DE2364562A1

DE2364562A1 - Fluidmischer

Info

Publication number: DE2364562A1
Application number: DE2364562A
Authority: DE
Inventors: Willard A Kates
Original assignee: Kates Co W A
Current assignee: Kates Co W A
Priority date: 1972-12-27
Filing date: 1973-12-24
Publication date: 1974-07-11
Also published as: US3801073A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Vjsickmann,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Ppiys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

SAHA ^{8 M0NCHEN 86}> ^DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

THE V/. A·- KAiEES COMPANY, 1400 Yiaukegan Road, Bannockburn,

Illinois, V.St.A.

Fluidmischer

Die Erfindung betrifft fluidmischer.

In manchen FluidSteuersystemen ist es erwünscht, verschiedene Fluidkomponenten zu mischen. Beispiele für bekannte Fluidmischer sind in den US-PS 1 418 877, 1 123 316 und 3 514 074 beschrieben. Die US-PS 1 418 877 zeigt einen Mischer, der längsgerichtete Nuten hat, die zwei Fluide auf Bahnen leiten, die sich am einen Ende des Mischers kreuzen. In der US-PS 1 123 316 ist eine Dampffalle offenbart, die einige Scheiben mit Nuten hat, welche in bestimmten Fällen tangential zueinander verlaufen. Die US-PS 3 514 074 beschreibt eine Fluidsteuerung mit einem Ventilblock, der hin- und herbewegbar ist, um das Ventil schrittweise zu schließen. Das Fluid wird unter hohem Druck durch die Labyrinthnuten gepreßt, wobei der Block verschiedene Nuten versperrt und freigibt.

Die Erfindung will einen verbesserten Fluidmischer schaffen. Sie sieht hierzu mehrere gestapelte ringförmige Elemente vor, in deren Endflächen entlang von,Sehnen verlaufende Nuten geformt sind. Die Nuten in der einen Endfläche laufen entgegengesetzt schräg zu den Nuten in der anderen Endfläche und in einem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die von den Nuten erzeugten Fluidstrahlen senkrecht aufeinander.

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Die ringförmigen Elemente können gleich geformt sein und in einer beliebigen Anzahl nach Wunsch gestapelt sein, uia bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten die Fluide zu mischen. Weiter sieht die Erfindung eine Einrichtung vor, um über dem Mischer einen annähernd konstanten Druckabfall zu erzeugen. Zu diesem Zweck kann ein Sperrelement, das in dem Ausführungsbeispiel die Form einer Scheibe hat, am stromabwärtigen Ende der Anordnung angebracht sein und es kann eine Feder vorgesehen sein, die das Sperrelement gegen das stromauf wärtige Ende hin vorspannt. Das Sperrelement ist an seinem Umfang mit Teilen versehen, um die Nuten, radialwärts außerhalb des Sperrelementes selektiv zu verschließen und die Strömung zu den Nuten stromabwärts vom Sperrelement in einer gegebenen Stellung zu blockieren. Die Federkonstante und die Abmessung der Nuten können in eine solche Beziehung gebracht werden, daß sie die gewünschte Drucksteuerung liefern.

Der erfindungsgemäße Fluidmischer ist von "außerordentlich einfacher und ökonomischer Konstruktion und gewährleistet eine verbesserte Mischung der Fluide«

Weitere Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispielβ anhand der beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:

Fig.1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Fluidmischere, der zwischen einem Zuflußrohr und einem Abflußrohr liegtj

Fig.2 einen vergrößerten diametralen Schnitt hierzu und

Fig. 3 einen fragmentarischen Querschnitt etwa nach der Linie 3-3 der Fig.2.

In dem in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Fluidmischer 10 dargestellt,, der einen Körper 11 mit einem Einlaßteil 12 und einem Auslaßteil 13 hat, die auf

