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Regelventil Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelventil zur genauen
und reproduzierbaren Regelung kleiner Gasströme.
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Zur Regelung kleiner Gasströme, beispielsweise in gaschromatographischen
Geräten, wurden bisher Nadelventilte benutzt. In ihrer Wirkung entsprechen indessen
gewöhnliche Nadelventile einer kurzen Kapillare mit einem veränderlichen Durchmesser.
Bei solchen Nadelventilen ändert sich die Durchflußmenge etwa mit der vierten Potenz
der Anderung des Durchmessers.
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Somit verläuft die Regelcharakteristik solcher Ventile sehr steil,
d.h. kleine Verstellungen der Nadelhöhe in der Größenordnung einige /t ergeben bereits
erhebliche Änderungen des durchfließenden Gasstromes.
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Aus diesem Grunde ist eine reproduzierbare Einstellung derartiger
Ventile fastunmöglich, da bereits Temperaturänderungen kleine Verstellungen der
Nadel gegenüber dem Sitz ergeben und daher ungewollte Durchflußänderungen auftreten.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Regelventil für die Regelung
kleiner und kleinster Gasströme zu schaffen, das die genannten Nachteile nicht besitzt
und bei dem die genaue und reproduzierbare Regelung kleiner Gasströme mit einem
langen Verstellweg des Regelorgans möglich ist.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß mit oder ohne einer Einrichtung
zur Verdrosselung eine unabhängig veränderbare Labyrinthdrosselung in den Gasstrom
geschaltet ist.
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Ausführungsbeispiele eines Regelventils gemäß der Erfindung sollen
nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert werden.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels
eines Regelventils gemäß der Erfindung im Schnitt mit einem Nadelventil als Einrichtung
zur Vordrosselung, Fig. 2 eine schematische Darstellung den Regelcharakteristik
für das Nadelventilteil eines ausgeführten Regelventils, Fig. 3 eine schematische
Darstellung der Regelcharakteristik des Labyrinthteiles eines ausgeführten Regelventils,
Fig. 4a drei Ausführungsbeispiele der Ausbildung von Drosselbis c scheiben, Fig.
5 zwei weitere Ausführungsbeispiele einer Labyrinthdrosselung und 6 gemäß der Erfindung.
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in Fig. 1 ist ein Längsechnitt durch ein Regelventil gemäß der Erfindung
gezeigt* Als Einrichtung zur ?~ordrosselung ist hier ein Diadelventil vorgesehen,
das aus einem den Einlaß 3 für den Gasstrom enthaltenden Gehäuse 1 besteht, in dem
eine mit einem Sitz ;#a zusammenwirkende Nadel 2 an einer Spindel 4 mit Handrad
5 angeordnet ist, steht mit einem weiteren Gehäuse 6 in Verbindung, in dem eine
zylindrische Kammer 7 ausgebildet ist, die etwa in ihrer Mitte eine Stufe 7a besitzt,
an der ein erweiterter Innen durchmesser der Kammer 7 beginnt und an der ein Auslaß
12 für den geregelten Gasstrom ausgebildet ist. Im engeren Teil der Kammer 7 ist
ein in gleichmäßigen Abständen Scheiben 8a tragender Labyrinthkörper 8 angeordnet,
der mittels einer Spindel 9 und Handrad 10 in der Kammer 7 verschAebbar gelagert
ist.
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Jede der Scheiben 8a ist mit einem etwas geringeren Durchmesser ausgeführt
als der innere Durchmesser des engeren Teils der Kammer 7. Auf diese Weite bildet
Jede Scheibe 8a eine tabyrinthdrosselung
für den Gasstrom vom Einlaß
3 zum Auslaß 12. Die Ausbildung der Gestalt des äußeren Umfanges der Scheiben 8a
ist in Fig. 4a bis c gezeigt. Der äußere Umfang der Scheiben wird je nach Bedarf
entweder rechteekig, spitz oder trapezförmig ausgebildet.
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Eine weitere Ausftihrungsform der Kammer 7 und des Labyrinthkörpers
8 ist in Fig. 5 gezeigt. Hier ist im Gehäuse 6 eine Reihe von in gleichmäßigen Abständen
angeordneten ringförmigen Vorsprüngen 6' ausgebildet und der Labyrinthkörper 8 zylindrisch
gestaltet.
