DE3107921A1

DE3107921A1 - Volume governor for small delivery flows

Info

Publication number: DE3107921A1
Application number: DE19813107921
Authority: DE
Inventors: Ekkehard Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Flaischlen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-03-02
Filing date: 1981-03-02
Publication date: 1982-09-16

Abstract

Published without abstract.

Description

Mengenregler für kleine Förderströme.Flow regulator for small flow rates.

Mengenregler der im Oberbegriff des Anspruchs 1 bezeichneten Art sind bekannt (z.B.: ZElnführung in die Ölhydraulik und die hydraulische Systemtechnik", J.U.Thoma, Verlag W.Girardet, Essen, Ausgabe 1973, Seiten 31 und 32). Diese auch'als Stromregelventil bezeichneten Mengenregler verwenden als Stellglied einen Kolben, der vom Druckabfall an einer Vorsteuerdrossel beaufschlagt wird und ein Drosselventil verstellt, das in Serie mit der Vorsteuerdrossel geschaltet ist. Solche Mengenregler stabilisieren den Volumenstrom0 Ausgehend vom Bekannten stellt sich die Erfindung die Aufgabe, einen Mengenregler der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der einfacher und platzsparender im Aufbau ist, keinem Verschleiß unterliegt und zum Beeinflussen kleinster Durchflußmengen auch bei sehr schnellen Druckänderungen geeignet ist und keine Leckverluste aufweist.Flow regulators of the type specified in the preamble of claim 1 are known (e.g .: introduction to oil hydraulics and hydraulic system technology ", J.U.Thoma, Verlag W. Girardet, Essen, 1973 edition, pages 31 and 32). These also'as Flow regulators called flow regulators use a piston as the actuator, which is acted upon by the pressure drop at a pilot control throttle and a throttle valve adjusted, which is connected in series with the pilot control throttle. Such volume regulators stabilize the volume flow. The invention is based on the known the task of creating a flow regulator of the generic type that is simpler and is space-saving in its construction, is not subject to wear and tear and can be influenced smallest flow rates is also suitable for very rapid pressure changes and has no leakage losses.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved with the characterizing features of claim 1 solved.

Der erfindungsgemäße "Mengenregler" enthält genau genommen keine Regelung, sondern eine Steuerung, jedoch wird der in der Fachwelt geläufige Begriff verwendet, weil die entscheidende Funktion, nämlich den Volumenstrom zu stabilisieren, hiermit auch erfüllt wird.Strictly speaking, the "flow regulator" according to the invention does not contain any regulation, but a control, but the term common in the technical world is used, because the decisive function, namely to stabilize the volume flow, is hereby is also met.

le eine komprlmierte Baugröße läßt sich mit den weiterbildenden Merkmalen des Anspruchs 2 erzielen. le a compressed size can be achieved with the advanced features of claim 2 achieve.

Eine auch herstellungstechnisch vorteilhafte Ausbildung be--schreibt der Anspruch 3.A training that is also advantageous in terms of production technology is described claim 3.

Die Ansprüche 4, 5, 6 und 7 beschreiben weitere zweckmäßige Gestaltungen der Erfindung. Claims 4, 5, 6 and 7 describe further useful designs the invention.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt Fig. 1 einen prinzipiellen-Mengenregler nach der Erfindung, Fig. 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, Yig. 3 eine Detailvergrößerung aus Fig. 2, Fig. 4 eine Variante zu Fig. 3, Fig 5 eine weitere Variante zu Fig. 3. The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. 1 shows a basic flow regulator according to the invention, FIG. 2 shows a preferred embodiment of the invention, Yig. 3 an enlarged detail FIG. 2, FIG. 4 a variant of FIG. 3, FIG. 5 another variant of FIG. 3.

Die Anordnung nach Fig. 1 soll das Prinzip der Erfindung veranschaulichen. Der hier gezeigte Mengenregler besteht aus einem Gehäuse 1 mit einer abgestuften Bohrung 2, in die ein Kapillarrohr 3 am kleinen Bohrungsdurchmesser 4 eingesetzt ist Die Bohrung 2 steht über eine Druckleitung 5-mit einer Druckquelle für ein Medium, z.B. Wasser, in Verbindung. Dieses Medium gelangt mit dem Eingangsdruck P1 an den als Drossel wirkenden Spalt 6 des Kapillarrohres 3 und verläßt diesen mit dem Ausgangsdruck P2 an der Abströmseite. The arrangement according to FIG. 1 is intended to illustrate the principle of the invention. The flow regulator shown here consists of a housing 1 with a stepped Bore 2 into which a capillary tube 3 is inserted at the small bore diameter 4 The bore 2 is via a pressure line 5 - with a pressure source for a medium, e.g. water, in connection. This medium arrives at the inlet pressure P1 acting as a throttle gap 6 of the capillary tube 3 and leaves this with the outlet pressure P2 on the downstream side.

