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Vorrichtung zur Zuführung eines strömenden Mittels in eine andere
strömende Flüssigkeit in vorbestimmtem Mischungsverhältnis Die Erfindung bezieht
sich auf eine Vorrichtung, um in eine erste Flüssigkeit, die unter Druck steht und
strömt, eine zweite Flüssigkeit in vorbestimmtem Mischungsverhältnis einzuführen,
wobei der Druck der Mischuhg an der Abströmseite im wesentlichen dem der ersten
Flüssigkeit an der Zuströmseite gleichbleibt.
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Die Vorrichtung besitzt zwischen einem Zuström-und einem Abströmpunkt
ein von der ersten Flüssigkeit durchströmtes Leitungssystem und eine Abzweigleitung,
in die ein Behälter für die zweite Flüssigkeit eingeschaltet ist.
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Es sind bereits Vorrichtungen dieser Art bekannt, bei denen ein Teil
der ersten Flüssigkeit durch die Zweigleitung strömt, die den Behälter für die zweite
Flüssigkeit enthält. Beim Durchströmen des Behälters beläd sich die erste Flüssigkeit
mit veränderlichen Mengen der zweiten Flüssigkeit, wobei das Mischungsverhältnis
je nach der Durchflußmenge der ersten Flüssigkeit der im Behälter vorhandenen Menge
der zweiten Flüssigkeit und nach anderen Bedingungen wechselt. In der Praxis hat
man jedoch festgestellt, daß es. auf diese Weise nicht möglich ist, gleichbleibende
Mengen der zweiten Flüssigkeit in die erste einzuführen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung, die es
ermöglicht, eine Mischung zweier Flüssigkeiten in genau vorher bestimmtem Verhältnis
herzustellen, gleichgültig, wie groß die Durchflußmenge der zweiten Flüssigkeit
in der Zweigleitung ist, wobei das Verhältnis auch z : zooo erreichen kann, unabhängig
von der Menge dar zweiten Flüssigkeit, die in dem Behälter innerhalb der Zweigleitung
vorhanden ist, und auch unabhängig davon, wie im Laufe
der Zeit
die ausströmende Menge der endgültigen Mischung sich ändert. Diese Vorrichtung ermöglicht
es, das Ausströmen der Mischung zu unterbrechen oder deren Menge zu verändern, ohne
daß sich das vorbestimmte Mischungsverhältnis ändert.
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Gemäß der Erfindung besitzt die Zweigleitung Mittel zur Übertragung
des Druckzustandes des ersten strömenden Mittels auf das zweite, wobei jedoch die
Berührung der beiden strömenden Mittel in der Abzweigleitung verhindert wird. Vorteilhafterweise
bestehen die Druckübertragungsmittel aus einer Druckkammer; in der das erste strömende
Mittel seinen Druck auf das zweite, das im Behälter ist, unter Zwischenschaltung
eines mit den beiden strömenden Mitteln nicht mischbaren Stoffes.überträgt, beispielsweise
Luft für Flüssigkeiten oder eine Flüssigkeit für gasförmig strömende Mittel.
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Nach einer zusätzlichen Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung besitzt
die Abzweigleitung an der Abströmseite des das zweite strömende Mittel enthaltenden
Behälters ein Rückschlagventil, beispielsweise ein mit einem Gewicht belastetes
Ventil, das das Abströmen der zweiten Flüssigkeit nach der Mischvorrichtung zuläßt,
jedoch das Eintreten des ersten strömenden Mittels in den Behälter verhindert, beispielsweise
beim Absperren der Abflußmischung.
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Außerdem ist gemäß einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung
ein Mengenregler für den Aüsfluß des zweiten strömenden Mittels aus dem Behälter
vorgesehen, und zwar an dessen Abströmseite zur Zweigleitung.
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Weitere Besonderheiten und Einzelheiten der Erfindung seien an Hand
der Zeichnung näher erläutert, in der eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung
in Anwendung auf ein Gerät zum Mischen von Wasser mit einem Reinigungsmittel in
vorbestimmtem Verhältnis schematisch dargestellt ist: Ein solches Gerät kann zweckmäßigerweise
zum Waschen von Fahrzeugen mittels eines Sprühstrahls Verwendung finden.
