ein Steuerelement 34 angeordnet, das an seinem Außenumfang eine Vielzahl axial sich erstreckender Flansche 36 aufweist, deren gegenüberliegende Enden 38 bzw. 40 an der Hohlraumwand 42 anliegen. Zwischen dem Steuerelement 34 und der Düsenplatte 14 ist eine zweite Kammer 43 gebildet. Das Steuerelement 34 ist weiterhin mit einem Führungskonus 44 versehen, der in der zweiten Kammer 43 in der Mitte auf einer Strömungsfläche 46 auf der in Fig. 1 rechten Seite des Elements 34 ausgebildet ist. Der Konus 44 erstreckt sich von der Strömungsfläche 46 ausgehend in axialer Richtung weg in einen halsförmigen Strömungsmittelauslaß 48, der in eine konisch gestaltete Auslaßdüse 50 übergeht Die AuslaRdüse 50 ist innerhalb einer mittig angeordneten axialen Verlängerung 51 der Düsenplatte 14 ausgebildet und erstreckt sich durch eine Bohrung 52 innerhalb der Endplatte

Innerhalb der Endplatte 20 ιϊ·. eine ringförmige Ausnehmung 54 vorgesehen, die mittels eines Durchganges 56 mit einer Steuerdruckeingangsöffnung 58 verbunden ist und dazu dient, die Steuerflüssigkeit in der r ichfolgend zu beschreibenden Weise zu leiten.

Eine Dichtung 60 ist vorgesehen, um eine Leckströmung an der Verbindungsstelle des Gehäusekörpers und der Düsenplatte zu verhindern, während die Dichtungen 62 und 64 dafür sorgen, daß keine Leckströmung an der Verbindungsstelle der Düsenplatte und der Endplatte auftritt. Die Dichtungen 60, 62 und 64 haben vorzugsweise die Form eines endlosen O-Rihges von kreisförmigem Querschnitt, der aus Elastomer bestehen kann, jedoch können auch andere geeignete Dichtungsmittel ausgewählt werden.

In F i g. 3 ist eine Strömungsfläche 46 des Steuerelements 34 dargestellt. An der Außenumfangswand der Strömungsfläche 46 und über den Umfang im Abstand voneinander zwischen den Flanschen 36 sind eine Vielzahl von Strömungsmitteleinlässen in Form von Schlitzen angeordnet, die mit den Bezugszeichen 66, 68, 70, 72, 74, 76, 78 und SO bezeichnet sind. Jeder StrömungsmiiteleinlaC verbindet den Hohlraum 32 mit der Strömungsfläche 46. Jedem der Strömungsmitteleinlässe 66, 68, 70, 72, 74, 76, 78 und 80 sind Radialströmungswege 82, 84, 86, 88, 90. 92, 94 und 96 zugeordnet, durch welche das Strömungsmittel von den Strömungsmitteleinlässen zur Auslaßdüse fließt, sofern darauf nicht in einer Weise eingewirkt wird, wie noch zu beschreiben ist. Somit ist lu ersehen, daß eine kontinuierliche Strömungsbii'in zwischen der Einlaßverbindung und der Auslaßdüse erzeugt ist, und zwar mit Hilfe d^s Hohlraums 32, der am Umfang befindlichen Strömungsmitteleinlässe 66, 68, 70, 72, 74, 76, 78 und 80, der Radialströmungswege 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94 und 96 sowie des Führungskonus 44 und des Strömungsmittelauslasses 48.

Auf der Strömungsfläche 46 ist eine Vielzahl von in radialem Abstand voneinander angeordneten Flügelelementen 100 vorgesehen, die einer logarithmischen Spiralkurv~ folgen. Die Flügelelemente 100 bilden eine Vielzahl von logarithmischen Spiralströmungswegen 101, durch welche die Radialströmungswege 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94 und 96 geschnitten und ringförmig unterteilt werden. Der Spiralwinkel ß ist der Winkel des Flügelelements, der am Schnitt „ci:ies Radius der Strömungsfläche 46 und einer Linie

ausgebildet wird, die tangential zum Flügelclcment 100 verläuft, und der Winkel ß ist konstant längs der gleichen logarilhmischen Spirale.