Im Spalt 6 stellt sich somit aufgrund der Drosselwirkung ein in Längsrichtung von P1 nach P2 abfallender Innendruck ein. Die Außenwand des Kapillarrohres 3 hingegen ist im Bereich der Bohrung 2 gleichmäßig mit dem Eingangsdruck P1 beaufschlagt, so daß auf diese Außenwand die Druckdifferenz vom Eingangsdruck zum jeweiligen Innendruck einwirkt. Das aus elastisch verformbarem Material bestehende Kapillarrohr 3 wird somit von links nach rechts zunehmend stärker zusammengepreßt (z.B. mit aP'am Anfang und opwt am Ende), wodurch der Querschnitt des Spaltes 6 in Abhängigkeit der Druckdifferenz von P1 zu P2 verändert wird. In the gap 6 there is thus a longitudinal direction due to the throttling effect internal pressure falling from P1 to P2. The outer wall of the capillary tube 3, however is evenly pressurized with the inlet pressure P1 in the area of bore 2, so that on this outer wall the pressure difference from the inlet pressure to the respective internal pressure acts. The capillary tube 3 made of elastically deformable material is thus increasingly compressed from left to right (e.g. with aP 'at the beginning and opwt at the end), whereby the cross section of the gap 6 as a function of the pressure difference is changed from P1 to P2.

Steigt also beispielsweise P1 bei gleichbleibendem Y2, so verengt sich der Spalt 6 über einen bedeutenden Teil seiner Länge ausreichend stark, wodurch der Strömungswiderstand in dem Malae erhöht wird, um den Volumenstrom zu stabilisieren. If, for example, P1 increases while Y2 remains the same, then it narrows the gap 6 is sufficiently strong over a significant part of its length, whereby the flow resistance in the malae is increased in order to stabilize the volume flow.

Das beispiel der Fig. 1 ist insoweit als Prinzipdarstellung zu verstehen, als die gezeichnete Länge des Kapillarrohres 3 sowie der Durchmesser des Spaltes 6 noch nicht zu einem ausreichenden Regel effekt führen. The example of Fig. 1 is to be understood as a schematic representation, than the drawn length of the capillary tube 3 and the diameter of the gap 6 does not yet lead to a sufficient control effect.

Berechnungsgrundlage ist die bekannte ZHagen-Poiseuille-Formel" bzw. die allgemeinere "Spal"-Formel. The basis of calculation is the well-known ZHagen-Poiseuille formula "or the more general "Spal" formula.

Eine Variation des Spaltquerschnitts wirkt sich somit sehr stark aus. Wenn beispielsweise zwei Arbeitspunkte des Mengenreglers vorgegeben werden, kann der Fachmann anhand der genannten Formel die erforderliche Spaltlänge sowie die den Arbeitspunkten entsprechenden Spaltquerschnitte errechnen. Aus der erforderlichen Querschnittsdifferenz und der Druckdifferenz der beiden Betriebsdrücke läßt sich dann nach den bekannten Festigkeitsformeln der Mechanik das Material und die Dicke der Wand des Kapillarrohres 3 festlegen. A variation in the gap cross-section has a very strong effect the end. For example, if two working points of the volume controller are specified, the person skilled in the art can use the formula mentioned to determine the required gap length as well Calculate the gap cross-sections corresponding to the working points. From the required Cross-sectional difference and the pressure difference between the two operating pressures can be Then according to the well-known strength formulas of mechanics, the material and the thickness the wall of the capillary tube 3.

Es versteht sich, daß zahlreiche Variationsmöglichkeiten existieren hinsichtlich Spaltlänge, Spaltquerschnxtt, Wandstärke und Material. Man kann dadurch den Mengenregler an den jeweiligen Betriebsdruckbereich in weiten Grenzen anpassen (Niederdruck oder Hochdruck), und man kann eine Betriebskennlinie realisieren, bei der der Volumenstrom bei steigendem Eingangsdruck gleichfalls ansteigt oder konstant bleibt oder reduziert wird. It goes without saying that there are numerous possible variations regarding gap length, gap cross section, wall thickness and material. You can through it adapt the flow regulator to the respective operating pressure range within wide limits (Low pressure or high pressure), and an operating characteristic can be realized at which the volume flow also increases or remains constant with increasing inlet pressure remains or is reduced.

