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Die Erfindung betrifft ein Drosselelement nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Zur Regelung des Volumenstroms in einer Leitung sind beispielsweise Drosseln und/oder Blenden bekannt, welche durch eine Verengung des Leitungsquerschnitts den Volumenstrom ändern.
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Bekannte Drosseln und/oder Blenden weisen zum Reduzieren des Leitungsquerschnitts eine Öffnung oder mehrere konzentrische und/oder exzentrische kreisförmige Öffnungen auf. Der reduzierte Leitungsquerschnitt einer Drossel ist in der Regel durch einen festen Wert bestimmt und in der Regel nicht variabel ausgebildet, d.h. der Leitungsquerschnitt kann während des Betriebs nicht verändert werden. Dies gilt auch für feste Blenden. Steuerbare Drosseln sind beispielsweise als Schmetterlingsklappe ausgebildet. Steuerbare Blenden sind beispielsweise als Irisblende ausgebildet, mit mehreren Lamellen, die gemeinsam nach innen oder außen verschoben werden können. Drosseln zeichnen sich in der Regel durch eine verhältnismäßige größere Länge verglichen zum reduzierten Leitungsquerschnitt aus. Im Gegensatz zu einer Drossel ist die Länge einer Blende in der Regel kleiner als der reduzierte Leitungsquerschnitt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes und steuerbares Drosselelement zur Verfügung zu stellen, welches konstruktiv einfach aufgebaut ist und zur Steuerung und/oder Regelung eines Volumenstroms und/oder Massenstroms eines in einer Leitung strömenden Mediums eingesetzt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Drosselelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird ein Drosselelement für eine von einem Medium durchströmte Leitung oder Kanal vorgeschlagen, umfassend ein Gehäuse und einen verstellbaren Strömungskörper, wobei der Strömungskörper am Gehäuse angeordnet und zur Steuerung und/oder Regelung des Volumenstroms und/oder des Massenstroms eines strömenden Mediums verstellbar ausgebildet ist. Wesentlich dabei ist, dass der Strömungskörper als Spirale ausgebildet ist.
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Insbesondere kann das Medium ein Gas, beispielsweise Luft sein. Alternativ kann das Medium eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser oder ein Öl oder ein Brennstoff oder ein Gas/Festkörper-Gemisch, beispielsweise Mehl oder ein Festkörper sein.
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Vorzugsweise wird das Medium in einem Kanal oder einer Leitung gefördert. Dafür kann in dem Kanal oder der Leitung ein Druckgefälle herrschen. Beispielsweise kann das Medium in dem Kanal oder der Leitung durch ein Förderelement wie eine Pumpe oder eine Turbine oder Ventilator gefördert oder bewegt werden.
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Das Gehäuse des Drosselelements kann einen Leitungsabschnitt der Leitung oder einen Kanalabschnitt des Kanals bilden. Beispielsweise kann das Drosselelement in eine Leitung oder einen Kanal eingesetzt werden, indem dieser aufgetrennt wird und das Gehäuse zwischen die aufgetrennten Stücke eingesetzt und mit diesen fest verbunden wird. So ist es möglich, bestehende Installationen mit dem erfindungsgemäßen Drosselelement nachzurüsten.
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Vorzugsweise kann das Gehäuse des Drosselelements mit einer Wand einer Leitung oder eines Kanals verbunden sein. Beispielsweise kann bei der Herstellung einer Leitung oder eines Kanals das Drosselelement bereits in die Leitung bzw. den Kanal eingesetzt und mit dessen Wand verbunden werden.
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Der verstellbare Strömungskörper bildet einen einstellbaren Strömungswiderstand. Insbesondere kann das Gehäuse eine Durchlassöffnung aufweisen, insbesondere für ein strömendes Medium, in der der Strömungskörper angeordnet ist. Durch Verstellen des Strömungskörpers relativ zu dem Gehäuse, bzw. der Durchlassöffnung, kann der Strömungskörper die Durchlassöffnung mehr oder weniger freigeben, insbesondere dadurch den Strömungswiderstand des Drosselelements einstellen.
