DE2410231A1

DE2410231A1 - Schwingungsarmes, insbesondere geraeuscharmes stroemungsorgan, insbesondere drosselorgan

Info

Publication number: DE2410231A1
Application number: DE2410231A
Authority: DE
Inventors: Winfried J Hiller; Gerd E A Meier
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1974-03-04
Filing date: 1974-03-04
Publication date: 1975-09-18
Also published as: DE2410231B2; DE2410231C3

Description

Schwingungsarmes, insbesondere geräuschermes Strömungsorgan, insbesondere Drosselorgan Die Erfindung betrifft ein schwingungsarmes, insbesondere geräuscharmes Strömungsorgan, insbesondere Droselorgan, für kompressible und inkompressible Strömungsmedien.
Unter "Strämungsorgan" werden hier Vorrichtungen verstenden, in denen ein Strömungsmedium einen von Wänden umgrenzeten Strömungsweg durchströmt. Die Erfindung ist insbesondere für derartige Regelvorrichtungen für das Strömungsmedium vorgesehen, wie Regel- und/oder Drosselventile, Schieberventile, Düsen oder dergleichen.
Die Geräuscherzeugung durch Strömungsmaschinen, also insbesondere durch Ventile, Schieber und andere Drosselorgane, stellt ein darzeit stark beachtetes Problem dar. Bei bekannten regel- und Drosselorganen in Strömungsmaschinen wird versucht, das strömungsmechanisch entstehende Geräusch durch Schaildämmung oder Schalldämpfung zu vermindern. Solche Maßnahmen zur Schalldämmung und Schalldämpfung sind jedoch in den meisten Fällen zur wirkssmen Herabsetzung des Geräusches nicht oder nur für enge Bereiche ganz bestimmter Strömungszustände geeignet.
Durch die Erfindung wird demgegenüber Aufgabe gelöst, ein Strömungsorgan für kompressible und inkompressibles Strömungsmedien, insbesondere ein derartiges Drosselorgen, so zu gestalten, daß bereits die Erzeugung von Schwingungen oder Geräuschen im störenden Bercich verhindert oder doch stark berabgesetzt ist.
Dies wird erfindungsgemö@ daderch erreicht, daß instationäre Strömungszustände des Ström@@gsmefiums verhi@dernde oder beseitigende oder @@ Strö@@nsz@otönd@n hin, für welche dis entstehenden Sehwingungen oder Geräasche tolari@rbar sind, verändernde, dem Strö@ungsmedium ausgesetzte @ chanische St@@kturen mit den Strömungszustand hestimmenden Abm@ssungen im oder am Strömungsweg angeordnet sind.
Die Erfindung geht devon aus, daß insbesondere instationäre Zustände in Strömung fr die erzeugtne Schwingunger, insbesondere Geräusche verantwortlich sind.tIt er Vermeidung von instationären Strömungszuständen können elle Nebenffekte solcher Zustände, insbesondere die Anregung von Vibrationen, Schwingungen des Strömungsorgans, Körperschall und Geräuscherzeugunng, ausgeschlossen werden. Die wichtigsten in stationären Strömungszustände sind Turbulenzen in Strömungsgrenzschichten und gomogenen Strömungsfeldern oder an freien Oberflächen desd Strömungsmediums, bei Flüssigkeiten die Kavtation, welche im allgemeinen dann auftritt, wenn der statische Druck in der Flüssigkeit den Dampfdruck unterschreitet, una. gesteuerte Strömungsinstabilitäten, d.h. Schwingungs- und Schwankungsbewegugen, die durch im oder am Strömungsweg angeordnete Steuerungs- und Rückkoppelungsmechanismen entstehen. Die gesteuerten Strömungsinetabilitäten sind edst an das Vorhandensein freier Grenzschichten (wie im Fall der periodischen Wirbeilablösung, der Pieifen- und Schneidentöne sowie der Oberflächenwellen) oder an andere Inhomogenitäten im Stdmungsfeld, (wie z.B. Verdichtungsstdßen in Uberschallströmungen) gebunden. Durch die Kavitation - vor allem in Wandnähe - wird nicht nur selbst Geräusch erzeugt, sondern sie führt auch zu geräuscherzeugenden Nebeneffekten, vor allem zur Instabilität und damit Schwankungsbewegungen der Fitissigkeitsteilchen in den freien Oberflächen an der Dampfbiase soie zu Druckwellen, die beim Zusammentreffen freier Fltissig keitsoberflächen entstehen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, die mit der Strömung im Strömungsorgan in Berührung kommenden mechanischen Strukturen, wie Drosselstrukturen, mit solchen Abmessungen auszustatten, daß für diese Strukturen die Reynoldszahl, gebildet aus der Strömungsgeschwindigkeit in der Struktur, die fül die Strömung charakteristische Abmessung der Strukturelemente oder der durch diese gebildeten Strömungskanäle, und der kinematischen Zähigkeit, möglichst klein ist. Durch eine kleine Reynoldszahl, die bestimmte typische Werte unterschreitet, lassen sich laminare Strömungszustände in der Struktur und die erzeugung des Widerstandes der Struktur durch eine hohe Durchströmung der Struktur erreichen. Dies zähe Durchströmung der Struktur ist d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß instationäre Strömungsvorgänge in der Struktur nicht auftreten können ud damit eine Geräuscherzeugung nicht stattfindet. Die Reynoldszahl soll möglichst in der Größenordnung von 1 liegen. Aber auch bei größeren Werten - etwa bei 100 oder 1000 - lassen sich störende Strömungsgeräusche noch wirksam vermeiden.
Oft läßt sich bei speziellen Aufgabenstellungen das Erinzip der kleinen Regnoldszahl nicht voll auf din Ströungsmaschine anwenden. Dies bedeutet insbesondere, daß in bestimmten Teilen der Strömungsmaschine hohe Reynoldszahlen erreicht werden und damit die Strömung nach einer gewissen lauf länge anfängt, turbulent zu werden. In solchen Fällen lßt sich das Prinzip der kleinen Reynoldszahl so anwenden, daß die Strömung mit hoher Reynoldszahl - also z.BO ein Freistrahl oder eine schnelle Kanalströmung - mit Strukturen, deren Umströmung eine kleine Reynoldszahl zuzuordnen ist, in Berührung gebracht wir, Durch geeignete Anordnung und räumliche Dichte dieser Strukturelemente läßt sich ein Zähigkeitseinfluß in die Strömung einbringen, der die ebene wegung der Strömung stark dämpft und damit die Entstehung von Turbulenz verhindern kann oder, falls bereits Turbulenzfelder gebildet sind, diese wieder verschwinden läßt0 Ein zusätzlicher Widerstand für die Grund strömung muß hier allerdings in Kauf genommen werden, jedoch hat sich in der Praxis gezeigt, daß oft schon mit verhältnismäßig geringen Dichten der eingelagerten Struktur kleiner Reynoldszahlen ein Verschwinden des Turbulenzfeldes erreicht werden kann, ohne daß der Widerstand für die Grundströmung große Werte erreicht, Um etwa in einer Fohrströmung einen kleinen Strömungawider stand zu erzeugen, kann man einen hinreichend diinnen zylindrischen Faden oder Draht verwenden, der quer zur Strömungsrichtung ausgespannt ist Die charakteristische Abmessung fvr die Reynoldszahl ist hierbei der Durchmesser des Drahtes oder Fadens. Zur Regelung und Erhöhung des in die Strömt eingebrachten Widerstandes n die Anzahl der ausgesparni ten Drähte vermehrt werden, wobei die ewrnoldsz2nl, gebildet mit dem Drehtdurchmesser und der Geschwindigkeit im Eereich der Drahtstruktur, durch geeIgnete Maßnahmen, wie räumlich gestaffelte Anordnung der Drähte oder Erweiterung des Rohrquerschnittes, auf einem geeigneten Wert gehalten ist0 Erzielt man schließlich einen Drosselzustand, bei den der Abstand der Drähte kleiner als ihr Durchmesser wird, ist die Reynoldszahl mit der Breite der zwischen den Drähten verbleibenden kanäle zu bilden. Den ExremSall sehr großen Strömungswiderstande 5 mit laminarer zäher Durchströmung -bildet in diesem Beispiel ein Faservlies, welches in den Rohrquerschnitt eingespannt ist.
Durch Anwendung des Prinzips der kleinen Reynoldszahl wird in den meisßten Fällen auch ein kavitationsfreier Betrieb des Drosselorgans gewährleistet, weil durch die Anwendung des Prinzips hohe Sbergeschwindigkeiten, die zur Absenkung des statischen Druckes unter den der Abströmung führen, mit Sicherheit vermieden werden können. Dadurch unterbleibt die Schwingungs- und Geräuscherzeugung durch Xavitation, die mit den instationären Zerfallserscheinungdn der Kavitationsblasen gekoppelt ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, Unstetigkeitsflächen im Strömungsorgan, die zu einer unstetigen Anderung einer Zustandsgröße führen, zu vermeiden, das solche Unstetigkeitsflächen generell zu instabilem Verhalten der Strömung neigen. Für Drosselorgane lassen sich unstetige Anderungen der Zustandsgrößen des Stömungsmediums hauptsächlich durch Vermeidung von freien Grenzschichten, also sprunghaften änderungen der Geschwindigkeit, vermeiden. Das oben angeführte Prinzip der kleinen Reynoldszahl verrneidet zwar die Entstehung dieser Art von Unstetigkeiten auch und bezieht daraus einen Teil seiner Wirksamkeit. Es sind jedoch auch Fälle von Bedeutung, wo bei höheren Reynoldszahlen Unstetigkeitsflächen vermieden werden müssen. Dies kann durch besondere Gestaltung der Strömungskanäle im Drosselorgan, beispielsweise dadurch erreicht werden, daß der Druckanstieg in der Strömung zur Vermeidung der Ablösung der Wandgrenzschicht nur besonders kleine Werte aufweist, oder daß beispielsweise die Wandgrenzschicht bzw. die gesamte Strömung mittels eines besonderen Mediums abgesaugt wird, welches in Bereich kleiner @eynoldszhlen arbsitet. Es können jedoch @uch f@@ @lle snderen @rtne von Unstetigksiten, bsispi@lsweice sp@ung @@@ @nderungen von Bruck, Dichte, Temperatur, Entropie (Z.E. in Verdichtungsstößen) und enderen Größen durch geeignete konstruktive Maßnahmen ihre unerwünschten Auswirkungen, wie z.
B. die Gerauscherzeugung, Schwingungs- und Körperschllan regung, vermieden werden.
Auch die bei kavitation auftretende freie Flüssigkeitsopberfläche kann als eine Unstetigkeitsfläche angesehen wroen.
Sie ist ebenfalls prinzipiell instabil und erzeugt bei ihrem instationären Zerfall durch Turbulenz und das Zusammentreffen freier Oberflächen der Flüssigkeit starke Strömungsgeräusche. Maßnahmen, wie sie hier zur Vermeidung von freien Grenzschichten - also zur Vermeidung der Bildung' von Rückströmungsgebieten - vorgesehen sind, sind lso auch in gewissem Maße zur Vermeidung der Kavitation anwendbar. rnesonders erwähnt sei in diesen Zusammenhang nur die Vermeidung von unnötig hohen Übergeschwirdigkeiten und I'mlankung winkeln in der Strömung des Drosselorgsns.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Störgeröusche zu höheren oder gele-gontlich auch tieferen Frequenzen durch Änderung charakteristischer Abmessungen der die Geräusche erzeugenden Strukturen im Strömungsfeld zu verlagern. Wenn nämlich ein Teil der Geräusche außerhalb des Hörbereiches erzeugt wird, tritt er als Störung subjektiv nicht auf. Außerdem läßt auch im Hörbereich die Empfindlichkeit des Ohres zu hohen bzw. tiefen Frequenzen hin nach, Durch eine Verlagerung der Frequenzen zu höheren Frequenzen hin lassen sich in der Regel auch Anregungen mechanischer Resonanzen in Strömungsmaschinen vermeiden. Überdies werden in der Regel rönere Sc'iwlngungs- und Schallfrequenzen ohne besondere Maßnahmen meist, im Strömungsorgan besser gedämpft. Schließlich läßt sich das Volumen und damit die Gesamtleistung der Schall erzeugenden Strömungsgebiete mitZder Verkleinerung einer Abmessung der Schall erzeugenden Struktur oft gleichfalls verkleinern, Die von instationären Strömungen erzeugte leistung der Schwankungsbewegung der Strömung, also insbesondere die abgegebene Sonwingungs- und Schalleistung, ist bei geeigneter Wahl von Ähnlichkeitsparametern dem Volumen des instationären Strömungsfeldes proportional. Die Frequenzen, bei denen die Schwankungsbewegung abstrahlt, sind eiener charakteristischen Abmessung des instationären Strömungsgebietes umgekehrt proportional. Man kann daher für Drosselorgane z.B. durch Verkleinern der charakteristischen Abmessungen des instationären Strömungsgebietes im Drosselorgan durch Aufteilung des Strömungsgebietes in kleinere Strömungen die abgestrahlte Gesamtleistung verkleinern und zugleich in den Bereich höherer'Frequenzen, die unter Umständen nicht hörbar und-für die Anregung von Körperschall nicht mehr geeignet sind, verschieben. Durch eine solche Aufteilung der Strö-Tuuug in viele Strömungszweige werden die erzeugten Frequenzen zu höheren Werten verschoben, andererseits wird die Entstehung von tiefen Frequenzen, wie sie b ei bei Vielfachstrahlanordnung in der freien Atmosphäre durchaus wieder auftritt, durch die umhüllende Rohrwand weitgehend vermieden. Durch Vergrößern der charakteristischen Abmessungen des instationären Strömungsgebietes können die erzeugten Frequenzen zu tieferen weniger störenden Frequenzen hin verlagert werden, wobei allerdings eine Vergrößerung der Schwingungs- und Schalleistung erzeugenden Gebiete in Kauf genommen werden muß. Durch die Aufteilung der Strömung in einzelne kleine Strömungszweige wird außerdem eine gegenseitige Abschirmwirkung der Strömungszweige erzielt, wodurch häufig die Schwingungs- und Geräuscherzeugung noch wirksamer als durch Verlagerung der Geräuschfrequenzen vermieden wird.
Die Erfindung ist für die Geräuschminderung strömender Gase und Flüssigkeiten gleichermaßen gut geeignet. Durch Anwendung der Erfindung läßt sich die epzeunte Geräuschleistung bei geringfügigen Änderungen bekannter Strömungsorgane auf ein Zehntel bis ein Tausendstel vermindern. Die Erfindung erlaubt darüberhinaus den geräuscharmen Betrieb von Strömungeorganen, insbesondere Drosselorganen, bei stark veränderbaren Strömungsdurchsätzen.
Weitere merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus den Unteranspr@chen sowie der nachfolgenden Reschreibung bevorzugter Ausführungsformen ersichtlich, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind.
Wie aus den Bildern der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung deutlich ersichtlich, sind die dargestellten Drosselorgene in einem weiten Bereich regelbar, ohne daß dadurch ein merklicher Anstieg des Strömungsgeräusches erhalten wird.
Wie weiter aus den bevorzugen Ausführungsformen ersichtlich, können die gezeigten Strukturen in vielfacher eise mitcinander kombiniert und äquivalent abgewandelt werden. Die grobe Vielzahl von möglichen erfindungsgemäßen Strukturen gestattet es nicht, sämtliche möglichen Ausführungsformen im einzelnen anzugeben.
Die drei oben angegebenen, selbständig nebeneinander stelenden Ausgestaltungen der Erfindung werden 1 folgenden der Einfachheit halber mit c) Prinzip kleiner Reynoldszahlen, b) Prinzip der Vermeidung von Unstetigkeitsflächen und c) Prinzip der Strahlaufteilung bezeichnet.
In der Zeichnung zeigt: Bilder 1 bis 25 bevorzugte Ausführungsformen, die im wesentlichen nur das Prinzip kleiner Reynoldazahl verwenden, Bilder 26 und 27 bevorzugte Ausführungsformen, die das Frinzip der Vermeidung von Uastetigkeitsflkchen erläutern, Bilder 28 bis 36 bevorzugte Ausführungsformen, die das Prinzip der Strahlaufteilung betreffen und Bilder 29b, 23b, 37 bis 48 einige Mischfälle, welche bevorzugte Kombinationsmöglichkeiten der Prinzipien aufzeigen.
In den Bildern 1 bis 25 sollen zunächst exemplarisch Anordnungen gezeigt werden, bei denen der volle Rohrquerschnitt in der Drosselstrecke erhalten bleibt. Diese Anordnungen haben den Vorzug, daß bei inkompressiblen Medien z.B. Flüssigkeiten, an keiner Stelle die Strömungsgeschwindigkeit wesentlich abgeändert wird und bei kompressiblen Medien eine stetige und monotone Anpassung des Eintrittszustandes an den Austrittszustand bewirkt wird.
Bei konstantem Widerstandsvolumen in der Drosselstrecke kann nach Bild 1 die Veränderung des Widerstandes zur Regelung des Durchflusses im Drosselorgan dadurch erreicht werden, daß eine poröse aber kompressible Struktur 1 durch eine geeignete Druckvorrichtung 2 zusammengepreßt wird, so daß die in der porösen Struktur 1 vorhandenen Kanäle je nach Stellung der Druckvorrichtung unterschiedliche Weite haben.
Sind die Elemente der Struktur, baw. die von der Struktur gebildeten Kanäle - je nachdem, welche ihrer Abmessungen die kleinere ist - hinreichend klein gewählt, so kann für alle gewünschten Durchflußgeschwindigkeiten das Prinzip der kleinen Reynoldszahl gewährleistet sein.