Am Beispiel der Fig. 1 wurde gezeigt, daß der Preßdruck auf das Kapillarrohr 3 in Längsrichtung unterschiedlich ist. Eine Änderung des Eingangsdruckes wirkt sich somit an der Abströmseite des Spaltes .6 am stärksten aus und an der Anströmseite überhaupt nicht. Dies kann etwas kompensiert werden, wenn die Wandstärke des Kapillarrohres 3 zur Abströmseite hin zunimmt. Using the example of FIG. 1, it was shown that the pressure on the capillary tube 3 is different in the longitudinal direction. A change in the inlet pressure takes effect thus emerge most strongly on the downstream side of the gap .6 and on the upstream side not at all. This can be compensated somewhat if the wall thickness of the capillary tube 3 increases towards the downstream side.

In Fig. 2 ist nun eine praktische Ausführung etwas vergrößert dargestellt. Hier ist der Spalt 26.nach Art einer Schraube aufgerollt. Fertigungstechnisch zu realisieren ist dies am einfachsten mit einem Zylinderkern 7, in dessen Mantel eine schraubenförmige Nut 8 eingeschnitten ist. Der Zylinderkern 7 steckt mit leichtem Preßsitz in einer Hülse 9, deren den Spalt 26 innen begrenzende Wand elastisch in die Nut 8 eindrückbar ist. In axialer Verlängerung der Hülse 9 ist daran ein Ansatz 10 angeformt, der eine Axialbohrung 11 aufweist, die in das Innere der Hülse 9 und damit zur Abströmseite des Spaltes 26 führt. Der Ansatz 10 ist in einer Bohrung 12 eines Tragkörpers 13 befestigt (z.B. eingeklebt), so daß die Hülse 9 frei in die Bohrung 12 hineinragt. Ein Kanal 14 verbindet diese Bohrung 12 mit einer hier nicht besonders dargestellten Druckquelle. In Fig. 2, a practical embodiment is now shown somewhat enlarged. Here the gap 26 is rolled up like a screw. Manufacturing technology too this is easiest to implement with a cylinder core 7, in the jacket of which a helical groove 8 is cut. The cylinder core 7 is easy Press fit in a sleeve 9, whose wall delimiting the inside of the gap 26 is resiliently in the groove 8 can be pressed. In the axial extension of the sleeve 9 there is an approach 10 integrally formed, which has an axial bore 11 which extends into the interior of the sleeve 9 and thus leads to the downstream side of the gap 26. The approach 10 is in a hole 12 of a support body 13 attached (e.g. glued) so that the sleeve 9 freely in the bore 12 protrudes. A channel 14 connects this bore 12 with one here pressure source not specifically shown.

Die vergrößerte Detaildarstellung in Fig. 3 soll zur Erläuterung einiger Bemessungsangaben des Ausführungsbeispieles dienen. So ist bei einem Betriebsdruck aP = P1-P2 = 120 bar bei einem Medium mit der Viskosität r2 = 1 cSt ein Volumenstrom von 80ml/min fUr Zwecke der Schmiermltteldosierung ausreichend stabilisiert zu erhalten, wenn der Zylinderkern 7 einen Ourchmesser von 5 mm aufweist und die Nut 8 einen Radius R von 0,5 mm bei einer Spaltlänge von 160 mm hat. Die Wandstärke S der Hülse 9 soll 0,2 mm messen und als Material ist Rotguß (RG4) zu wählen. The enlarged detailed illustration in FIG. 3 is intended for explanation some of the dimensions of the exemplary embodiment are used. So is at an operating pressure aP = P1-P2 = 120 bar for a medium with the viscosity r2 = 1 cSt a volume flow of 80ml / min sufficiently stabilized for the purpose of lubricant metering, when the cylinder core 7 has a diameter of 5 mm and the groove 8 has a Has a radius R of 0.5 mm with a gap length of 160 mm. The wall thickness S of the sleeve 9 should measure 0.2 mm and gunmetal (RG4) should be selected as the material.

Der dargestellte halbkreisförmige Spaltquerschnitt führt dazu, daß die auf das Strömungsverhalten im Kreisquerschnitt abgestimmte Hagen-Poiseuille-Formel nicht mehr exakt anwendbar ist. The semicircular gap cross-section shown leads to the fact that the Hagen-Poiseuille formula tailored to the flow behavior in the circular cross-section is no longer exactly applicable.

In Fig. 4 ist eine Querschnittsgestaltung eines Spaltes 46 veranschaulicht, bei der die Druckempfindlichkeit gesteigert ist. In Fig. 4 a cross-sectional configuration of a gap 46 is illustrated, in which the pressure sensitivity is increased.