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Durch die Ausbildung des Strömungskörpers als eine einstellbare oder verstellbare Spirale gelingt es, ein konstruktiv einfach aufgebautes Drosselelement zu schaffen, welches einen einfach einstellbaren Strömungswiderstand zur Steuerung und/oder Regelung eines Volumenstroms und/oder Massenstroms eines in einer Leitung strömenden Mediums aufweist.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Spirale einen Spiralarm oder mehrere Spiralarme aufweist. Vorzugsweise weist die Spirale und/oder der eine Spiralarm oder die mehreren Spiralarme ein inneres Ende und ein äußeres Ende auf. Das innere Ende kann beispielsweise das Ende im Mittelpunkt der Spirale sein. Das äußere Ende kann beispielsweise das Ende des äußeren Rands der Spirale sein.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein erster Teil der Spirale fest mit dem Gehäuse verbunden ist und ein zweiter Teil der Spirale verlagerbar zum Gehäuse ausgebildet ist. Vorzugsweise ist das innere Ende der Spirale verlagerbar ausgebildet, vorzugsweise dass zur Steuerung und/oder Regelung des Volumenstroms und/oder des Massenstroms das innere Ende der Spirale verlagerbar ausgebildet ist. Vorzugsweise ist das äußere Ende oder der äußere Rand der Spirale fest mit dem Gehäuse verbunden.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse einen Leitungsquerschnitt aufweist, welcher durch die die Spirale einstellbar ist. Insbesondere kann die Spirale den Leitungsquerschnitt des Gehäuses einstellbar reduzieren oder vergrößern. Vorzugsweise kann durch die Spirale ein verstellbarer reduzierter Leitungsquerschnitt ausgebildet werden. Insbesondere wird durch die Reduzierung des Leitungsquerschnitts die Durchströmung des Drosselelements, d.h. den Volumenstrom und/oder Massestrom gesteuert und/oder geregelt.
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Das Drosselelement, insbesondere die Spirale, kann zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung einstellbar oder verstellbar sein. Die Verstellung kann durch Verlagerung der Spirale in eine Schließstellung und in eine Offenstellung erfolgen. Vorzugsweise steuert und/oder regelt die Verlagerung der Spirale den Volumenstrom und/oder den Massenstrom.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Schließstellung des Drosselelements durch eine Anordnung der Spirale im Gehäuse in der Schließstellung erfolgt. In der Schließstellung ist der Strömungswiderstand des Drosselelements maximal. In der Offenstellung ist der Strömungswiderstand des Drosselelements minimal. In einer Zwischenstellung des Drosselelements kann ein Strömungswiderstand eingestellt werden, der zwischen dem maximalen und dem minimalen Strömungswiderstand liegt.
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In einer möglichen Ausgestaltung wird in der Schließstellung eine Durchströmung des Drosselelements durch den Strömungskörper, vorzugsweise durch die Spirale, vollständig verhindert. Insbesondere wird der Volumenstrom und/oder der Massenstrom in der Schließstellung auf null reduziert, d.h. dichtschließend reduziert, d.h. der Strömungswiderstand ist unendlich. Unendlicher Strömungswiderstand gilt auch abgesehen von gewissen Restleckagen, die aber das Funktionsprinzip des Drosselelements nicht beinträchtigen.
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Beim Öffnen des Drosselelements wird der Strömungskörper, vorzugsweise die Spirale, derart verlagert, dass der Strömungswiderstand durch den Strömungskörper, vorzugsweise die Spirale, mit zunehmender Öffnung verringert wird, so dass sich der resultierende Volumenstrom und/oder der Massenstrom zunehmend erhöhen kann. Die Öffnungsbewegung, vorzugsweise auch die Schließbewegung, des Drosselelements kann entweder schrittweise erfolgen oder stufenlos erfolgen, d.h. das Drosselelement kann zwischen der Offenstellung und Schließstellung verschiedene Offenstellungen einnehmen.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Spirale flächig ausgebildet ist. In einer derartigen Ausgestaltung bildet die Spirale in ihrer Draufsicht eine geschlossene Fläche. Diese Fläche kann als eine flache, gewellte und/oder gekrümmte geschlossene Ebene ausgebildet sein.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Spirale, insbesondere dass der eine Spiralarm oder die mehreren Spiralarme der flächigen Spirale, flächig ausgebildet ist/sind. In einer Offenstellung ist der eine oder die mehreren Spiralarme mit einer Steigung angeordnet, d.h. eine Steigung in oder gegen den Leitungsquerschnitt des Gehäuses. Insbesondere wird durch die Steigung des einen Spiralarms oder der mehreren Spiralarme die Öffnung des Drosselelements bestimmt, vorzugsweise indem sich die Spiralabschnitte entsprechend der Steigung voneinander entfernen und zwischen den Spiralabschnitten Räume entstehen, durch die ein Medium strömen kann. Letztlich kann durch die Steigung der Spirale der Volumenstrom und/oder der Massenstrom bestimmt werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Spirale mehrere Windungen aufweist, oder dass der eine oder die mehreren Spiralarme eine oder mehrere Windungen der Spirale ausbilden. Eine vollständige Windung wird dabei durch eine vollständige Drehung (d.h. 360°) des einen oder der mehreren Spiralarme bestimmt. Es kann vorgesehen sein, dass der Windungsabstand konstant (d.h. beispielsweise als arithmetische Spirale) oder variabel ausgebildet ist. Es kann vorgesehen sein, dass die Fläche des Spiralarms durch den Windungsabstand bestimmt ist, d.h. die flächige Erstreckung des Spiralarms in diese Richtung durch den Windungsabstand bestimmt ist. Es kann vorgesehen sein, dass die flächige Erstreckung des Spiralarms größer als der Windungsabstand ist, wodurch die Spirale in ihrer Draufsicht übereinanderliegende Bereiche aufweist, d.h. eine gewellte und/oder gekrümmte Ebene ausbildet.