CH660085A5 - Durchflussmengenregler. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Durchflussmengenregler, bei dem eine Membran, die gegen elastische Kräfte verformbar ist, zwischen einem Zulauf druckraum und einem Ablauf druckraum angeordnet ist und der Ablaufdruckraum durch eine schalenförmige Anlagewand begrenzt ist, in der mindestens eine am radial äusseren Ende mit der Zulaufseite verbundene Radialnut vorgesehen ist.

Gemäss dem älteren deutschen Patent DE 3 223 206.3 legt sich die Membran mit steigendem Differenzdruck immer mehr an der konusförmigen Anlagefläche an. Auf diese Weise wird eine zunehmende Länge der Radialnut von der Membran abgedeckt, so dass sich ein Drosselkanal zunehmender Länge ergibt, der die Durchflussmenge in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen Zulauf druck und Ablauf druck drosselt. Im bekannten Fall werden die elastischen Käfte ausschliesslich durch die Elastizität des Membranenmaterials hervorgerufen. Da die Variationsbreite bei der Wahl des Membranenmaterials nicht allzu gross ist, liegen auch die verwirklichbaren Kennlinien des Reglers in einem engen Bereich. Insbesondere ist es schwierig, den Regler für sehr grosse Änderungen der Druckdifferenz auszulegen. Hinzu kommt, dass sich die Elastizität des Membranenmaterials verändert, sei es in Abhängigkeit von der Temperatur, von der Alterung oder einer chemischen Beeinflussung durch das zu regelnde Durchflussmedium. Infolgedessen ändert der Regler seine Eigenschaften.

Es ist ferner ein Durchflussmengenregler bekannt (DE-AS 1 049 176), bei dem eine dicke, ebene, elastische Scheibe mit einer ebenen Anlagefläche zusammenwirkt, in der Radialnuten vorgesehen sind. Hier wird die Drosselung in Abhängigkeit vom Differenzdruck dadurch bewirkt, dass sich die Scheibe mehr oder weniger tief in die Radialnut eindrückt und deren Querschnitt vermindert. Der Effekt der sich mit steigender Druckdifferenz verkleinernden wirksamen Membranenfläche tritt hier nicht auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Durchflussmengenregler der eingangs beschriebenen Art anzugeben, der die Möglichkeit bietet, die Regler-Kennlinie freizügiger und genauer als bisher festzulegen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Mittelbereich der Membran durch eine Feder belastet ist.

Diese Feder erzeugt die elastischen Kräfte in Verbindung mit der Membran, vorzugsweise aber im wesentlichen allein. 5 Durch die Wahl der Feder lässt sich die Kennlinie des Reglers in einem grossen Bereich festlegen. Insbesondere bereitet es auch keine Schwierigkeiten, den Regler zwischen dem Differenzdruck Null und einem sehr grossen Differenzdruck arbeiten zu lassen. Denn die Lage der Feder stellt io sicher, dass deren gesamte Kraft auf den noch wirksamen, also nicht durch die Anlagefläche abgestützten Teil der Membran wirkt. Da sich diese wirksame Fläche mit steigendem Differenzdruck verkleinert, lässt sich auch bei recht hohen Druckdifferenzen noch eine Regelung durchführen. 15 Darüber hinaus ist eine Feder sehr viel weniger empfindlich gegenüber Alterung, chemischen Angriffen und Temperatureinflüssen, so dass die einmal gewählte Kennlinie auch über die gesamte Betriebszeit im wesentlichen erhalten bleibt.

Unterschiedliche Kennlinien ergeben sich nicht nur durch 20 die Wahl unterschiedlicher Federn, sondern auch dadurch, dass die Feder mit Vorspannung eingebaut wird, die ebenfalls frei gewählt werden kann.

Vorzugsweise ist die Vorspannung der Feder einstellbar. Man kann dann bei einer gegebenen Feder den gesamten 25 Vorspannungsbereich ausnutzen, angefangen von der Vorspannung Null. .

Eine weitere Möglichkeit, die Kennlinie des Reglers zu beeinflussen, besteht darin, dass die Anlagewand konvex oder konkav von einer Konusfläche abweicht. Dies ergibt 30 unter sonst gleichen Verhältnissen unterschiedliche Neigungen der Anfangsabschnitte der Kennlinien.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Membran entsprechend der Anlagewand geformt. Die Membran vermag sich daher in allen Zwischenstellungen mit einem Teil ihrer Fläche an der Anlagefläche abzustützen, ohne dass dies einer elastischen Verformung bedarf. Die Membran kann daher aus einem ganz oder überwiegend unelastischen Material bestehen, so dass Einflüsse des Membranenmaterials auf die Kennlinie des Reglers klein gehalten werden können.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemässen Durchflussmengenreglers.

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform, bei der die Feder fortgelassen ist,

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform, bei der die Feder fortgelassen ist und

Fig. 4 bis 6 verschiedene Reglerkennlinien.

In Fig. 1 ist ein Rohr 1 veranschaulicht, in das ein Durchflussmengenregler 2 eingesetzt ist. Der Regler weist einen Grundkörper 3 auf, der in einer Umfangsnut 4 einen Dichtring 5 trägt. Zwischen einer Stirnfläche 6 des Grundkörpers 3 und einem Haltering 7 ist der Rand 8 einer Membran 9 eingespannt. Der Grundkörper 3 und der Haltering 7 sind zwischen einer Stufe 10 der Leitung 1 und einem Sprengring 11

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festgehalten.