Im Ausführungsbeispiel nach Bild 1 ist das das Strömungsmedium führende Rohr 4 von einer rechteckigen Kammer 5 unterbrochen, in welcher eine plattenförmige Widerstandsstrukjtur 1 geführt ist. Die Struktur 1 durchquert das Rohr 4 und kann mittels der in der Kammer 5 geführten, als Schieber ausgebildeten Druckvorrichtung quer zum Rohr zusammengepreßt oder ausgedehnt werden. Beidseitig der Struktur 1 sind im Rohr Stützstrukturen 3 angeordnet,'welche die Struktur 1 auf gleicher Dicke halten. Diese Stützvorrichtungen bestehen vorzugsweise aus wabenförmigen Blech- oder Runststoffstrukturen, ähnlich den bekannten Strömungsgleichrichtern, Gitterrosten oder Sintermaterialien.
Als Materialien für die Struktur 1 sincs beispielsweise @aarfilze, Gummikungeln, offenporige Schaumstrukturen oder sonstige kompressible gepackte Strukturen, wis in Dild 1 gezeigt, oder plattenförmige Stapel aus fed--rneen und begrenzenden Elementen, wie miteinander abwechselnde glatte und gewellte Blechstreifen gemäß Bild 2a oder Gitter aus dünnen miteinander verbundenen Blechstreifen wie gemäß Tild 2b geeignet. Die Materialien für die Struktur 1 sind vorzugsweise so gewählt, daß die Poren der Struktur völlig geschlossen sind, wenn die Druckvorrichtung 2 den Rohrquerschnitt erreicht hat. Die Stützstrukturen 3 können gegebenenfalls entfallen, wenn die Struktur 1 eine ausreichende Eigensteifigkeit besitzt.
In Abwandlung der Ausführungsform gemäß Bild 1 können an Stelle der die Struktur quer zur Rohrachse verformenden Druckvorrichtung 2 auch eine oder beide der Stützstrukturen 3 als Druckvorrichtungen verwendet werden, so daß die Struktur 1 dann in Strömungsrichtung zusammengedrückt oder gedehnt wird und damit die Durckströmdicke Bild gegebenenfalls gleichzeitig der freie Durchgan5c'qu.erschnitt der Struktur 1 verstellt wird.
Der volle Rohrquerschnitt bleibt auch bei den Drosselorganen nach Bild 3 erhalten, bei welchem eine platten- oder be-dförmi@ St@@ktur 1 durch Auswechseln oder Verschieben in den Rohrguerschritt eingebracht wird. Gemäß Bild 3a besteht die Struktur 1 aus zu einem Band zusemmengestellten Drahtgittern wechselnder Gitterweite. Durch Verschicben des Bandes quer durch das Rohr kann das eine oder andere Gitter in zum Robrquerschnit eingebracht werden. Gemäß Bild 3b besteht die Struktur 1 aus Feldern parallel gespannter Drähte wechselnder Anzahl. Eine solche Bandstruktur 1 erlaubt es, wahlweise einen einzigen Draht oder mehrere Drähte im Rohrquerschnitt aufzuspannen, bis der volle Rohrquerschnitt von den Drähten abgedeckt ist. Durch Änderung der Drahtabstände können weitere Variationsmöglichkeiten erhslten werden.
Die bandförmigen Strukturen 1 gemäß den Bildern 3a und 3b können, wie aus Bild 3c ersichtlich, beispielsweise auf beidsetig beben dem Rohr angeordneten Rollen 6 aufgewikkelt bzw. von diesen abgewickelt werden. Dadurch, daß für die Elemente dieser Struktur 1 gemäß Bild 3 (bzw. die Zwischenräume zwischen diesen Elementen, durch welche das Medium hindurchtritt) die Bedingung der kleinen Reynoldszahl für alle Betriebsbedingungen erfült ist, wird ein geräuschsrmer Betrieb des Drosselerganes möglich. An Stelle von Gitter- und Roststrukturcn, wie in den Bildern 3a und 3b gezeigt, können vorzugsweise auch Filze oder Drahtmatten unterschiedlicher Dicke aus unterschiedlichen Fasern oder Drähten verwendet werden. Es kommen aber auch gelochte oder poröse bandförmi£.e materialien in Betracht, die durch eine Stützstruktur 7 im Rohrquerschnitt abgestützt werden können.
Die Stützstruktur 3 kann insbesondere so gestaltet sein, daß die Struktur 1 reibungsarm daran abgestütt ist. Beispielsweise können Wälzkörper oder reibungsarme Materialien für die Stützstruktur verwendet werden, so daß die Reibungsbeiwert entscheidend vermindert sind.
Eine elegantere und vorteilhaftere Ausführungaform der in Bild 3 gezeigten Struktur ist aus Bild 4 ersichtlich. Die Widerstandsstruktur 1 ist hier kreisscheibenförmig mit unterschiedlichen charakteristischen Abmessungen kleiner Reynoldszahl über die Kreisfläche hin ausgestattet. Auch hier können Materialien unterschiedlicher Porosität, Lochstrukturen mit unterschiedlicher Lochweite und Lochdichte, Gitter und Siebe oder dgl. verwendet werden. Die Kreisscheibe ist am Umfang mit einer Verzahnung versehen, in welche eine Antriebsschnecke 7 eingreift. Durch Verdrehen der scheibenförmigen Struktur 1 um ihre exzentrisch zum Rohr liegende Achse können die Bereiche unterschiedlicher charakteristischer Abmessungen nacheinander in den Rohrquerschnitt eingebracht werden. Die Kreisscheibe kann in einem Bereich in Größe des Rohrquerschnittes ausgespart sein, so daß der volle Rohrquerschnitt geöffnet werden kann, und in einem anderen Bereich undurchlässig sein, so daß das Rohr vollständig geschlossen werden kann. Die nicht zu vermeidenden Druckkräfte lassen sich vorzugsweise durch eine Lagerung der Kreisscheibe auf Wälzelementen 8 auf der stromab gelegenen Scheibenfläche aufnehmen, so daß die Betätigun'skräfte klein werden. Der Spalt zwischen Kreisscheibe und dem sie aufnehmenden Gehäuse auf der Abströmseite kann durch eine Ringdichtung 9 erzielt werden.
Eine weitere Gruppe von Drosselorganen, bei denen der volle Rohrquerschnitt bei veränderlichem Drosselwiderstand erhalten bleibt, stellen diejenigen nac den Bildern 5, 6 und 7 dar, bei denen die Regelung des Drosselwiderstandes durch eine Veränderung der in Strömungsrichtung gemessenen Dicke der Struktur bewirkt wird. Gemäß Bild 5 wird als Struktur 1 eine exzentrisch zum Rohr gelagerte Kreisscheibe verwendet, die in einem Gehäuse drehbar abgestützt ist.
Die eine Stirnfläche der Scheibe verläuft entlang einer Schraubenfläche, so daß durch Drehung der Scheibe die im Rohrquerschnitt liegende, für die Strömung wirksame Durchgangsdicke der Struktur verstellbar ist. Die keilförmige Ausbildung der Widerstandsstruktur 1 läßt insbesondere die Verwendung eines homogenen Widerstandsmaterials kleiner Reynoldszahl zu. Die Schraubenfläche ist nicht notwendigerweise eben, sondern sie kann der gewünschten Regelkennlinie in ihrer Formgebung angepaßt werden, beispielsweise mit wechselnder Krümmung gewölbt sein. Die Lagerung bzw.
die abdichtung der Scheibe ist in Bild 5 ähnlich wie in Bild 4 ausgeführt. Die Wälzelemente 8 sind jedoch nicht am Umfangsrand wie gemäß Bild 4, sondern rings des Rohrquerschnittes angeordnet. Zwischen der abströmseitigen Stirnfläche der Scheibe und dem sie aufnehmeneden Gehäuse 11 ist ein Spalt 10 freigehalten, in welchen das Strömungsmedium zum Druckausgleich eintreten kann. Ein solcher Spalt 10 kann entsprechend natürlich ebenso bei dem Drosselorgan gemäß Bild 4 vorhanden sein.
Gemäß Bild 6 ist die Struktur 1 in einzelne in Strömungsrichtung hintereinander liegende Platten aufgeteilt, die wahlweise in den Rohrquerschnitt eingebracht werden können. Insbesondere die Dicke und der spezifische Widerstand der einzelnen Platten kann zur Erzielung der gewünschten Regelcharakteristik unterschiedlich gewählt werden. Durch unterschiedliche Struktur quer über die Platten hin sowie durch unterschiedliche Stellung der einzelnen Platten im Rohrquerschnitt sind weitere Regelmöglichkeiten gegeben.
Die einzelnen Platten der Widerstandsstruktur 1 in Bild 6 sind vorzugsweise jeweils gesondert geführt, so daß Druckkräfte von den Führungselementen aufgenommen werden. An die Struktur der Platten wird wiederum lediglich die Anforderung gestellt, daß sie bei den jeweils in Frage kommenden Strömungsgeschwindigkeiten die Bedingung der kleinen Reynoldszahl erfüllt. Auch in der Anordnung nach. Bild 6 kann eine der Platten undurchlässig sein, so daß der Durchströmquerschnitt für die dahinter liegenden Platten eingestellt werden kann.
Bei der Ausführung nach Bild 7 wird die Dicke der Widerstandsstruktur 1 durch Verschiebung von keilförmigen-Elementen verändert. Durch im Querschnitt rechtwinklige keilförmige Elemente, die umgekehrt aufeinandergelegt sind, wie in Bild 7 gezeigt, kann insbesondere nach jeder Verschiebung der keilförmigen Elemente gegeneinander eine ebene Platte konstanten Drosselwiderstandes über den Durchflußquerschnitt hin erhalten werden. Die beiden keilförmigen Elemente der Struktur 1 in Bild 7 sind entsprechend den eingezeichneten Pfeilen bewegbar gelagert.
Bei den Drosselorganen nach Bild 8 und 9 wird die Widerstandsstruktur 1 durch eine lose Schüttung von körnigen, faserigen oder flächigen Elementen gebildet. Die Größe des Drosselwiderstandes hängt von der Höhe der Schüttung und der Größe und Form der StrulLtrelemente ab. Gemäß Bild 8 ist die geschüttete Struktur 1 auf einem Gitter 12 von unten abgestützt und wird vom Strömungsmedium von oben 'er du2's;h strömt. Gemäß Bild 9 ist die geschüttete Struktur zwischen zwei das Rohr durchquerewlden Gittern 12 gehalten, d ren stand einstellbar ist. Zwischen den Gittern 12 ist über der Schüttung ein Ausgleichsraum freigehalten, in welchen die Elemente der Struktur 1 bei einer Abstandsverkleinerung der Gitter 12 eintreten kann. Es kann auch eine kompressible geschüttete Struktur mit vorzugsweise elastischen Strukturelementen verwendet werden. Gemäß Bild 10 ist in einem zylindrischen Gehäuse 11 mit vertikaler Achse, in welches das Strömungsmedium von oben her eintritt und nach unten hin durch ein Rohr 4 austritt, die Struktur 1 innerhalb eines inneren Zylinders 14 und zwischen diesem und einem am Gehäuse 11 geführten Zylinder 13 aufgeschüttet. Der innere Zylinder 14 ist am Außenumfsng eines in das Gehäuse 11 ragenden Stutzens des Rohres 4 axial verschiebbar gefbAirt Am Außenumfang des inneren .,ohres 14 ist der unten einl>-zogene Teil des äu:eren Rohres 13 axial verschicbbar geführt. Die gaschüttets Struktur 1 innerhalb des inneren Zylinders 1t liegt auf einem das Rohr 4 querenden Gitter 12 auf. Durch entsprechendes Verschieben der beiden Zylinder 13 und 14 gegeneinander und gegenüber dem Rohr 4 kann unter Asnutzu der Schwerkraft und gegebenenfalls des strömenden 3.mediums die Schüttungshöh,e im inneren Zylinder 14 im Strömungsweg und damit der Widerstand der Struktur eingestellt werden.
In der-Anordnung gemäß Bild 11 ist die Struktur 1 aus einem Bett von Schwebekörpern ausreichend feinkörnigen Materials gebildet. Außerhalb des das Schwebebett aufnehmenden Raumes ist ein Vorratsbehälter 15 für Schwebekörper angeordnet. Durch geegnete Strömungsleitungen und Ventile 16, wie aus Bild 11 ersichtlich, kann mittels desStrömungsmediums selbst ein Vorrat an Schwebekörpern aus dem Vorratsbehälter 15 in den Raum des Schwebebettes eingebracht oder aus diesem in den Vorratsbehälter 15 abgefuhrt-werden.
Bild 12 zeigt zwei-Ausführungsbeispiele von Drosselorganen, bei denen die Widerstandsstruktur 1 aus strangförmigen Elementen, wie Fäden, Seile, Ketten, Drähte und Schläuche, gebildet ist, die innerhalb des Rohres 4 zu einem Voll- oder Hohlkegel aufgespannt sind. Die Kegelachse fällt dabei mit der Achse des Rohres 4 zusammen. Der Kegel wird von der Kegelspitze her angeströmt. Die die Basis des Kegels bildenden Enden der Strukturelemente sind am Umfang des Rohres oder an einem das Rohr durchquerenden Gitter 12, und die die Kegelspitze bildenden Enden an einer Verstellvorrichtung 17 befestigt. Mit der Verstellvorrichtung 17 gemäß den Bildern 12a und 12b kann die hohlkegelige Struktur 1 verdrillt werden, so daß der Abstand der Strukturelemente im nichtverdrillten Bereich, und damit der Durchflußwiderstand geändert wird, Gemäß den Bildern 12c und 12d ist die Verstellvorrichtung 17 insbsondere auch längsverschiebbar so daß die Spannung der Strukturelemente verändert werden kann. In der Stellung der Verstellvorrichtung 17 in Bild 12c sind die Strukturelemente vollständig ohne Spannung, so daß sie unter dem Einfluß der Strömung schicht:?örmig an dem Citter 12 anehäuft werden können. Die Schichtdicke und Art der Ablagerung der Strukturelemente kann durch den Bewegungsvorgang der Verstellvorrichtung 17 gesteuert und beeinflußt werden. Wenn die Strukturelemente beispielsweise aus Gummischnüren oder einem anderen elastisch nachgiebigen Ittaterial bestehen, kann durch Änderung ihrer Spannung mittels der Verstellvorrichtung 17 auch der Durchmesser der Schnüre, und damit die charakteristische Abmessung für die Bildung der Reynoldszahl geändert werden. Eine solche Änderung der Durchmesser der Strukturelemente läßt sich entsprechend auch bei quer zur Strömung gespannten Gummischnüren erreichen.
Die Ausführung des Drossekorgans gemäß Bild 13 stellt einen Übergang zwischen den Strukturen mit veränderlichem Querschnitt und veränderlicher Dicke der Widerstandsstruktur dar. Gemäß Bild 13 werden zwei mit ihrer Achse in Strömungsrichtung liegende keilringförmige Strukturelemente teleskopartig gegeneinander verschoben. Der Außenmantel des deren Strukturelementes sowie der Innenmantel des inneren Strukturelementes verlaufen kegelförmig, während der Innenmantel des äußeren Strukturelementes und der Außenmantel des inneren Strukturelementes zylindrisch sind. An den einander abgewandten Stirnseiten der Strukturelemente sind diese von einer Platte abgedeckt. Werden die beiden Strukturelemente soweit gegeneinander verschoben, daß die Platten in einer Ebene liegen tnt der Strömungsquerschnitt vollständig geschlossen. Wird das innere Strukturelemet, wie gestrichelt dargestelllt, aus dem äußeren Sttukturelent herausgeschoben, dann steht der volle Strömungsquerschnitt entsprechend deo Innenuqerschnitt des äußeren Strukturelementes offen.
Je nachdem, wie weit sich die beiden Strukturelemente über decken, können größere oder kleinere Drosselwiderstände eingestellt werden.
Die Ausführungsform gemäß Bild 13b stellt eine ähnliche Ausführungsform dar. Elier sind mehrere konzentrisch angeordnete Zylinder aus einer Struktur kleiner Reynoldszahl teleskopartig mittels einer als Schere ausgebildeten Verstellvorrichtung 17 verschiebbar. Die stromab gelegenen Stirnflachen der axial anges-brömten Hohlzylinder sind durch Platten abgedeckt. Die Abdeckplatte flir den innersten Hohlzylinder verschließt dessen stromab gelegenes Ende vollständig.
Je nachdem, wie weit die Kohlzylinder mittels der Verstellvorrichtung 17 auseinandergezogen werden, ändert sich der Drosselwiderstand für das Strömungsmedium. Der Strömungskanal ist vollständig geschlossen, wenn die Abdeckplatten der Hohlzylinder aneinanderliegen. Wie gezeigt,- sind die Axialspalte zwischen den Hohlzylindern durch Ringdichtungen 9 beidseitig verschlossen.
Gemäß Bild 14 ist die Struktur 1 aus zwei koaxial zum Rohr 4 angeordneten Hohlzylindern gebildet, die teleskopisch gegeneinander verstellbar und überdies gegeneinander verdrehbar sind. Die Hohlzylinder können streifebförmige Abschnitte unterschiedlicher Durchlässigkeit aufweisen, so daß durch eine Verdrehung der Zylinder gegeneinander je nach der dabei erzielten Überlagerung der Abschnitte unterschiedliche Widerstände eingestellt werden können. Durch Verschieben der Zylinder gegeneinander läßt sich eine weitere Widerstands änderung erreichen.