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Strömungskörper bzw. die Spirale im geöffneten Zustand eine konische Spirale bildet, d.h. eine Spirale deren Rand auf einem imaginären Kegel oder imaginären Kegelstumpf angeordnet ist, wobei die Spitze der Spirale der Kegelspitze oder der Kegelstumpfspitze entspricht. Dies bedeutet, dass im geöffneten Zustand der Volumenstrom durch die Höhe und/oder die Steigung des imaginären Kegels oder Kegelstumpfs gesteuert wird. Es kann vorgesehen sein, dass der Spiralarm der konischen Spirale flächig ausgebildet ist. Vorzugsweise entspricht die konische Spirale dem äußeren Rand des flächigen Spiralarms. Durch das Öffnen der Spirale entstehen Strömungsöffnungen, vorzugsweise Strömungsöffnungen in der Höhe der Spirale, durch die ein strömendes Medium hindurchströmen kann. Je größer diese Zwischenräume sind, d.h. je weiter die Spirale geöffnet ist oder je größer die Steigung ist, desto kleiner ist der resultierende Strömungswiderstand.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Grundfläche der Spirale kreisförmig, oval, rechteckig oder vieleckig ausgebildet ist, d.h. die Spirale in Draufsicht in Offenstellung oder in der Schließstellung derart ausgebildet ist. Bei einer kreisförmigen und ovalen Grundfläche bildet die Spirale im geöffneten Zustand einen runden oder ovalen Kegel oder Kegelstumpf und die vieleckige oder rechteckige Grundfläche eine Pyramide oder Pyramidenstumpf.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Spirale als archimedische Spirale oder hyperbolische Spirale ausgebildet ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass das innere Ende der Spirale im Mittelpunkt der Grundfläche der Spirale ausgebildet ist und damit einen geraden Kegel oder geraden Kegelstumpf bildet, oder das innere Ende der Spirale ist versetzt zum Mittelpunkt in der Grundfläche ausgebildet und bildet damit einen schiefen Kegel oder schiefen Kegelstumpf.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Leitungsquerschnitt des Gehäuses in der Schließstellung vollständig vom Strömungskörper, vorzugsweise der Spirale, abgedeckt oder ausgefüllt wird. Dabei bildet der Strömungskörper, vorzugsweise die Spirale, in der Schließstellung eine geschlossene Fläche, d.h. sowohl in der Draufsicht als auch in der Seitenansicht. Vorzugsweise bildet die geschlossene Fläche eine flache, gewellte oder gekrümmte Ebene aus. Vorzugsweise wird die flache, gewellte oder gekrümmte Ebene durch die Anordnung des Spiralarms oder der mehreren Spiralarme der Spirale in der Schließstellung gebildet. Vorzugsweise wird die Ebene durch ein teilweises übereinander anordnen der Spirale oder des Spiralarms oder der Spiralarme ausgebildet.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Leitungsquerschnitt des Gehäuses in einer Offenstellung als ein reduzierter Leitungsquerschnitt ausgebildet ist, indem durch Verlagerung eines Teils des Strömungskörpers, vorzugsweise der Spirale, Strömungsöffnungen ausgebildet werden. Die Strömungsöffnungen können in der Seitenansicht und/oder in der Draufsicht des Strömungskörpers, vorzugsweise der Spirale, ausgebildet werden, d.h. in der Offenstellung verdeckt der Strömungskörper, vorzugsweise die Spirale, den Leitungsquerschnitt nicht vollständig. Vorzugsweise bildet der Strömungskörper, vorzugsweise die Spirale, in der Seitenansicht in einer Offenstellung eine auseinander gezogene Spirale. Die Reduzierung des Leitungsquerschnitts in der Offenstellung kann vorzugsweise durch eine Verlagerung der Spirale oder eine Verdrehung oder Verformung des einen oder der mehreren Spiralarme erfolgen.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Drosselelement ein Stellelement umfasst. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Stellelement mit dem Gehäuse und dem Strömungskörper verbunden ist, um den Strömungskörper bzw. die Spirale relativ zu dem Gehäuse zu verstellen oder einzustellen. Vorzugsweise ist das Stellelement mit der Spirale verbunden, vorzugsweise zur Verschiebung oder Verlagerung des Strömungskörpers, vorzugsweise der Spirale, oder eines Teils des Strömungskörpers, vorzugsweise der Spirale. Durch das Stellelement kann der Strömungskörper, vorzugsweise die Spirale, in die Schließstellung oder die Offenstellungen überführt werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Stellelement mit dem inneren Ende oder dem äußeren Ende des einen Spiralarms oder der mehreren Spiralarme verbunden ist.