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geeignete Weise, etwa mittels Schraubbolzen 14 und Muttern 15» zusammengeklemmt sein können. Zwischen den Gehäuseteilen 12 und 13 kann eine geeignete Dichtung 16 vorgesehen sein. Ein Zuflußrohr 17 ist an dem Einlaßteil 12 mittels Schrauben 18 o.dgl. befestigt und mit einem zwischengelegten Dichtring 19 abgedichtet. Ein Abflußrohr 20 ist an einem Auslaßgehäuseteil 21 mittels eines Ringflansches 22 und geeigneter Befestigungsmittel festgemacht, die in dem gezeigten Beispiel aus Schraubbolzen 23 und Muttern 24 bestehen. Der Gehäuseteil 21 hat ein rohrförmiges, stromabwärts gelegenes Ende 25, das im Plansch 22 befestigt ist, und ein rohrförmiges, stromaufwärts gelegenes Ende 26, das in dem Auslaßteil 13 starr festgelegt ist. Das Zuflußrohr 17 bildet einen Strömungskanal 17a, der mit einen Strömungskanal 12a in Verbindung steht, welcher von einer axialen Bohrung des Einlaßteils 12 gebildet ist. Der Gehäuseteil 21 bildet einen Durchflußkanal 21a, der über eine axiale Bohrung 22a des Flansches 22 mit dem Strömungskanal 20a im Abflußrohr 20 verbunden ist. In dem Durchflußkanal 21a des Gehäuseteils 21 ist ein Rohrgebilde 27 vorgesehen, das dazu dient, das in den Mittelraum 28 des Rohrgebildes angelieferte Fluid zu einer Ringkammer 29 durchzulassen, die sich rund um das Rohrgebilde radial einwärts von dem Endteil 26 des Gehäuses erstreckt.

Wie Fig.2 zeigt, kann der Strömungskanal 12a des Einlaßteils 12 ein verbreitertes stromabwärtiges Ende 30 haben, das das stromaufwärts gelegene Ende der Ringkammer 28 bildet. Das Rohrgebilde 27 kann an dem Einlaßteil 12 mit Schrauben 31 festgemacht sein. Das Rohrgebilde 27 besteht aus mehreren ringförmigen Elementen 32, die in einer Endfläche 34 Sehnennuten 33 und in der anderen Endfläche 36 Sehnennuten 35 haben. Das Rohrgebilde kann aus einer Vielzahl solcher ringförmiger Elemente bestehen, die aufeinandergestapelt sind, wobei zwischen den benachbarten Elementen jeweils Abstandsringe 37 angeordnet sind. Das stromabwärt ige Ende des Rohrgebildes ist mit einer Platte 38 verschlossen, die an dem Rohrgebilde mit

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Schrauben 31 festgeklemmt ist. Die Platte 38 ist mit einer zentralen Bohrung 39 versehen, in der ©in Schaft 40 verschieblieh aufgenommen ist; der Schaft trägt eine Verschlußplatte 41, die in dem Mittelraum 28 des Rohrgebildes liegt. Zwischen der Verschlußplatte 41 und der Endplatte 38 des Rohrgebildes ist eine Schraubenfeder 42 komprimiert, die die Verschlußplatte zum stromaufwärtigen Ende des Rohrgebildes hin (d. i. in Fig.2 nach links) drückt, um selektiv die Strömung durch die Sehnennuten 33 und 35 der ringförmigen Elemente radial außerhalb der Verschlußplatte und stromabwärts von dieser zu versperren, wie dies in Fig.2 gezeigt ist. Die Federkonstante der Schraubenfeder 42 ist derart vorausbestimmt, daß die Lage der Verschlußplatte derart gesteuert wird, daß eine vorgewählte Druckdifferenz zwischen dem Mittelraum 28 des Rohrgebildes und der umgebenen Ringkammer 29 zustandekommt.

Wie Fig.3 zeigt, erstrecken sich die Sehnennuten 33 unter einem vorgegebenen Winkel von der inneren Fläche 43 des ringförmigen Elementes nach außen zur äußeren Fläche 44, und zwar bei einer Blickrichtung gemäß Fig.2 von links nach rechts in Uhrzeigerrichtung. Die Sehnennuten 35 laufen nach der entgegengesetzten Richtung schräg, wenn man in der gleichen axialen Richtung blickt, oder ebenfalls im Uhrzeigersinn, wenn man in der entgegengesetzten axialen Richtung blickt, d.i. in Fig.2 nach links. Die Nuten 33 können zu den Nuten 35 senkrecht sein, wie dies die Fig.3 zeigt, obwohl sie natürlich einen Abstand in Achsrichtung voneinander haben. Wie in dem Beispiel der Fig.3, können die Nuten geradlinig sein und im Schnitt können sie, wie aus Fig.2 ersichtlich, Zylindersegmente sein. Die Kuten können einen Kreisquerschnitt von weniger als 180° haben. In dem gezeigten Beispiel sind in jeder Endfläche wenigstens zwölf solche Sehnennuten vorgesehen und die Achsen der Nuten verlaufen parallel zu einer Ebene, die auf der Achse 45 des Rohrgebildes senkrecht steht. Alternativ können die Nuten auch schräg zur ITormalebene auf der Achse 45 laufen, so daß sich

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die von einer Nutengruppe ausgestoßenen Fluidstrahlen mit den von einer zweiten Nutengruppe kommenden Strahlen kreuzen, um dadurch die turbulente Durchmischung des Fluids in dein Mischer 10 noch weiter zu verbessern. In einer speziellen Ausführungsform können die Nuten 33 eines Elementes 32 im Winkel zur Normalebene auf der Achse des Elementes verlaufen und die Achsen der Nuten 35 in einem entgegengesetzten Winkel zu dieser Ebene.

