DE1648016C3 - Vorrichtung zum Regeln des Massendurchsatzes eines gasförmigen Mediums in einem Hauptströmungskanal - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln des Massendurchsatzes eines gasförmigen Mediums in einem Hauptströmungskanal.

Vorrichtungen dieser Art werden gewöhnlich zur Konstanthaltung des Luft-Massendurchsatzes bei KIimatisierungs- und Druckregulierungsanlagen von Flugzeugkabinen in die Zusatzluftführung zwischen den triebwerkseitigen Auslaß und die Klimatisierungsanlage geschaltet Der Druck und die Temperatur des von dem Düsentriebwerk abgezweigten Luftstromes kann, entsprechend der geflogenen Höhe und der Geschwindigkeit des Fiugzeugs, und ebenso der momentanen Schubkraftentwicklung des Triebwerks, stark variieren. Andererseits muß die Luftströmung dabei jederzeit innerhalb enger Grenzen gehalten werden, da ein Ansteigen d<;r abgezweigten Luftmenge über den erforderlichen Wert einen unnötigen Verlust an Vortriebsleistung des Düsentriebwerks mit sich bringt, wohingegen eine zu geringe Luftmenge zu einer schlechten Klimatisierung und/oder einem Absinken des Kabinen-Innendruckes führt.

Es ist bereits eine Vorrichtung zum Regeln des Massendurchsatzes eines gasförmigen Mediums in einem Hauptströmungskanal, mit einem durch eine pneumatische Servoeinrichtung betätigten Hauptstromventil und einer stromoberseitig davon angeordneten Hauptdrossel in dem Hauptströmungskanal, und einem ersten Druckfühler, der mit einem, in eine das Hauptstroniventil mit dem Hauptströmungskanal stromoberseitig einer ersten Zweigleitung verbindende Servoieitung geschalteten, veränderlichen Auslaßventil zusammenwirkt, und der über eine stromunterseitig der Hauptdrossel abgehende zweite Zweigleitung und die stromoberseitig der Hauptdrossel abgehende, zu einem Niederdruckbereich führende erste Zweigleitung mit dem Hauptströmungskanal in Verbindung steht, wobei in die erste Zweigleitung stromoberseitig des ersten Druckfühlers eine feste Hilfsdrossel geschaltet ist, die so ausgelegt ist, daß die Strömungen durch die Hauptdrossel und durch die feste Hilfsdrossel, der stromunterseitig des ersten Druckfühlers eine zweite Hilfsdrossel nachgeschaltet ist, analog sind, für den Fall vorgeschlagen worden, daß das Medium entweder inkompressibel ist, so daß seine Dichte im wesentlichen unabhängig von der Temperatur ist, oder daß das Medium auf einer im wesentlichen konstanten, die Dichte des Mediums nicht wesentlich beeinflussenden Temperatur gehalten wird. Beide Voraussetzungen sind jedoch bei der Klimatisierung und/oder Druckregulierung von Flugzeugkabinen der vorbeschriebenen Weise nicht erfüllt, so daß diese vorgeschlagene Vorrichtung zur Klimatisierung und/oder Druckregulierung von Flugzeugkabinen nur bedingt geeignet ist.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der zur Rede stehenden Art zu schaffen, die in der Lage ist, eine Feinregulierung von auftretenden Temperatureinflüssen in Richtung auf einen konstanten

Massendurchsatz des gasförmigen Mediums sicherzu- -tellen.

Temperatureinflüsse können sowohl von außen in Form von Temperaturschwankungen des Mediums auf eine derartige Vorrichtung einwirken, als auch innerhalb der Vorrichtung selbst in Form von Temperaturänderungen des Mediums aufgrund von Reibung, Kompressions- und Dekompressionserscheinungen entstehen.

Die Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art einmal dadurch gelöst, daß eine veränderliche Hilfsdrossel vorgesehen ist, die einen langgestreckten Hohlkörper aufweist, in den die erste Zweigleitung einmündet, und der stirnseitig durch eine Blende abgeschlossen ist, und in dem eine sich gegen die Blende erstreckende und mit dieser einen veränderlichen Auslaßquerschnitt bildende Nadel befestigt ist, und daß der Hohlkörper und die Nadel unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.