Die logarilhmische Spirale kann irgendeinen gewünschten Winkel haben; je größer der logarithm!- sehe Spiralwinkel ist, um so größer ist das Ablcnk-Vcrhäknis und umgekehrt. Obgleich die Flügelclcmcntc als stationär dargestellt sind, würde es möglich sein, Flügclelcmentc einzubauen, deren logarithmischcr Winkel verändert werden könnte.

Jedem der Radialströmungswegc 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94 und 96 ist eine der Stcucrdruckdüscn 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114 und 116 zugeordnet. Die SleucrdruckdUsen sind im wesentlichen rechtwinklig zu den Radialströmungswcgcn angeordnet, is und jede ist einzeln mit der ringförmigen Ausnehmung 54 innerhalb der Endplatte durch eine Vielzahl von Bohrungen 118 verbunden, die sich von dem Steuerelement 34 und durch die Düsenplattc 14 erstrecken, eine der Bohrungen 118 ist in Fig. 1 dargc- so stellt. Aus F i g. 3 läßt sich ersehen, daß die Stcuerdüsen auf dem Steuerelement 34 in solcher Weise angeordnet sind, daß der von ihnen zugeführtc Steuerstrom in Richtung der Fliigelelcmentc und der Spiralströmungswcgc 101 fließt. as

Wie bereits erwähnt, tritt im Betrieb Flüssigkeit in die Wirbelstrom-Steuereinrichtung durch die Einlaßöffnung 28 ein, fließt zu dem Hohlraum 32 um den Außcnumfang des Steuerelements 34 über die als Schlitze ausgebildeten Strömungsmittelcinlässc und ungestört radial nach innen zu dem Konus 44 und wird in die konische Auslaßdüse SO abgelassen. Wenn das unter Druck stehende Steuerströmungsmittcl über die Stcuerdruckeingangsöffnung 58 in die ringförmige Ausnehmung 54 fließt, wird es durch die Bohrungen 118 zu jeder der Steuerdruckdüsen und in jeden Radialströmungsweg geleitet. Die Hochdruckströmung von den Steuerdruckdüsen erteilt dem Strömungsmittel, welches den Hauptstrom bildet, eine Ablenkung, die, wenn auch gering, genügend ist, um zu bewirken, daß der Hauptstrom teilweise mit den Flügclclemenlen in Berührung kommt, die wiederum den Hauptstrom weiter ablenken, bis eine logarithmischc Spiralströmung erzeugt wird. Der von einer radialen Strömungsbahn in den Spiralströmungswcg abgeleitete Strom lenkt den Hauplstroin weiter in andere radiale Strömungswege, wenn er der gewünschten Spiralbahn folgt, und somit wird die Wirkung des Wirbels weiter unterstützt.

Die in F i g. 4 dargestellte Ausführungsform ist mit Ausnahme der Lage der Steuerdüsen identisch mit der in F i g. 3 dargestellten, und somit sind die entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugszeichen, gefolg} von dem Buchstaben »/4 c, bezeichnet. Zum Beispiel sind in F i g. 3 die Flügelelemenie mit 100 bezeichnet, während sie in F: g. 4 mit 100 A bezeichnet worden sind.

Die Steuerdüsen sind hier als Sleuersaugdüsen 102/4, 104.4, 106/1, 108/1, IUA, 112 A, XUA und 116/4 ausgebildet und auf dem Steuerelement 34 A in solcher Weise angeordnet, daß sie allgemein in einer Richtung weisen, die entgegengesetzt der Spiralströmungsbahn ist, aber noch allgemein senkrecht zu den Radialströmungswegen. Die Vielzahl der Steuersaugdüsen ist mit einer Niederdruckquelle, beispielsweise einer nicht dargestellten Vakuumpumpe,' verbunden.