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Der verstellbare Strömungskörper, vorzugsweise die Spirale, des erfindungsgemäßen Drosselelements bewirkt je nach Stellung des Stellelements eine Änderung des Strömungswiderstandes, d.h. eine Regelung des Volumenstroms oder des Massenstroms, vorzugweise eine Änderung des reduzierten Leitungsquerschnitts eines Rohres oder eines Rohrabschnittes.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Spirale einem ersten Abschnitt fest mit dem Gehäuse verbunden ist und mit einem zweiten Abschnitt mit dem Stellelement verbunden ist. Vorzugsweise ist der erste Abschnitt der Spirale das innere oder äußere Ende des Spiralarms und der zweite Abschnitt der Spirale das äußere oder innere Ende des Spiralarms.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Stellelement zur Einstellung des Strömungskörpers, vorzugsweise der Spirale, relativ zum Gehäuse verlagerbar ist. Vorzugsweise wird durch die Verlagerung des Stellelements entweder das Stellelement und/oder der Strömungskörper, vorzugsweise die Spirale, verlagert.
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In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Stellelement fest mit dem Gehäuse verbunden ist und der Strömungskörper, vorzugsweise die Spirale, relativ zum Stellelement verlagerbar ausgebildet ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Stellelement als eine Stange, Welle oder Achse ausgebildet ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Stange, Welle oder Achse an einem ersten Abschnitt der Stange, Welle oder Achse mit dem inneren oder äußeren Ende der Spirale verbunden ist, vorzugsweise drehfest oder drehbar mit dem inneren oder äußeren Ende der Spirale verbunden ist. Drehfest bedeutet dabei, dass sich das innere oder äußere Ende der Spirale mit der Drehung der Stange, Welle oder Achse mit dreht. Drehbar bedeutet dabei, dass sich das innere oder äußere Ende der Spirale nicht mit der Drehung der Stange, Welle oder Achse mit dreht. Eine drehbare Halterung kann beispielsweise durch zwei beabstandete Halteelemente auf der Stange, Welle oder Achse und dem dazwischen angeordneten inneren oder äußeren Ende der Spirale mit einem Loch, welches von der Stange, Welle oder Achse durchgriffen wird, erhalten werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Stange, Welle oder Achse, vorzugsweise mit einem zweiten Abschnitt der Stange, Welle oder Achse mit dem Gehäuse verschiebbar, oder drehfest oder drehbar verbunden ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Stange, Welle oder Achse derart ausgebildet ist, dass ein Verschieben der Stange, Welle oder Achse und/oder ein Verschieben des inneren oder äußeren Endes der Spirale ein Öffnen oder Schließen des Drosselelements bewirkt.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Stange, Welle oder Achse als ein Spindeltrieb oder eine Zahnstange ausgebildet ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Drosselelement einen Antrieb zur Regelung des Volumenstroms oder des Massenstroms aufweist. Vorzugsweise, dass die Regelung des Volumenstroms oder des Massenstroms durch einen Antrieb erfolgt. Vorzugsweise dass die Öffnung und/oder Schließung des Strömungskörpers durch einen Antrieb erfolgt. Es kann vorgesehen sein, dass der Antrieb das Stellelement bildet.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Antrieb das Stellelement und/oder die Spirale, vorzugsweise das innere oder äußere Ende der Spirale verschiebt.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Antrieb als ein elektrischer Antrieb, und/oder als ein hydraulischer und/oder pneumatischer Antrieb, und/oder als mechanischer und/oder manueller Antrieb, und/oder temperaturabhängiger Antrieb ausgebildet ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Antrieb am Gehäuse oder am Stellelement oder der Spirale angeordnet ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass der elektrische Antrieb einen Elektromotor, oder einen Servomotor, oder einen Schrittmotor oder einen elektromagnetischen Hubmagnet oder einen Linearmotor aufweist.
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Es kann vorgesehen sein, dass der hydraulische oder pneumatische Antrieb einen hydraulischen oder pneumatischen Zylinder aufweist.
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Es kann vorgesehen sein, dass der mechanische oder manuelle Antrieb als eine Zahnscheibe oder Zahnrad mit Motor oder mit Handbetätigung ausgebildet ist. Im Falle der Handbetätigung ist eine Handhabe vorgesehen, die von außerhalb einer Leitung oder eines Kanals oder des Gehäuses des Drosselelement zugänglich angeordnet ist. Die Handhabe kann als mechanischer Hebel ausgebildet sein, der vorzugsweise bis aus dem Rohr oder der Rohrleitung hinaus zur mechanischen Betätigung ausgebildet ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass der temperaturabhängige Antrieb als ein Thermoelement und/oder ein Formgedächtniselement ausgebildet ist. Das Thermoelement und/oder das Formgedächtniselement kann aus einem oder mehreren Metallen, und/oder einer Legierung, und/oder einer Formgedächtnislegierungen, und/oder einem Formgedächtnispolymer und/oder einen oder mehreren Kunststoffen ausgebildet sein. Dabei bewirkt eine Temperaturveränderung eine Verformung des Thermoelements. Die Verformung des Thermoelements wird zum temperaturabhängigen Antrieb des Drosselelements genutzt.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Spirale aus Metall, Blech, Federstahl, Faser, oder Faserverbund oder aus verstärkter Folie oder Kunststoff ausgebildet ist. Ein Vorteil einer Ausgestaltung aus Federstahl liegt in der geringen Dicke des Körpers auch bei einer Regulierung des Volumenstroms bei großen Drücken. Der Vorteil einer Ausgestaltung aus Kunststoff oder Folie liegt in der einfachen Herstellung und der chemischen Resistenz gegen korrodierende Medien. Eine Ausgestaltung aus einer Folie oder Kunststoff ist beispielsweise für eine Anwendung bei kleinen Drücken vorteilhaft.