Zum anderen wird die Aufgabe dadurch ge.öst, daß in die erste Zweigleitung stromoberseitig der festen zweiten Hilfsdrossel bzw. eines zweiten Druckfühlers und stromunterseitig des ersten Druckfühlers ein Wärmetauscher geschaltet ist, der mit einem Bereich konstanter Temperatur in leitender Verbindung steht.

Nachstehend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen

F i g. 1 und 2 eine schematische Darstellung eines Massendurchsatzreglers, und

F i g. 3 und 4 die schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Temperaturkompensation, und

F i g. 5 eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zur Temperaturkompensation bei einem Massendurchsatzregler.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen sprechen (wie bereits in der älteren Patentanmeldung P 14 73 087.1-52 beschrieben) auf den Massenstrom eines gasförmigen Mediums an, das entweder im wesentlichen inkompressibel ist, so daß die Dichte weitgehend unabhängig von der Temperatur ist, oder auf ein Medium, das auf im wesentlichen konstanter Temperatur gehalten oder zumindest innerhalb eines solchen Temperaturbereiches gehalten wird, in dem die Dichte sich nicht merklich ändert.

Die Wirkungsweise der Vorrichtungen nach den Fig. 1 und 2 ist wie folgt: Bei einer Strömung des gasförmigen Mediums in Pfeilrichtung A in dem Hauptströmungskanal 1 entsteht an der Hauptdrossel 2 ein Druckgefälle. Ferner strömt ein Teil des Mediums aus dem Hauptströmungskanal 1 durch die erste Zweigleitung 5 über die feste Hilfsdrossel 30, die aus der Düse 8 und der Prallplatte 7 bestehende, veränderliche Hilfsdrossel (Fig. 1) bzw. den Druckfühler 22 (Pig.2) und die feste Hilfsdrossel 10 zur Atmosphäre. Der Druck auf der in F i g. 1 rechten Seite der Membran 4 ist niedriger als der Druck in dem Hauptströmungskanal 1 auf der Zuflußseite der Hauptdrossel 2. Unter der Wirkung eines auf die Membran 4 einwirkenden Druckunterschiedes bewegt sich diese, bis der Druck auf der in F i g. 1 rechten Seite der Membran gleich dem Druck auf der in F i g. 1 linken Seite der Membran 4 ist. Durch die Bewegung der Membran 4 relativ zu der Düse 8 wird die wirksame Öffnung der von der Düse 8 und der Prallplatte 7 gebildeten veränderlichen Drosselstelle verändert, bis die Strömungsmitteldrücke zu beiden Seiten der festen Hilfsdrossel 30 gleich den entsprechenden Strömungsmitteldrücken auf beiden Seiten der festen Hauptdrossel sind.

Bei den meisten der verschiedenen denkbaren Arten von Drosseln (insbesondere bei Drosseln in Gestalt einer Querschnittsverengung 2 und 30 gemäß F i g. 1 und 2 und auch bei Einschnürungen in der Art von Venturi-Rohren) ist der Druckabfall Ap, der an der Drosselstelle auftritt, wenn das Medium mit der Dichte d durch die Drosselstelle fließt, durch folgende Gleichung gegeben:

c W²

" = -7— ^(I)

Dabei ist ceine Konstante und W der Massendurchsatz des Mediums durch die jeweilige Drosselstelle, wobei die Dichte des Strömungsmittels bei einem Druck gemessen wird, der am stromunterseitigen Ende der Drosselstelle auftritt