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In Fig. 6 ist eine Kombination der Ausführung des Labyrinthkörpers
8 nach Fig. 1 und des Gehäuses 6 nach Fig. 5 gezeigt.
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Die Wirkung der Labyrinthdrosselung besteht darin, daß an jeder Scheibe
8a des Labyrinthkörpers 8 der in der Kammer 7anstehende Druck in Gasgeschwindigkeit
umgesetzt wird, so daß der Gasdruck von Scheibe zu Scheibe abfällt.
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Somit wird auch die Stärke des Gasstromes von Scheibe zu Scheibe kleiner,
wobei der Gesamtgasdurchsatz durch die Labyrinthdrosselung sich sehr genau und feinfühlig
Je nach der Anzahl der in der Kammer 7 vorhandenen Labyrinthscheiben drosseln läßt.
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Für den gesamten Differenzdruck zwischen dem Eingang in die Kammer
7 und dem Auslaß 12 ist das Spiel zwischen den Labyrinthscheiben 8a und der Innenwand
der Kammer 7 sowie die Anzahl und Gestalt der Labyrinthscheiben 8a maßgebend. Durch
Verschieben des Labyrinthkörpers 8 in der Kammer 7 wird die durchströmende Gasmenge
geregelt Hierbei ist die Weglänge des Labyrinthkörpers für die gleiche Anderung
des Gasaustritts um mehr als zwei Zehnerpotenzen größer als die Weglänge der Nadelverschiebung
des Nadelventils. Deshalb ist die Einstellung der Größe eines Gasstromes mit größter
Genauigkeit und Reproduzierbarkeit möglich und ist insbesondere gegend über allen
Störeinflüssen wie beispielsweise Temperaturänderungen unabhängig.
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Die Arbeitsweise des gesamten Regelventils besteht in einer Voreinstellung
mittels des Nadelventils und in einer Feineinstellung mittels der Labyrinthdrosselung.
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In Fig. 2 und 3 sind schematisch die Regelcharakteristiken der beiden
Ventilteile eines ausgeführten Regelventils bei Verwendung auf Helium gezeigt. Aus
Fig. 2 ist zu ersehen, daß bereits mit einem Nadelhub von 0,05 mm - entsprechend
einem Zehntel der Umdrehung der Spindel 4 (gesamter Winkel von 360) - der Gasstrom
auf den sechsfachen Wert vergrößert wird. Demgegenüber zeigt die Regelcharakteristik
nach Fig. 3, daß eine Verschiebung des Labyrinthkörpers um 6 mm entsprechend 12
Umdrehungen der Spindel 9 (gesamter Drehwinkel = 43200) den Gasstrom um den Faktor
3 vergrößert. Um eine gleiche Anderung der Menge des Gasdurchflusses zu erreichen,
ist der Weg des Labyrinthkörpers somit um den Faktor 240 größer als der Weg des
Nadelventils. Hierbei wurde eine gleiche Steigung der Gewinde der beiden Spindeln
4 und 9 vorausgesetzt, die bei dem Ausführungsbeispiel 0,5 mm gewählt wurde.
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Die weiteren Daten sind: Nadelventil: Sitzöffnung 0,5 mm Nadelsteigung
1 : 5 Labyrinthventil: Anzahl der tabyrinthscheiben = 10 Spiel zwischen 7 und 8
= 0,01 mm Länge des Körpers 8 = 10 mm Durchmesser von 8 = 6 mm Das Ventil ist ausgelegt
zur Regelung eines Heliumstromes zwischen 1 und 5 N1 bei einem Vordruck von 1,2
- 1,4 ata und einem p von 150 - 200 Torr.
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Die Regelkurve Gasstrom / Hub des Labyrinthkörpers verläuft bei einem
Ventil nach dieser Erfindung weitgehend linear, so daß ein solches Ventil auch gut
als Stellglied für Regelzwecke mit stetiger Regelung eingesetzt werden kann.
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Obwohl beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die Einrichtung
für die Vordrosselung als ein Nadelventil ausgeführt ist, ist in gleicher Weise
auch jede andere Einrichtung zur Vordrosselung denkbar, beispielsweise eine auswechselbare
Düse oder Blende. In Fällen in denen keine Einrichtung zur Vordrosselung erforderlich
ist, beispielsweise bei niedrigen Vordrucken, wird das Regelventil gemäß der Erfindung
auch ohne Vordrosselung als unabhängig veränderbare Labyrinthdrosselung ausgeführt.
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Patentansprüche: