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Vorrichtung zum Regeln der Auslaufmenge einer unter konstantem Druck
stehenden Flüssigkeit in Abhängigkeit von einer Druckänderungen bewirkenden Variablen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Regeln der Auslaufmenge einer
unter konstantem Druck stehenden Flüssigkeit in Abhängigkeit von dem Druck oder
der Temperatur oder von beiden Einflüssen.
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In der Hauptsache besteht der Gegenstand der Erfindung aus zwei miteinander
kommunizierenden Gefäßen, von denen das eine eine Vorrichtung zum Konstanthalten
des Flüssigkeitsspiegels, das andere eine aus einem senkrechten Rohr mit übereinanderliegenden
Öffnungen bestehende Mündung enthält. Dabei kann das eine oder andere Gefäß gegen
die Außenluft abgeschlossen und unter den regelnden Druck gesetzt werden, wodurch
dann die auslaufende Menge mit zunehmendem Druck entweder zu- oder abnimmt. Gegebenenfalls
kann der Auslauf völlig unterbunden «-erden, wenn durch die Spiegelschwankung die
eine oder alle Öffnungen vollkommen freigelegt werden. Schließlich kann die Vorrichtung
dadurch ergänzt werden, daß die Auslaufleitung, welche durch die Auslaufmündung
bzw. Öffnungen gespeist wird, in Form eines umgekehrten Siphons ausgebildet wird,
der aus genügend langen Schenkeln besteht, um einen hydraulischen Verschluß oder
einen hydraulischen Abschluß des Druckes in dem Gefäße zu bilden, welches diese
Öffnung bzw. Öffnungen speist. .
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Neben dieser hauptsächlichsten Ausbildung besteht die Erfindung in
einigen weiteren Ausgestaltungen, die später ausführlich erläutert «-erden und gleichzeitig
mit der beschriebenen Hauptanordnung benutzt werden können.
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Diese zusätzlichen Ausgestaltungen können in folgendem bestehen: Als
geschlossenes Gefäß kann dasjenige verwendet werden, das sich über dem tiefsten
Flüsigkeitsspiegel befindet, auf den sich die Flüssigkeit einstellen kann. In diesem
geschlossenen Gefäß kann der veränderliche Druck zur Geltung kommen, der in diesem
Gefäß durch die Dampfspannung erzeugt wird, welche mit Hilfe eines beliebigen äußeren
Mittels zur thermischen Änderung erzielt wird, und zwar kann entweder die Dampfspannung
der durch die Vorrichtung abgegebenen Flüssigkeit selbst oder diejenige einer anderen
Flüssigkeit benutzt werden, besonders einer solchen, die gegen Temperatureinflüsse
sehr empfindlich ist. In dem geschlossenen Gefäß kann aber auch einfach der Druck
zur Geltung kommen, der in der gleichen Weise durch die Ausdehnung eines Gases,
etwa der in dem Gefäß eingeschlossenen Luft, erhalten wird, während in dem anderen
Behälter sich ein gleichbleibender oder unveränderlicher Druck geltend macht, der
beispielsweise der Atmosphärendruck sein kann.
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Die Erfindung kann weiterhin dadurch ergänzt werden, daß das eine
der Gefäße unter einen Über- oder Unterdruck gebracht wird, welcher durch eine beliebige
äußere Ursache
erzeugt wird, beispielsweise durch den Betrieb einer
Maschine, mit welchem die Vorrichtung in Verbindung steht, während man auf das andere
Gefäß einen beliebigen Druck, z. B. entweder einen gleichbleibenden oder einen Atmosphärendruck,
wirken läßt.
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Eines der Gefäße kann auch so ausgebildet sein, daß sich in ihm ein
Flüssigkeitsspiegel einstellt, der sich genau auf gleicher Höhe halten kann.
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Zur Aufnahme der aus dem Abflußrohr strömenden Flüssigkeit kann ein
Hilfsbehälter dienen, der unter Atmosphärendruck steht, derart, daß erstens die
gleiche Spiegelhöhe wie in dem unter diesem Druck stehenden Gefäße der Vorrichtung
erreicht werden kann und zweitens die Regelung des Ausflusses aus diesem Hilfsbehälter
demnach von derjenigen unabhängig gemacht ist, die sich aus der Ausflußmenge der
Vorrichtung selbst ergibt, zum mindesten soweit diese nicht gemäß der vorher beschriebenen
Arbeitsweise unterbunden ist. , Es können auch Behälter oder Räume mit den äußeren
Druck erzeugenden Mitteln verbunden werden, um Differenzwirkungen der gemeinsamen
Druckdosierung in den beiden Gefäßen zu erzielen.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sei auf die Zeichnung verwiesen,
die jedoch, ebenso wie die nachfolgende Beschreibung, nur einige der zahlreichen
möglichen Ausführungsformen des Erfindungsgedankens als Beispiele behandelt.
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Abb. i zeigt im lotrechten Schnitt eine Vorrichtung zur Regelung des
Flüssigkeitsausflusses gemäß der Erfindung.
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Abb. 2 stellt die gleiche Vorrichtung während eines anderen Betriebszeitraumes
dar. Abb. 3 zeigt die gleiche Vorrichtung zu einem dritten Betriebszeitraum, wobei
allerdings die Vorrichtung noch eine Zusatzanordnung besitzt, welche die zwischen
den beiden Gefäßen möglichen Druckunterschiede begrenzt.
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Abb. q. stellt als Beispiel eine Vorrichtung ähnlich derjenigen nach
Abb. i und 2 dar, die jedoch eine Einrichtung zur Verwendung der Dampfspannung der
eigenen Flüssigkeit oder einer Hilfsflüssigkeit für den Betrieb der gesamten Vorrichtung
besitzt.
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Abb. 5 veranschaulicht eine Vorrichtung, die im Vergleich zu den vorher
genannten durch einige weitere Anordnungen ergänzt ist.
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Abb.6 zeigt schließlich eine Vereinigung der vorher erwähnten Ausbildungen.
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Bei einer allgemein geltenden Ausführungsform gemäß der Erfindung
besteht die Vorrichtung in der Hauptsache aus folgenden Teilen: Man verwendet ein
Gefäß a, das frei beispielsweise mit der Außenluft in Verbindung steht. In diesem
wird die Höhe des Flüssigkeitsspiegels in üblicher Weise gleichgehalten, z. B. durch
einen Schwimmer, der, mit einem Nadelventil verbunden, den Zufluß der Flüssigkeit
regelt (vgl. Abb. 5 und 6), oder auch, wie in den Abb. i bis q. dargestellt, durch
einen Überlauf b, durch den die im Überfluß aus dem Zuleitungsrohr c ausfließende
,Menge wieder abläuft. Es kann auch ein beliebiges anderes Mittel zur Regelung des
Flüssigkeitsspiegels im Gefäß a Verwendung finden.
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Das Gefäß a hat eine Verbindung d mit einem zweiten
Gefäß e, welches in seinem oberen Teil einen Hahn f besitzt und in dem ein Rohr
g°-gl, welches das Ausflußrohr der Vorrichtung bildet, eine Reihe von Durchtrittsöffnungen
h, i, j, k, Z, m, n besitzt, die der Höhe nach untereinander in dem
Schenkel g° dieses Ausflußrohres angebracht sind, der in dem Gefäß e liegt.
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Dieses Ausflußrohr g°-gl ist in Form eines umgekehrten Siphons gekrümmt.
Der Steigrohrschenkel g1 mündet unterhalb des Flüssigkeitsspiegels in der Vorrichtung,
insbesondere unterhalb des gleichbleibenden Spiegels im Gefäß a, in einen Hilfsbehälter
o, der eine Ausflußöffnung p besitzt und unter Atmosphärendruck steht.
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Demgemäß erhält man die folgende Wirkungsweise: Die aus dem Zuflußrohr
c in das Gefäß a austretende Flüssigkeit, die hier auf gleicher Spiegelhöhe gehalten
wird, fließt durch die Verbindung d in das Gefäß e.
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Wenn die Gefäße a und e unter gleichem Druck stehen, wenn also beispielsweise
der Hahn f die Verbindung zwischen dem Behälter e und der Außenluft herstellt, so
stellt sich in beiden Behältern die gleiche Flüssigkeitshöhe ein. Die übereinanderliegenden
Austrittsöffnungen h, i, j und k liegen hierbei unterhalb dieses Spiegels
und speisen das Austrittsrohr g0-g". Die Flüssigkeit tritt in den Hilfsbehälter
o durch den Schenkel g1 aus, dessen Mündung unterhalb des allgemeinen Flüssigkeitsspiegels
liegt. je nach der an der Ausflußöffnung p dieses Hilfsbehälters o verlangten bzw.
abgegebenen Flüssigkeitsmenge wird die durch die Öffnungen h, i, j und k
tretende Mertge ganz oder teilweise verbraucht, so daß, wenn sich beispielsweise
die Flüssigkeitsabgabe durch den Ausfluß p auf Null verringert, das Gefäß e sich
bis auf den allgemeinen Flüssigkeitsstand der Vorrichtung füllen kann.
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Die Flüssigkeit kann somit frei durch die Vorrichtung fließen, solange
zwischen den Gefäßen a und e kein Druckunterschied herrscht (Abb. i). Wenn
man jedoch beispielsweise
durch Anschluß der Hahnleitung f an einen
beliebigen Druck auf den Flüssigkeitsspiegel im Gefäß 8 einen Gasdruck wirken läßt,
so treibt dieser Druck die Flüssigkeit in eine Gleichgewichtslage, die von dem Unterschied
der Drücke in den beiden Gefäßen a und e abhängt. Da die Flüssigkeit in dem Gefäß
a durch dessen Ausbildung stets gleich hoch steht und in dem Normalzustand unter
einem Druck steht, der, wie beispielsweise der Atmosphärendruck, im wesentlichen
gleichbleibt, so macht sich die gesamteÄnderung in der Höhe der Flüssigkeitsspiegel
in dem Gefäß e geltend. Die Zahl der Ausflußöffnungen la, i, j und h, welche
unterhalb des Flüssigkeitsspiegels in diesem Gefäß lagen, ändert sich mit dem in
dem Gefäß herrschenden Druck.
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Hieraus ergibt sich eine Änderung der aus dem Rohr g°-gl austretenden
Flüssigkeitsmenge in Abhängigkeit von dem Druck in dem Gefäß e, wodurch je nach
dem Verwendungsbedarf die Austrittsmenge geregelt werden kann.
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Dieser Druck kann (vgl. Abb. 2) so stark «-erden, daß er alleAustrittsöffnungen
11., i, j, k freilegt und damit den Ausfluß vollständig unterbindet. Der
durch das Rohr g°-gl gebildete Siphon hat dann den Zweck, den Abfluß derjenigen
Flüssigkeit zu verhindern, ,welche diesen Druck durch die Höhe des Schenkels g1
aufrechterhält. Die Höhe der Flüssigkeitssäule in dem Schenkel g1 ist durch die
Bauart der Vorrichtung größer als diejenige zwischen dem gleichbleibenden Flüssigkeitsstand
im Gefäß a und der Verbindung d. Auf diese Weise kann bei einem Übermaß an Druck
im Gefäß e die unter Druck stehende Flüssigkeit die gesamte Flüssigkeit zurückhalten
und sogar selbst noch durch die Verbindung d nach a hin entweichen, bevor
sie durch den Schenkel g1 austreten kann.
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Abb. 3 zeigt die Wirkungsweise, wenn der Druck in dem Gefäß e negativ
wird, h. h. wenn hier ein Unterdruck beispielsweise gegenüber dem Atmosphärendruck
herrscht, der über der Flüssigkeit im Gefäß a steht. Der Spiegel in dem Gefäß e
hebt sich dann, so daß die Flüssigkeit nur durch eine Reihe Zusatzöffnungen
1, va, n austreten kann, die in dein Rohr g°-gl oberhalb des durch die Bauart
der Vorrichtung gleichgehaltenen Flüssigkeitsspiegels liegt, so daß durch sie zusätzlich
zu den Austrittsöffnungen lt, i, j und k eine Flüssigkeitsmenge ausfließt.
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Diese Abbildung zeigt übrigens noch eine Zusatzeinrichtung, durch
welche die Druckunterschiede zwischen den beiden Gefäßen a und e selbsttätig begrenzt
werden können, für den Fall, in welchem ein Unterdruck, der sich beispielsweise
aus dem Betrieb einer Maschine ergibt, mit dem die Vorrichtung verbunden ist, in
dem Gefäß e zu groß werden könnte. Diese Zusatzvorrichtung kann einfach aus einem
üblichen selbsttätigen Ventil r bestehen, das an den oberen Teil des Gefäßes e angesetzt
ist und so geregelt werden kann, daß es sich bei einem bestimmten Überdruck im Gefäß
e öffnet.
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Diese Vorrichtung kann auch aus einem hydraulischen Verschluß bestehen,
welcher aus einem Siphon s°-sl gebildet wird, dessen Schenkels" in den oberen Teil
des Gefäßes e und dessen anderer Schenkels'. in den oberen Teil des Gefäßes a oberhalb
des hier vorhandenen Flüssigkeitsstandes mündet, wobei jedoch das Knie des Siphonrohres
unterhalb des Flüssigkeitsstandes des Gefäßes u geführt ist und hier die Flüssigkeit
dieses Gefäßes durch eine kalibrierte Öffnung t entnehmen kann. Die durch t eintretende
Flüssigkeit füllt das Knie des Siphons s11-s1 und steigt mit den Druckänderungen
im Gefäß ein dem Schenkel s° aufwärts. Da der Zufluß durch die Öffnung t begrenzt
ist, verursacht eine zu starke Druckänderung im Gefäß e eine Entleerung des Siphons
s'-s' und stellt eine Verbindung zwischen den Drücken in den beiden Gefäßen her,
die jedoch sogleich wieder mit der Füllung des Siphons durch den Zufluß bei t unterbrochen
wird. Man erhält auf diese `'eise eine Regelung und Begrenzung der Druckunterschiede
zwischen den beiden Gefäßen.
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Als hauptsächlich praktisch anwendbare Mittel zur Erzeugung der Druckunterschiede,
welche die Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß der Erfindung beeinflussen, können
die Änderungen der Dampfspannung in einem geschlossenen Behälter benutzt werden,
die durch Wärmemittel verursacht werden, etwa wie dies Abb. q. darstellt.
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In der hier dargestellten Ausführungsform dient die Hahnleitung f
zum Anschluß des Gefäßes e an einen geschlossenen Behälter q, in dem sich
eine verhältnismäßig leicht verdampfende Flüssigkeit befindet, die Wärme-oder Kältewirkungen
ausgesetzt ist, welche von einem beliebigen äußeren Mittel herrühren. Nun treten
die gleichen Wirkungen ein, wie sie vorher beschrieben worden sind. Eine Temperatursteigerung
erhöht die Dampfspannung und demgemäß den in dem Gefäß e ausgeübten Druck. Dieser
ruft nacheinander ein Freilegen der Öffnungen h, i, j, k des Ausflußrohres
hervor, während ein Sinken der Temperatur, die mit Hilfe eines genügend starken
Kühlmittels erzeugt wird, den Druck im Gefäß e in der Weise vermindern kann, daß
er unter den auf die Flüssigkeit des Gefäßes a wirkenden Atmosphärendruck sinkt,
so
daß der Flüssigkeitsspiegel im Gefäße steigt, bis auch noch die Zusatzaustrittsöffnungen
1, in, zt in Betrieb kommen.
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Je nach der Art und Zusammensetzung der Flüssigkeit, die durch die
Vorrichtung fließt, und je nach den Anwendungsbedingungen kann es sich sogar erübrigen,
einen besonderen geschlossenen Behälter q zu verwenden. Vielmehr kann der obere
Teil des Gefäßes e selbst, wenn er ganz abgeschlossen ist und der Hahn f fortgelassen
wird, den geschlossenen Behälter bilden, in welchem die Dampfspannung der durch
die Vorrichtung strömendenFlüssigkeit oder sogar nur dieAusdehnung der eingeschlossenen
Luft bei Temperaturänderungen die gewünschten Wirkungen hervorrufen kann.
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Wie schon dargelegt, ist die Zahl der Mittel zur Erzielung der Druckunterschiede
zwischen den beiden Gefäßen a und e nicht begrenzt. Ein positiver oder negativer
Druck gegenüber dem in a herrschenden Druck, der in beliebiger Weise durch Dampf,
Gas o. dgl. erzeugt ist und mittels einer an das nur schematisch dargestellte, mit
dem Hahn f versehene Rohr anschließenden Rohrleitung zugeführt wird, bildet bereits
ein Mittel, um den Betrieb der Vorrichtung aus der Ferne zu überwachen bzw. ein
allgemeines Verfahren zur Regelung ihrer Ausflußmenge.