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In den Zeichnungen zeigt Fig. i eine -schematische Übersicht über
ein Gerät zur Einführung eines Reinigungsmittels (zweites strömendes Mittel) in
unter Druck stehendes strömendes Wasser (erstes Strömungsmittel) in vorbestimmtem
Mischungsverhältnis; Fig. 2 ist in vergrößertem Maßstabe ein Querschnitt durch ein
Rückschlagventil, das an der Abströmseite des Behälters für das zweite strömende
Mittel in der Zweigleitung vorgesehen ist; Fig. 3 ist ebenfalls in vergrößertem
Maßstabe ein Querschnitt durch den Mengenregler für das aus dem Behälter abströmende
Reinigungsmittel; Fig.4 zeigt die Verbindung zwischen der Druckwasserleitung und
der Abzweigleitung an der Stelle, wo das Reinigungsmittel in das Leitungssystem
eingeführt wird; Fig. 5 zeigt im Schnitt einen Dreiwegehahn zur Entnahme von mit
Reinigungsmittel vermischtem Wasser oder reinem Wasser bzw. zum Absperren jeder
Entnahme.
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In den verschiedenen Figuren bezeichnen die gleichen Bezugszeichen
gleiche Teile. Die in Fig. i dargestellte Apparatur umfaßt eine Leitung i, die mit
einer nicht dargestellten Druckwasserquelle verbunden ist. In die Leitung x ist
ein Reinigungsfilter 2 - eingeschaltet, der mögliche Unreinigkeiten aus dem Wasser
ausscheiden soll. Außerdem trägt die Leitung i ein Manometer 3 und eine Abzweigleitung
q. mit .einem Hahn 5 zur Entnahme von Wasser. Die Leitung i steht mit einem Röhrensystem
in Verbindung, das aus einer Leitung 6 besteht, in die ein Hahn 7 und ein Venturirohr
B (s. insbesondere Fig. q.) eingeschaltet ist. Die Leitung 6, die ein Manometer
9 an der Abströmseite des Venturirohres 8 trägt, endet in einem Hahn =o. Auf der
anderen Seite besteht das obenerwähnte Leitungssystem aus einem unteren Zweig =i,
der in einem Hahn 12 endet.
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Zwischen einem, Zuströmpunkt 13 und einem AbstrÖmPunkt =q. der Leitung
6 ist eine Abzweigleitung angeschlossen, die aus einem Rohr 15 besteht, das in der
Nähe der Unterseite einer Druckkammer 16 endet, deren Oberteil über ein Rohr 17
mit dem Behälter 18 für das mit dem Wässer zu vermischende Reinigungsmittel in Verbindung
steht. Außerdem ist in der erwähnten Abzweigleitung hinter dem Behälter 18 über
ein Rohr 28 ein Mengenregler =g für das aus dem Behälter 18 abströmende Reinigungsmittel
und ein Rückschlagventil 2o vorgesehen, das den Eintritt von Wasser aus der Leitung
6 in den Behälter 18 beim Unterbrechen der Entnahme der Mischflüssigkeit
durch Schließung der gekuppelten Hähne =o und 12 verhindert.
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Die Strömungsrichtung des Wassers und der Reinigungsmischung ist durch
Pfeile angedeutet.
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An der Verbindungsstelle der Leitungen 6 und =i des von der Leitung
x abzweigenden Leitungssystems und zwischen den Hähnen =o und 12, ist ein Verbindungsrohr
21 vorgesehen, das mit einer nicht dargestellten Düse für reines oder mit Reinigungsmittel
vermischtes Wasser in Verbindung steht.
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Der Behälter 18 ist mit einem Flüssigkeitsstandanzeiger 22 und einem
Einfüllstutzen 23 mit Verschlußstopfen ausgerüstet. In die die Druckkammer 16, den
Behälter =8, den Regler i9 und das Rückschlagventil?o enthaltende Zweigleitung sind
außerdem ein Abschlämmventil 7,4: und Hähne 25, 26 und 27 eingeschaltet. Die Druckkammer
16, der das Wasser durch das Rohr =5 zugeführt wird, dient zur Übertragung des Wasserdruckes
auf das in dem Behälter 18 enthaltene Reinigungsmittel unter Zwischenschaltung einer
Trennschicht, beispielsweise Luft, die zwischen der freien Oberfläche des Wassers
in der Druckkammer 16 und der freien Oberfläche des Reinigungsmittels im Behälter
18 derart eingeschlossen ist; daß kein Wasser mit dem Reinigungsmittel im Behälter
18 in Berührung kommen kann. Der Rauminhalt der Druckkammer 16 ist von der Größe
des Behälters =8 und dem absoluten Druck der ersten Flüssigkeit abhängig.
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Wie Fig. 2 zeigt, besteht das Rückschlagventil2o, das den Eintritt
von Wasser in den Behälter 18 über das Rohr 28 verhindert, aus einem Ventil 29;
das durch ein Gewicht 3o belastet ist. Der Mengenregler 19 für das aus dem
Behälter 18 austretende Reinigungsmittel
ist an dessen Abströmseite
vorgesehen und besteht, wie Fig. 3 zeigt, aus einer auswechselbaren Membran 31,
die an der Zuströmseite eines Filters angeordnet ist.