Wenn die Gleichung (1) für jede der Drosseln 2 und 30 hintereinander angewandt wird, ergibt sich, daß der Massendurchsatz H^o durch die Hilfsdrossel 30 proportional dem Massendurchsatz IV2 durch die feste Hauptdrossel 2 wird, wenn der Druckabfall Apya, der über der Hilfsdrossel 30 auftritt, gleich dem Druckabfall Ap₂ ist, der über der Hauptdrossel 2 auftrit«, und wenn außerdem die Dichte i/30 des Mediums stromunterseitig der Hilfsdrossel 30 gleich der Dichte <k des Mediums stromunterseitig der Hauptdrossel 2 ist Beide Bedingungen werden bei der Vorrichtung nach F i g. 1 erfüllt, denn erstens werden die Druckabfälle Ap» und Ap₂

jo durch die Arbeitsweise der Prallplatte 7 und der Düse 8 gleich gehalten, während zweitens die Dichte c/» und d₂ gleich wird, vorausgesetzt, daß die Drücke des Mediums stromunterseitig der beiden Drosseln gleich sind, was durch die Arbeitsweise der Prallplatte 7 und der Düse 8 automatisch gewährleistet ist, und vorausgesetzt, daß die Wärmeverluste des Strömungsmitteis an den Drosseln 2 und 30 an die Umgebung und über die Drosseln im wesentlichen vernachlässigbar sind und/oder im wesentlichen gleich sind.

Daraus folgt, daß bei der Vorrichtung nach F i g. 1 der Massendurchsatz des Mediums durch die feste Hilfsdrossel 30 und demgemäß der Massendurchsatz des Mediums durch die übrige Zweigleitung 9 eine feste Proportion des Massendurchsatzes durch die feste

4Ί Hauptdrossel 2 darstellt und demgemäß des Massendurchsatzes des Mediums durch den Hauptströmungskanal 1.

Entsprechend stellt der Massendurchsatz des Mediums durch die feste Hilfsdrossel 10 eine feste Proportion

-,ο des Massendurchsatzes des Mediums durch den Hauptströmungskanal dar. Der unmittelbar stromoberseit'g der festen Hilfsdrossel 10 auftretende Druck ist eine Funktion des Massendurchsatzes der Mediums durch die Hilfsdrossel 10 (und nach dem Vorstehenden

v-, demgemäß des Massendurchsatzes des Mediums durch den Hauptströmungskanal 1) und außerdem eine Funktion des Druckes am stromunterseitigen Ende der Hilfsdrossel 10 (d. h. bei der Anordnung nach F i g. 1 des atmosphärischen Druckes) und weiterhin, wenn das

«) Medium nicht im wesentlichen inkompressibel ist (so daß seine Dichte weitgehend unabhängig von der Temperatur ist), eine Funktion der Temperatur des Mediums unmittelbar stromoberseitig der Hilfsdrossel 10.

ti) Daraus folgt, daß der Druck unmittelbar stromoberseitig der festen Hilfsdros^c! 10, d. h. innerhalb des Kanals 9, nur eine Funktion des Massendurch<>atzes des Mediums durch den Hauptströmungskanal 1 ist,

vorausgesetzt daß die Temperatur des Strömungsmittels unmittelbar stromoberseitig der Hilfsdrossel 10 konstant oder im wesentlichen konstant bleibt, und vorausgesetzt, daß der Druck am stromunterseitigen Ende der Hilfsdrosse! Ί0 Konstant oder wirkungsmäßig konstan! is· Diese zuletzt genannte Forderung wird Dffcnoichtlich erfüllt, wenn der atmosphärische Druck Konstant bleibt; ist dies jedoch nicht der Fall, kann diese Forderung dadurch erfüllt werden, daß die Abmessungen der Hilfsdrossel 10 (unter Berücksichtigung der stromoberseitig der Hilfsdrossel 10 auftretenden Strömungsmitteldriicke) so gewählt werden, daß die Hilrsdrossel 10 als variable Drosselstelle ausgebildet ist und die Strömung im Schallbereich liegt, so daß sie weitgehend unabhängig vom Druck stromunterseitig der Hilfsdrossel 10 ist.

Es hat sich gezeigt, daß unter Berücksichtigung der obenerwähnten Beschränkungen der Absolutwert des Strömungsmitteldruckes innerhalb der Zweigleitung 9 proportional dem Massendurchsatz des Mediums durch den Hauptströmungskanal ist.

