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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft einen Durchflußmengenregler, wie er im Oberbegriff
des Patentanspruches 1 näher angegeben ist.
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Derartige Durchflußmengenregler werden hauptsächlich als Wassermengenregler
eingesetzt, die dafür sorgen sollen, daß die durchströmende Wassermenge unabhängig
von dem jeweils herrschenden Leitungsdruck auf einen bestimmten Wert begrenzt ist.
Wassermengenregler dieser Art sind in der älteren Anmeldung P 32 26 743.6 beschrieben.
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Wassermengenregler dieser Art haben den Nachteil, daß bei ihnen eine
Regelungswirkung erst bei einem sehr hohen Druck, etwa bei 6 bis 7 Bar, erreicht
wird; erst ab diesem Druckbereich ist die ausfließende Wassermenge im wesentlichen
unabhängig von dem Leitungsdruck. Diese Eigenschaft macht solche Durchflußmengenregler
ungeeignet für die Verwendung in Haushalten, bei denen der normale Leitungsdruck
zwischen 1 und 5 Bar liegt. Für eine solche Verwendung muß ein Regler eine Regelcharakteristik
zeigen, nach der die Regelungswirkung, d.h. das Konstanthalten auf dem Sollwert,
schon bei etwa 1 Bar möglich ist. Darüber hinaus ist es mit dem Regler der älteren
Anmeldung nicht möglich, im niedrigen Druckbereich eine höhere Durchflußleistung
vorzusehen als der Regelwert beträgt; solche Reglercharakteristika, die im niedrigen
Druckbereich eine "überhöhung zeigt, sind insbesondere bei Durchflußerhitzern erwünscht,
damit nach dem öffnen des Ausflußhahnes relativ schnell Wasser nachfließt und das
abfließende Wasser ersetzt. Bei dem Regler nach der älteren Anmeldung kann ein solches
Verhalten nicht einfach dadurch erzielt werden, daß die Zungen oder die Lamellen
mit einer geringeren Dicke versehen.werden, weil dann der Regler zwar im unteren
Druckbereich besser regeln würde, jedoch im höheren Druckbereich nicht mehr; er
würde im höheren Druckbereich nur noch als Drossel wirken, aber nicht mehr regeln.
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Aufgabe der Erfindung ist dementsprechend, für einen Regler der eingangs
angegebenen Art einen Aufbau anzugeben, mit dem erreicht wird, daß er auch im niedrigen
Druckbereich eine gute Regelwirkung zeigt ohne seine Regelwirkung im hohen Druckbereich
zu verlieren und mit dem darüber hinaus es auch möglich ist, im Druckbereich unterhalb
von 1 Bar eine anfängliche Überhöhung der Reglerkurve zu zeigen.
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Diese Aufgabe wird mit einem im Oberbegriff des Patentanspruches
1 angegebenen Durchflußmengenregler gelöst, der erfindungsgemäß nach der imkennzeichnenden
Teil dieses Anspruches angegebenen Weise ausgestaltet ist.
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Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich
aus den.Unteransprüchen.
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Die Die Erfindung beruht auf die Überlegung, daß die Reglercharakteristik
eines solchen Durchflußmengenreglers im unteren Druckbereich verbessert werden kann,
wenn ein Abschnitt des Reglers so ausgestaltet wird, daß dieser Abschnitt im unteren
Druckbereich die Reglerfunktion übernimmt, während im oberen Druckbereich ein anderer
Abschnitt die Reglerfunktion übernimmt, wobei dann der für den unteren Druckbereich
vorgesehenen Abschnitt praktisch geschlossen ist und nur noch als Begrenzer wirkt.
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Die die Durchflußöffnungen -schließenden Teile, d.h.
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die Zungen, werden dementsprechend so ausgestaltet,. daß ein Teil
der Durchflußöffnungen im unteren Druckbereich schließt, während ein anderer Teil
der Durchflußöffnungen erst im oberen Druckbereich schließt.
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Da das druckabhängige Schließen der Zunge auf den elastischen Eigenschaften
der Zungen, insbesondere ihre Rückstellkraft gegenüber dem Differenzdruck der strömenden
Flüssigkeit beruht, werden gemäß der Erfindung die Zungen so ausgestaltet, daß die
Zungen nicht alle gleiche Rückstellkraft haben, sondern einige eine geringere Rückstellkraft
als die anderen haben; alternativ.kann vorgesehen sein, daß die Zungen selbst mit
einem Dickenprofil versehen sind.