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Die in Fig. i dargestellten Hähne io und 12 können durch einen einzigen
Dreiwegehahn gemäß Fig. 5 ersetzt werden. Dieser Dreiwegehahn besitzt ein Küken
32 mit einem Handgriff 33 und einem Durchflußweg 34, der entweder die Leitung 6
oder die Leitung ii mit dem Rohr 21 verbinden kann. Die in der Zeichnung dargestellte
Zwischenstellung schließt jede Ausströmung ab.
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Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt: Will man eine Mischung
von Wasser und Reinigungsmittel versprühen, so öffnet man den Hahn io, so daß in
der Leitung 6 eine Wasserströmung entsteht, in die an dem Abströmpunkt 14 ein ständiger
Strom von Reinigungsmittel aus dem Behälter 18 eingeführt wird, der sich mit dem
Wasser infolge der besonderen Anordnungen der Mündung 28 im Venturirohr 8 (s. Fig.
4) innig mischt. Dank der Verbindung zwischen dem Rohr 15 und der Leitung 6 sowie
der Druckkammer 16 herrscht in dieser oberhalb der freien Oberfläche des Wassers
und im Rohr 17, das zum Behälter 18 führt, gleicher Druck wie in 3, der ausreicht,
um das Reinigungsmittel aus dem Behälter 18 zu treiben und durch das Rohr 28 in
das Venturirohr 8 zu führen, wo sich das Reinigungsmittel mit dem die Leitung 6
durchströmenden Wasser mischt. In der von Wasser durchströmten Leitung 6 bildet
sich ein Druckgefälle infolge der Verengung des Durchmessers im Venturirohr B. Durch
die aufeinander abgestimmte Wahl der Druckgefälle in 8 und in 31 sowie in der ganzen
Leitung 28 kann man das gewünschte Mischungsverhältnis genau vorherbestimmen.
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Will man lediglich reines Wasser versprühen, so genügt es, den Hahn
io zu schließen und den Hahn zz zu öffnen, so daß das in der Leitung i ankommende
Wasser durch die Leitung ii in das Verbindungsrohr 21, das mit der nicht dargestellten
Sprühdüse in Verbindung steht, geführt wird.
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Will man den Behälter 18 mit Reinigungsmittel auffüllen, so genügt
es, den Hahn 7 zu schließen, die Druckkammer 16 durch das Abschlämmventil 24 zu
entleeren und dann Reinigungsmittel durch den Stutzen z3 in den Behälter 18 einzuführen.
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Die am Zu- und Abfluß des Behälters 18 vorgese-
Dabei ist K' eine allgemeine Konstante, die der Unveränderlichkeit der spezifischen
Gewichte von Wasser und des Reinigungsmittels ebenso Rechnung trägt wie der Unveränderlichkeit
der Eigenschaften der Apparatur.
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Tatsächlich sind die Druckabfälle d hl und d h2
gleich.
Das kommt daher, daß das Mengenverhältnis
gleich dem Verhältnis der eingezogenen Querschnitte
des Wasser- und des Reinigungsstrahls ist. Da diese eingezogenen Querschnitte selbst
Funktionen henen Hähne 25 und 26 ermöglichen, den Behälter abzutrennen, wenn beispielsweise
eine Reparatur erforderlich ist, andererseits dienen die Hähne 26 und 27 zum Abtrennen
des Reglers i9, wenn dieser beispielsweise nachgesehen oder die Drossel 31 zur Änderung
des Mischungsverhältnisses ausgewechselt oder einfach gereinigt werden muß.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung läßt sich durch die
folgenden Gleichungen ausdrücken: Bezeichnet man mit S1' den eingezogenen Querschnitt
des Wasserstroms im Venturirohr 8 und mit Ui die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers
in diesem Querschnitt, sobald die Apparatur in Tätigkeit gesetzt ist, so richtet
sich die entsprechende Durchflußmenge Q1 nach der folgenden Beziehung: Q1 = Si'
U1.
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Bezeichnet man mit SZ den eingezogenen Querschnitt des strömenden
Reinigungsmittels in der Drossel 31
des Mengenreglers ig und mit U2 die Strömungsgeschwindigkeit
des Reinigungsmittels in diesem Querschnitt bei eingeschalteter Apparatur, so ergibt
sich die Menge Q2 aus folgender Beziehung Q2 - S2 U2-Das Mengenverhältnis ist dann
Bezeichnet man mit J), und 012 die spezifischen Gewichte des Wassers bzw. des Reinigungsmittels,
so sind die Strömungsgeschwindigkeiten U1 und U2 durch die nachfolgenden Gleichungen
auszudrücken
In dieser Gleichung sind d hl und d h2 die Druckabfälle im Venturirohr
8 bzw. im Regler ig, d. h. die Druckdifferenzen vor der Einschnürung des Flüssigkeitsstroms
und an der engsten Stelle der Einschnürung, während k1 und k2 charakteristische
Apparate, Konstanten sind.