Die Abstandsringe 37 können in radialer Richtung ebene Endflächen 46 haben* die in Flächenberührung mit den ebenen Endflächen der Elemente 32 stehen. Es hat sich herausgestellt, daß die sich gegenüberstehenden Flächen nicht in Hochglanzpolitur o.dgl. nachbearbeitet werden müssen, da ein geringes Leck zwischen den Flächen die Funktion des Mischers nicht ernstlich beeinträchtigt.

In einem Beispiel, bei dem der Durchmesser der-Innenfläche 43 der ringförmigen Elemente annähernd 25 mm (1 Zoll) beträgt, können die Nuten eine Tiefe von annähernd 3t2 mm (1/8 Zoll) haben. Wie oben schon erwähnt, können für unterschiedliche Durchsätze mehr oder weniger ringförmige Elemente in dem Rohrgebilde gestapelt werden. Die Verschlußplatte 41 ist nach Art eines Targets oder einer Prallplatte gehaltert, so daß sie von dem Fluid beaufschlagt wird, das im normalen Betrieb des Mischers in den Mittelraum 28 des Mischers strömt. Der statische, diametrale Druck des Fluids bewirkt, daß sich die Verschlußplatte gegen die Kraft der Feder 42 bewegt und so die Feder in einstellbarer Weise komprimiert, bis die Kompressionskraft der Feder mit dem Fluiddruck im Gleichgewicht ist. Während sich die Verschlußplatte 41 in Achsrichtung durch den Mittelraum 28 bewegt, versperrt sie die Nuten verschiedener Elemente 32, weil der Umfang 47 der Verschlußplatte an dem Einlaßende der Nuten an der inneren Fläche 43 der betreffenden ringförmigen Elemente zu liegen kommt. Wenn also der Druck

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zunimmt, werden mehr Nuten freigegeben und -wenn der Druck abnimmt, werden mehr Nuten blockiert, um so eine" wirksame Regulierung des Druckabfalles im Mischer zu erzielen. Wie dargestellt, kann die Verschlußplatte 41 eine Scheibe mit einem . Durchmesser sein, der etwas kleiner ist als der Innendurchmesser der Elemente 32.

Wie schon erwähnt, kann die Mischerkonstruktion im Rahmen der Erfindung verändert werden_s indem man die Anzahl der in dem Rohrgebilde 27 gestapelten ringförmigen Elemente variiert. Weiter kann auch die Größe und Zahl der Nuten in den ringförmigen Elementen verändert werden. Die Dicke der Elemente und der Abstandsringe kann ebenfalls variiert werden. Die ringförmigen Elemente können alle von gleicher Konstruktion sein, um so die Herstellungskosten zu senken und die Konstruktion zu vereinfachen. Der Mischer ist also auf einfache Weise für unterschiedliche Flüssigkeitskapazitäten,. Viskositäten, Dichten und Mischbarkeiten umstellbar. Die Elemente können aus Metallgußstücken hergestellt sein, um die Kosten möglichst gering zu halten.

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Claims

Ansprüche

Fluidmischer mit einem Gehäuse, das einen Strömungskanal mit einer stromaufwärts gelegenen Kammer und einem stromabwärts gelegenen Auslaß bildet, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strömungskanal (21a) in Längsrichtung ein Rohrgebilde (27) angeordnet ist, das aus mehreren koaxial gestapelten ringförmigen· Elementen (32) besteht, die alle zwei flache radiale Endflächen (34, 36) haben, in deren einer (34) mehrere erste Sehnennuten (33) angebracht sind, die sich von der radialen Innenfläche (43) des Elementes unter einem vorgegebenen Winkel zu dessen radialer Außenfläche (44) im Uhrzeigersinn erstrecken, - betrachtet in einer Achsrichtung des Elementes -, und in deren anderer (36) mehrere zweite Sehnennuten (35) vorgesehen sind, die unter einem vorgegebenen Winkel von der radialen Innenfläche (43) des Elementes zu dessen radialer Außenfläche (44) laufen, und zwar bei Betrachtung in Achsrichtung des Elementes und entgegengesetzt zu der oben erwähnten Achsrichtung wieder im Uhrzeigersinn, daß ferner die radiale Außenfläche (44) der Elemente (32) in dem Rohrgebilde in einem Abstand innerhalb der den Strömungskanal (21a) bildenden Gehäusewand liegt, so daß dazwischen eine Ringkammer (29) rund um das Rohrgebilde gebildet ist, und innerhalb der radialen Innenflächen (43) der Elemente in dem Rohrgebilde ein Mittelraum (28).vorgesehen ist, der die vom Einlaß des Fluidmischers herkommende Fluidströmung aufnimmt, wobei die Sehnennuten (33, 35) die Fluidströmung aus dem Mittelraum (28) nach außen in die Ringkammer (29) lenken, von wo das Fluid zum Auslaß des Fluidmischers strömt, und wobei die Strömung in die Ringkammer aus den Sehnennuten der einen Endfläche in einem Winkel schräg zu der Strömung aus den Sehnennuten der anderen Endfläche verläuft, wodurch sich die Fluidströmung in der Ringkammer turbulent mischt, bevor das Fluid zum Auslaß strömt, und daß endlich ein Vorrichtungsteil (38) zum Verschließen des stromabwärts gelegenen Endes des