Gemäß Bild 15 mündet das Rohr 4 in das offene Ende eines einseitig verschlossenen zylindrischen Hahnkükens 18 ein, welches radial Durchtrittsspalte aufweist. Wie aus Bild 15 ersichtlich, sind radial beidseitig.des Hahnkükens 18 Strukturen 1 kleiner Reynoldszahl angeordnet, deren Durchtrittsdicke entlang des Umfangs des Hahnkükens 18 unterschiedlich ist. Je nachdem, wie weit das Hahnküken 18 verdreht wird, werden die Strukturen 1 auf unterschiedlichen Eintrittsquerschnitt und unterschiedliche Durchströmdicke vom Strömungsmedium beaufschlagt. Die Bilder 16a und 16b zeigen die Anwendung dieser Methode auf ein gebräuchliches Kugelventil. Gemäß Bild 16a ist der Kugelkörper des Ventils aus einer Struktur 1 kleiner Reynoldszahl gebildet. Gemäß Bild 16b ist die Durchtrittsbohrung des Eugdkörpers mit einer Struktur 1 kleiner Reynoldszahl ausgefüllt. Bei dem Ventil gemäß Bild 16a kann der Drosselwiderstand vom Werte O bis auf einen Minimaiwert, der von den charakteristischen Abmessungen der Struktur 1 abhängt - geregelt werden. In der Ausführungsform nach Bild 16b kann ein gewisser lviinimalwert des Drosselwiderstandes nicht unterschritten werden, jedoch der Rohrquerschnitt durch den Kugelkörper vollständig verschlossen werden. Eine ähnliche Widerstandsänderung - jedoch innerhalb eines nach oben und unten begrenzten Bereiches von Widerstandswerten - läßt sich gemäß Bild 17 durch eine Schüttung von frei beweglichon Strukturteilchen erreichen. Die geschüttete Struktur 1 ist in Strömungsquerschnitt zwischen zwei Schaufeln 19 gehalten, so daß durch Abstandsänderung ler Schaufaln 1S die Schütthöhe v rändert werden kann.
Der optimale 3etriebsbereich diesel Ausführungsfor en, Lei deren uerschnitt und Dicke der Wirderstandsstruktur verstellt wird, ist allerdings eingeschränkt. Denn zum einen können beim Betrieb in ganz geöffnetem Zustand durch die Bildung von freien Grenzschichten an den Austrittskanten, wie zum anderen auch durch hohe Strömungsgeschwindigkeiten in relatiy weit geschlossenem Zustand Strömungsgeräusche entstehen.
Der Betriebsbereich kann in diesen Fällen nur dadurch erweitert werden, daß die Randbereiche der Widerstandsstruktur die den Übergang zur vollen Öffnung des Rohrquerschnittes einleiten, aus besonders widerstandsarmen Material gebildet werden und daß im Bereich der kleinen Öffnungen besonders fein strukturierte Widerstandsmaterialien mit hohem spezifischen Widerstand verwendet werden.
Bein Übergeng zu Drosselorganen mit feststehend angeordneten dcrstandsstrukturen, bei denen der Durchgangsc.uer schnitt rc-f::elt @ird, treten die zuletzt genennten Schwierigkeiten natungenäß ebenfalls auf. Bild 18 zeigt ein einfaches @odell eines scbieberähnlichen Drosselorgans, bei welchem durch die Verstellung eines Plettenschiebers 20 ein größerer oder Kleinerer Strömungsquerschnitt in der vor und/oder hinter dem Schieberspalt angeordneten Struktur 1 frcigegsben wird. Wichtig für die Wirkung des Schieterms ist es, daß der Spalt 10 zwischen der Schieberplatte und den Strukturen 1 klein bleibt, so daß keine größeren Ausgleichsströmungen in ihm stattfinden können, denn sonst wäre die Regelbarkeit des Widerstandes stark eingeschränkt.
Gemäß Bild 18a sind die Strukturen 1 scheibenförmig. Bild 18b zeigt eine Abwandlung, in welcher die Dicke der Struktur 1 vor und hinter der Schieberplatte 20 zunehmend derart größer wird, daß bei kleineren Schieberöffnungen eine grössere Durchtrittsdicke der Struktur 1 wirksam ist. Hierdurch kann die Erhöhung der Eintrittsgeschwindigkeit, die zwangsläufig zu einer Erhöhung der Reynoldszahl in der Struktur führt, für den Bereich der kleinen Schieberöffnungen vermieden werden. Dasselbe Prinzip läßt sich bei dem Kugel ventil gemäß Bild 16c anwenden, wo die auf der rechten 8eite des Bildes gezeigte Widerstandeetruktur 1 auf der Seite des Kugelkörpers kugelflächig ausgehöhlt ist und eng an Kugelkörper angeordnet ist. Eine derartige Ausbilqug der Struktur 1 wird auch hier vorzugsweise angewendet, um eine Ausgleichsströmung im Spalt zwischen Kugelkörper und Struktur zu unterbinden.
In der linken Hälfte in Bild 16c ist eine scheibenförmige Struktur 1 gezeigt, die im Rohrquerschnitt vor dem Kugelkörper des Ventils eingebaut ist.
Bild 19 zeigt ein Drosselorgan mit einstellbarem Eintrittsquerschnitt vor der Struktur 1, welche den Rohrquerschnitt mit konstanter Dicke ausfüllt und beidseitig von Gittern 12 begrenzt ist. Eintrittsseitig vor der Struktur 1 ist eine Einstellvorrichtung 21 angeordnet, die aus einem Abdeckband gebildet ist, welches rolloähnlich auf einem querverschiebbar geführten drehbaren Stab aufgewickelt werden kann.
Gegenüber der Schieberplatte hat das Rollo den Vorteil, daß bei der Verstellung Reibungskräfte zwischen der Einstellvorrichtung 21 und dem angrenzenden Gitter 12 vermieden sind.
Durch das an das Rollo angrenzende Gitter 12 werden vom Rollo aufgebrachte Druckkräfte an das Rohr abgeleitet. Die 2-itter 12 können als Gitterroste, Strömungsgleichrichter oer dgl. ausgebildet sein.
Bild 20 zeigt ein Drosselorg.nn mit veränderlichem Regelquerschnitt, bei dem die Widerstandsstruktur 1 innen zylindrisch ausgebildet ist. Die Außenform kann zur Erzielung einer gewünschten Regelcharakteristik auch eine geneigte oder gekrümmte Mantellinie aufweisen. Die Regelung erfolgt durch Verschiebung eines Kolbens 22 im Zylinder. Das strömungsführende Rohr 4 läuft auf der einen Seite der konzentrisch dazu angeordneten Struktur 1 in dessen Innenbohrung übergangslos ein. Die Struktur 1 ist außen mit Abstand von einem Gehäuse 11 umgeben, welches hinter der Struktur sich verengend wieder in das Rohr 4 übergeht. Wird der kolben 22 bis in den Rohrquerschnitt geschoben, so ist das Drosselorgan geschlossen. Es lassen sich sämtliche durch die jeweilige Stellung des Kolbens 22 in der Struktur 1 bestimmten Zwischenstellungen abfahren, bis der Kolben 22 aus dem offenen Ende der Struktur 1 herausgeschoben und so der volle Öffnungsquerschnitt ohne Drosselwiderstand erhalten ist, Wie durch die Strömungspfeile in Bild 20 dergestellt, kann das gezeigte Drosselorgan für beide Strömungsrichtungen ei-nLgesetzt werden, 17 ie in der linken Hälfte in Bild 20 gezeigt, kann der Kolben 22 insbesondere auf der der Struktur zu.C'ewandten Seite stromlinienförmig gestaltet sein, damit ein etwas strömungsgunstigeres Verhalten der Ein oder Ab strömung in der Offenstellung gewährleistet ist.
Bild 21 zeigt ein hier sogenanntes Sinterscheibenventil, welches durch den Umbau eines gewöhnlichen Muffendurchgangsventils gemäß Bild 32 entstanden ist. Auf den Ventilsitz sind Ringe aus Sintermaterial aufgestapelt. Der Ventilstössel ist durch einen in der Ringbohrung der Ringe geführten Kolben 22 ersetzt. Ein Sintermaterial zur Bildung der Struktur 1 ist hier besonders gut geeignet, weil hier wegen der Feinkörnigkeit des Materials die Bedingung der kleinen Reynoldszahl leicht erfüllt werden kann. Die mit einem Kondensatormikrofon bei Suftdurchströmung des Ventils gemessen an Geräuschspektren zeigen deutlich, daß über den gesamten Frequenzbereich eine deutliche Minderung der Schallpegel eintritt. Eine Abstufung der Charakteristik der Struktur erfolgt bei diesem Ventil dadurch, daß die übereinandergestapelten Ringe aus Sintermaterialien unterschiedlichen spezifischen Strömungswiderstandes bestehen. Die Ringe sind so zusammengesetzt, daß bei kleinen Ventilöffnungen die Materialien großen Widerstandes wirksam werden. Die Struktur 1 ist auf dem Ventilsitz fest eingespannt gehalten. Der Kolben 22 gibt je nach Stellung unterschiedliche zylindrische Eintrittsflächen für das Strömungsmedium frei.
In der Schließstellung bewirkt der Kolben durch eine an seiner Bodenfläche angebrachte Dichtung eine völlig dichte Schließung des Drosselorgans. Wie das Drosselorgan in Bild 20 kann auch das Drosselorgan in Bild 21 ohne wesentliche Nachteile in beiden Strömungsrichtungen verwendet werden.
An Stelle des Sintermaterials für die Struktur 1 können auch andere geeignete Materialien, wie z.B. Faservlies aus Kunststoff bzw. Metallfäden oder eine Schichtung aus geeigneten prismatischen, flächigen oder fadenförmigen Widerstandskörpern verwendet werden. Bedingung ist lediglich wie bei allen anderen bisher beschriebenen Drosselventilen auch, daß der regulierbare Strömungswiderstand den erforderlichen Bereich abdeckt und für alle dabei auftretenden Strömungsgeschwindigkeiten die Bedingunffl der kleinen Reynoldszahl möglichst gut erfüllt ist.
Die Einhaltung des Prinzips der kleinen Reynoldszahl bei Veränderung des Regelquerschnitts läßt sich auch mit Anordnungen erreichen, deren Prinzip aus Bild 22 ersichtlich ist. Hier werden zwischen Ein- und Austritt'cquarschnitt, welche vorzugsweise mittels eines elastischen Schlauches 23 verbunden sind, aufgespannte, oder eingelagerte t«7iderstandsstrukturen, die der Bedingung der kleinen Reynoldszahl entsprechend gewählt sind (z.B. Drähte, Faser- oder Schwammstrukturen oder sich in Strömungsrichtung erstreckende Fäden) von außen durch Zusammendrücken des nachgiebigen Schlauches über eine Teillänge hin zu kleineren Porenweiten hin verändert. Der Durchflußwiderstand läßt sich von einem nicht zu unterschreitenden Minimalwert, der von der Art und Packungsdichte der Struktur im Ruhezustand abhängt, stetig bis auf sehr hohe Werte regeln. Die Struktur 1 in Bild 22 kann im nicht zusammengedrückten Zustand mit d m Hüllschlauch 23 Querschnitte haben, die größer sind als der Eintrittsquerschnitt. Dann liegt zwar immer noch dr Fall der Widerstandsänderung durch Querschnittsänderung vor. Es ist jedoch unter Umständen dr Regelguersc'mitt in @einer Hinimalstellung größer als der Eintrittsquerschnitt, so daß sich in Fällen, bei denen schon in der Bohrleitung hohe Strömungsgeschwindigkeiten vorliegen, die Strömungsgeschwindigkeiten in der Drosselstruktur absenken lassen und damit die Bedingung der kleinen Reynoldszahl leichter zu erfüllen ist, Dieses Verfahren ist natürlich auch bei vielen anderen der zuvor besprochenen Ausführungsformen anwendbar und soll hier als allgemeiner Anspruch in einem als für alle Fälle geltenden Ausführungsbeispiel beschrieben sein. Die Struktur 1 kann zur Vermeidung von instationärem Strömungsverhalten bis in den sich in Strömungarichtung erweiternden Eintrittsquerschnitt hinein erstreckt werden, so daß hier ein stetiger Übergang vorhanden ist und durch den in der Widerstandsstruktur erfolgcndcn Druck anstieg und die zähe Umströmung der einzelnen StrukturelemX !t instationäre Strömungsvorgäge nicht entstch-r können bzw. soweit vorhanden, gedänpft werden. Auf der Austrittsseite des Drosselorgens kann die Struktur 1 genäß ib sich bis in der enger werdenden Austrittsstützen erstrecken, um ei ideale störungsfreie Überleitung der Strömung in das anschließende Rohr zu gewährleisten. Die gezeigte Druckvorrichtung 2 steht als Beispiel für verschiedene Möglichkeiten zum Zusammendrücken des eigentlichen regelbaren Querschnittes. Vorzugsweise verwendet werden können hier hydraulische oder pneumatische Stellglieder, die in vielen Fällen mit dem Strömungsmedium selbst gesteuert werden können. Oft wird man zweckmäßig den nachgiebigen Schlauch 23 selbst hydraulisch oder pneumatisch verformen. Beispielsweise kann der Schlauch 23 die Innenwand eines Doppelwandrohres bilden, dessen Außenwand nicht verformbar ist, wobei in den Mantelraum des Doppelwandrohres ein hydraulisches oder pneumatisches Druckmedium wechselnden Druckes eingebracht werden kann.
Bild 23 zeigt eine Abwandlung des in Bild 22 gezeigten Prinzips. Hier ist die Struktur 1 durch aufweitbare Hohlplatten oder -bänder oder flache Schläuche in einzelne Lagen unter teilt, welche Strömungskanäle für das Strömungsmedium bilden0 Die Strukturlagen können, wie in der unteren Hälfte von Bild 23c gezeigt, ähnlich wie in Bild 22 in Strömungsrichtwrg aufgespannt gehalten sein, oder wie in der oberen Hälfte von Bild 23c in Strömungsrichtung mäanderörnig um die Hohlkörper 26 herumgewickelt sein. Gemäß Bild 23a ist umgekehrt ein bandförmiger Hohlkörper 26 quer zur Strömungsrichtung mäanderförmig verlaufend um die lagen des Strukturmaterials 1 herumgewickelt. Die Hohlkörper stehen miteinander in Verbindung und können über einen Druckstutzen 25 hydraulisch oder pneumatisch aufgeweitet oder zusammengezogen werden.
Dadurch verändert sich der Widerstand der dazwischenliegenden Struktur 1. Diese Bauart eines Drosselorgans läßt sich auch ohne die Strukturlagen 1 verwenden, wenn die Wandungen der Hohlkörper so weit verformt werden, daß eine wesentliche Änderung des Durchflußquerschnittes eintritt und damit eine Regelung des Durchflußwiderstandes erfolgt. Solche Drosselorgane arbeiten jedoch nur dann nach dem Prinzip der kleinen Reynoldszahl, wenn die Abmessungen der Kanalstruktur zwischen den Hohlkörpern dem Prinzip der kleinen. Reynoldszahl entsprechen. Dies bedeutet, daß in geöffneter Stellung, d.h. bei nicht aufgeweiteten Hohlkörpern, deren Dicke, und bei aufgeweiteten Hohlkörpern die Dicke der zwischen ihnen verbleibenden Spalte der Bedingung der kleinen Reynoldszahl genügen muß. Ist dies nicht der Fall, dann sind solche Drosselorgane eher als Ausführungsbeispiele für die Prinzipien der Vermeidung von Unstetigkeitsflächen oder der Aufteilung instationärer Strömungsgebiete anzusehen.
In Abwandlung der oben beschriebenen und in Bild 23 dargestellten Ausführungsformen können die Hohlkörper 26 uch zu einer hohlen Gitter- oder Roststruktur zusammengefaßt werden, welche elastisch aufweitbar wld zussamenziehbar ist.
Bild 24 zeigt eine einfache technische Ausführung der im Zusammenhang mit Bild 22 beschriebenen Bauart mit veränderlichem Strömungsquerschnitt in der Struktur 1. Gemäß Bild 24 ist die Struktur 1 in einen üblichen Plattenschieber einge-Laut und wird über eine Teillänge hin von der Schieberplatte 24 zusammengedrückt. Die Struktur 1 ist vorzugsweise von einem Schlauch 23 umhüllt und elastisch verformbar. Als Strukturelemente werden wieder vorzugsweise band- oder fadenförmige Materialien verwendet, die dehnbar sind und sich in Strömungsrichtung erstreckend an ihren Enden festgehalten sind. Dies kann beispielsweise an stromauf und stromab die Struktur 1 begrenzenden Gittern 12 in Form von Grobsiehen oder Rosten oder dgl. geschehen. Es ist aus Bild 24 ersichtlich, daß sich die durch die Schieberplatte 27 verformte Struktur 1 von der Eintrittsseite her stetig bis zum engsten Querschnitt verjüngt und zur Austrittsseite hin stetig erweitert.
In Bild 25 ist eine heitere Bauart eines Drosselorgans gezeigt, bei welchem ein regelbarer Widerstand bei Einhaltung der Bedingung der kleinen Reynoldszahl vorhanden ist. Gemäß Bild 25 ist das dort gezeigte Drosselorgan durch Umbau eines Muffendurchgangs- oder Tellerventils gemäß Bild 32 gestaltet. An Stelle des Ventilsitzes ist gemäß Bild 25 ein Hohlkegelstumpf mit Innengewinde vorgesehen, in welches ein kegelstumpfförmiger Zentralkörper mit seinem Außengewinde eingreift Die Veränderung des-Durchflußwiderstandes wird hauptsächlich durch die Vergrößerung der Spaltweite in den Gewindegängen durch Verdrehen des Zentralkörpers erreicht. Ein kleiner zusätzlicher Effekt an Widerstandsänderung entsteht dadurch, daß beim Herausdrehen des Zentralliörpers die Länge des von der Flüssigkeit durchlaufenen schraubenlinienförmigen Kanals zugeich verkürzt wird.
Das lowinde kann je nach Änwendu-cigszweck auch mehrgängig ausgeführt werden. Der Hauptanwendungsbereich dieses- Drosselorgans liegt bei Durchflußregelung für kleine Mengen, da der eigentliche Strömungsquerschnitt im Verhältnis zum Querschnitt des Regelkörpers bauartbedingt klein bleiben muß.