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Führt man die Werte für die Strömungsgeschwindigkeiten U1 und U2 in
den Ausdruck für das Mischungsverhältnis ein, so erhält man: der nicht eingezogenen
Querschnitte, die vor ihnen liegen, also des Querschnitts S1 des' Venturirohres
8 und des Querschnitts S2 des freien Durchgangs der Drossel 31 im Regler ig sind,
erhält man
wobei K eine neue allgemeine Konstante darstellt. Tatsächlich ist der Ausdruck
d h2 gleich der Summe der beiden Ausdrücke d h2 und d h2",
wobei d h2
gleich dem gesamten Druckverlust zwischen dem Zuströmpunkt 13 und
dem Abströmpunkt 14 in Abhängigkeit von dem Strömungsquerschnitt in der den Behälter
18 enthaltenden Zweigleitung ist und d h2" den . Niveauunterschied H zwischen
der Achse des
Venturirohres 8 und dem Spiegel des Reinigungsmittels
im Behälter 18 darstellt. Dabei wächst der Niveauunterschied kontinuierlich je nach
der Entleerung des Behälters i8. Die konstruktiven Eigenschaften der Apparatur gemäe
der Erfindung, insbesondere der Mittelwert des Verhältnisses zwischen dem Niveauunterschied
H' und der Standhöhe h des Reinigungsmittels im Behälter 18 sind derart gewählt,
daß die in Frage kommenden Änderungen des Niveau-Unterschiedes so gering sind, daß
sie keinen merklichen Einfluß auf das Mengenverhältnis besitzen. Der Behälter 18
kann einen solchen Querschnitt
erhalten und in solchem Abstand von dem Venturirohr 8 angeordnet sein, daß das Verhältnis
nur eine sehr geringe Änderung, von der Größenordnung von iö und 2o °/o, aufweist.
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Der Ausdruck d h2" ist sehr klein im Verhältnis zu d h2' (weniger
als- io °/o), so daß die gesamte Änderung von d h2 in der Größenordnung von i bis
2 bleibt. Die Änderung des Mischungsverhältnisses
ist eine Funktion der Quadratwurzel der Änderung von d h2, d. h. in der Größenordnung
von i/ i bis v2 oder i bis 1,4 °/o. Man kann also das Verhältnis als praktisch konstant
ansehen.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht ausschließlich auf die
beispielsweise beschriebene Ausführungsform beschränkt. Es können vielmehr verschiedene
Abwandlungen dieser Form der Anordnung und des Aufbaues bestimmter Einzelteile bei
der praktischen Durchführung Anwendung finden, sofern diese Abänderungen nicht im
Gegensatz mit dem Grundgedanken der Erfindung stehen So kann beispielsweise der
Regler ig an Stelle einer auswechselbaren Drossel 31 eine einstellbare Nadel besitzen.
Ebenso kann das Venturirohr 8 einfach durch eine Drossel ersetzt werden" deren Öffnung
veränderlichen Querschnitt besitzt.
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Wenn auch die Erfindung in Anwendung auf die Vermischung zweier Flüssigkeiten
in vorbestimmtem Verhältnis beschrieben wurde, ergibt es sich von selbst, daß sie
in gleicher Weise auch auf eine Vorrichtung zur Einführung eines zweiten Gases in
ein strömendes Gas in vorbestimmtem Verhältnis verwendet werden kann. In diesem
Falle müssen selbstverständlich besondere Vorkehrungen getroffen werden, um eine
Berührung der beiden Gase in der Zweigleitung zwischen dem Zuströmpunkt 13 und dem
Abströmpunkt 1q. der Leitung 6 zu verhindern, insbesondere durch Einschaltung eines
Flüssigkeitspropfens geeigneter Art in die Leitungen 15 bis 17, der in einer Druckausgleichskammer
16' angeordnet sein kann, die aus einer Verdoppelung der Kammer 16 besteht.
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Insbesondere ist die Erfindung auf Einrichtungen zum Waschen'von Kraftwagen
anwendbar, bei denen eine Mischung von Wasser und einem Reinigungsmittel, beispielsweise
einem fettigen sulfonierten Alkohol, Verwendung findet, wobei der Anteil des Reinigungsmittels
sehr gering ist.