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Ein Beispiel, an dem man sich leicht die gewerbliche Verwertung dieser
Anlage klarmachen kann, liegt vor bei Maschinen, Einrichtungen o. dgl., bei denen
die Flüssigkeitszufuhr oder -abgabe geregelt und selbsttätig dosiert werden muß,
zu dem Zweck, ein Gasgemisch zu sättigen oder in bestimmter Weise zusammenzusetzen,
z. B. bei Luftbefeuchtern, die in der Textilindustrie Verwendung finden, für Vorrichtungen
zur Speisung von Brennern, mit einer brennbaren Flüssigkeit, Vorrichtungen zur Zuführung
eines Brennstoffs für Explosions- oder Verbrennungskraftmaschinen, wie Injektoren
oderVergaser usw., bei welchen der positive oder negative Druck, der in der Vorrichtung
zur Geltung kommt, durch den Betrieb der Maschine oder des Motors selbst geliefert
oder geregelt werden kann, mit welchem die Vorrichtung gemäß der Erfindung verbunden
ist oder bei welchem die Flüssigkeitsabgabe sich in Abhängigkeit von der Temperatur
ändern muß.
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Wie auch bereits ausgeführt wurde, ist die Anwendung der Druckänderungen
nicht auf ein besonderes Gefäß beschränkt. So können auch die Druckänderungen, die
sich in dem Gefäß a unabhängig von denen im Gefäß e geltend machen, zugleich oder
gesondert eine ganz entsprechende Wirkungsweise der Vorrichtung erzeugen, wie sie
im vorstehenden beschrieben ist. Eine Anwendung dieser Art, die ein leicht faßbares
Beispiel bildet und bei der an der Ausbildung der Vorrichtung nach Abb. r bis q.
nichts geändert zu werden braucht, ist die Verwendung der barometrischen Druckschwankungen,
die sich in dem Gefäß a geltend machen, als Mittel zur selbsttätigen Regelung der
Ausflußmengen der Vorrichtung, die an den Teilen der Steuerung oder Verteilung,
der Speisung oder Messung im Flugwesen angebracht ist.
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Es ist ferner auch ersichtlich, daß die Art der Ausführung der Vorrichtung
nicht auf die an Hand der Abb. z bis q. beschriebene beschränkt ist, welche die
Anwendung von äußeren Drücken in dem Gefäß e zeigen, sondern daß eine genau gleichartige
Ausbildung hinsichtlich der Wirkung und der Ergebnisse auch durch Anwendung von
äußeren Druckwirkungen bei dem Gefäß a erreicht werden kann, wie dies als Beispiel
in der in Abb. 5 dargestellten Ausführungsform angedeutet ist. Bei dieser Art der
Vorrichtung wird der äußere Druck auf das Gefäß a durch ein mit einem Hahn v versehenes
Rohr 2c übertragen. Das Gefäß a ist nun also der geschlossene Behälter, während
der Hahn f, der in den vorhergehenden Abbildungen dargestellt war, fortfällt und
zur größeren Klarheit somit das Gefäße ganz offen, also dem Einfluß des Atmosphärendruckes
ausgesetzt, dargestellt ist. Die Wirkungen der Druckänderungen auf die Flüssigkeitsspiegel
in den beiden Gefäßen a und e entsprechen vollkommen den an Hand der vorhergehenden
Abbildungen beschriebenen Wirkungen, so daß es nicht nötig ist, im einzelnen hierauf
einzugehen.
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In Abb. 6 ist schließlich eine der möglichen Vereinigungen der verschiedenen
vorher erläuterten Ausführungsformen dargestellt. Die Einzelteile nach Abb. 5 sind
wieder verwendet, jedoch ist das Gefäß e wiederum, wie bei den Abb. r bis 3, mit
dem äußeren Betriebsdruck in Verbindung gebracht. Die Hähne f und v sind
zu einem einzigen Mehrwegehahn x
vereinigt, dessen Betätigung nach Belieben
eines der Gefäße a oder e beispielsweise mit dem Atmosphärendruck in Verbindung
setzen kann oder auch gestattet, die Größe der vereinten Wirkung dieser Verbindungen
in dem Maße zu regeln, daß Differenzwirkungen der gemeinsamen Druckdosierung in
den beiden Gefäßen erzielt werden.