Beim Betrieb der in Fig.4 dargestellten Ausführungsform strömt die durch die Slrömungsmitlclcinlässc 66/1, 68/t, 70/1, 72 A, 74/1, 76/1, 78/1 und 80 A ungestört eintretende Flüssigkeit radial nach innen, bis die Ausnehmung 54 an einen Niederdruck, beispielsweise an eine Vakuumpumpe, angeschlossen wird. Dann erfolgt eine entsprechende Ablenkung der Hauptströmung, so daß diese, einmal etwas abgelenkt, in Berührung mit den Flügelelemcnlcn 100 A kommt, die den Strom weiter in die gewünschte Spiralströmungsbahn in der gleichen Weise, wie im Zusammenhang mit der Ausführungsform nach F i g. 3 beschrieben wurde, ablenken.

In Fig. 5 ist eine schcmalischc Ansicht eines Slrömungsmiltclsystcms dargestellt, in dem eine Wirbelstrom-Sleuercinrichtung gemäß der F.rfindung angewandt wird. Eine Pumpe 120 ist vorgesehen, um Druckmittel über die Leitung 121 aus einem Reservoir 122 anzusaugen und dann einem Druckmiltclmolor 124 über die Leitung 125 zuzuführen. Das Druckmittel wird wahlweise entweder über die Leitung 126 oder die Leitung 128 geleitet, was mittels eines Vier Wegeventils 130 erfolgt, um den Kolben 132 in die gewünschte Stellung hin- und herzu bewegen. Wenn beispielsweise Druckmittel zur Leitung 126 geführt wird, bewegt sich der Kolben 132 nach rechts, und Druckmittel wird über die Leitung 128 und über das Vicrwcgcvcnlil in eine Auslaßleitung 134 abgeführt. Das abgelassene Druckmittel wird über die Leitung 134 zu einer crfindungsgcmiißcn Wirbeisiroiii-Sieucrcinrichtung 136 und /uriu-k zu dem Reservoir 122 geleitet. Die Steuerdruckdüscn 138 der Wirbclstrom-Steucrcinrichlung 136 sind fortlaufend mit dem Druckmittel verbunden, das von der Pumpe 120 über die Leitung 140 zugeführt wird. In der Leitung 140 ist ein Rückschlagventil 142 zu dem Zweck vorgesehen, Druckmittel direkt zu dem Reservoir abzuleiten, wenn der Druck einen vorbestimmten Wert überschreitet. Die schematisch in F i g. 5 dargestellte Wirbclstrom-Steucrcinrichtung 136 ist in Konstruktion und Betrieb identisch mit der Wirbclslrom-Steuereinrichtung 10, die oben beschrieben wurde. Daher ist der in der Leitung 134 induzierte und eingangs definierte Gegendruck sowohl eine Funktion des über die Leitung 140 zugeführten Steuerstroms als auch des Hauplstroms, der über die Leitung 134 in die Wirbclstrom-Steuereinrichtung 136 eintritt. Wenn ein konstanter Hauptstrom in die Wirbelstrom-Steuereinrichlung eintritt und der Stcuerstroi., verändert wird, steigt der in der I-cilung 134 erzeugte Gegendruck an, wodurch sich ein entsprechender Anstieg des Steuerstroms ergibt; wenn jedoch ein konstanter Steuerstrom benutzt wird, nimmt der in dei Leitung 134 erzeugte Gegendruck ab, so daß sich eir Anstieg des Hauptstroms ergibt. Wie F i g. 5 zeigt, is' der Steuerstrom im wesentlichen eine feste Größe während sich der Hauptstrom in der Leitung 134 ver ändert, wenn das Ventil 130 von einer Stellung zu anderen verschoben wird.