Der Druck in der Zweigleitung 9 wird zur Steuerung der wirksamen öffnung der Düse 15 und folglich des Druckes herangezogen, der das Hauptstromventil 19 in die Schließstellung zu bewegen und dadurch den Massendurchsatz in dem Hauptströmungskanal 1 herabzusetzen trachtet. Bei geeigneter Wahl der Bestimmungsgrößen des Systems, z. B. der Feder 13, der Feder 20 und der Lage des Drehpunktes des Hebels 14, kann die Vorrichtung den Massendurchsatz in dem Hauptströmungskanal 1 und la unabhängig von dem Druck auf der Zuflußseite der gesteuerten öffnung 3 im wesentlichen konstant halten.

Die in F i g. 2 dargestellte Anordnung entspricht in vielen Punkten derjenigen von Fig. 1, lediglich daß die Membran 4, die Prallplatte 7 und die Düse 8 entfallen. Der Hebel 14 wirkt unter dem Einfluß der einander entgegenwirkenden Bälge 12 und 21 ähnlich wie die Membran 4. Der Balg 12 steht direkt mit der ersten Zweigleitung 5 über einen zweiten Druckfühler 22 und die Hilfsdrossel 10 mit der Atmosphäre in Verbindung, während der Balg 21 über eine zweite Zweigleitung 6 direkt mit dem Hauptströmungskanal 1 stromunterseitig der Hauptdrossel 2 verbunden ist.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende:

Der als veränderliche Hilfsdrossel wirkende Druckfühler 22 hält den Druck in der Zweigleitung 9 stromoberseitig der festen Hilfsdrossel 10 konstant. Aus den Ausführungen zu der Anordnung von F i g. 1 ergibt sich, daß der Druckfühler 22 einen konstanten Massendurchsatz durch die feste Hilfsdrossel 10 und damit durch die Zweigleitung 5, 9 aufrechterhält, vorausgesetzt, daß erstens entweder der atmosphärische Druck konstant gehalten wird, oder die Strömung durch die Hilfsdrossel 10 im Schallbereich liegt, und daß zweitens die Temperatur des Mediums unmittelbar stromoberseitig der Hilfsdrossel 10 konstant oder im wesentlichen konstant ist Der Druckfühler 22 wird dabei so eingestellt, daß der konstante Wert des Massendurchsatzes des Mediums durch die Zweigleitung 5, 9 ein vorbestimmter Bruchteil des gewünschten Wertes des Massendurchsatzes durch den Hauptströmungskanal 1 ist Da ein konstanter Massendurchsatz durch die feste Hilfsdrossel 30 strömt nimmt der Druck stromunterseitig der Hilfsdrossel 30, d.h. der Druck innerhalb des Balges 12, einen Wert an, der in erster Linie durch die Größe des konstanten Massendurchsatzes bestimmt wird und in zweiter Linie durch den Druck innerhalb des Hauptströmungskanals 1 stromoberseiii| der Häüptd'Ttssel 2. Dieser Druck innerhalb des Ba'gc 12 wirkt als Bezugsdruck für den Druck innerhalb de Balges 21. Wenn der Druck innerhalb des Balges 21 voi -> dem Bezugsdruck in dem Balg 12 verschieden ist, neig sich der Hebel 14, wie oben beschrieben, und bewirk! daß dab Hauptstromventil i9 geöffnet oder geschlosser wird, so daß der Druck stromunterseitig der Hauptdros sei geändert wird, bis er gleich dem Druck innerhalb de:

κι Balges 12 ist. Die Regelanordnung wirkt demgemät derart, daß ein Druckabfall über der Hauptdrossel '· aufrechterhalten wird, der gleich dem Druckabfall übe: der Hilfsdrossel 30 ist so daß der Massendurchsatz de: Mediums in dem Hauptströmungskanal 1 konstan gehalten wird.