Eine vom Prinzip her mit dem Drosselorgan in Bild 25 vergleichbare Lösung läßt sich durch Abwandlung des Drosselorgans nach Bild 6 erreichen. Wenn dort die Schieberplatten abwechselnd nach oben in das obere Gehäuse 11 und nach unten in ein nicht gezeigtes unteres Gehäuse verschoben sind, entsteht ein in'S'trömungslängsrichtung mäanderförmig verlaufender Spalt. Wenn man hier zusätzlich eine Verstellung der Schieberplatten quer zur Plattenebene vorsieht, läßt sich der Spalt, in Länge und Breite einstellen. Die Schieberplatten brauchen dabei nicht undurchlässig zu sein, sondern sie können auch selbst aus einer durchlässigen Struktur kleiner Reynoldszahl bestehen.
Bei den bis hierher besprochenen und auch bildlich dargestellten Drosselorganen, die nach dem Prinzip der kleinen Reynoldszahl arbeiten, ist dieses Prinzip stets so angewendet worden, daß der eigentliche zur Regelung des Durchflusses dienende Drosselwiderstand in der Struktur kleiner Reynoldszahl selbst zu suchen ist. Es gibt Jedoch eine weitere Anwendung des Prinzips der kleinen Reynoldszahl, bei der man sagen kann, daß das Prinzip selbst für die Geräuscharmut des betreffenden Drosselorgans zuständig ist, der eigentliche Drosselwiderstand oder die z.B. bei Gasen den Durchfluß bestimmende vuerschnittsfläche selbst nicht nach dem Prinzip der kleinen Reynoldszahl gestaltet' ist. Bei dieser Anwendung des Prinzips dient eine Struktur kleiner Reynoldszahl vorzugsweise auf der A Jtrömseite des eigentliehen Regelorgans dazu, einen Strömungswiderstand zu erzeugen, der einer Ausbildung von instationären Strömungsvorgängen aufgrund der Regelmechanismen verhindern kann und Störbewegungen, soweit sie bereits in der Strömung vorhandcr sind, durch Reibungseffekte vermindern und unter Um, ständen beseitigen kaun. Drosselorgane1 die mit dieser zwei ten Ert der Anwendung des Prinzips der kleinen Reynoldszahl arbeiten, sind vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur kleiner Reynolds'zahl nicht den wesentlichen Strömungswiderstand des Drosselorgans ausmacht und vorzugsweise in Gebieten des Drosselorgans angeordnet wird, die Anlaß zur Ausbildung von Turbulenz, Unstetigkeitsflächen und anderem instationären Strömungsverhalten geben. Eine Teilanwendung dieses Prinzips ist bereits bei der Beschreibung von Bild 22, dort insbesondere die Struktur Ib erwähnt. Aber auch die in Bild 24, 23, 21, 20, 19, 18, 16c, 6 und 1 gezeigten Ausführungsformen lassen sich entsprechend modifizieren. Die Hauptänderung besteht im wesentlichen darin, daß die Struktur 1 auf der stromab gelegenen Seite des Drosselorgans wesentlich verdünnt" wird und somit bei relativ kleinem spezifischen und absoluten Widerstand lelediglich der Stabilisierung des Stro'mrngsvcrhpltens dient, Oft ist es hierzu zweckmäßig, die in Strömungsrichtung gemessenen Abmessungen der Widerstandsstruktur s'u vergrössern und diese aus Fasern, Fäden oder Drähten herzustellen, bei denen ich kleine Durchmesser der Btrukturelemenee leicht mit kleinen Strukturdichten kombinieren lassen.
Diese Strukturen werden dabei vorzugsweise in den Gebieten, die von der Strömungsinstabilität besonders betroffen sind, angeordnet, z.B. hinter dem Austrittaspalt eines Schiebers, und zwar besonders in dem Bereich, in dem der Schieber mit kleinen Austrittsspalten arbeitet, in und an der Grenze von Ablösungsgebieten der Strömung sowie an Stellen in Gasströmungen, an denen instationäre Verdichtungsstöße Schwankungsenergie erzeugen. Oft kann es dabeilzweckmäßig sein, die Struktur kleiner Reynoldszahl nicht unmittelbar in die Gebiete mit größter Strömungsgeschwindigkeit einzubringen, weil die Struktur dort durch die Reibungskräfte zu stark belastet würde. Vielmehr kann es zweckmëssig sein, die Struktur in das eigentliche Vermischungsgebiet vonHaupt- und Nebenströmung einzubringen, welches im allgemeinen nicht mit den Gebieten größter Strömungsgeschwindigkeit zusammenfällt, denn in diesen Vermischungsgebieten gerade werden die größten Schwankungsenergien erzeugt, so daß gerade hier eine Struktur kleiner Reynoldszahl zu wirksamer Absenkung des Geräuschpegels führt. Es ist aus Obigem ersichtlich, daß die Struktur kleiner Reynoldszahl nicht immer den gesamten Strömungsquerschnitt ausfüllen muß, sondern daß auch eine Anordnung der Struktur in Teilen des Strömungsquerschnittes vorteilhaft sein kann.
Die im letzten Abschnitt behandelte Anwendung des Prinzips der kleinen Reynoldszahl stellt eine gewisse Überschneidung zum nachfolgenden Abschnitt dar, weil auch im ersterem die Vermeidung von Unstetigkeitsflächen gelegentlich Ziel der Anwendung ist. Auf das oben besprochene Verfahren zur Vermeidung von Unstetigkeitsflächen wird daher im Rahmen des nachfolgenden Abschnitts nicht mehr einteegangen.
Ein Drosselorgan, welches nach dem Prinzip der Vermeidung von Unstetigkeitsflächen gebildet ist, stellt der Düsenregler gemäß Bild 26 dar. Hier ist in Längsrichtung im Strömungsweg eine sich in Strömungsrichtung zuerst verengende und dann erweiternde Düse 28 angeordnet, in welche von der Stromauf gelegenen Düsenseite her ein schlanker Regelkonus 29 eingreift. Wie-aus dem Bild ersichtlich, ist der Regelkonus 29 axial in das stromab gelegene Ende eines vor der Düse 28 im Strömungsweg liegenden Stützkernes 31 eingeschraubt und somit auswechselbar. Der Stützkern 31 ist über radiale Stützrippen 30 am Einlaufrohr 32 befestigt, welches gleitend auf dem zylindriscllen Außenumfang der Düse 28 verschiebbar cr ist. Die Düse 28 ist an ihrem stromab gelegenen Ende mit Innengewinde auf das Außengewinde eines Auslaufstutzens 33 geschraubt, so daß die Düse eben falls auswechselbar ist, Am stromauf gelegenen Ende der Düse 28 ist an dessen ußnumfang, eine Ringdichtung 9 angeordet, die den Spalt zwischen der Außenseite der Düse 28 und de diesen umgebenden Teil des Einlaufrohres 32 abdichtet.
@erden Auslaufstutzen 33 und Einlaufrohr 32 auseinandergezogen oder zusammengeschoben, so wird der Regelkonus 29 aus der Düse 28 heraus oder in diese hineinbewegt, so daß der freie engste Düsenquerschnitt vergrößert oder verkleinert wird. Alternativ kann auch der Regelkonus 29 an seinem Stützkern 31 im Sinlaufrohr verschiebbar geführt sein, so daß B dann die Führung zwischen Düse 28 und Einlaufrohr 32 entfällt, Bei der Regeldüse gemäß Bild 26 wird durch die Formgebung iter Düse 28 sowie des Regelkonus 29 erreicht, daß der Druckgradient in der verzögerten Strömung hinter dem Regelquerschnitt bei inkompressiblen Medien nicht zu groß wird. Bei kompressiblen medien, also Gasen, wo im erweiterten Teil der Regeldüse eine weitere Beschleunigung des Mediums stattfindet, ist zunächst die Bildung von freien Grenzschichten ohnehin nicht zu befürchten. Bilden sich jedoch in der Düse entsprechend dem Druckverhältnis, mit dem der Regler betrieben wird, Verdichtungsstöße aus, so ist auch hier eine Strömungsablösung und damit die Bildung von freien Grenzschichten zu erwarten. Auch in diesem Fall kann jedoch bei entsprechend geringer Querschnittszunahme pro Längeneinheit im Austrittsteil des Düsenreglers, d.i. die $uerschnittszunahme des vom in Strömungsrichtung sich verjüngenden Regelkonus 29 uhd dem sich in Strömungsrichtung erweiternden Austrittsteil der Düse 28 gebildeten ringförmigen Strömungsquerschnitts, die Ausbildung von freien Grenzschichten und damit das instationäre Verhalten der transsonischen Strömung in der Expansionsdüse vermieden werden. Da die Ausbildung von Instabilitäten in Unterschallexpansionsdiisen im wesentlichen vom Druckgradienten Ings der Düsenachse bestimmt wird, sind die Außenkontur des Regel konus 29 und die Innenkontur des Austrittsteils der Düse 28 vorzugsweise so vorlaufend ausgebildet, daß der Druckgradient längs der Strömungsrichtung im sich erweiternden Teil der Regeldüse stromab vom engsten Querschnitt für die wichtigsten Letriebsbereiohe konstant und ausreichend klein ist.
Bild 27 zeigt eine weitere Anwendung des Prinzips der Vermeidung von Unsteti,skeltsflächen. Die Ausführungsform aus Bild 27 ist besonders dann geeignet, wenn der Druckgradient auf der Abströmseite zweier den Regelquerschnitt bildend er Schieberplatten 24 durch die vor.regebenen Druck- und Abmessungsverhältnisse nicht auf die erforderlichen kleinen Werte gebracht werden kann0 Dann kann durch Absaugen bzw. Ausblasen von Strömungsmedium längs der sich erv-eiterden Wand der den Schieberplatten nachg,eschalteten Düse 28 auf der Abströmseite der Schieberplatte eine Ablösung des Strömungsmediums vermieden und damit die Ausbildung von instationären turbulenten Vermischungsvorgängen verhindert werden0 Auch das instationäre Verhalten von Gasströmungen, welches durch Verdichtungsstöße beeinflußt wird, läßt sich durch eine derartige Anordnung, bei welcher vorzugsweise Abseugung verwendet wird, stebilisieren. Bei der in Bild 27 gezeigten Ausführungsform wird zwischen den beiden Schieber latten 24 ein rechteckiger Spalt gebildet. Die nach,-eschaltete sich erweiternde Düse 28 kann aus zwei elastisch verformbaren gelochten oder porösen Wänden bestehen, derer stromauf gelegenes Ende an der Abströmseite der Schieberplatten 24 und deren stromab gelegenes Ende am Innenumfang des Auslaufstutzens des Drosselorgans befestigt sind. Dadurch werden die die Düse 28 bildenden Wände mit den Schieberplatten mitbewegt. Zwischen den Wänden der Düse 28 und dem sie umgebenden Gehäuse 11 sind im iusführungsbeispiel Räume gebildet, welche mit einer Saug- oder Druckquelle verbindbar sind. Die in Bild 27 gezeigte ebene Ausführung eines solchen Reglers läßt sich auch entsprechend in eine rotationssymmetrische oder auch einseitig unsymmetrische Ausführungsform mit nur einer Sohieberplatte 24 umwandeln.
Di Ausblas- bzw. Abs-ugfl:che der Düse 28 wird vorzugsweise aus Lochblenden, Drahtgittern, Paservliesen oder vergleichbaren porösen Strukturen mit geniigend glatter Oberfläche gebildet. Der Fall des Ausblasens von Strömungsredium ist deswegen technisch besonders einfach zu verwirklichen, weil hierbei meist das Ausblasmedium aus dem Str8-mungsmedium selbst vor dem Drosselorgan wegen des dort höheren statischen Druckes unmittelbar ohne zusätzliche Verdichtungseinrichtung verwendet werden kann.
Die Bilder 28 bis 36 zeigen Ausführungsbeispiele, die das Prinzip der Veränderung der charakteristischen Abmessung und der räumlichen Anordnung des instationären Strömungsvolumens betreffen, Das Prinzip der Veränderung einer charakteristischen Abmessung und/oder der Struktur des instationäran Strömungsgebietes ist durch die Regelanordnungen nach ild 28 cherakterisiert. Gemäß Bild 28a sind zwei iociplatten quer zur Strömungsrichtung im Strömunsweg angeordnet, von denen eine gegenüber der anderen verschoben worden kann. Durch ändert sich die Überdeckung der Löcher in den Lochplatten und damit die Querschnittsgröße und Richtung der durch die Struktur 34, welche von den Lochplatten gebildet ist, begrenzten Durchströrmkanäale. iin Gtelle der iochplatten können zuch Schlitzplatten oer czlO verwendet werden. Durch die Verschieburle der Lochplattcr gegeneinander wird somit der Querschnitt und gegebenenfalls die Strömungsrichtung von den hindurchtre4-anden Strömuns--szweigen verändert. Die Loch- oder Schlitzstruktur 4 dient der Vervielfachung des sonst bei einem normalen Schieber gebildeten einzelnen Strahls. Diese Vielfachstrshlanordnung verschiebt die erzeugten Frequenzen einerseits zu höheren Werten, andererseits wird die Entstehung von tiefen Frequenzen, wie sie bei Vielfachstrahlanordnung in der freien Atmosphäre durchaus wiederum auftritt, durch die umhüllende Rohrwand weitgehend vermieden0 Außerdem bilden die Einzelstrahlen, die von den Strukturelementen der Regelstruktur 34 ausgehen, eine gegenseitige Abschirmung, so daß die auf die Rohrwandung auftreffenden Schwankungsenergien dadurch entscheidend vermindert werden. Eine Dhnliche Wirkung läßt sich mit einer jalousieähnlichen Anordnung aus Schwenkklappen gemäß den Bildern 28b und 28c erreichen. Die hier die Struktur 34 bildenden Regelklappen sind gemäß Bild 28b parallel zueinander und gemäß Bild 28c abwechselnd gegeneinander verschwenkbar, Die gezeigte Verstelleinrichtung für die S.egelklappen hat hier nur symbolische Bedeutung. Eine Verstellung der Klappen kann auch beispielsweise durch eine Verdrehung der Schwenkachsen der Klappen von außen erfolgen. Auch ist die Ausgestaltung der Klappen nicht zwingend flächig, wie gezeigt, sondern es kommen auch strömungsgünstig gestaltete Ebene oder gekrümmte Körper und ähnliches in Frage.
Kongruent gelochte oder geschlitzte Scheiben gemäß Bild 29 können ebenfalls verwendet werden, um eine Vielfachstrahlanordnung zu erzeugen. Die in Bild 29 gezeigte Anordnung hat einen besonders geringen Bauaufwand.Hier sind zwei koaxial zum Rohr 4 die Struktur 34 bildende Scheiben hintereinander angeordnet. Eine der Scheiben ist feststehend und die andere Scheibe mittels einer an ihrem Umfang ausgebildeten Verzahnung, in welche eine Verstellschnecke eingreift, angetrieben drehbar angeordnet. Wie in Bild 29a gezeigt, ist die drehbare Scheibe auf einem Zapfen der feststehenden Scheibe gelagert. Durch kleine Verstellungen der drehbaren Scheibe gegenüber der feststehenden Scheibe läßt sich die Üfberdeckung der Durchtrittsöffnungen in den Scheiben andern. Die Regelcharakteristik dieser Drosselorgane kann durch die Formgebung der Durchtrittsöffnungen als Löcher, die beispielsweise im Querschnitt tropfenförmig gestaltet sein können, oder Schlitze, die gerade oder gekrümmt sein können, und dur h sçrundung und Krümmung zv)0 eigung der Loch- oder Schlitzwände besonders für den Bereich der kleinen Durchlaßquerschnitte verbessert werden. Die Löcher oder Schlitze werden dabei vorzugsweise, wie in Bild 29 gezeigt, zur Achse der Scheiben hin enger. Die einzelnen Lochreihen oder Schlitze sind vorzugsweise radial zur Scheibe ausgerichtet.
Als Abwandlung der in Bild 29 gezeigten Ausführungsform kann auch ein entsprechend Bild 4 gezeigtes Drosselorgan verwendet werden, wo eine einzige Kreissoheibe exzentrisch vom das Strömungsmedium führenden Rohr gelagert ist und Scheibenausschnitte unterschiedlicher. Durchtrittsstruktur aufweist, Bs können hier auch ähnlich wie in Bild 29 zwei exzentrisch zum Rohr gelagerte und in dieses eingreifende Scheiben mit Abschnitten unterschiedlicher Loch- oder Schlitzstruktur verwendet werden, wobei beide Scheiben gesondert verstellbar sind, so daß die erwünschte Überlagerung der Loch- oder Schlitzstruktur erzielt werden kann.
Die Struktur 34 kann auch die in Bild 29b im Prinzip gezeigte Ausbildung haben. Hier sind in Strömungsrichtung im Abstand hintereinander angeordnete Loch- oder Schlitzplatten angeordnet, deren Löcher oder Schlitze von Platte zu Platte abwechselnd gegeneinander versetzt angeordnet sind. Die Löcher oder Schlitze können so weit gegeneinander versetzt sein, daß sich diejenigen einer Platte mit denen der benachbarten Platte nicht überdecken. Durch Verschiebung der vorzugsweise federnd aneinander abrestützWn Platten unter Veränderung ihrer Abstände läßt sich der wirksame Durchgangsquerschnitt durch die Struktur 34 und deren Widerstand ändern.
Nach Bild 30 sind auch Anordnungen geeignet, bei denen Z5tlindrische, kegelförmige, oder andere rotationssymmetrische Schalen koaxial zur Strömungsrichtung angeordnet sind und deren Schalenmantel durchströmt wird. Die Schalen einer derartigen Struktur 34 können durch Verdrehen gegeneinander verstellt werden, so daß die in den Schalen ausgebildeten Löcher, Schlitze oder dgl. durch ihre Überdeckung die Strahlform und/oder den Strahlquerschnitt der erzeugten Vielfachstrahlen verändern. Die beiden Schalen sind dabei vorzugsweise gut dichtend gleitend aneinander geführt, damit eine Querströmung im Spalt zwischen den Schalen vermieden ist. Es kann aber zweckmäßig sein, Die Dichtung auf die streifenförmigen Umfangsbereiche, in denen die Löcher jeweils ausgebildet sind, zu beschrinn, damit die Reibung zwischen den beiden Schalen nicht zu groß wird.