Der Grundkörper besitzt eine konische Anlagefläche 12 und eine zentrische Bohrung 13. In der konischen Anlagefläche 12 ist eine Radialnut 14 vorgesehen, deren Querschnitt 65 sich von aussen nach innen verkleinert. Das radial äussere Ende 15 der Radialnut ist über eine Axialnut 16 mit dem Zulaufdruckraum 17 oberhalb der Membran 9 verbunden. Zwischen Membran 9 und Anlagefläche 12 befindet sich ein

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Ablaufdruckraum 18. Der Pfeil 19 gibt hierbei die Richtung der Strömung an.

Die Membran 9 besitzt einen Mittelbereich 20, der durch eine Schraubenfeder 21 belastet ist. Diese erstreckt sich durch die zentrische Bohrung 13 und ist am anderen Ende auf einer Stützplatte 22 abgestützt. Diese ist mit Hilfe der lediglich angedeuteten Schrauben 23 axial verstellbar, um die Vorspannung der Feder 21 zu ändern. Der Membranenteil 24 zwischen dem Mittelbereich 20 und dem Rand 8 ist konus-förmig derart, dass er der Anlagefläche 12 annähernd entspricht.

Statt der veranschaulichten einen Radialnut 14 können auch mehrere parallel geschaltete oder wahlweise allein oder in Kombination wirksam zu machende Radialnuten vorgesehen sein, wie es im deutschen Patent DE 32 23 206 veranschaulicht ist. Der Querschnitt der Radialnut 14 kann sich sowohl in der Höhe als auch in der Breite ändern.

Wenn im Betrieb keine Strömung vorhanden ist, wird die Membran 9 durch die Feder 21 in eine obere Stellung gedrückt, in der sich die Membran überhaupt nicht in Berührung mit der Anlagefläche 12 befindet und daher die Radialnut 14 völlig frei liegt. Wenn der Druck im Zulaufdruckraum 17 steigt, wird die Membran gegen die elastische Kraft der Feder 21 nach unten gedrückt. Hierbei legt sie sich teilweise an der Anlagefläche 12 an. Die Radialnut 14 wird daher über die Länge x abgedeckt und bildet einen entsprechenden Drosselkanal. Gleichzeitig wird derjenige Teil der Membran 9, welcher der Druckdifferenz zwischen Zulaufdruck und Ablaufdruck ausgesetzt ist, verkleinert. Die Feder 21 wirkt aber nach wie vor mit ihrer vollen Kraft. Daher ist jedem Differenzdruck AP eine bestimmte Gleichgewichtsstellung von Membran und Feder zugeordnet, die zu einer vorbestimmten Abdeckung x führt. Die maximale Abdek-kung xo und damit die maximale Drosselung ergibt sich,

wenn die Membran 9 mit ihrem Teil 24 vollständig auf der Anlagefläche 12 aufliegt.

In Fig. 2 ist ein Grundkörper 103 veranschaulicht, dessen Anlagefläche 112 gegenüber der Konusfläche konkav 5 abweicht. Die Membran 109 hat eine dieser Anlage fläche entsprechende Form. Dies ergibt einen steileren Anfangsbe-reich der Kennlinie.

In Fig. 3 ist der Grundkörper 203 mit einer Stirnfläche 212 versehen, die gegenüber der Konusfläche konvex abweicht, io Sie arbeitet mit einer Membran 209 zusammen, die dieser Anlagefläche 212 angepasst ist. Dies ergibt einen flacheren Anfangsabschnitt der Kennlinie.

In den Diagrammen der Fig. 4 bis 6 ist der relative Abdek-kungsgrad xr = x/x0 über dem Differenzdruck AP veran-15 schaulicht. Fig. 4 zeigt vier Kennlinien, bei denen die gleiche Feder 21, jedoch mit von a nach d zunehmender Vorspannung verwendet ist. Die Vorspannung kann mittels der Stützplatte 22 geändert werden.

Fig. 5 zeigt Kennlinien e bis h für Membranen mit unter-20 schiedlichen Verhältnissen zwischen maximaler und minimaler Membranfläche.

Fig. 6 zeigt Kennlinien i bis 1, die bei Verwendung der selben Feder und der gleichen Vorspannung für unterschiedliche Formen der Anlagefläche gilt, nämlich die Kennlinie i für die konvexe Anlagefläche der Fig. 2, die Kennlinie k für die Konusfläche der Fig. 1 und die Kennlinie 1 für die konkave Anlagefläche der Fig. 3.

Durch Kombination einer Feder, deren Kennlinie eine bestimmte Steigung hat, mit einer bestimmten Vorspannung und mit einer bestimmten Form der Anlagefläche lassen sich Reglerkennlinien erzielen, die dem Einzelfall sehr genau angepasst sind und es über einen grossen Bereich des Differenzdrucks gestatten, die Durchflussmenge annähernd konstant zu halten.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

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1. Durchflussmengenregler, bei dem eine Membran, die gegen elastische Kräfte verformbar ist, zwischen einem Zulaufdruckraum und einem Ablaufdruckraum angeordnet ist, und der Ablaufdruckraum durch eine schalenförmige Anlagewand begrenzt ist, in der mindestens eine am radial äusseren Ende mit der Zulaufseite verbundene Radialnut vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelbereich (20) der Membran (9; 109; 209) durch eine Feder (21) belastet ist.

2. Durchflussmengenregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (21) in der Ruhestellung vorgespannt ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Durchflussmengenregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung der Feder (21) einstellbar ist.

4. Durchflussmengenregler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagewand (112) konkav von einer Konusfläche abweicht.

5. Durchflussmengenregler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagewand (212) konvex von einer Konusfläche abweicht.

6. Durchflussmengenregler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (9; 109; 209) entsprechend der Anlagewand (12; 112; 212) geformt ist.