Die F i g. 3 bis 5 veranschaulichten Zusatzeinrichtun gen zu den in Zusammenhang mit F i g. 1 und ί beschriebenen Vorrichtungen, mit deren Hilfe dann dei Massendurchsatz in dem Hauptströmungskanal 1 aucr

Ai für den Fall konstant gehalten werden kann, daß die Temperatur des gasförmigen Mediums in dem Haupt Strömungskanal nicht konstant ist oder nicht irr wesentlichen konstant ist und daß die Dichte de; Mediums sich beträchtlich mit der Temperatur ändert Dazu ist es erstens notwendig, zu gewährleisten, daß die Temperatur des Mediums unmittelbar stromunterseitig der ersten Hilfsdrossel 30 gleich oder im wesentlicher gleich der Temperatur des Mediums unmittelbar stromunterseitig der festen Hauptdrossel 2 ist. Aus der

jo vorstehend gemachten Ausführungen ergibt sich, daC bei der Anordnung gemäß Fig. 1 und 2 dies erfüllt isl oder wenigstens in etwa erfüllt ist vorausgesetzt, daC die Wärmeverluste des Strömiingsmiueis an die Umgebung über die Drosseln 2 und 30 im wesentlicher vernachlässigbar oder im wesentlichen gleich sind. Es isl außerdem notwendig, zu gewährleisten, daß der Strömungsmitteldruck unmittelbar stromoberseitig der zweiten Hilfsdrossel 10 oder der Massendurchsatz des Mediums durch die Hilfsdrossel 10 keine Funktion der sich ändernden Temperatur des Mediums in dem Hauptströmungskanal 1 ist. Die Fig.3 bis 5 geben Vorrichtungen wieder, die dieses gewünschte Ergebnis zeitigen.

F i g. 3 zeigt eine Zusatzeinrichtung zu der Vorrichtung gemäß Fig. 1 oder 2 zur Lösung der in dem vorhergehenden Abschnitt geschilderten Aufgabe. Mit 39 ist eine temperaturabhängige Drossel bezeichnet, die ein geschlossenes zylindrisches Gehäuse 40 aufweist, das aus einem ersten Werkstoff besteht und das einen

so zylindrischen, nadelartigen Körper 42 aus einem von dem ersten Werkstoff unterschiedlichen Werkstoff im Innern trägt Der Teil 42 ist an einem Ende des Gehäuses 40 befestigt und erstreckt sich axial im Innern des Gehäuses 40 nach dem anderen Ende desselben. Das angespitzte Ende des Bauteils 42 steht gegen oder ragt in eine im Querschnitt kreisförmige Öffnung 41 der vorderen Stirnwand des Gehäuses 42. Hierdurch wird bei der temperaturabhängigen Drossel 39 nach F i g. 3 eine veränderliche Drosselstelle 100 gebildet die die feste Hilfsdrossel 10 von F i g. 1 und 2 ersetzt Die Zweigleitung 9 von Fig. 1 und 2 ist dazu mit dem Inneren des Gehäuses 40 in der aus F i g. 3 ersichtlichen Weise verbunden.

Eine Vorrichtung zum Regeln des Massendurchsatzes nach Fig. 1, bei der die feste Hilfsdrossel 10 durch die temperaturabhängige Drossel 39 nach Fig.3 ersetzt worden ist arbeitet in genau der gleichen Weise, wie in Zusammenhang mit F i g. 1 beschrieben, und zwar bis zu

jenem Punki, wo der Massendurchsatz des Mediums durch die Zweigleitung 5, 9 und damit durch die veränderliche Drossel 1Ou iniic-'ialb des Gehäuses 40 ein fester Anteil des Massendurchsatzes des Mediums durch den Hauptströmungskanai i ist.

Im Fall der durch die Zusatzeinrichtung erweiterten Verrichtung nach F i g. 1 ist der Druck, der unmittelbar stromoberseitig der veränderlichen Drossel 100 auftritt, eine Funktion des Massendurchsaizes des Mediums durch die Drossel 100 (und demgemäß des Massendurchsatzes des Mediums durch den Hauptströmungskanal 1), wobei der Druck außerdem eine Funktion des Druckes am stromunterseitigen Ende der Drossel 100 ist, d. h. bei der Anordnung nach F i g. 3 des atmosphärischen Druckes, der wiederum eine Funktion der Temperatur des Mediums unmittelbar stromoberseitig der veränderlichen Drossel 100 ist.

Wie in Zusammenhang mit F i g. 1 erörtert, muß der Druck unmittelbar stromoberseitig der veränderlichen Drossel 100 unabhängig von dem Druck stromunterseitig der Drossel 100 sein. Dies ist der Fall, wenn der atmosphärische Druck konstant bleibt. Wenn jedoch der atmosphärische Druck nicht konstant ist, dann kann diese Forderung dadurch erfüllt werden, daß die veränderliche Drossel 100 so ausgelegt ist, daß ihr Durchlaß veränderbar ist.