In den übrigen Schalenbereichen ist dann zwischen diesen ein Spalt vorhanden, in welches Strömungsmedium von der Eintrittsseite her eintreten kann und zum Drackausgleich dient.
Eine Variante dieser Anordnungen ist eine Ausführungsform entsprechend Bild 4, bei der die Scheibe mit einer unterschiedlichen Anzahl, Dichte und/oder Form von Löchern, Schlitzen oder sonstigen Durchbrüchen längs der Scheibenfläche versehen ist und damit bei Drehung im eigentlichen Rohrquerschnitt Strahlen, die durch unterschiedlichen Durchmesser und unterschiedliche Anzahl und Form gekennzeichnet sind, zu erzeugen gestattet und damit eine Regelung des-Durchflusses zuläßt. Alle diese Anordnungen zeichnen sich dadurch aus, daß gegenüber dem gewöhnlichen Ventil oder Schieber eine Vervielfachung der Anzahl von Flüssigkeits-bzw. Gasstrahlen entsteht, so daß räumlich kleinere Vermischungsgebiete vorhanden sind, die höhere Frequenzen bei reduzierter Leistung der abgestrahlten Geräusche erzeugen sowie, wie bereits weiter oben erwähnt, eine gegenseitige Abschirmwirkung haben. Auch durch Yervielfachung der Durchtrittsspalte durch die Struktur 34 durch Stapelung von torusförmigen oder zylindrischen, im Abstand von einander angeordneten Scheiben wie gemäß Bild 31a läßt sich eine Aufteilung des Strahles, welcher bei einem der heute üblichen Ventile nach Bild 32 radialsymmetrisen gebildet wird, in eine vielfach gefächerte Anordnung der Dürchtrittsstrahlen erreichen. Gemäß Bild 31a sind die dort gezeigten Ring scheiben irm zylindri schon Stapel durch Pederelemente, bcispielise durch auf Pührungsstangcn aufgesteckte Tellerfeder- 36 im gegenseitigen Abstand stabilisiert, so daß hydrodynamische Instabilitäten der Anordnung vermieden werden können. Solche Instabilitäten werden mit Sicherheit ausgeschaltet, solange die Federkräfte, welche die Strukturelemente im gegenseitigen Abstand stabilisierenj und ---die Reibungskräfte, die durch die Wechselwirkung mit den Führungsstangen entstehen, groß gegen die Druckkräfte sind, die auf das einzelne Strukturelement wirken. Damit entstehen bei gleichem Durchfluß gegenüber dem normalen Tellerventil nach Bild 32 dünnere Strahlfächer, die unkorreliert zerfallen, außerdem höhere Frequenzen erzeugen und damit zugleich in Lästigkeit und abgestrahlter Schalllsistung gegenüber dem Mormalventil verbesserte Eigenschaften h@-ben. Wie in Bild 31 gezeigt, kann die Struktur 34 itls einer Druckvorrichtung 2 zur Änderung der Lurchtrittssp@lte zwischen den Strukturringen ai"l verstellt 'e}'-'. n.
Gemäß Bild 31b besteht die Struktur 34 au verformbaen Bändern, die im Abstand von einend-"r --anÜ,eordnat zur allen eine kegelstumpfförmige oder zylidrische Struktur bilden Die Bänder sind an ihrem einen Ende fest und an ihrem anderen Ende am drehbar verstellbaren Kern einer Einstelleinrichtung 24 befestigt, so daß durch Verdrillen der Struktur die Größe der Durchtrittsspalte wender wi"d.
Wie aus Bild 31b ersichtlich, können die Bänder mit unter Spannung stehenden elastischen Abstandsringen 36 zur hydrodynamischen Stabilisierung aneinander abgestützt sein.
Eine ähnliche Struktur 34 kann durch Aufspannen einer Netzstruktur, beispielsweise eines Drahtnetztes, erhalten werden.
Vom Prinzip her ähnliche Ausführungsformen wie in Bild 31a für die Struktur 34 sind in den Bildern 33 bis 35 gezeigt.
Hier besteht die Struktur 34 aus zylindrischen oder kegelförmigen Schraubenfedern, die aus Rundmaterial oder Bandmaterial gewickelt sein können, oder aus vorzugsweise elastischen Gittern oder Sieben, die den Mantel eines Hohlkegels oder eines Hohlzylinders bilden. Durch axiales Zusammendrücken oder Verderilen des Zylinder- oder Kegelmantels bzw. der Schrauben lassen sich die Durchtrittzsöffnungen in ihrem Querschnitt verändern. Die Schraubenfedern können aus glattem Band- oder Drahtmaterial gewickelt sein oder aus gewelltem Bandmaterial, wie in Bild 33a4 gezeigt, oder Drahtmaterial bestehen. Bild 33a2 zeigt einen Waberrost aus an den Knotenstellen miteinander verschweißten gewellten Bändern und Bild 33a3 ein Gitter aus abwechselnd aufeinander gelegten und miteinander verbundenen glatten und gewellten Bändern zur Ausbildung der Struktur 34. Die Schraubenstrukturen können auch mehrgängig sein oder es können mehrere Schrauben konzentrisch ineinandergesteckt sein. Die beiden in den Bildern 33a2 und 33a3 gezeigten Strukturen zur Strahlaufteilung, die im wesentlichen der in Bild 2 gezeigten ebenen Struktur entsprechen, können im Prinzip so fein ausgeführt werden, daß das Prinzip der kleine Reynoldszahl erreicht ist und damit nicht mehr von bloßer Strahlaufteilung gesprochen werden kann. Es liegt also auch hier ein Übergang zwischen dem Prinzip der Strahlaufteilung und dem Prinzip der kleinen Reynoldszahl vor.
Andere Übergänge dieser beiden Prinzipien sind in den Schraubenstrukturen gemäß Bild 33b gezeigt. Gemäß Bild 37b5 sind mehrere Schraubenfedern ineinandergeschraubt.
Die Spalte zwischen den Schraubenwindungen jeder Einzelschraube teilen die Strömung jeweils in Einzelzweige auf und arbeiten damit nach dem Prinzip der Strahlaufteilung, wohingegen die Durchtrittsspalte zwischen den Schraubenwindungen benachbarter Schrauben die Bedingung der kleinen Reynoldszahl erfüllen. Gemäß den Bildern 33b2 und 33b3 sind die draht- oder bandgörmigen Windungen einer Schraubenfeder von einem Material kleiner Reynoldszahl mit einer solchen Dicke umhüllt, daß bei entlasteter Schraubenfeder zwischen den EüllenwindunEen dem Prinzip der Strahlaufteilung cntsprechende Spalte entstehen. Werden die umhüllten Federn bis zur Anlage der verformbaren Hüllenwindungen verformt, entspricht die dadurch entstandene Struktur der Bedingung der kleinen Reynoldszahl. Ähnlich sind die Schraubenwindungen gemäß Bild 33b4 mit Strukturelementen beispielsweise bürstenähnlich besetzt, wobei der durch die eigentlichen Schraubenwindungen das Prinzip der Strahlaufteilung und durch den Strulcturbesatz das Prinzip der kleinen Reynoldszahl ver^rirklicht wird. Bild 33b1 zeigt schließlich eine Ausführungsform, bei welcher eine zylindrische Struktur 1 kleiner Reynoldszahl ständig in Strömungsweg angeordnet ist und von innen und rußen durch dort angeordnete Schraubenfedern umgeben ist. Diese Schraubenfedern tragen zur Strahlaufteilung bei. Sie können aber auch lediglich als Stützelemente für die Struktur 1 kleiner Reynolds'zahl vorgesehen sein oder auch zur Regelung des Durchflußquerschnittes bis zu dessen vollstcndiEem Verschließen bei aufeinanderliegenden Federwindungen dienen.
In Abwandlung der Ausführungsformen gemäß Bild 33b2 und b3 kann es auch zweckmäßig sein, die Federwindungen selbst vollständig aus einen Material herzustellen, welches der Bedingung kleiner Reynoldszahl Cenijgt.
Bild 34a zeigt als Regelstruktur 34 eine zylinr".rische Schraubenfeder aus Bandraterial, bei welcher die Fsderwindungen gesehen in wuerschnitt zur Achse der Feder geneigt sind. Gemäß Bild 34b ist die Struktur 34 u einer aus Bandmaterial gewickelten Schraubenfeder gebildet, die abströmseitig zylindrisch und anströmseitig kegelförmig verläuft. Die Bandebene liegt dabei etwa senkrecht zur Achse der Feder. Gemäß Bild 34c ist die Struktur 34 ebenfalls aus einer kegelförmig verlaufenden Schraubenfeder aus senkrecht zur ur der Achse angestelltem Bandmaterial vorgesehen. Hierbei wird jedoch die in Strömungsriehtung ausgerichtete Feder von innen nach außen durchströmt.
Die Struktur 34 kann auch aus gewellten Bändern gemäß Bild 34c1 bestehen, die mehrgängig zu einer kegelförmigen, Schraubenfeder gewickelt und an den Wellenscheiteln miteinander verbunden, z.B. verschweißt sind.
Bild 35 zeigt entsprechende Ausführungsformen für die Ausbildung der Struktur 34 in einem Teller- oder Muffendurchgangsventil gemäß Bild 32. Die zylindrische oder kegelförmice Schrauben- oder Gittersruktur ist ier einfach zwischen den Ventilteller und den Ventilsitz des Durchgangsventils eingesetzt.
Bild 36 zeigt eine Struktur 34, die als Kegelfeder aus Bandmaterial ausgebildet ist, wobei die Bandwindungen miteinander in Axialrichtung oder im Winkel dazu geneigte Durchtrittsspalte bilden. Durch Zusammendrücken oder auch Verdrillen der gezeigten Regelfeder läßt sich der Spalt zwischen den einzelnen Bandwindungen kontinuierlich ändern und damit der Durchfluß des so gebildeten Drosselorgans regeln. Auch bei dieser Art der Struktur 34 muß gegebenenfalls, wie schon bei den vorangegangenen schraubenlinienförmig gewickelten Federtypen, eine hYdrodynamIsche Instabilität durch besondere Maßnahrnen, wie gegenseitiges Abstützen, Reibelemente oder ähnliche, verhindert werden.
Ein besonderer Vorteil der in Bild 36 gezeigten Struktur 34, die koaxial zur Strömungsrichtung angeordnet ist, besteht darin, daß sie weitgehend ohne Strömungsumlenkung arbeitet, so daß die durch Turbulenz einer Ümlenkströmung im Gehäuse verursachten Geräusche hier ebenfalls vermieden sind. Wie durch die Strömungspfele in Bild 36 gezeigt, kann die Struktur 34 in beiden Strömungsrichtungen durchströmt werden.
Im folgenden sind Ausführungsformen beschrieben, welche L'tischfälle zwischen zweien oder sämtlichen der drei vorher beschriebenen Prinzipien darstellen. Einige solcher Mischfälle sind bersits im Zusammenhang mit Bild 33b beschrieben. Auch die Ausführungsform gemäß Bild 29b kann einen Mischfall zwischen dem prinzip der Str@halsuft@ilu@g und dem der kleinen Reynoldszehl d@rstelln. @ei klein@n Abständen der die Struktur 34 bilü @n Loch- el#r @@@@@ platten kann die Bedingung der leleinen Re@ell @@l erfüllt sein, wohingegen sich beim @nsteigen der Reynol@szahl das Prinzip der Strahlenaufteilung als verwirklicht ansehen läßt. Zwischen den Platten ist jedoch dann @it turbulenten Vermischungsvorgängen zu rechnen, die durch Einbringen eines Materials (Fasern oder dgl.) nftt kleiner Reynoldszahl in die Zwischenrume zwischen den Platten vermieden werden können.
Eine besonders bevorzugte Lösung eines Drosselorgans ist in Bild 37 vorgestellt. Dieses Drosselorgan, welches vom grundsätzlichen Aufbau dem üblichen Teller- bzw. Muffendurchgangsventil gemäß Bild 32 entspricht, stellt in der besondere Struktur einen Mischfall zwischen sämtlichen drei vorgestellten Prinzipien dar. Zwischen dem Ventilteller 37 und dem Ventilsitz 38 des Ventils sind abwechseln umgekehrt aufeinandergelegte Tellerfedern aneinardergestapelt, von denen jeweils lenachbarte Tellerfedern an ihren Innenrändern bzw. Außenrändern eneinander anliegen. Die Tellerfedern 39 sind jeweils, wie in ild 3";7' gezeigt, am Innenumfang zähnschsibenähnlich geschlitzt, so daß zwischen den benachbarten Tellerfedern am Innenumfang Durchtrittsspalte gebildet sind, welche die hindurchtretende Strömung in einzelne Strömungszweige aufteilen.
Die von den Tellerfedern 39 in Strömungsrichtung hinter den Durchtrittsspalten gebildeten Keilräume tragen dem Prinzip der Vermeidung von Unstetigkeitsfläche in der Weise Rechnung, daß die gebildeten feinen Strahlen sich hier an die chen der Tellerfedern anlegen können und so Unstetigkeitsflächen, die Vormischungsturbulenz erzeugen, vermieden werden können. Im Inneren des Federstapels schließlich ist ein Hohlzylinder aus einer Struktur 1 kleiner Reynoldszahl angeordnet, welcher an der Unterseite des Ventiltellers 37 befestigt ist. Dadurch wird die ankommende Strömung zunächst nach dem Prinzip der kleinen Reynoldszahl stabilisiert. Die Durchtrittsspalte zwischen den Innenrändern der Tellerfedern können durch Verstellen des Ventiltellers gegen den Ventilsitz in der Spaltweite verändert werden. Wesentlicher erscheint jedoch, daß durch die Verstellung des Ventiltellers 37 die Öffnungsweite der Teilräume hinter den Durchtrittsspalten eingestellt werden nn.
js ist ersichtlich, daß die gemäß Bild 37 rotationssymmetrische Struktur auch in eine ebene Struktur beis-pielsweise unter Verwendung eines Plattenschiebers abgewandelt werden kann. Außerdem kann auch eine ratatonssymmetrische Struktur gemäß Bild 37 nicht wie dort quer zur Ein- und Austrittsströmung des Drosselorgane, sondern auch parallel dazu angeordnet erden, Bei einem Drosselorgan gemäß Bild 37 oder den abgewandel-, ten Ausführungsformen ist für die dadurch erzielte Geräuschminderung noch ein vierter Effekt beteiligt, der bisher nicht diskutiert wurde und an diesem Beispiel erlautet wird. Die in den Keilräumen zwischen den Tellerfedern 39 durch die feinen aus den Durchtrittsspalten austretenden Strahlen und durch Vermisohungsturbulenz erzeugte Schwankungsenergie wird unmittelb-lr den angrenzenden inden, hier den Tellerfedern, mitgeteilt. Dadurch, daß das Material der Tellerfedern bzw. deren Abstützung und Lagerung mit einer gewissen Dämpfung ausgestattet wird, ist es möglich, die erzeugten Schwankungsenergien in einem recht frühen Zeitpunkt in Wärme zu überführen, so daß sie gar nicht erst in das angrenzende Flüssigkeitsvolumen und damit auf das Gehäuse des Drosselorgans übertragen werden.
Hierzu können in-manchen Fällen auch Reibungseffekte an der Oberfläche der Dellertedern ausgenutzt werden. Außerdem tritt durch die Dichteunterschiede zwischen Strömungsmedium und berandendem Tollerventil eine Reflexion der Schallenergie ein, die einer Dämmung gleichkommt. Es wird hier alsö Schallenergie in Ausbreitungswegle gezwungen, die bei ungehinderter Ausbraitung nicht durchlaufen zzürden.
Diese Ausbreitungswege können insbesondere, wenn sie durch stark turbulente Strörungagebiete führen, zusätzlicher Dämpfung und Streuung unterworfen sein-. Dieses Prinzip der erzeugungsnahen Dämpfung und Dämmung" korrespondiert zum Prinzip der kleinen Reynoldszahl und ist noch bei einigen weiteren der nachfolgend beschriebenen Anordnungen wirksam, soll dort aber nicht jedesmal ausdrücklich erwähnt werden.
Die oben bereits angesprochene Anordnung des Federscheibenventils gemäß Biid 37, jedoch koaxial zur Strömungsrich tung, ist in Bild 38 gezeigt.
Eine weitere bevorzugte Lösung, die ebenfalls einen iischfall zwischen den drei Grundprinzipien darstellen, ist aus Bild 39 ersichtlich. Hier wird der Drosselspalt von einem spiralförmig aufgewickelten Hohlkörper, vorzugsweise gebildet aus einem an den Rändern eingespannten Doppelband 40, gebildet. Durch hydraulische oder pneumatische Aufweitung des abgeflachten Hohlkörpers läßt sich der Querschnitt des Drosselspaltes von einem Maximalwert bis auf den Kort O stetig ändern. In der dargestellten bevorzugten Lösung ist das Doppelband 40 an den Rändern durch Schweißen verschlossen und beidseitig in sternförmieen Stützstrukturen 3, deren Streben vorzugsweise stromlininfömig ausgebildet sind,,eingespannt gehalten. Zum Ausgleich der Breitenänderung des Doppelbandes 40 beim Aufweiten durch Innendruck ist die eine Stützstruktur 3 axial verschiebbar geführt.