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Beispielsweise können die Zungen an ihrem freien Ende eine geringere'Dicke
aufweisen, so daß sie dort die Durchfluß-
öffnung schneller verschließen
als in demjenigen Teil der Zungen, der näher zu der dickeren Basis hin liegt.
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Bei einer solchen Ausgestaltung würden die Zungenenden die Reglerfunktion
im unteren Druckbereich übernehmen, und, wenn diese die Durchflußöffnung geschlossen
haben, würden die übrigen, dickeren Teile der Zungen die Reglerfunktion im oberen
Druckbereich übernehmen. Zu diesem Zweck können die Zungen mit einem gestuften Dickenprofil
versehen sein.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nimmt die Dicke
der Zungen kontinuierlich zu, so daß sie ein konisches Dickenprofil haben. Dabei
können die Innen-und Außenseiten der Zungen Kegelflächen sein, so daß ihr Querschnitt
von geraden Linien begrenzt ist, sie können aber auch zweifach gekrümmte Flächen
sein, so daß ihr Querschnitt nicht von geraden Linien, sondern von beispielsweise
parabel oder hyperbolisch gekrümmten Linien begrenzt sind.
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Bei einer anderen Ausgestaltung, die zusätzlich oder auch allein
zu den'vorangehenden Merkmalen vorgesehen sein kann, variiert die Dicke der Zungen
über ihre Breite hinweg, so daß die Rückstellkraft einer Zunge an ihrer einen Kante
geringer ausfällt als an der anderen; die Zungen werden aufgrund des Differenzdruckes
dann.etwas tordiert und schließen an der einen Kante früher als an der anderen,
was dazu führt, daß im-unteren Druckbereich die Regelwirkung verbessert wird.
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Schließlich können die Zungen auch gegen die Strömungsrichtung gewölbt
sein, so daß das Biegemoment nicht nur von der jeweiligen Stärke der Zungen, sondern
auch durch diese Wölbung bestimmt wird.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Zungen
im Zentrum eines Ringes befestigt sind und blattartig nach außen vorstehen. Bei
dieser Ausführungsform legen sich die Zungenenden an Dichtflächen eines äußeren
Ringes auf, wobei dieser Ring zusätzlich noch an seiner Dichtfläche profiliert werden
kann, so daß die Zungen sich mit ihren
Enden zunächst nur auf Vorsprünge
auflegen, die an dieser Dichtfläche gebildet sind, und bei zunehmendem Druck sich
weiter in die zwischen diesen VorsprÜngen gebildeten Durchflußöffnungen hineinbiegen.
Auch mit dieser Maßnahme wird eine sehr gute Regelwirkung erzielt.
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Weiterhin läßt sich mit einem erfindungsgemäßen Regler auf einfache
Weise ein Zwei-Richtungs-Regler verwirklichen, indem zwei die Zungen aufweisende
Bauteile .so zueinander gelegt werden, daß diese Zungen in zueinander entgegengesetzten
Richtungen zeigen. Bei dieser Ausführungsform ist gleichgültig, aus welcher Richtung
die Flüssigkeit zuströmt, derjenige Teil, dessen Zungen gegen die Strömungsrichtung
geneigt sind, schließen bei zunehmendem Druck, während bei dem anderen Teil die
Zungen in Strömungsrichtung geneigt sind und sich daher bei zunehmendem Strömungsdruck
nur $einen würden und damit keine Regelwirkung oder Begrenzungswirkung haben.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiele beschrieben und näher erläutert.
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Es zeigen Fig. 1 eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung; Fig. 2 einen Querschnitt nach der ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine alternative Ausführungsform; Fig. 4 einen Schnitt
durch die Zungen entlang der Linie I-I in Fig. 1; Fig. 5 eine Draufsicht auf eine
weitere Ausführungsform der Erfindung mit gewölbten Zungen; Fig. 6 einen Querschnitt
durch eine der Fig. 5 entsprechende Ausführungsform; Fig. 7 eine weitere, alternative
Ausführungsform; Fig. 8 eine weitere Ausführungsform mit zentral befestigten Zungen;
Fig.
9 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform; Fig. 10 einen Schnitt durch
die Ausführungsform nach Fig. 9; Fig. 11 einen Zweirichtungs-Durchflußmengenregler.