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Mittelraumes (28) des Rohrgebildes (27) vorgesehen ist, so daß die Pluidströmung zwangsweise vom Einlaß durch den Mittelraum und durch die Sehnennuten zur Ringkammer gelenkt ist. ^
2. Fluidmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Sehnennuten (35) senkrecht zu den ersten Sehnennuten (33) verlaufen, betrachtet in der gleichen axialen Richtung der Elemente.
3. Fluidmischer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sehnennuten (33, 35) geradlinig sind.
4. Fluidmischer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sehnennuten (33, 35) Zylindersegment e sind.
5. Fluidmischer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sehnennuten (33» 35) im Querschnitt Kreissegmente von weniger als 180° darstellen.
6. Fluidmischer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Bndfläche (34, 36) wenigstens zwölf Sehnennuten vorgesehen sind.
7. Fluidmischer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Sehnennuten (33, 35) parallel zu einer Ebene laufen, die senkrecht zur Achse (45) des Rohrgebildes (27) steht.
8. Fluidmischer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Sehnennuten in einem Winkel zu einer auf der Achse (45) des Rohrgebildes senkrechten Ebene verlaufen«
9· Fluidmischer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet ρ daß die Achsen der Sehnennuten der

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einen Endfläche alle unter' einem gleichen Winkel zu einer auf der Achse (45) des RohrgeMldes senkrechten Ebene verlaufen und die Achsen der Sehnennuten der anderen Endfläche unter dem gleichgroßen, aber entgegengesetzten Winkel zu dieser Ebene.
10. Fluidmischer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jeweils zwei ringförmigen Elementen (32) Abstandsringe (37) angeordnet sind.
11. Fluidmischer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsringe (37) flache radiale Endflächen (46) haben, die in Flächenberührung mit den ebenen radialen Endflächen der ringförmigen Elemente stehen.
12. Fluidmischer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sehnennuten (33, 35) eine Tiefe von annähernd 3,2 mm haben, wenn die Innenfläche (43) der ringförmigen Elemente einen Durchmesser von annähernd 25 mm hat.
13· Fluidmischer nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Druckreguliereinrichtung (40, 41, 42), die funktionell derart mit dem Rohrgebilde (27) verbunden ist, daß der Druckabfall zwischen dem Mittelraum (28) und der Ringkammer (29) praktisch konstant gehalten wird.
14. Fluidmischer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckreguliereinrichtung ein Element (41) aufweist, das die Fluidströmung durch eine Reihe von Sehnennuten sperrt, sowie ein auf den Fluiddruck am Einlaß ansprechendes Element (42), das die Anzahl der gesperrten Sehnennuten erhöht, wenn der Druck abnimmt, und erniedrigt, wenn der Druck zunimmt.

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15· Fluidmischer nach Anspruch 14» dadurch gekennzeichnet, daß das die Sehnennuten blockierende Element ein Sperrkörper (41) ist, der in dem Mittelraum (28) in Achsrichtung verschieblich ist und mit seinem Umfang die Sehnennuten selektiv blockiert.
16. Fluidmischer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrkörper eine Scheibe (41) ist, die koaxial in dem Rohrgebilde (27) angeordnet ist, und daß das auf den Fluiddruck ansprechende Element eine Feder (42) ist, die die

. Scheibe zum Einlaß des Rohrgebildes hin vorbelastet.
17. Fluidmischer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (41) an einem Schaft (40) befestigt ist, der in dem Vorrichtungsteil (38) zum Verschließen des stromabwärts gelegenen Endes des Rohrgebildes verschieblich ist.

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