Im Zentrum der Spirale ist ein vorzugsweise stromlinienförmig ausgebildeter Zentralkörper 41 angeordnet, an welchem das innere Ende der Spirale befestigt ist. Die Windungen der Spirale weiten sich unter Innendruck etwa linsenförmig auf, so daß die Durchtrittsspalte zwischen den windungen konvergent-divergente Düsen bilden. In die Durchtrittsspalte zwischen den Spiralwindungen kann zusätzlich eine verformbare-Struktur kleiner Reynoldszahl angeordnet werden, die dann gleichzeitig zur Abstandestabilisierung der Spiralwindungen beiträgt Bild 40 zeigt eine besondere Abwandlung des Drosselorgans -aus -Bild 39. Hier ist der aufweitbare Teil der Spirale abströmseitig durch plattenförmige Verlän=.erungen 42 beträchtlich verlängert. Im gezeigten Ausführungsfall sind die Verlängerungen 42'etwa doppelt so lang, wie der aufweitbare Teil der Spirale. Diese Verlängerung der Spirale bewirkt, daß das Prinzip -von der Vermeidung von Unstetigkeitsflächen in der freien Strömung hier entscheidend gestützt werden kann, weil sich der Druckgradient stromab vom Regel querschnitt im aufweitbaren Teil der Spirale' auf eine grössere Länge verteilt und das im Zusammenhang mit Bild 37 erwähnte Prinzip von der erzeugungsnahen Dämmung und Dämpfung hier besonders wirksam werden kann.
Bild 40 deutet an, daß an Stelle einer Spirale auch ein Plattengitter vorgesehen sein kann und zeigt überdies Abwandlungen der -Drosselstruktur gemäß Bild 40. In Bild 40a bestehen die Verlängerungen 42 des aufweitbaren Teils der Struktur aus einem Material kleiner Reynoldszahl. Gemäß Bild 40b sind, in die Spalte zwischen den Sprialwindungen oder Gitterstätben Fäden oder Folien eingebracht, die einc Struktur X ner Reynoldszahl bilden. Wie Rild 40c andeutet, kann die eingebrachte Struktur 1 kleiner Reynoldszahl auch aus anderen Materialien bestehen. Schließlich ist aus Bild 40d ersichtlich, daß auch zwei oder mehr, gemeinsam oder gesondert aufweitbare Teile der Spiele in Strömungsrichtung hintereinander anbeordnet sein können. Dies bietet zusätz liche Regelmöglichkeiten. Wie aus Bild 40d ersichtlich, ist der Aufweitquerschnitt des jeweils in Strömungsrichtung hinten liegenden aufweitbaren Teils 40 vorzugsveise kleiner als der des jeweils davor liegenden aufweitbaren Teils.
Bild 41 zeigt ein Drosselorgan, welches einen Mischfall zwischen dem Prinzip der Strahlaufteilung und dem der Ker@ei dung von Unstetigkeitsflächen darstellt. Tier wird zur einer Anahl von ebene Platten 43, die an ihrem stromab oder stromauf gelegenen Ende jeweils un eine in i@rer Plattenetene liegende Achse schwenkbar Gelagert sind, ei@@@ Mehrzahl von sich in Strömungsrichtung @rweiternden eblanken Düsen gebildet, die dem Prirzip der Vermeidung von Unstetigkeitsflächen Rechnung tragen. An den anderen Unden der Platten greift eine Verstellschere gemäß Bild 41a an, so daß die Platten gleichmäßig gegeneinander verschwenkt werden können. Es sind hier auch andere erstellvorrichtongen möglich.
Einen weiteren Mischfall zwischen dem Prinzip der Vermeidung von Unstetigkeitsflächen und dem der Strahlaufteilung zeigt Bild 42. Hier werden konzentrisch zueinander angeordnete Schläuche in Strömungsrichtung ausgerichtet und an ihren Enden an Stützstrukturen 3 befestigt. Wie durch den Druckstutzen 25 und den Druckpfeil angedeutet, können die SchlOuche von außen pneumatisch oder hydraulisch zusammengedrückt werden, so daß sich dann der Durchtrittsquerschnitt zwischen fen Schläuchen ardcrt. Falls die Schläuche dabei nur über eine Teillänge hin, etwa in der Mitte, zusammengedrückt werden, bilden eich dc Durchtrittssplte zwischen den Sebläuchen wieder zu in Strömungsrichtung sich verengenden und denn erweiternden Düsen aus. Auch hier ktinn Wieder, wie auch bei sämtlichen anderen Strukturen zur Strahlaufteilung oder zur Vermeidung von Unstetigkeitsflächen kann in die Durchtrittssi,alte eine Struktur kleiner Reynoldszahl eingebracht-wsr1-en. Tie.in Bild 42a ge zeigt, können die Schläuche gegeneinander durch elastische Stützelemente 44 abgestützt werden. Es ist auch hier wieder ersichtlich, daß, an Stelle von Schläuchen auch entsprechend angeordnete ebene Platten als Drosselstruktur verwendet werden können.
Das Prinzip der Strahlaufteilung in Verbindung mit dem Prinzip der Vermeidung von Unstetigkeitsflächen sowie der Erutzung hoher innerer Dämpfung und Abschirmung ist bei der Ausführungsform gemäß Bild 43 verwirklicht. Hier besteht das Drosselorgan aus sich in Rohrlängsrichtung erstreckenden, quer zum Rohr im Abstand nebeneinander angeordneten aufweitbaren Rohren 45, die in gelochten Endscheiben 46, 47 befestigt sind. Die Rohre oder Schläuche 45 können jeweils in entsprechende Löcher der Endscheiben 46, 47 abgedichtet einmünden oder an den Stegflächen zwischen den löchern der Endscheiben enden. Im ersten Fall werden die Durchströmkanäle von den Innenräumen der Rohre Gebildet und diese durch Zuführung von Druck in die Kammer zwischen den Endscheiben zus@mmengedrückt. Im zweiten Fall werde die Durchströmka-Kanäle zwischen den nebeneinznderliegenden Rohren gebildet und die Rohre selbst sind über entsprechende Kanäle in der eisen endscheibe 47 mit einer Druckquelle verbindbar, so daß sie pneumatisch oder hydraulisch aufgeweitet werden können. Wenn in die Durchströmkanäle zwischen oder in den Schläuchen zusätzlich eine Struktur kleiner Reynoldszahl eingebracht wird, kann zusätzlich eine Regulierung des Widerstandes dieser Struktur durch Volumenänderung derselben erfolgen.
Eine verwandte iusführungsform ist in Bild 44 gezeigt. Hier wird in einem vorzugsweise rechteckigen Querschnitt eine Struktur 48 aus gewellten Platten wie in Bild 44a, aus gestapelten Rohren, z.B. aus Kunststoff, wie in Bild 44b oder dglq, durch einen Kolben oder eine sonstige Druckvorrichtung 2 zusammengedrückt. In der oberen Hälfte von Bild 44c ist der Kolben eben gezeigt. In der unteren Hälfte des Bildes 44c ist er konvex gekrümmt. Die Bewegung des Kolbens kann dabei hydraulisch oder pneumatisch durch das helium selbst gesteuert werden, wie durch die Ventile 16 angedeutet, oder mechanisch mittels einer geeigneten Betätigungsvorrichtung verstellt werden. Die in Bild 44 gezeigte Anordnung stellt ein Beispiel dar, welches Übergänge zu vielen vorher gezeigten Anordnungen hat. rei entsprech@nder Verfeinerung der Struktur 48 wird auch hier das Prinzip der konstanten Reynoldszahl verwirklicht.
Bei dem Drosselorgan gemäß Bild 45 ist als Drosselatruktur wieder eine Spirale 49 vorgesehen, die axial durchatrömt wird. Die Spirale 49 ist gemäß Bild 45 aus einem Band@ikkel gebildet, dessen inneres Ende n einem vorzugsweise stromlinieförmigen Zentralkörper d-1, und dessen äußeres Ende am Innenumfang beispielsweise eines zylinders befestift ist. Durch Verdrehen des Zylinders rrit einem goeigneten Antrieb, beispielsweise mittels einer c lylinder ausgebildeten Verzahnung und einem in diese eingreifenden Antriebsritzel läßt sich die. Spaltweite zwischen den lindenen der Spirale ändern. Dabei wickelt sich ein größerer oder kleinerer Vorrat des Wickels vom Innenumfang des Zy-Ii'wd£-rs ab oder legt sich an diesen an. Wenn eine entspreehen@ essmtlän£e des den Wickel bildenden Bandes.gewählt wird, läßt sich der wirksame Drosselwiderstand in beträchtlích großem Maße ändern. Da hier mit zunehmendem Drosselfctktor die Feinheit und Unterteilung der Drosselstruktur durch weiteres Aufwickeln von Widerstandsmaterial zunimmt, erscheint diese Anordnung besonders geeignet, bei Drosselung von as und Flüssigkeit das Prinzip der kleinen Reynoldszahl kombiniert mit dem Prinzip der Strahlaufteilung zu erfüllcn.
Die Bilder 45a bis m zeigen bevorzugte Lösungen für die Abstützung der Windungen der Spirale aneinander. Eine derartigc Abstützung.ist besonders vorteilhaft, weil sonst durch ungleichmäßige Federkräfte über den spiraligen Verlauf des Bandes keine gleichmäßige Öffnung der Spalte zwischen den Lagen erzielt werden und andererseits eine hydrodynamische Instabilität der Lagen gegeneinander möglich wäre. Gemäß den Bildern 45a bis 45h werden als Stützelemente blattfederähnliche Lappen vorgesehen, die jeweils einseitig am Band befestigt oder daraus ausgebogen sind. Falls die Lappen aus dem Band ausgebogen werden, wird vorzugsweiae ein doppellagiges Band, wie in den Bildern 45g und h gezeigt, verwendet, damit die Stützelemente sich mit ihren freien Enden im Wickel an einer nicht unterbrochenen Oberfläche abstützen können. Durch einseitiges Bef'estigen gesonderter Blattfederelemente wie gemäß den Bildern 45a und 45f wird derselbe Vorteil erzielt. Gemäß den Bildern 45i und 45k ist das die Spirale bildende Band ebenfalls doppellagig, wobei die Bandränder dicht verschlossen sind und die Lagen des Doppelbandes auf der Bandfläche an im Abstand voneinander angeordneten Schweißpunkten verbunden .
Wird in den Innenraum eines solchen Doppelbandes ein äußerer Druck angelegt, der am Ende des Blende zugefdhrt wird, dann kann dieses nach Bedsrf ein- oder beidseitig suf@@@öl werden. Die bevorzugte einseitige Aufwälbung kann d@durch erreicht werden, daß des eine der beiden des Doppelb@nd bildenden Bänder wesentlich dürner und daher nachgiebiger als das andere Band ist oder aus einem nachgiebigürcn oterial besteht. Gegebenenfalls kann die Aufwölbung des Doppelbandes auch dadurch erreicht werden, d5 der strorauf liegende Rand des Doppelbandes offen bleibt und dessen Deckbänder an in Bandlängsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Nähten miteinander verschweißt werden. Dies ist in den Bildern 451 und 45m angedeutet. Durch don Druck des anströmenden Mediums bilden sich dann gewölbte Taschen, welche eine gegenseitige Abstützung der Spirallagen bewirken.
Eine Kombination des Prinzips der Vermeidung von Unstetigkeitsflächen und des Prinzips der kleinen Reynoldszahl stellen die beiden Drosselorgane nach Bild 46 und Pild 47 dar. Hier wird das Strömungsmedium einem Drosselquerschnitt 50 zugeführt und dann in einen sich keilförmig verjingenden Spalt 51 eingeleitet. Durch die Spaltwände 52 tritt das Strömungsmedium in eine Struktur 1 kleiner Reynoldszahl ein. Im Falle von Gasströmungen kann die Struktur 1 kleine Dichten und damit kleine spezifische Widerstände aufweisen, da es lediglich einer trbulenzermen Ableitung des Strömungsmediums aus dem Keilspalt 51 dient. Die Regelang des Durchflusses erfolgt hier in der Regel bei entsprechenden Druckverhältnissen durch Veränderung des Brosslquerschnitts 50. Bei Flüssigkeiten hingegen kann kein wesentlicher Druckabfall im Drosselq,uerschnitt 50 stattfinden, so daß hier das Prinzip der kleinen Reynoldszahl in der Weise angewendet werden kann, daß der Hauptwiderstand in der Struktur 1 liegt. Damit ist aber in diesem all eine starke Einschränkung der Regelmöglichkeit gegeen, so daß die Drosselorgane nach Bild 46 und Bild 47 vorzugsweise für Case verwendet werden, Bei Anwendung des hier gezeigten Prinzips auf Flüssigkeiten ist eine Abwandlung zwee@@mäßig, bei der eine ehrfachanordnung von Regelöffnun-£:ez t;:,a wie in Bild 29 von einer Struktur mit kleiner Reynoldszchl abgeschlossen wird. Dabei können durchaus hinter den Cffnungen des Regelorgans keine oder kegelförmige Beweise in der Struktur kleiner Reynoldszahl ausgespart werden, so daß dann das aus Bild 46 ersichtliche Prinzip in vielfacher Wiederholung auftritt.
I einzelnen ist gemäß Bild 46 der Drosselquerschnitt 50 zwischen zwei quer zur Strömungsrichtung verstellbaren Schicherplatten 24 gebildet. Der Eintrittsquerschnitt des Keilspaltes 51 entspricht verzugsweise dem Drosselquerschnitt @@. D@s kann beispislsweise dadurch erreicht werden, daß @@@ @@@l@wände 52 aus einem @eeigneten dunrchlässigen Materi@lb@nd oder dgl. gebildet und en der Austrittskante der @ug@ordnet@n Schisberplatte 24 befesstigt werden, so daß die Spultwände 52 der Bewegung der Schidberplatten 24 durch Schwenken um den Scheitel 53 des Keilspaltes 51 folgen, In Scheitel 53 knn ggf. ein feststehender, die Schwsnkachse bildender ,effen oder dgl. vorgesehen sein. Zusammen nit den Spaltwänden 52 wird dann auch die Struktur 1 aufgespreizt oder zusammengedrückt. Auch hier kann durch entsprechende Ausbildung des an den Scheitel des Keilspaltes 51 anschließenden Teils der Struktur 1 für deren leichte Beweglichkeit gesorgt werden. Auch eine Herstellung der Struktur 1 aus verformbarem Material ist möglich. In Abwandlung k"nn auch die Struktur 1 an ihren in Strömungsrichtung vorn liegenden Stirnflächen an der Rückseite der Schieberplatten 24 befestigt sein. Ggf. können dann gesonderte, Bänder oder Platten zur Bildung der Spaltwand 52 entfallen.
Gemäß Bild 47 wird der Drosselquerschnitt 50 vom engsten Querschnitt einer Überschallregeldüse 54 gebildet. Wenn bei schnell strömenden Gasen große Überdrücke abg@baut werden müssen und vor allem zugleich eine Schallgeschwindigkeitsstrecke als Stromdichtemaximum zur ezakben Durchflußreelung verwendet wird, sind Drosselorgane, di nach dem Prinzip der kleinen Reynoldszahl o:?-'r dr Strablaufteilung arbeiten, weniger gut geeignet. Bei den lctzt,,enannten Drosselorganen ist nämlich durch den starken Einfluß der Zähigkeit des Strömungsmediums auf dann Durchfluß bei festgehaltener Einstellung des Drosselorgans durch Wärmeaustausch zwischen dem Drosselmaterial und dem Gas ein sehr langsames Einschwingen auf Gleichgewichtswerte nach Einstellungsänderungen des Drosselorgans za erwarten. Daher wird man etwa zur Durchflußreglung bei einem Windkanal, wo es auf exakte Einhaltung der vorgewählten Betriebsparameter ankommt, auf eine Schallgeschwindigkeitsstrecke zur Regelung des Durchflusses nicht verzichten.
Die dabei entstehende berschallabströmung vom engsten Regelquerschnitt ist dann häufig Anlaß für stark@ @eräuschentwicklung solcher Einrichtungen. Durch die achschaltung eines Keilspaltes 50 und einer Struktur 1 kleiner Reynoldszahl gemäß Bild 47 wird hier die Entstehung eines Uberschallfreistrahles mit seiner geräuscherzeugenden Vermischungsturbulenz hinter der Regeldüse 54 verhindert. Durch eine Anordnung nach Bild 47 konnte im Versuchslabor in 1,5 m Abstand der Regeldüse ein Geräuschpegel von nur 58 dB über zwei z 10-4 µbar bie einem Luftdurchsatz von etwe 0,5 kg/s erzielt werden. Die Minderung des Geräuschpegels gegenüber einer vergleichbaren Regelstrecke ohne Keilspalt 51 und Struktur 1 betrug mehr als 50 dB.
Pr Anwendungsfälle, bei denen es nicht auf eine eiterverwertung des Strömungsmediums hinter dem Regelquerschnitt ankommt, kann wie in.Bild 47 in ausgezogenen Linien gezeigt, s Strömungsmedium aus der Struktur 1 zur Seite -ii?- abgeleitet werden. Durch die in Bild 47 gestrichelt darg'estellta Verlägerung der gezeigten Vorrichtung läßt sich doch der Strömungsweg ähnlich wie in Bild 46 fortsetzen.
Die in Bild 476 gezeigte Anordnung entspricht grundsetzlich der Anordnung aus Bild 46. Zusätzlich sind jedoch Ecmäß Bild 4'7b Maßnahmen getroffen, das Strömungsmedium im Drosselouerschnitt 50 in Anlehnung n des Prinzip der Strahlaufteilung aufzufächern. Dies wird dadurch erreicht, d die Schieberplatten 24 kammartig mit einer Vielzahl von keilförmigen Zähnen versehen sind, wobei die Zähne der einen Schieberplatte in die Zwischenräume zwischen den Zähnen der anderen Schieberplatte eingreifen können. Es ergibt sich dadurch ein regelbarer Drosselquerschnitt 50, welcher quer zur Strömungsrichtung etwa mäanderförmig verläuft, so daß im Ergebnis Ein Durchflußspalt großer Gesamtbreite vorl-landen ist. Wenngleich bei einer derartigen Anordnung die Strömung nicht in einzelne Strahlen aufgeteilt ist, ergibt sich dennoch eine wesentliche Veränderung der kritischen Abmessung bei gleichem Durchfluß, nämlich der Dicke des Spaltes.