Der Druck unmittelbar stromoberseitig der Drossel 100 soll unabhängig von der Temperatur des Strömungsmittels unmittelbar stromoberseitig der Drossel 100 sein. Die temperaturabhängige Vorrichtung 39 soll dieses Ergebnis liefern. Es wird dadurch erlangt, daß das Gehäuse 40 und die Nadel 42 sich relativ zueinander ausdehenen können oder so die wirksame Öffnung, d. h. den Strömungswiderstand der Drossel 100, verändern. Demgemäß bestehen Gehäuse 40 und Nadel 42 aus unterschiedlichen Werkstoffen, z. B. verschiedenen Metallen, die unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten für Ausdehnungen in Längsrichtung haben, wobei sowohl das Gehäuse 40 als auch die Nadel 42 auf die Temperatur des Mediums unmittelbar stromoberseitig der Drossel 100 ansprechen sollen. Die Anordnung ist dabei derart getroffen, und insbesondere sind die beiden unterschiedlichen Werkstoffe so gewählt, daß die wirksame öffnung, d. h. der Strömungswiderstand der Drossel 100, sich so mit der Temperatur des Mediums unmittelbar stromoberseitig der Drossel 100 ändert, daß der Druck des Mediums unmittelbar stromoberseitig der Drossel 100 im wesentlichen unabhängig von der Temperatur des Mediums unmittelbar stromoberseitig der Drossel 100 wird. Die genaue Form dieser Kompensation wird durch die Art und Weise bestimmt, in der das betreffende Medium auf Temperaturänderungen anspricht: Wenn das Medium als »ideales Gas« angesehen wird, dann sollte die Kompensation so erfolgen, daß die Größe der wirksamen Querschnittsfläche der Drossel 100 proportional zu /T"ist, d.h. die wirksame Querschnittfläche soll proportional der Quadratwurzel der absoluten Temperatur T (⁰K) des Mediums sein. Bei bestimmten Medien kann die notwendige Kompensation mit genügender Genauigkeit erlangt werden, wenn die wirksame Querschnittfläche der Drossel 100 eine lineare Funktion der absoluten Temperatur Tist, d. h. wenn sie sich, wie (a+bT) ändert, wobei a und b Konstante sind. Allgemein kann gesagt werden, daß, um die erforderliche Kompensation bei einem gegebenen Medium zu erlangen, einfache Versuche durchgeführt oder verfügbare Tabellen zu Hilfe genommen werden können, um zu bestimmen, wie die Größe der wirksamen Querschnittfläche der Drossel 100 sich mit der Temperatur des Mediums unmittelbar stromoberseitig der Drossel 100 ändern muß, damit der Druck des Mediums unmittelbar stromoberseitig der -, Drosselstelle 100 im wesentlichen temperaturunabhängig wird: Gemäß den Ergebnissen derartiger einfacher Versuche oder unter Zugrundelegung der Tabellen kann die temperaturabhängige Vorrichtung 39 so ausgebildet werden, daß das erforderliche Ergebnis erlangt wird.

ίο Hieraus ergibt sich, daß die Vorrichtung nach Fig. 1, wenn sie entsprechend Fig.3 erweitert wird, in der vorbeschriebenen Weise arbeitet, zusätzlich jedoch noch jene Fälle berücksichtigt, bei denen die Temperatur des Mediums innerhalb des Hauptströmungskanals 1

ι j nicht konstant oder nicht im wesentlichen konstant ist, und bei denen sich die Dichte des Mediums beträchtlich mit der Temperatur ändert.

Wird die Vorrichtung nach F i g. 2 derart abgeändert, daß die feste Hilfsdrossel 10 durch die temperaturabhängige Vorrichtung 39 nach F i g. 3 ersetzt wird, ergibt sich folgende Arbeitsweise: Auch diese Vorrichtung arbeitet in der vorbeschriebenen Weise bis zu dem Punkt, wo der Druckfühler 22 derart wirksam wird, daß der Druck in der Zweigleitung 9 stromoberseitig der Drossel 100 der temperaturabhängigen Vorrichtung 39 konstant gehalten wird.