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Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Spirale eine Beschichtung aufweist. Es kann vorgesehen sein, dass die Beschichtung zum Schutz gegen Korrosion und/oder zur Abdichtung dient. Es kann vorgesehen sein, dass die Beschichtung als ein Gummi, oder ein Kunststoff ausgebildet ist. Beispielsweise kann die Beschichtung durch Vulkanisation auf die Spirale aufgetragen werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die flächige Spirale, vorzugweise der flächige Spiralarm oder die mehreren flächigen Spiralarme an ihrem jeweiligen inneren und/oder äußeren Rand der Windungen verformt oder gebogen ausgebildet sind. Die Verformung oder Biegung bildet dabei eine strömungstechnische günstige Form. Die strömungstechnisch günstige Form soll dabei ein Umströmen der Spirale, vorzugsweise des Spiralarms oder der mehreren Spiralarme, in geöffneter Stellung verbessern, insbesondere Strömungsgeräusche vermindern.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Verformung oder Biegung als ein abgewinkelter Rand der Windung ausgebildet ist. Alternativ oder ergänzend kann die strömungstechnisch günstige Form auch ein gewölbtes Querschnittsprofil der Spirale, vorzugsweise des Spiralarms oder der mehreren Spiralarme umfassen, beispielsweise ein V-förmiges oder C-förmiges Profil der Spirale oder ein V-förmiges oder C-förmiges Profil des flächigen Spiralarms oder der mehreren Spiralarme. Eine derartige Ausgestaltung verbessert nicht nur die Umströmung, sondern kann auch die Geräuschentwicklung durch an der Spirale auftretende Strömungsgeräusche verringern.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Drosselelement für in einer Leitung oder einem Kanal strömende Flüssigkeiten, Gase oder Festkörper verwendbar ist. Als Festkörper können beispielsweise Getreidekörner oder Mehl vorgesehen sein.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Drosselelement im geschlossenen Zustand den Volumenstrom vollständig sperrt.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Verlagerung des Strömungskörpers, vorzugsweise der Spirale, vorzugsweise die Öffnungsbewegung des Strömungskörpers mit oder gegen den Volumenstrom und/oder Massenstrom erfolgen.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Drosselelement als Ventil ausgebildet ist. In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Drosselelement als Rückschlagventil ausgebildet ist, vorzugsweise dass die Verschiebung des Strömungskörpers in die Schließrichtung bei nicht erwünschter Volumenstromrichtung durch den Volumenstrom erfolgt. Rückschlagventile lassen die Strömung des Gases, der Flüssigkeit oder der körnigen Festkörper nur in eine Richtung zu, d.h. bewirken eine Schließung des Drosselelements bei Änderung der Strömungsrichtung. Es kann vorgesehen sein, dass das Drosselelement als Diffusor ausgebildet ist. Das Drosselelement als Diffusor stellt dabei eine Verengung des Querschnitts da, um die Fließgeschwindigkeit und/oder den Druck nach dem Drosselelement zu verändern, vorzugsweise zu erhöhen oder zu verringern.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Drosselelement, vorzugsweise der Antrieb, über eine Steuerungseinrichtung angesteuert wird. Es kann vorgesehen sein, dass das Drosselelement, vorzugsweise der Antrieb, steuerbar oder regelbar ausgebildet ist. Es kann vorgesehen sein, dass zur Regelung die Steuerungseinrichtung und/oder das Drosselelement mit einem oder mehreren Sensoren verbunden ist, welcher vorzugsweise die Temperatur, und/oder den Volumenstrom, und/oder Massenstrom, und/oder die Feuchtigkeit, und/oder die Druckdifferenz vor und nach dem Drosselelement, und/oder die Zusammensetzung des Volumenstroms und/oder des Massenstroms eines strömenden Mediums misst. Der Sensor kann als Temperaturfühler, Anemometer, Mischgasfühler, Luftqualitätssensor, und/oder Drucksensor ausgebildet sein.