Hingegen ist ein Spalt 56, wie in Fig.5 skizziert, weniger empfindlich. Man kann also auch mit der Gestaltung des Spaltquerschnitts die Kennlinie des Mengenreglers variieren. Aufgrund der geringen bewegten Massen (Wandung der Hülse 9 und Flüssigkeitssäule im Spalt 26) lassen sich auch sehr schnelle Druckänderungen (Druckspitzen) beherrschen. Der Aufbau ist äußerst einfach und robust, sowie kompakt. In contrast, a gap 56, as sketched in FIG. 5, is less sensitive. You can also use the design of the gap cross-section to determine the characteristic of the flow regulator vary. Due to the low moving masses (wall of the sleeve 9 and liquid column very rapid pressure changes (pressure peaks) can also be controlled in the gap 26). The structure is extremely simple and robust, as well as compact.

Anstelle der in der Zeichnung gezeigten schraubenförmigen Ausbildung des Spaltes kann dieser auch als flachliegende Spirale oder als mäanderförmiger Kanal etc. gestaltet werden. Instead of the helical design shown in the drawing of the gap, this can also be a flat-lying spiral or a meander-shaped one Channel etc. can be designed.

So kann dazu beispielsweise in die Flachseite eines Plättchens (z.B. aus Keramik, Glas) eine entsprechend gewundene Nut eingeätzt werden und ein weiteres membraneartiges Plättchen bildet i daraufgelegt die elastisch in die Nut eindrückbare Begrenzungswand.For example, in the flat side of a plate (e.g. made of ceramic, glass) a correspondingly wound groove can be etched in and another A membrane-like plate is placed on top of it and forms the one that can be elastically pressed into the groove Boundary wall.

I Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausbildung kann zusätzlich der Zylinderkern 7 mit einer Axialbohrung (nicht dargestellt) versehen werden, die ausschließlich mit der Anströmseite des Mengenreglers in Verbindung steht. Es entsteht dadurch am Boden der Nut 8 eine elastisch verformbare Begrenzungswand, die mit dem innerhalb der Axialbohrung herrschenden Eingangsdruck P1 j beaufschlagt ist.In the embodiment shown in FIG. 2, the cylinder core 7 are provided with an axial bore (not shown) that exclusively is in connection with the upstream side of the flow regulator. It arises from it at the bottom of the groove 8 an elastically deformable boundary wall, which with the inside the inlet pressure P1 j prevailing in the axial bore is applied.

Alternativ zu der vorstehend angedeuteten Ergänzung kann nur der Nutboden als verformbare Begrenzungswand vorgesehen werden.As an alternative to the addition indicated above, only the groove bottom can be used be provided as a deformable boundary wall.

Die Hülse 9 wäre dann als starres Rohr zu sehen, dessen Außenseite dann auch nicht mit dem Eingangsdruck P1 zu beaufschlagen ist. The sleeve 9 would then be seen as a rigid tube, its outside then it is not necessary to apply the input pressure P1 either.

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Claims

Claims S Flow regulator for small flow rates of a medium, such as Gas, water, oil or the like, which has a throttle influencing the flow rate, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the throttle as in the direction of flow elongated gap (6, 26, 46, 56) is formed, the boundary wall (3, 9) of which is at least partially designed to be elastically deformable and with respect to the Gap the outer side of the elastic boundary wall with the inlet pressure (P1) of the medium introduced into the throttle can be acted upon.

2. Quantity regulator according to claim 1, characterized in that the Gap (26,46,56) rolled up like a spiral, screw or meander is.

3. Quantity regulator according to claim 2, characterized in that the Gap (26,46,56) through a helical groove (8) in the jacket of a cylinder core (7) is formed, which is enclosed by a sleeve (9) which can be elastically impressed into the groove which is the elastic boundary wall.

4. Quantity regulator according to claim 3, characterized in that the Sleeve (9) with an extension (10) which is axially extended with respect to the cylinder core (7) is provided, which is set up for fastening the sleeve to a support body (13) is.

5. Quantity regulator according to claim 4, characterized in that the Approach (10) is provided with an axial bore (11) which connects the inside of the sleeve (9) and thus the outflow side of the gap (26) with the outflow side of the flow regulator connects.

6. Quantity regulator according to claim 4 and 5, characterized in that the extension (10) has a bore (12) of the support body (13) terminating therein on one side is attached so that the sleeve (9) protrudes freely into the bore (12) and this Borehole as the upstream side of the flow regulator with the source of the medium; connectable is.

7. Quantity regulator according to claim 2 or one of the claims! 1che. 3 to 8, characterized in that the gap is formed by a helical groove in the jacket a cylinder core is formed which is enclosed by a sleeve, which forms a boundary wall and that the cylinder core is one side with the inflow side having communicating axial bore.