Wenn hierbei die Temperatur des betreffenden Mediums nicht konstant ist und wenn die Dichte des Mediums sich beträchtlich mit der Temperatur ändert, ist es klar, daß der Druckfühler 22 allein einen konstanten Massendurchsatz des Mediums durch die Drossel 100 hindurch nicht aufrechterhalten kann. Um die Möglichkeit zu schaffen, daß der Druckfühler 22 einen solchen konstanten Massendurchsatz durch die Drossel 100 aufrechterhält, muß nicht nur der Strömungsmitteldruck stromunterseitig der Drossel 100 konstant oder wirkungsmäßig konstant gehalten werden (das ist der Fall, wenn der atmosphärische Druck konstant ist oder wenn die Drossel 100 hinsichtlich ihres wirksamen Querschnitts veränderbar ist), sondern auch die Größe der wirksamen Querschnittfläche der Drossel 100 muß sich so mit der Temperatur des Mediums unmittelbar stromoberseitig der Drossel 100 ändern, daß, wenn der Druck unmittelbar stromoberseitig der Drossel 100 durch den Druckfühler 22 konstant gehalten wird, der Massendurchsatz des Mediums durch die Drossel 100 im wesentlichen unabhängig von Temperaturänderungen des Mediums unmittelbar stromoberseitig der Drossel 100 wird. Diese letzte Forderung kann

so durch Wahl der temperaturabhängigen Vorrichtung 39 erfüllt werden (insbesondere im Hinblick auf die unterschiedlichen Werkstoffe) und zwar in der gleichen Weise, wie dies oben unter Bezugnahme auf F i g. 1 beschrieben wurde.

Fig.4 zeigt eine praktische Ausführungsform der temperaturabhängigen Vorrichtung 39 nach F i g. 3, die für das Medium Luft geeignet ist

Nach F i g. 4 ist ein langgestreckter Metallkörper 200 mit einer zylindrischen Ausnehmung 201 ausgestattet, die sich von dem rechten Ende 202 des Körpers 200 nach innen erstreckt

Ein Träger 203 in Gestalt eines Zylinderringes ist innerhalb der Ausnehmung 201 angeordnet und besitzt einen Außenflansch 204. Ein die Drosselöffnung tragender Bauteil 205, ebenfalls in Gestalt eines Zylinderringes, ist innerhalb des Körpers 203 gelagert und weist ein mit einem ähnlichen Flansch 206 ausgestattetes Ende auf. Die Körper 203 und 205 sind

auf dem Bauteil 200 mittels Bolzen 207 und 208 verspannt, die durch die Flansche 204 und 206 hindurchstehen, wobei eine Dichtungsscheibe 209 zwischen die Flansche eingefügt ist.

Der Träger 203 weist über den größten Teil seiner Längserstreckung einen kleineren Durchmesser auf als die Ausnehmung 201 des Bauteils 200, so daß eine Ringkammer 210 zwischen diesen Bauteilen gebildet wird. Der Träger 203 weist jedoch einen Abschnitt 211 mil vergrößertem Durchmesser auf, mit dem er in die Ausnehmung 201 einpaßt und dadurch zentriert wird.

Der Bauteil 205 ist an seinem linken Ende mit einer öffnung in Gestalt eines im Querschnitt kreisrunden Kanals mit geeignet kleinem Durchmesser ausgestattet, und diese öffnung bildet die Verbindung zwischen dem Innern des Trägers 203 und der Atmosphäre.

Eine Nadel 212 ist innerhalb des Trägers 203 gelagert. Diese Nadel 212 weist einen Mittelabschnitt in Gestalt eines Zylinderringes auf und ist am rechten Ende geschlossen, wo der Mittelabschnitt in eine Nadel übergeht, deren Spitze in die öffnung des Bauteils 205 ragt. Der Mittelabschnitt der Nadel 212 weist am linken Ende einen Flansch auf, das an dem linken Ende des Trägers 203 anliegt und gegen diesen durch eine Feder 213 gedruckt wird.