Wenn das Ventil 130 anfänglich verschoben wird um eine Flüssigkeitsverbindung zwischen der Leitun; 128 und 134 herzustellen, ist der Hauptstrom, der ii die Wirbelstrom-Steuereinrichtung 136 eintritt, vei hältnismäßig gering im Vergleich zu dem konstante Steuerstrom bei 138, was zur Folge hat, daß ein Gc gendruck in der Leitung 134 in der beschriebene Weise erzeugt wird. Wenn das Ventil 130 weiter öfi net, steigt der Hauptstrom an, und der in der Leituri 134 erzeugte Gegendruck nimmt ab. Durch geeignel

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Gestaltung, dfc von dem Druckbereich und dem gewünschten Druckmittel abhängt, wird das in das Reservoir über die Wirbelstrom-Steuereinrichtung 136 abgelassene Druckmittel auf einem vorbestimmten Ge,?,·· ndruck gehalten, um die Bildung von Blasen an dem Auslaß des Ventils 130 zu verhindern. Es ist leicht einzusehen, daß der Gegendruck, der durch die

crfindungsgcmaße Wirbelstrom-Steuereinrichtung induziert wird, grölJcr wird bei geringeren Hauptstrommengen und im Wert abnimmt, wenn die Hauptstrommcngc ansteigt. Dieser Umstand ist wesentlich günstiger als ein erhöhter Gegendruck, der über einer festen Drossel auftritt, wenn die Hauptstrom ment·"; sich erhöht. ,'.,

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (6)

106/4, 108 A, UOA, 112 A, IUA, 116 A), di< einzeln ie eiijem der Spiralströmungswegc Patentansprüche: (101 Λ) zugeordnet sind.

1. Wirbelstrom-Steuereinrichtung zum Durch- 5

leiten von Strömungsmittel mit in der Durch- .

gangsrichtung veränderlichem Strömungswiderstand, bestehend aus einer Kammer mit einem an
deren Umfangswänden vorgesehenen Strömungsmitteleinlaß und einem entfernt von den Um- io Die Erfindung betrifft eine Wirbelstrom-Steuei Jafangswänden befindlichen Strömungsmittelauslaß richtung zum Durchleiten, von Strömungsmittel mit in sowie zwischen Strömungsmitteleinlaß und -aus- der Durchgangsrichtung veränderlichem Strömungslaß angeordneten Strömungswegen, die einer lo- widerstand (steuerbares Ventil), bestehend aus einei garithmischen Spiralkurve folgen (Spiralströ- Kammer mit einem an deren Umfangswänden vorgemungswege), dadurch gekennzeichnet, 15 sehenen Strömungsmitteleinlaß und einem entfernt daß die Spiralströmungswege (101, 101 A) von von den Umfangswänden befindlichen Stromungsmiteiner Vielzahl von Flügelelementen (100, 100 -4) telauslaß sowie zwischen Strömungsmitteleinlaß und gebildet u Vt von sich radial vom Strömungsmittel- -auslaß angeordneten Strömungswegen, die einer Ioeinlaß(66, 68, 70, 72, 74,76, 78, 80; 66,1, 68/4, garithmischen Spiralkurve folgen (Spiralströmungs- 7OA, 72 A, 74 A, 76 A, 78/1, 80/i) zum Stm- 20 wege).

mungsmittelauslaß (48) erstreckenden Radialste- Eine derartige Einrichtung ist beispielsweise durch mungswegen (82, 84. 86, 88, 90, 92, 94, 96; die USA.-Patentschrift 3 198 214 bekanntgeworden. 82Λ, 84Λ, 86A, 88 A, 90A, 92A, 94A, 96A) Hier verändert sich der Strömungswiderstand durch durchbrochen und mit eine· an sich bekannten einen am Strömungsmittelauslaß entstehenden Wir-Steuerströmungs-Einrichtung zum mindestens 25 bei, der um so stärker wird, je größer die Strömungsteilweisen Umlenken des Strömungsmittels aus geschwindigkeit ist. Die Strömungsgeschwindigkeit seiner radial nach innen gerichteten Strömung und damit der Strömungswiderstand wird un*. so gröin die Spiralströmungswege (101, 101 A) ver- ßer, je mehr der Strömungsmitteldurchsatz anwächst, sehen sind. Es gibt aber Fälle, in denen es erwünscht ist, den

2. Wirbelstrom-Stcuereii ichtung nach An- 30 Strömungswiderstand derart steuern zu können, daß spruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die an er mit abnehmendem Strömungsmitteldurchsatz zusich bekannte Steuerströmung -Einrichtung einen nimmt, daß also die Einrichtung zum Durchleiten des zweiten Strömungsmitteleinlaß (102, 104, 106, Strömungsmittels hier gerade eine umgekehrte Cha-108, 110. 112, 114, 116) (Steuerdruckdüse) zur rakteristik aufweist.