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Das erfindungsgemäße Drosselelement kann das Verhalten einer Drossel und/oder einer Blende aufweisen, d.h. dass das Drosselelement als Drossel und/oder als Blende verwendet werden kann. Darunter wird beispielhaft verstanden, dass bei dem erfindungsgemäßen Drosselelement wie bei einer Blende ein sprungartiger Leitungsquerschnitt erfolgt, d.h. das Verhältnis aus Länge des Drosselelements und Leitungsdurchmesser ist wie bei der Blende verhältnismäßig gering, oder dass das Verhältnis aus Länge des Drosselelements und Leitungsdurchmesser wie bei einer Drossel ausgebildet ist, d.h. die Länge des Drosselelements größer ist als der Leitungsdurchmesser.
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Unter den Eigenschaften kann dabei verstanden werden, dass der Volumenstrom des erfindungsgemäßen Drosselelements wie bei der Blende maßgeblich von der entstehenden Druckdifferenz bestimmt wird oder wie bei einer Drossel durch Verengung des Leitungsquerschnitts bestimmt wird.
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Der Vorteil des Drosselelements mit den Eigenschaften einer Blende liegt darin, dass der Volumenstrom kaum von der Viskosität des zu transportierenden Gutes abhängt, d.h. die Steuerung und/oder Regelung ist unabhängig von der Viskosität des Mediums. Je stärker der Druck wird, desto mehr Widerstand leisten sie dem Strom. Der Vorteil des Drosselelements mit den Eigenschaften einer Blende liegt darin, dass durch das erfindungsgemäße Drosselelement klar definierter Druck hinter ihrer Öffnung erzeugt werden kann, der auch bei steigendem Systemdruck konstant bleibt.
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Der Volumenstrom des erfindungsgemäßen Drosselelements kann wie bei einer Blende bei steigendem Druck asymptotisch verlaufen, oder hängt wie bei einer Drossel linear mit der Länge des Drosselelements und dem Druck zusammen, oder entspricht einer Kombination beiden Verhalten.
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Das erfindungsgemäße Drosselelement kann sowohl zur Drosselung und/oder Regelung als auch zum vollständigen Absperren einer Leitung oder eines Kanals genutzt werden. Im Gegensatz zu einem Ventil bietet das erfindungsgemäße Drosselelement deutlich weniger Strömungswiderstand. Im Gegensatz zu einem Schieber oder einer Klappe besitzt das erfindungsgemäße Drosselelement eine sehr feinfühlige Drosseleigenschaft.
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Weitere Ausführungen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben. Dabei zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Drosselelements;
- 2: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Drosselelements von oben;
- 3a: eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Drosselelements von unten;
- 3b: eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Drosselelements von unten;
- 4: erfindungsgemäßes Drosselelement aus 1 in einer ersten Offenstellung;
- 5: erfindungsgemäßes Drosselelement aus 1 in einer zweiten Offenstellung;
- 6: erfindungsgemäßes Drosselelement aus 1 mit geänderter Volumenstrom- oder Massenstromrichtung;
- 7: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Drosselelements mit einem ersten Ausführungsbeispiel des Antriebs;
- 8: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Drosselelements mit einem zweiten Ausführungsbeispiel des Antriebs als Handstange;
- 9: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Drosselelements mit verformtem Spiralarm;
- 10: Draufsicht eines Strömungskörpers als kreisförmige flächige Spirale;
- 11: Draufsicht eines Strömungskörpers als rechteckige flächige Spirale;
- 12: Seitenansicht des Strömungskörpers durch den Schnitt A - A in 10;
- 13: Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Strömungskörpers;
- 14: Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Strömungskörpers.
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1 zeigt das erfindungsgemäße Drosselelement 1, umfassend ein Gehäuse 2 und eine Spirale 3 als Strömungskörper. Die Spirale 3 ist am Gehäuse 2 angeordnet, welches eine Öffnung 21 aufweist. Das Drosselelement 1 umfasst weiter ein Stellelement 4, welches an einer Stelle mit dem Gehäuse 3 und an einer zweiten Stelle mit der Spirale 3 verbunden ist. Durch die Verbindung der Spirale 3 mit dem Stellelement 4 kann die Spirale 3, bzw. ein Teil der Spirale 3 verlagert werden. Dies kann durch eine reine Verlagerung der Spirale 3 erfolgen, oder durch eine Verlagerung des Stellelements 4 zusammen mit der Spirale 3, wenn die Spirale 3 fest mit dem Stellelement 4 verbunden ist.
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Die Spirale 3 ist im Ausführungsbeispiel der 1 als eine Spirale 3 mit einem flächigen Spiralarm 30 mit mehreren Windungen ausgebildet. Flächig bedeutet dabei, dass der Spiralarm 30 eine räumliche Erstreckung in der Ebene der Spirale 3 aufweist. Im Ausführungsbeispiel der 1 entspricht die räumliche Erstreckung des Spiralarms 30 dem Windungsabstand 33 (siehe 2) der Spirale 3. In einer Grundstellung der Spirale 3 bildet der flächige Spiralarm 30 eine kreisförmige, vorzugsweise vollständig geschlossene kreisförmige Ebene aus (siehe 2). Im Ausführungsbeispiel der 1 bildet die Spirale eine ebene Fläche, welche in anderen Ausführungen auch gewellt und/oder gekrümmt ausgebildet sein kann.