Wie aus dem Teilbild 47b1 ersichtlich, ist bei der Anordnung gemäß Bild 47b der an den Drosselquerschnitt 50 anschließende Keilspalt 51 entsprechend der kammartigen Ausbildung der Schieberplatten 24 in eine Vielzahl von Seitenspalten 54 aufgefächert, in welche die Lücken zwischen den Zähnen der Schieberplatten 24 einlaufent Vorzugsweise sind auch hier wieder Maßnahmen getroffen, die ettenspalte 54 zusammen mit den Schieberplatten 24 unter Verengung des Hauptspaltes 51 zu bewegen.
Das Drosselorgan gemäß Bild 47c macht ebenfalls vom prinzipiellen Aufbau der Drosselstruktur nach Bild 46 und Bild 47b Gebrauch. Gemäß Bild 47c ist der Drosselquerschnitt 50 zwischen einer Blende 55 und einem in deren Öffnung eingreifenden, sich in Strömungsrichtung verjüngenden Regeldorn 56 gebildet. Auf der anderen Seite der Blende 55 ist eine Struktur 1 kleiner Reynoldszahl angeordnet, welche auf der Blendenseitevon einer, an die Blendenöffnung anschließenden Keilspalt 51 begrenzt ist. Wie aus Bild 47c2 ersichtlich, haben Regeldorn 56, Öffnung der Blende 55 und Keilspalt 51 einen sternförmigen Querschnitt, so daß auch hier der Drosselquerschnitt aus einem verhältnismäßig engen Spalt großer Gesamtbreite gebildet ist.
Die Vergrößerung der Dichtspaltlänge und damit die Verringerung der charakteristischen Strahlabmessung bei festgehaltenem Durchfluß läßt sich durch Verfeinerung der in den Bildern 47b und 47c gezeigten Struktur fortführen. Insbesondere kann auch hier durch Vervielfachung der Struktur oder ähnlicher Strukturen in kleineren Ausführungen eine Verkleinerung der charakteristischen Abmessung der Strömungen erreicht werden. Besonders günstig wirkt sich bei diesem Prinzip die Strömungsführung durch den Regeldorn 56 gemäß Bild 47c aus. Eine Vervielfachung läßt sich hier dadurch erreichen, daß beispielsweise die Blende 55 eine Vielzahl von Öffnungen hat, in solche jeweils ein zugehöriger Regeldorn 56 eingreift. Die Regeldorne werden dabei gemeinsam verschoben. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, einzelne oder seitliche Regeldorne unabhängig voneinander verschiebbar auszubilden.
Zu Bild 44 ist noch nachzutragen, daß der in Bild 44c unten gezeigte Kolben der Druckvorrichtung 2 auch ballig oder auch nur quer zur Strömungsrichtung konvex gekrümmt sein kann. Durch solche Ausbildungen verändert sich mit dem Zusammendrücken der Struktur 48 gleichzeitig die Form der von den Strukturelementen gebildeten Durchflußquerschnitte.
Zur Ausführungsform gemäß Bild 37 ist nachzutragen, daß die Innenränder der Tellerfedern 39 oder sondlEer vergleichbarer Elemente auch gelocht sein können, an Sttelle sie zu schlitzen. Zusätzlich oder alternativ können die Tellerfedern 39 auch selbst aus einer Struktur 1 kleiner Reynoldszahl bestehen. In Abwandlung kann beispielsweise ein Drosselorgnn erhalten werden, welches aus einem zieharmonikaaubig gefalteten, zusammendrückbaren Band gebildet ist, welches aus einer Struktur kleiner I5eynoldszahl besteht.
hierbei L-,nn es vorteilhaft sein, die Knickränder des Bandes undurchlässig zu gestalten. Vor und/oder insbesondere hinter dem Band kann eine zusätzliche Struktur kleiner Reynoldszahl angeordnet werden, um die ankommende oder ablaufende Strömung zusätzlich zu stabilisieren.
Es ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäßen Strukturen in großer Anwendungsbreite verwendet werden können. Sie lassen sich insbesondere selbst als Drosselorgan verwenden. Sie könne jedoch auch allein zu dem Zeck angewendet werden, das instationäre Strömungsverhalten in einer Strömungsmaschine von vornherein zu verhindern oder in weniger störende Strömungszustände umzuwandeln, oder durch nachträglichen Einbau erfindungsgemäßer Strukturen nachträglich zu beseitigen bzw. zu verändern. Durch die Anordnung erfin dungsgemäßer Strukturen können nicht nur störende Geräusche, sondern insbesondere auch schädliche oder stören de Schwingungcn und Vibrationen von vornherein ausgeschaltet oder nachträglich beseitigt werden, wobei sich der Erfolg in manchen Fällen durch eine Vielfachanordnung erfindungsgemäßer Strukturen verbes,Cjern läßt-. Ein weiteres bcvorzugtes Anwendungsgebiet ist der Einbau erfindungsgemßer Strukturen in Mehrwegventile oder dgl.
Die konsequente Anwendung der oben beschriebenen und durch Ausführungsbeispiele erläuterten Prinzipien zur Vermeidung oder Beseitigung ungünstigen instationären Strömungsverhaltens erlaubt noch eine Vielzahl weiterer Ausbildungen erfindungsgemäßer Strömungsorgane. Vor allem durch Kombination der Grundformen lassen sich noch viele wichtige Kombin,ationsfälle ableiten, die hier wegen ihrer Vielzahl jedoch nicht im einzelnen-aufgezählt' werden können.
Hingewiesen wird auch darauf, daß viele der gezeigten Ausführungsformen verschmutzungsempfindlich sind, da in vielen Fällen das Strömungsmedium von Feststoffen durchsetzt ist, Aber auch iUr solche Anwendungsfälle lassen sich erfindungsgemäß Strukturen angeben, bei denen eine Verschmutzungs-oder Verstopfungsefahr nicht auftritt, weil sie einen hohen Selbstreinigungseffekt aufweisen, wie z.B. die Struktur nach Bild 45, oder-weil sie von sich aus als unempfindlich anzusehen sind, wie z.B. die Anordnung nach Bild 2.
In vielen Fällen ist die' Verschmutzungsempfindlichkeit nicht wesentlich größer als bei konventionellen Bauarten.
Ein wesentlicher Vorteil der oben prinzipiell und exemplarasch vorgestellten irosselorgane sind ihre günstigen Regeleigenschaften, die sie in fast allen Fällen gegenüber konventionellen Bauarten auszeichnen. Durch die vor allem im Bereich kleiner Mengen zähe Durchströmung für nahezu sämtliche angeführten Anordnungen ist eine gute Regelbarkeit gerade in diesem Bereich sichergestellt. Es lassen sich viele der gezeigten Anordnungen mit guten Regelkennlinien'- vom vollständigen Schließen bis zum vellstängigen öffnen des Drosselquerschnittes regeln (vgl. beispielsweise Bild 2).
Wie bereits in einigen Fällen in der Beschreibungwder Ausführungsformen angedeutet, ist insbesondere bei großen Querschnitten und hohen Eintrittsdrücken auf ein Klein halten der Betätigungskräfte einstellbarer Strukturen zu achten. Dies kann in den meisten Fällen durch Maßnahmen zum Druckausgleich, durch Kompensation der Druckkräfte durch Erzeugung entsprechender Gegenkräfte oder durch eine derartige Gestaltung des Strömungsweges oder der Struktur erreicht werden, daß die Druckkräfte senkrecht zu den Betätigungskräften wirken. Ebenso lassen sich auch Maßnahmen treffen, die Reibung der Strukturelemente aneinander zu verkleinern oder die Reibungskräfte etwa durch Ausgleichsspalte zu kompensieren. In den Bildern 48a bis 481 sind einige Beispiele zusammengestellt,1die sich für Ausführungsformen gemäß den anderen Bildern nachteilige Druckkräfte kompensieren lassen.
Bild 48a zeigt eine Ausführungsform, bei welcher eine An ordnung von verbundenen oder geführten Scheiben als Drosselstruktur dient und sich die an der S.truktur angreifenden Druckkräfte wie in einem üblichen Doppelventil aufhe.
ben. Die beiden achssymmetrisohen Strukturen 34 gemäß Bild 48a sind achsgleich hintereinander angeordnet und werden vom Strömungsmedium in entgegengesetzter Strömungsrichtun durchströmt. Im Ausführungsbeispiel durchströmt das StrU-mungsmedium die eine Struktur 34 von innen nach außen und die andere von außen nach innen. Es lassen sich jedoch auch Ausführungsformen angeben, bei denen beide von derselben Betätigungsvorrichtung verstellbaren Strukturen 34 von innen nach außen oder von außen nach innen unter Kompensation der Druckkräfte durchströmt werden.
Ähnlich sind auch gemäß Bild 48b zwei achssynimetrische Strukturen 34 derart angeordnet, daß die von der einen Struktur 34 aufgenommenen Druckkräfte diejenigen, welche von der anderen Struktur 34 aufgenommen werden, kompensieren. Die in Bild 48b gezeigten Strukturen 34 haben die Form cingestülpter Kegel. Zum axialen Zusammendrileken dcr Strukturen 34 greift an deren ringförmigen Scheiteln eine ihnen gemeinsame Einstellvorrichtung 17 an. Beide ringförmigen Strukturen 34 greifen mit ihrer -Basis an den Rändern entsprechend bemessener Ringöffnungen an, die im Gehäuse des Ventils ausgebildet sind.
Gemäß Bild 48c sind zwei kegelförmige Strukturen 34 ^-chgleich mit ihrer Basis einander zugewendet angeordnet und mittels einer Verstellvorrichtung 17 axial verstellbar.
Durch entsprechende Strömungsführung im Gehäuse 11 werden beide Strukturen 34 gleichsinnig von außen nach innen durchströmt. Die Verstellvorrichtung 17 greift an der ihr näher liegenden Struktur 34, welche an ihrer Basis bestützt ist, am Scheitel und an der anderen Struktur 34, welche an ihrem Scheitel abgestützt ist, an der Basis an.
Gemäß Bild 48d ist eine einzige kegelförmige Struktur 34 vorgesehen, welche an ihrer Basis am Gehäuse 11 und mit ihrem Scheitel am Stellglied der Verstellvorrichtung 17 abgestützt ist. Das Strömungsmedium tritt in das Gehäuse 11 so ein, daß die Struktur 34 von außen her etwa senkrecht zur Achse angeströmt wird. Aus dem Gehäuse 11 ist das Strömungsmedium koaxial zur Struktur 34 herausgeführt.
Auf der der Austrittsseite abgewandten Seite der Struktur 34 im Gehäuse 11 eine Kammer gebildet, durch welche das Stellglied der Verstellvorrichtung 17 hindurchläuft und welche zur Struktur 34 durch eine nachgiebige Membran 57 geschlossen ist. Über Ventile 16 und vom Sintritts- und Austrittsstutzen des Gehäuses 11 abzweigende Kanäle kann die am Stellglied der Verstellvorrichtung 17 befestigte Membran 57 mit Druck beaufschlagt werden. An Stelle der Membran 57 kann auch ein in der Kammer verschiebbarer Kolben 22 verwendet werden, wie in Bild 48e gezeigt. Der Querschnitt der von der Membran oder dem Kolben verschlossenen Kammer ist größer als der koaxial liegende Austrittsquerschnitt aus dem Gehäuse 11.
In weiterer Abwandlung zur Ausführungsform in Bild 48d wird gemäß Bild, 48e der Kolben 22 selbst als Verstellvorrichtung für die Struktur 34 ausgenutzt. Hierzu wird der Kolben 22 über die Ventile 16 entweder mit dem Eintrittsdruck der Strömung in das Gehäuse 11 oder dem Austrittsdruck der Strömung aus dem Gehäuse oder mit Teildrücken davon beaufschlagt.
Gemäß Bild 48f wird die zylindrische Struktur 34 quer zur Achsrichtung angeströmt und das Strömungsmedium tritt axial aus der Struktur 34 aus. Mit dem der Austrittsseite abgewandten Ende ist die Struktur 34 in einem Zylinder des Gehäuses 11 geführt und der Spalt zwischen der Struktur 34 und dem Zylinder ist an dessen die Eintrittsströmung begrenzenden Ende durch eine Ringdichtung 9 abgedichtet.
Mittels der Verstellvorrichtung 17 kann die Struktur 34 axial zusammengedrückt oder auseinandergezogen werden0 Das im zylinder des Gehäuses 11 liegende freie Stirnende der Struktur 34, an welchem die Verstellvorrichtung 17 angreift, ist dem Austrittsdruck des Strömungsmediums ausEesetzt, 1r.ihrend dss andere Stirnende der Struktur 34 axial am Seh<?se abgestützt ist, Luch die Drosselorgane gemäß den Bildern 48g und 48h weisen Strukturen 34 auf, die als tIohlzylinder ausgebildet sind und radial von außen senkrecht zur Betätigungsrichtung angeströmt werden. Die Strukturen 34 sind mit ihren stromab gelegenen Stirnflächen rings des Austrittsstutzens des Gehäuses 11 an diesem abgestützt. Das andere Ende derzylindrischen Struktur 34 ragt in eine zylindrische Ausnehmung eines Kerns 59, welcher zusammen mit dem ihn umgeben den Gehäuse 11 einen ringförmigen Einlauftrichter bildet.
Der Kern 59 wird von der ankommenden Strömung axial angeströmt und erweitert sich in Strömungsrichtung stromlinienförmig.
Gemäß Bild 48g greift ein kleiner"stangenförmiger oben 22 über strahlenförmig angeordnete Verbindungsrippen O und einen Druckring 61 an dem der Austrittsseite abgewendeten Stirnende der Struktur 34 an, welches somit dem Auc-trittsdruck der Strömung ausgesetzt ist. Der stang-nförmiso TLolben 22 ist in einem Zylinder 58 im Kern 59 verschiebbr führt. Der Zylinder 58 kann über einen Druckstutzen 62 von einem hydraulischen oder pneumatischen Druckmittel beaufschlagt werden, so daß dann die-Struktur 34, unterstützt durch den auf sie einwirkenden Austrittsdruck des Strömungsmediums, zusammengedrückt wird. Die Rückstellung der Struktur 34 erfolgt nach Entlüftung des Zylinders 58 durch die elastische Kraft der Struktur.
Gemäß Bild 48h ist das der Austrittsseite abgewandte Ende der Struktur 34 an einem Kolben 22 abgestützt, welcher als Vollscheibe ausgebildet ist und die Struktur 34 radial nach außen überragt. Der den Kolben 22 führende Zylinder 58 im Kern 59 kann über Verbindungsleitungen und Ventile 16 wahlweise mit dem Staudruck der ankommenden Strömung an der Anströmnase des Kerns 59 oder mit dem Austrittsdruck der Strömung aus dem Gehäuse 11 beaufschlagt werden. Zwischen dem Außenumfang der Struktur 34 und dem offenen Ende des Zylinders 58 ist ein Spalt gebildet. Gemäß Bild 4&h wird die Struktur 34 somit vom Strömungsmedium selbst verstellt.
Bei entsprechender Regelcharakteristik der Struktur 34 erfogt dabei eine selbsttätige Anpassung der charakteristischon Abmessungen der Struktur in Abhängigkeit vom Strömungszustand der ankommenden Strömung. Es können jedoch auch zusätzliche mechanische Verstellvorrichtungen vorgesehen sein.
Bei der Ausführungsform nach Bild 48i ist in einem im Querschnitt etwa herzförmigen Gehäuse 11 mit einem axialen Eintrittsstutzen am Herzkopf und einem axialen Austrittsstutzen an der Herzspitze eine als Hohlzylinder ausgebildete Struktur 34 mit der Achse quer zur Gehäuseachse angeordnet. Der Eintrittsstutzen endet in einem die Struktur 34 umgebenden Ringraum, so daß die Struktur 34 am gesamten Außenumfang radial von außen nach innen durchströmt wird.
Das in den Innenraum der Struktur 34 eingetretene Strömungsmedium tritt aus der Struktur axial nach beiden Seiten hin aus und wird durch das Gehäuse 11 dem Austrittsstutzen zugeleitet. Das eine Stirnende der Struktur 34 ist am Gehäuse abgestützt, an dem anderen Stirnende greift eine Verstellvorrichtung 17 zur axialen Verstellung der Struktur 34 an.
Die zwischen dem Außenumfang der Struktur 34 und denn diese an ihren Enden umgebenden Gehäuse gebildeten Spalte sind vorzugsweise durch Ringdichtungen 9 zum Eintrittsstutzen hin abgedichtet0 Gemäß Bild 48k sind zwei innenzylindrische Strukturen 34 koaxial übereinander angeordnet, wobei die Achse der Strukturen senkrecht zur Eintrittsströmung verläuft. Das ankommende Strömungsmittel durchströmt die eine Struktur von außen nach innen und die andere von innen nach außen. Im zylindrischen Innenraum der Strukturen 34 ist jeweils ein zylindrischen ######### der ######### ## ### ####### ### Verschlußkolben 63 gleitend geführt. Die Verschlu@kollen 63 sind über eine ihnen gemeinsame Betätigungs@t@@@ mittels einer Verstollvorrichtung 17 verschicbb@r. @un@. @ie Verschiebung der Ven@chluß@olben wird der Durch@lu@@ @erschnitt der Struktu@en 34 @@ändert. Die auf d@@ Eint@@tt@-seite oder der Austrittsseite der Kolben ruf diese einwirkenden Drücke beben sich gegenseitig auf.
An Stelle einer Struktur 34, d.h. einer Struktur zun 1-aufteilung, kann gleicherweise auch eine Struktur 1 kleirer Reyncldszahl vorhanden sein. Dies ist in Bild 48k durch die Bezeichnung der Struktur mit 1, 34 angedeutet.