Zuführung eines Steuerströmungsmittels umfaßt 35 Beispielsweise wurde festgestellt, daß in Ventilen

und so ausgebildet ist, daß der in die Kammer mit Meßelementen Blaser im Di'senstrom gebildet

(43) eintretende, vom Steuerströmungsmittel ge- werden, der vom Meßelement ausgeht, wenn ein kri-

bildete Steuerstrom etwa senkrecht zur Richtung tischcr Wert überschritten wird. Die Blasenbildung

des den Radialströmungswegen (82, 84, 86, 8«, erzeugt Lärm und Kavitation, die zur Beschädigung

90, 92, 94, 96) folgenden Strömungsmittels ver- 40 des Ventils und zu einer Verkürzung seiner Lebens-

läuft. dauer führen kann.

3. Wirbelstrom-Steuereinrichtung nach An- Das Problem der Blasenbildung wird besonders spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ernst, wenn die Drucksysteme größer werden und an sich bekannte Steuerströmungs-Einrichtung Wasser-Öl-Lösungen als Betriebsmittel Verwendung zum mindestens teilweisen Umlenken des Strö- 45 finden.

mungsmittels einen zweiten Strömungsmittelaus- Eine Möglichkeit, diese kritischen Zustände des

laß (102/4, 104/4, 106/4, 108/4, UOA, 112 A, Ventils zu vermeiden, besteht in der Verwendung

114/4, 116 A) (Steuersaugdüse) zur Abführung einer einfachen Drossel. Jedoch bilden solche einfa-

eines Teils des den Radialströmungswegen (82 A, ciien Drosseln einen Strömungswiderstand, der einen

84/4, 86/4, 88/4, 9OA, 92/4, 94/4, 96A) folgen- 50 mit dem Durchsatz an Strömungsmittel zunehmenden

den Strömungsmittels umfaßt, derart, daß das üb- Druckabfall hervorruft. Dieser Druckabfall, der als

rige Strömungsmittel mindestens teilweise in die Gegendruck wirkt und nachstehend auch so bezeich-

Spiralströmungswege gelenkt wird. net wird, wird somit im erforderlichen Ausmaß erst

4. Wirbelstrom-Steuereinrichtung nach einem bei großen Strömungsmitteldurchsätzen verfügbar, der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, 55 wo er allgemein nicht gebraucht wird, und eine unnödaß der Strömungsmitteleinlaß eine Vielzahl von tige Verminderung des Wirkungsgrades des Systems Einlassen (66, 68, 70, 72, 74, 76, 78, 80; 66 A, ist das Ergebnis.

68A, 7OA, 72A, 74A, 76A, 78A, 80A) um- Es ist daher eine Einrichtung erwünscht, bei weifaßt, eher sich der Gegendruck im entgegengesetzten Sinne

5. Wirbelstrom-Steuereinrichtung nach einem 60 ändert, d. h. eine Einrichtung zum Durchleiten von der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch Strömungsmittel, die einen hohen Gegendruck bei eine Vielzahl von Steuerdruckdüsen (102, 104, niedrigen Strömungsmengen und einen niedrigen Ge-106, 108, 110, 112, 114, 116), die einzeln je gendruck bei hohen Strömungsmengen bewirkt,
einem der Spiralströmungswege (101) zugeordnet Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wirbelstromsind. 65 Steuereinrichtung zum Durchleiten von Strömungs-

6. Wirbelstrom-Steuereinrichtung nach einem mittel zu schaffen, deren Strömungswiderstand derart der Ansprüche 3 und 4, gekennzeichnet durch steuerbar ist, daß er bei niedrigen Strömungsdurcheine Vielzahl von Steuersaugdüsen (102 A, 104 A, sätzcn hohe und bei hohen Strömungsdurchsätzen