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Die Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Durchflußmengenreglers, dessen Querschnitt in der Fig. 2 dargestellt
ist. Von einer äußeren, ringförmigen Basis 2 stehen gegen die mit dem Pfeil 12 angedeutete
Strömungsrichtung Zungen 3 nach innen vor. Die Zungen 3 zeigen an der der Basis
2 abgewandten Seite verringerter Dicke, so daß sie sich in diesen Gebieten leichter
biegen und die Durchflußöffnungen 4, die entlang den Kanten der Zungen (vgl. Fig.
1) gebildet sind, leichter schließen können als.bei denjenigen Teilen der Zungen,
die die größere Schichtdicke haben.
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Die äußeren Enden 6 der Zungen 3 sind wiederum etwas verdickt, damit
sich dort die Zungen aneinander und nicht etwa übereinander legen, weil im letzteren
Fall zwischen den Zungen keine Durchflußöffnungen mehr herrschen würden und keine
Regelung, sondern nur noch eine Schließwirkung auftreten würde.
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Die Fig. 3 zeigt alternativ eine Ausführungsforn bei der die Dicke
der Zungen 3 kontinuierlich abnimmt. Nach dem linken Teil der Fig. 3 hat sowohl
die Oberseite 13 der Zunge 3 wie deren Unterseite 14 die Gestalt einer Kegelfläche.
Deren Neigung zur Zentralachse des Reglers ist unterschiedlich, so daß die Dicke
der Zunge in Richtung auf das Ende 6 hin abnimmt.
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Im rechten Teil der Fig. 3 ist dargestellt, daß lediglich die Oberseite
13 der Zunge 3 eine nur bezüglich der Symmetrieachse 15 gekrümmte Kegelfläche ist,
während die Unterseite 14 eine.zweifach gekrümmte Fläche ist. Der Querschnitt durch
eine derartige Zunge ist dementsprechend, wie in Fig. 3 dargestellt, an der Oberseite
13 geradlinig, an der Unterseite 14 gekrümmt.
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Die Fig. 4'zeigt eineiweitere Ausgestaltung.der Er-
findung,
die alternativ gewählt werden kann oder auch zu den bisher beschriebenen Merkmalen
des erfindungsgemäßen Durchflußmengenreglers hinzutreten kann. Die Fig. 4 zeigt
einen Querschnitt entsprechend der gestrichelten Linie I-I in Fig. 1. Wie dargestellt,
varriert die Dicke der Zungen 21-24 entlang einer Umfangslinie derart, daß jeweils
die dünnere Seite 16 der einen Zunge 22 der dünnen Seite 16' der anderen Zunge 21
und ebenso die dickere Seite 17 der einen Zunge 22 der dickeren Seite 17' der anderen
Zunge 23 gegenüberliegt. Im Gebiet der dünneren Seiten 16, 16' sind die Zungen beweglicher
und werden bei niedrigeren Drucken bereits schließen, während bei höheren Drucken
die die dickeren Seiten 17, 17' der Zungen sich aufeinander zu bewegen und erst
bei höherem Druck anfangen, die Durchflußöffnungen 4 druckabhängig zu verschließen.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Fig.
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5 bis 7 dargestellt. Bei diesen Ausführungsformen sind die Zungen
3 gegen die Strömungsrichtung 12 gewölbt. Diese Wölbung ist nicht nur in Verbindung
mit der Maßnahme, die Dicke der Zungen variabel zu gestalten, vorteilhaft, sondern
auch allein, denn hierdurch wird eine geringere Bauhöhe eines derartigen mit Zungen
ausgestatteten Durchflußmengenreglers ermöglicht. Dies ist in der Fig. 6 in einem
Querschnitt dargestellt.
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Nimmt der Druck der in Richtung des Pfeiles 12 strömenden Flüssigkeit
zu, so werden entsprechend der Darstellung der Fig. 6 die.Zungen 3 nach innen gebogen,
so daß sie sich aufeinanderzu bewegen und ihre Enden 6 einander berühren. Bei weiterem
Druck werden die Zungen 3 aus ihrer gebogenen Form in eine gestreckte Form gebracht,
die in der Fig. 6 mit den strichpunktierten Linien 19 angedeutet ist. Die Fig. 5
zeigt eine Draufsicht auf die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform. Die Kanten
der einander benachbarten Zungen 21, 22 sind mit dem Bezugszeichen 13 versehen.
Wenn die Zungen 21, 22.aufgrund des Strömungsdruckes aufeinander zu.wandern und
in die gestreckte, den gestrichelten Linien 19 entsprechende Posi-
tion
(Fig. 6) übergehen, so wandern die Kanten 13 der Zungen 21, 22 aufeinander zu und
nehmen die in der Fig. 5 gestrichelte dargestellte Position ein. Die Durchtrittsöffnungen
4 werden also zunehmend verschlossen.