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Die Spirale 3 im Ausführungsbeispiel der 1 weist mehrere Windungen auf, d.h. der Spiralarm 30 dreht sich mehrfach um den Mittelpunkt der Spirale 3. Eine vollständige Windung wird dabei durch eine vollständige Drehung (d.h. 360°) des Spiralarms 30 bestimmt. Der flächige Spiralarm 30 weist ein inneres Ende 31, im Ausführungsbeispiel der 1 im Mittelpunkt der Spirale 3, und ein äußeres Ende 32 am äußeren Rand der Spirale 3 auf. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist ein äußeres Ende 32 der Spirale 3 mit dem Gehäuse 3 verbunden. Ein inneres Ende 31 der Spirale 3 ist mit dem Stellelement 4 verbunden.
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Der Volumenstrom und/oder der Massenstrom wird durch das Drosselelement 1 durch die Anordnung der Spirale 3, vorzugsweise des Spiralarms 30 gesteuert. In der Schließstellung des Drosselelements 1 wird die Öffnung 21 des Gehäuses 2 vollständig von der Spirale 3 abdeckt. In einer Offenstellung ist die Spirale 3, wie in 1 dargestellt derart am Drosselelement 1 angeordnet, dass durch das Verlagern eines Teils der Spirale 3, vorzugsweise des Spiralarms 30, Strömungsöffnungen in der Spirale 3 entstehen. Die Strömungsöffnungen werden dabei durch die Öffnung 21 und die Verlagerung der Spirale 3, vorzugsweise des Spiralarms 30, in der Höhe gebildet.
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Eine Offenstellung kann durch eine Steigung S der Spirale 3, bzw. des Spiralarms 30 beschrieben werden. Die Steigung S beschreibt dabei den Abstand zweier Punkte auf der Spirale 3 einer vollständigen Windung. Eine vollständige Windung wird dabei durch eine vollständige Drehung (d.h. 360°) des Spiralarms 30 bestimmt.
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In 1 ist das erfindungsgemäße Drosselelement 1 in einer Offenstellung gezeigt, d.h. in dieser Stellung des Drosselelements 1 ist der Durchfluss eines Volumenstroms und/oder Massenstroms durch die Öffnung 21 möglich. Die Spirale 3 ist im Ausführungsbeispiel der 1 mit ihrem inneren Ende 31 am Stellelement 4 durch zwei Befestigungselemente 41 drehbar gelagert angeordnet. Die drehbare Lagerung kann beispielsweise durch zwei fest positionierte beabstandete Befestigungselemente 41 ausgebildet sein zwischen denen das innere Ende 31 der Spirale 3 drehbar angeordnet ist. Dies kann beispielsweise durch ein Loch in der Spirale 3 erfolgen, welche von dem Stellelement 4 durchgriffen wird.
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Durch eine Verschiebung des Stellelements 4, vorzugsweise durch Drehung des als Gewindespindel ausgebildeten Stellelements 4, kann das innere Ende 31 der Spirale 3 bewegt werden, d.h. in Richtung des Gehäuses 3 und/oder in die entgegengesetzte Richtung verlagert werden. Der Durchfluss durch die Öffnung 21 wird durch die Stellung der Spirale 3 im Drosselelement 1 geregelt.
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2 zeigt das erfindungsgemäße Drosselelement 1 mit der Spirale 3 und dem Gehäuse 2 in einer Draufsicht von oben. Im Ausführungsbeispiel der 2 ist die Spirale 3 mit einem flächigen Spiralarm 30 ausgebildet, mit dem inneren Ende 31 der Spirale 3, vorzugsweise des Spiralarms 30 und dem äußeren Ende 32 der Spirale 3, vorzugsweise des Spiralarms 30. Die flächige Erstreckung des Spiralarms 30 wird im Ausführungsbeispiel der 2 durch den Windungsabstand 33 bestimmt.
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Die 3a und 3b zeigen das erfindungsgemäße Drosselelement 1 in einer Draufsicht von unten. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Spirale, wie in 2, als flächiger Spiralarm 30 ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel der 3a ist der äußere Rand der Spirale 3 der ersten Windung mit dem Gehäuse 2 fest verbunden. Im Ausführungsbeispiel der 3b weist das Gehäuse 2 einen Ring auf, an dem die Spirale 3 befestigt ist. In beiden Ausführungen der 3a und 3b ist ein Strebe 22 am Drosselelement 1 ausgebildet und an dem Gehäuse 2 oder dem nicht beweglichen Teil der Spirale 3 befestigt. Die Strebe 22 weist eine Verbindung zum Stellelement auf, welche beispielsweise als Gewindeabschnitt oder Antrieb 5 ausgebildet sein kann.