Das Drosselorgan gemäß Bild 481 weist ein im Längsschnitt etwa ovales Gehäuse 11 mit axialem Eintrittsstutz@n @nd Austrittsstutzen auf Konzentrisch im Innern des Gehäuses ist ein hohler Kern 59 angeordnet, welcher sich zum @ustrittsstutzen hin erstreckt und in Strömungsrichtung zu einer Spitze verjüngt. Im INneren des Nernes 59 sind z@@i achsgleich im Abstand voneinander angeordnete, kreisseheibenförmige Str@kturen 1, 34 dreh@ar gelagert, deren Sch@ibenebenen parallel zur Strömungsrichtung der ankomenäen Strömung verlaufen. Die scheibenförmigen Strukturen 1, 4 erstrecken sich zum Eintrittsstutzen bin aus dem ke@@ 59 hinaus. An den äußeren Rändern der einender abgewe@daten Stirnflächen dr beiden Schei@en sine diese zum @e @@@s@ hin abgedichtet, so daß die aulomm@n@ Ström@@g z@is@@n die Scheiben eintritt und di se i @@ @@m @@s d@@ @@@ herausragenden Bereichen azi@l @@@@@ d@@ @@@@ Scheiben ist an ihren @@@@@ @@@@@ @@@@@ @i @i @@ in welche ein Verstellsche @@ @@@@ @@ 59 eing@ @@t.
Dadurch können die beiden ü@@@@ e'@se @itein@@@@ @@@-bunienen Scheiben zur Änd@@ung @@@ vem Strömungsmediun durchströmten charakteristischen Abmessungen gemeinsam verdreht werden. Am Außenumfang der Kreisscheiben können zusätzliche Verbindungsrippen angeordnet sein. Durch die Ausbildung er Struktur 1, 34 als von innc--n noch außen durchströmte Doppelscheibe werden die Druckkräfte innerhalb der Struktur 1, 34 selbst aufgenommen. -Ansprüche-

Claims

Patentansprüche: Schwingungsarmes, insbesondere geräuscharmes Strömungsorgan, für kompressible und inkompressible Strömungsmedien, dadurch gekennzeichnet, daß instationäre Strömungszustände des Strömeulgsmediums verhindernde oder beseitigende oder zu otröulungszuständen hin, für welche die entstehenden Schwingungen oder Geräusche tolerierbar sind, verändernde, dem StröiiIungsmediui-ti ausgesetzte mechanische Strukturen mit den Strömungszustand be- -stimmenden Abmessungen im oder am Strömungsweg angeordnet sind.
2. Strömungsorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Strömungsweg angeordnete Struktur eine Struktur kleiner Reynoldszahl ist, d.i. für den Strömungszustand charakteristische Abmessungen hat, für welche die Reynoldszahl Re der die Struktur passierenden Strömung kleiner, vorzugsweise sehr viel kleiner als 104 ist, insbesondere im Bereich von 1 liegt, wobei Re = u d/ V , u die Strömungsgeschwindigkeit, d die charakteristische Abmessung der umströmten Strukturelemente oder der durch diese gebildeten Strömungskanäle, und v die kinematische Zähigkeit des Strömungsmediums sind ( Bild 1 - 25,37,38,40b,c,46, 47,48a - 1 ).
3. Strömungsorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur am oder im Strömungsweg so gestaltet ist, daß sprunghafte Anlerungen der Zustandsgrößen d-es Strömungsmediums, insbesondere auf der Abströmseite einer Querschnittsveränderung des Strömungsweges, verhindert sind ( Bild 26,27, 38 - 44, 46,47 ).
4. Strömungsorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung instationärer Strömungszustände durch die Struktur die Strömung in einzelne Strömungszweige aufgeteilt ist und die Struktur den Strömungszustand der Strömungszweige bestimmende Abmessungen aufweist, durch welche die Frequenzen des vom instationären Strömungsfeld erzeugten und/oder angeregten Schwingungs- oder Geräuschspektrums in den Bereich tolerierbarer ni@drigerer oder insbesondere höherer Frequenzen verlagert sin@ (Bild 28-48e).
5. Strömungsof@@n nach @nspruch 2, d a d u c h g e k e n n z e i c h n e t, @a@ die Struktur kleiner Reynoldszahl aus einem offenporigen @sterial, @@@ Sintermaterial, und offcnporigem Schwammmateri-@l und Se@aumstoff, @egile@t6 ist (Bild 5-7, 13, 15, 16, 18-21).
6. Strömungsorgan nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Struktur kleiner Reynoldszahl aus einem faserigen Materisl, wis Draht- Haar- oder Faserfilz, gebildet ist (Bild 1).
@. Strönungsorg@n @sch Anspruch 2, d a d u c h g e k e n n z e i c h n e t, @@@ Struktur kleiner Heynold@@@hl aus einem Schütt- oder @@@@ sterial, wie lose geschöttst@@ körnigen, faserigen, @@@@@ @@@@@@ @n@ö@@i @@ @t@@i@l, @cbildet ist (Bild 8-11, 1@c, 17).
@. Strämn@gsorg@n @sch Anspruch 2 oder 4, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, die Struktur aus einet Loch- oder Schlitzmaterial, @@e @och- und Schlitzplatten, Streckmetall, offene Wabenplatten, Siebe, Maschenwerk, Gitter, Roste, gebildet ist (Bild 2, 3, 28a-30).
9. St@ãmungsorgan nach einem der Ansprüche 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Struktur aus @ewelltem Material aufgebaut sit (Bild 2, 44a).
10. Strömungsorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekemnzeichnet, daß die Struktur aus strangförmigen, Strukturelementen, wie Bänder, Drähte, den, Ketten oder Rohre gebildet ist (Bild 3, 12, 22, 42-44).
11. Strömungsorgan nach ç cm dc ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur @us gewickelten oder gestapelten Strukturelementen gebildet ist.
12. Strömungsorgan nach Anspruch 2 oder 4 durch gekennzeichnet, daß die Struktur aus einem Netzwerk gebild@t ist (Bild 31b,.
13. Strömungsorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 12, düdur@h gekennzeichnet, daß den Strömungszustand bestimmende Abmessungen der Struktur einstellbar sind.
14. Strömungsorgan nach Anspruch 13, durch gekennzeichnet, daß die Struktur oder Strukturteile unter ,ndcrung' der bestimmenden Abm@ssungen verformbar und nittele Verfo:'ttiunC scinaicTltungen einstellbar ist bzw. sind (Bild 1, 22, 24, @
15. Strömungsorgan nech Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur oder Strukturteile elastisch verformbar ist bzw. sind (Bild 2, 22, 24, 31a, 33-40, 45a-h).
16. Strömungsorgan nach einem der Ansprüche 13 bis 15, ddurch gekennzeichnet, daß die im Strömungsweg wirksame sicke der Struktur einstellbar ist (Bild 5-11, 13, 15, 16a,b, 17, 18, 20).
17. Strömungsorgan nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Strömungsmedium eingenommene Durchflußquerschnitt der Struktur verstellbar ist (Bild 15-21).
18. Strömungsorgan nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand der Struktur einstellbar ist (Bild 3-6, 12, 21).
19. Strömungsorgan nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dsdurch gekennzeichnet, daß die Struktur mehrere in den Strömungsweg bewegbare Teilstrukturen mit gleichen oder unterschiedlichen den Strömungszustand beistimmenden Abmessungen aufweist (Bild 3-7, 29).
20. Strömungsorgan nach einem der Ansprüche 13 bis 19, s dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittform des vom Strömungsmedium eingenommenen Strömungsquerschnitts in der Struktur einstellbar ist (Bild 29').
21. -Strömungsor an nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur in einen Strömungskanal mit vor und hinter der Struktur gleichem Gesamtquerschnitt eingebaut ist.
22. Strömungsorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur als Rotationskörper oder Rotc-tionsschale ausgebildet ist, dessen bzw.

deren Rotationsachse parallel zur Strömungsrichtung des Strömungsmediums vor oder hinter der Struktur liegt.
23. Strömungsorgan nash Anspruch 14, 22 und einem der Ansprüche 5, 6, 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur unter Änderung der den Strömungszustand bestimmenden Abmessungen verdrillbar ist (Bild 12, 31b).
24. Strömungsorgan nach den Ansprüchen 10 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturelemente etwa parallel zueinander und zur Strömungsrichtung ausgerichtet gehalten sind und die Struktur mittels der Verformungseinrichtung über eine Teillänge hin quer zur Strömungsrichtung verformbar ist (Bild 22, 24, 44).
25. Strömungsorgan nach Anspruch 2 oder 4, dadurch ge-1ennzaichnet, daß die zylinder- oder kegelförmige Struktur aus ringförmig oder schraubenlinienförmig verlaufenden Strukturelementen gebildet ist, die unter Bildung von Durchtrittsspalten axial im Abstand voneinander angeordnet sind (Bild 25, 31a, 34a, 35, 36, 48).
26. Strömungsorgan nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur aus einer oder mehreren konzentrisch angeordneten zylindrischen oder kegelförmigen Schraubanfedern besteht.
27. Strömungsorgan nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur als axial durchströmte Spirale aus Bandmaterial ausgebildet ist (Bild 39, 40, 45).
28. Strömungeorgan nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen der Spirale durch Stützelemente aneinander abgestützt sind (Bild 45a-m).
29. Strömungsorgan nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß in der Radialmitte der Spirale ein stromlinienförmiger Kern angeordnet ist (Bild 39).
30. Strömungsorgan nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur aus einem oder mehreren unter Innen- oder Außendruck aufweitbaren bzw. zusammendrückbaren elastischen Rohren oder Schläuchen gebildet ist, die quer oder längs der Strömungsrichtung angeordnet sind (Bild 23, 39, 42, 43).
31. Strömungsorgan nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre oder Schläuche im Querschnitt etwa linsenförmig ausgebildet oder aufweitbar sind (Bild 39).
32. Strömungsorgan nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre oder Schläuche mit ihrer Linsensehne parallel zur Strömungsrichtung angeordnet sind (Bild 39).
33. Strömungsorgan nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß an der Abströmkante der linsenförmig aufweitbren Rohre oder Schläuche plattenförmice TTerl~nnerun-en an'g"aordnet sind (Bild 40).
34. Strömungsorgan nach einem der Ansprüche 27 bis 53, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen der Spirale aus zwei entlang ihrer Längsränder verbundenen Bändern aus elastisch verformbaren Material gebildet ist und der so gebildete Innenraum der Windungen an eine Druckmittelquelle angeschlossen ist (Bild 39, 45i,k).
35. Strömungsorgan nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dß die aufweitbare Spirale axial beidseitig an einer Stützvorrichtung mit sternförmig verlaufenden Rippen befestigt ist und daß eine der Stützvorrichtungen axial verschiebbar ist (Bild 39, 40).
36. Strömungsorgan nach Anspruch 34 odcr 35, dadurch gekenllzeichllet, daß die Spirale mehrere in Strömungsrichtung hintereinanderliegende, vorzugsweise gesondert aufweitbare re Spiralkammern aufweist (Bild 40d).
37. Strömungsorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch @ekannzeichnet, daß die Struktur aus einer Mehrzahl von quer zur Anströmrichtung aneinandergrenzenden und sich abwechselnd in Durchströmrichtung erweiternden und verengenden Keilräumen gebildet ist, wobei an den wenigstens und vorzugsweise stromauf gelegenen Scheiteln der Keilräume Durchtrittsspalte gebildet sind (Bild 37, 38).
38. Strömungsorgan nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilräume aus einem von innen radial nach außen durchströmten Ringstapel aus abwechselnd umgekehrt aufeinandergestapelten Tellerfedern gebildet sind (Bild 37, 38).
39. Strömungsorgan nach Anspruch 37 und 38, dadurch gekennzeichnet, daß unter Bildung der Durchtrittsspalte wenigstens die radial inneren Ränder der Tellerfedern gegelocht wellt, oder geschlitzt oder an ihrne Berührungsflächen gedient silld (Bild 37a, 38a).
40. Strömungsorgan nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 37 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dß in Durchströmrichtung vor und/oder hinter der Keilraumstruktur eine Struktur kleiner Reynoldazahl angeordnet ist (Bild 37, 38).
41. Strömungsorgan nach Anspruch 38 und 59, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur kleiner Reynoldszhl als im Ringstapel angeordneter einseitig zur Anströmrichtung hin offener Hohlzylinder ausgebildet ist, welcher an seinem geschlossenen Ende an einer axial zum Ringstapel verschiebberen Flotte befestigt ist, an welcher der Ringstapel abg@stützt ist(Bild 37, 38).
42. Strömungsorgan nach Anspruch 26 0' er 28, dadurch g@kennzeichnet, daß die kegelförmigen Schreubenfedern aus bandmaterial gewickelt sind und die Durchtrittsspalte zwischen den Windungen der Feder etwa in Achsrichtung der Feder oder insbesondere geneigt zur Achsrichtung verlaufen (Bild 36>.
43. Strömungsorgan nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Spirale aus einem Bandwickel gebildet ist, dessen eines Bandende festgehalten und dessen anderes Bandende um die Wickelachse drehbar verstellbar ist (Bild 45)o
44. Strömungsorgan nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder an in Bandlängsrichtung im Abstand angeordneten Stellen unter Bildung von aufweitbaren Taschen miteinander verbunden sind. (Bild 45i-m).
45. Strömougsorgan nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Struktur aus einer Mehrzahl win im Strömungsweg angeordneten, gegeneinander verschwenkbaren, längsangeströmten Klappen gebildet ist(@ild 28, 41).
46. Ströumungsorgjan nach Anspruch 45, daß der gegeneeitige Abstand der Klappen stromab zunimmt (Bild 41).
t-7. - Strömungsorgan nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet,daß die Struktur aus in Längsrichtung angeströmten, im Abstand voneinander angeordneten verformbaren Platten oder nebeneinander oder konzentrisch zueinander angeordneten Rohren gebildet ist, deren gegenseitiger Abstand über eine Teillänge hin verstellbar ist.
48. Strömungsorgan nach Anspruch 2 und einen der Ansprüche 45 bis 47, dadurch gekennzeichnet, daß in den Durchtrttespalten der Struktur eine verformbare Struktur kleiner Reynoldszahl angeordnet ist (Bild 40cd).
49. Strömungsorgan nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer im Strömungsweg angeordneten Düse deren sich kontinuierlich erweiternder Abströmteil durchlässig ist und mit einer Druck- oderinsbesondere Saugquelle verbindbar ist, so daß die Strömung durch Ausblasen oder Absaugen von Strömungsmedium an den sich erweiternden Abströmteil anlegbar ist (Bild 27).
50. Strömungsorgan nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Drosselorgan, welches eine sich abströmseitig erweiternde Düse und einen den Düsenquerschnitt regelnden, in die Düse axial eingreifenden Regelkonus aufweist, durch die Gestaltung der von der Düse und dem Regelkonus bestimmten Querschnittszunahme des Strömungsweges hinter dem engsten Düsenquerschnitt der Druckgradient im Strömungsmedium in Strömungsrichtung wenigstens für den größeren Teil des Regelbereiches konstant und so klein ist, daß freie Grenzschichten nicht auftreten (Bild 26).
51. Strömungsorgan nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß hinter einer. Unstetigkeitsstelle des 3trömungaweges, z.B. einer Querschnittsverengung, ein sich stromab verjüngender Spalt gebildet ist, der von durchlässigen Wänden gebildet ist, welche auf der dem Spalt abgewandten Seite von einer Struktur kleiner Reynoldszahl umgeben sind (bild 46,47)'!
52. Strömungsorgan nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Struktur das Volumen oder die Form des instationären Strömungsfeldes verstellt oder verstellbar sind, insbesondere das Volumen des instationären Strömungsfelde verkleinert-ist.
53. Strömungsorgan nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur mittels der auf-sie einwirkenden Differe,nzdrücke aus statischen oder Gesamtdrücken des Strömungsmediums -einstellbar ist-,
54. StrUmungsorgan nach Anspruch- 3, dadurch gekennzeichnet, daß die-Struktur einen spaltförmigen Durchströmweg ausbildet und die Spaltweite und/oder Länge des Spaltes einstellbar ist (Bild 25).
55. Strömungsorgan nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Struktur einwirkenden Druckkräfte aus dem Strömungsmedium in der Struktur kompensiert sind oder senkrecht zu den Einstellkräften zur Einstellung der Struktur auf diese einwirken (Bild 48a bis 1).
56. Strömungsorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen nach zweien oder sämtlichen der Ansprüche 2 bis 4 miteinander kombiniert anGeordnet sind.
57, Strömungsorgan nach Anspruch 56, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgsngsquerschnitte der Strukturen nach Anspruch 3 oder 4 durch Struktur kleiner Reynoldszahl nach Anspruch 2 ausgefüllt sind.
58. Strömungsorgan nach einem der Ansprüche 2 bis 4 oder 56, 57, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere der Strukturen im Strömungswe angeordnet sind.
59. Strömungsorgan nach Anspruch 56, dadurch gekennzeichnet, daß Struktur aus einem zieharmonikaartig gefalteten Band gebildet ist, welches quer zur Strömungsrichtung verläuft, und dcE wenigstens und vorzugsweise die zwischen den Knickstellen verlaufenden Bandteile aus einer Struktur kleiner Reynoldezahl bestehen.
60. Strömungsorgan nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung vor und/oder hinter dem Band eine zusätzlich. Struktur kleiner Reynoldszahl im Strömungsweg angeordnet ist.
61. Strömungsorgan nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Strukturen, die aus mehreren Abstand angeordneten Strukturelementen gebildet sind, welche miteinander Durchtrittsspalte bilden, die Strukturelemente durch vorzugsweise verformbare Stützelemente aneinander angestützt sind.

L e e r s e i t e