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Die Fig. 7 zeigt eine entsprechende Ausführungsform, bei der die
Zungen 3 nicht nur gekrümmt sind, sondern auch in ihrer Dicke variieren.
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Die Fig. 8 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung, bei der die Zungen 3 an einer zentralen Basis 7 befestigt sind und sich
von dieser radial nach außen erstrecken. Ihre Dicke nimmt von der zentralen Basis
7 aus in Richtung ihrer Peripherie ab.
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Bei zunehmendem Strömungsdruck biegen sich die Zungen 3 mit ihren
Enden, d.h. mit ihrer Peripherie 8 in Richtung auf die Dichtkante 10, so daß sie
die Durchströmungsöffnung zunehmend verschließen und damit die durchfließende Wassermenge
regeln. Die Dichtfläche 10 kann mit einzelnen Rücksprüngen 9 versehen sein, so daß
auch dann, wenn die Zungen 3 mit ihrer Peripherie 8 auf der Dichtfläche 10 aufliegen,
noch Durchflußkanäle vorhanden sind, durch die Flüssigkeit durchströmen kann. Wenn
die Zungen 3 an-ihrer Peripherie ausreichend elastisch :verformbar sind, so können
sie bei weiter zunehmendem Druck sich in diese Rücksprünge 9 hineinbiegen, so daß
auch bei sehr hohen Drucken noch eine Reglerwirkung und nicht bloß eine Begrenzerwirkung
erzielt wird. Die in Fig. 8 dargestellte Ausführungsform kann auch so abgewandelt
werden, daß die bei den vorangehenden Ausführungsformen die Zungen an einem äußeren
Ring 2 befestigt sind und die Zungenenden sich.bei zunehmendem Druck auf einen zentral
angeordneten Dichtungskörper anlegen, der die Funktion der in Fig.8 dargestellten.Dichtfläche
10 übernimmt und ebenfalls mit Rücksprüngen 9 versehen sein kann.
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Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Durchflußmengenreglers
ist in den Fig. 9 und 10 dargestellt.
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Bei dieser Ausführungsform haben die Zungen 21 bis 24 eine
größere
Dicke als die anderen Zungen 25 bis 28. Dies ist schematisch in dem Querschnitt
der Fig. 10 dargestellt.
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Da die Zungen 25 bis 28 die geringere Dicke besitzen, werden sie schon
bei kleinem Druck aktiv und bewegen sich durckabhängig aufeinander zu, so daß die
zwischen ihnen gebildeten Durchflußöffnungen 4 mit zunehmendem Druck verschlossen
werden. Steigt der Flüssigkeitsdruck so weit daß daß die Durchflußöffnungen 4 zwischen
den Zungen 25 bis 28 ihre Endstellung erreicht haben und nicht weiter verschlossen
werden, so greift die Regelwirkung der dickeren Zungen 21 bis 24 ein, die sich erst
bei höherem Druck biegen und aufeinander zu bewegen, so daß sie erst bei hohem Druck
die zwischen ihnen gebildeten Durchflußöffnungen 41 verschließen. Die in den Fig.
9 und 10 dargestellte Ausführungsform stellt praktisch zwei in einem Bauteil vereinigte
Durchflußmengenregler dar, wovon der eine auf kleinen Druck und der andere auf großen
Druck ausgelegt ist.
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Eine letzte Ausführungsform ist in der Fig. 11 dargestellt. Bei dieser.Ausführungsform
sind zwei der in Fig. 7 dargestellten Regler gegensinnig aneinander gesetzt. Strömt
die Füssigkeit In der Fig. 11, von oben an, so wird die Durchflußmengenregelung
mit den Zungen 3 versorgt, die von der ringförmigen Basis 2 vorstehen. Die nach
unten durchtretende Flüssigkeit wird von den unteren Zungen 31 nicht wesentlich
behindert, denn bei zunehmendem Druck werden diese Zungen sich nach unten biegen,
also die zwischen ihnen befindlichen Durchflußöffnungen vergrößern. Erfolgt die
Flüssigkeitsströmung umgekehrt von unten nach-oben, so wird die Regelung von den
an der ringförmigen Basis 20 befestigten Zungen 31 besorgt, während die Zungen 3
des oberen Teiles inaktiv sind. Diese Auführungsform eignet sich folglich vorzüglich
als Zwei-Richtungs-Durchflußmengenregler.