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Die 4 und 5 zeigen das erfindungsgemäße Drosselelement 1 mit der Spirale 3 in zwei verschiedenen Offenstellungen. Die Offenstellung des Drosselelements 1 kann durch die Steigung S der Spirale bestimmt werden. Die Steigung S beschreibt dabei den Abstand zweier Punkte auf der Spirale 3 einer vollständigen Windung. Eine größere Steigung S bedeutet ein größerer Abstand zweier Punkte der Spirale 3 einer vollständigen Windung. In 4 ist eine größere Steigung S im Vergleich zur Steigung S der 5 ausgebildet, wodurch sich in 4 ein größerer Durchfluss ergibt. Durch das Öffnen der Spirale 3 entstehen Strömungsöffnungen in der Höhe der Spirale 3, durch die ein Medium hindurchströmen kann. Je größer diese Zwischenräume sind, d.h. je weiter die Spirale 3 geöffnet ist oder je größer die Steigung S ist, desto kleiner ist der resultierende Strömungswiderstand durch das Drosselelement 1.
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In den 4 und 5 ist die Durchflussrichtung 6 des Volumenstroms und/oder des Massenstroms dargestellt. Die Durchflussrichtung 6 verläuft in diesem Ausführungsbeispiel von der linken Seite nach rechts. In 6 ist das erfindungsgemäße Drosselelement 1 dargestellt, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die Durchflussrichtung 6 von der rechten Seite nach links ausgebildet ist, d.h. das Drosselelement 1 kann in beide Durchflussrichtungen 6 betrieben werden.
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In 7 weist das erfindungsgemäße Drosselelement 1 den Antrieb 5 auf, welcher im Ausführungsbeispiel der 7 am Gehäuse 2 beispielsweise an der Strebe 22 angeordnet ist. Der Antrieb 5 bewegt in diesem Ausführungsbeispiel das Stellelement 4, wobei an einem Ende des Stellelements 4 das innere Ende 31 der Spirale 3 angeordnet ist. Durch die Bewegung des Stellelements 4 wird das innere Ende 31 der Spirale mitbewegt.
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In 8 ist das erfindungsgemäße Drosselelement 1 mit einem Hebel 51 dargestellt. Der Hebel 51 ist mit einem Ende des Stellelements 4 verbunden. Dabei kann der Hebel 51 am entgegengesetzten Ende des Stellelements 4 zur Spirale 4 verbunden sein oder am selben Ende des Stellelements 4. Durch eine Verlagerung des Hebels 51 wird das Stellelement 4 verlagert und auch das innere Ende 31 der Spirale 3.
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In 9 ist das erfindungsgemäße Drosselelement 1 mit einen strömungstechnisch günstig verformten flächigen Spiralarm 30 ausgebildet. Der äußere Bereich des Spiralarms 30 ist in die Durchflussrichtung 6 gebogen. Dadurch wird das Umströmen der Spirale 3 verbessert und führt zu geringerem Druckverlust und geringerer Geräuschbildung. Eine derartige Ausgestaltung ist auch an den inneren Bereichen der Windung des Spiralarms 30 möglich.
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In den 10 und 11 sind zwei Ausführungsbeispiele der Spirale 3 des erfindungsgemäßen Drosselelements dargestellt, wobei die Spirale 3 in 10 in der Draufsicht als eine archimedische Spirale 3 mit flächigem Spiralarm 30 ausgebildet ist und in 11 in der Draufsicht als eine rechteckige Spirale mit flächigem Spiralarm 30 ausgebildet ist.
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Die 12 zeigt die Spirale 3 aus 10 durch die Schnittebene A - A in 10. Wie in 12 dargestellt, ist die Spirale 3 in diesem Ausführungsbeispiel als eine flache Ebene ausgebildet, d.h. der Spiralarm 30 ist in einer Ebene angeordnet. Im Gegensatz dazu zeigen die 13 und 14 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Spirale 3, wobei im Gegensatz zur 12 in den 13 und 14 der Spiralarm 30 in der Schließstellung Überlappungspunkte aufweist, wodurch die Spirale 3 in diesen Ausführungsbeispielen eine gewellte und/oder gekrümmte Ebene ausbildet. Wesentlich dabei ist, dass auch bei einer gewellten und/oder gekrümmten Ebene in der Schließstellung die Öffnung 21 des Gehäuses 2 vollständig abgedeckt sein kann, um den Durchfluss durch das Drosselelement 1 vollständig zu unterbinden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drosselelement
- 2
- Gehäuse
- 3
- Spirale
- 4
- Stellelement
- 5
- Antrieb
- 6
- Durchflussrichtung
- 20
- Rohrabschnitt
- 21
- Öffnung
- 22
- Strebe
- 30
- Spiralarm
- 31
- Innere Ende
- 32
- Äußere Ende
- 33
- Windungsabstand
- 40
- Achse
- 41
- Befestigungselement
- 50
- Motor
- 51
- Hebel
- S
- Steigung