Das linke Ende des Trägers 203 weist eine vei minderte Dicke auf, so daß eine Ringkammer 214 zwischen dem Träger 203 und der Nadel 212 gebildet wird. Der Träger 203 ist mit Bohrungen 215 versehen, die eine Verbindung zwischen der Kammer 214 und der Ringkammer 210 bilden; die Nadel 212 ist mit Bohrungen 216 ausgestattet, die eine Verbindung zwischen der Kammer 214 und dem Inneren der Nadel 212 schaffen.

Das rechte Ende des Mittelabschnitts der Nadel 212 ist mit Bohrungen 217 ausgestattet, die eine Verbindung zwischen dem Inneren der Nadel 212 und der öffnung des Bauteils 205 herstellen.

Die Vorrichtung nach F i g. 4 wird anstelle der festen Hili'sdrossel 10 von Fig. 1 oder 2 eingesetzt Demgemäß steht die Zweigleitung 9, wie in F i g. 4 angedeutet, mit der Ringkammer 210 in Verbindung.

Die Vorrichtung nach F i g. 4 arbeitet wie folgt: Das Medium Luft strömt aus der Zweigleitung 9 in die Ringkammer 210, an der Feder 213 vorbei in das Innere des Nadelkörpers 212 durch die öffnungen 217 hindurch und dann über die veränderliche Drossel 100 zur Atmosphäre. Wenn die Feder 213 zusammengedrückt wird, so daß der Strömungswiderstand vergrößert ist, kann die Luft alternativ von der Kammer 210 über die Kanäle 215 in die Kammer 214 strömen und dann über die Kanäle 216 in das Innere des Nadelkörpers 212.

Die veränderliche Drosselstelle 100 wirkt, wie in Verbindung mit F i g. 3 beschrieben, in gleicher Weise wie die Hilfsdrossel 10 von Fig. 1 und 2, jedoch ist die Größe der Drossel 100, d. h. die wirksame Querschnittsfläche der Drosselstelle, eine vorbestimmte geeignete Funktion der Temperatur des Mediums, unmittelbar stromoberseitig der Drossel 100, wobei diese Funktion, wie in Verbindung mit F i g. 3 bereits beschrieben, gewählt wird.

ι Demgemäß besteht der Träger 203 und der Nadelkörper 212 aus unterschiedlichen Metallen mit verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Da beide Bauteile 203 und 212 der Temperatur der Luft unmittelbar stromoberseitig der Drossel 100 ausgesetzt

in sind, ist es klar, daß sich die Bauteile 203 und 212 unterschiedlich stark ausdehnen oder zusammenziehen, so daß die Spitze der Nadel 212 sich gegen die öffnung der Blende 205 oder von dieser weg bewegt, wenn sich die Temperatur ändert, so daß der wirksame Widerstand der Drossel 100 in Abhängigkeit von der Temperatur geändert wird.

Wenn die Vorrichtung nach Fig.4 für Luft als Medium benutzt wird, kann der die Drosselöffnung tragende Körper 203 aus Stahl mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten von z. B. 22mal 10-⁶/°C und der Nadelkörper 212 aus einer Nickellegierung hergestellt werden, z. B. einer Legierung, die einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von ungefähr 6mal 10-VC hat.
Wenn die Vorrichtung nach F ι g. 4 in Verbindung mit der Vorrichtung zum Regeln des Massendurchsatzes nach F i g. 1 zur Anwendung kommt, ist die Leitung 11 von F i g. 1 an die Ausnehmung 201 angeschlossen (vgl. Fig.4). Wird dagegen Jie Vorrichtung von Fig.4 in Verbindung mit der Vorrichtung von F i g. 2 eingesetzt, entfällt die Leitung 11 von F i g. 4.

Um zu erreichen, daß die Vorrichtung nach F i g. 1 und 2 auch in den Fällen anspricht, wo die Temperatur des Mediums innerhalb des Hauptströmungskanals nicht konstant oder nicht im wesentlichen konstant ist

j-> und wo die Dichte des Mediums sich merklich mit der Temperatur ändert, ist ein Wärmetauscher 300 vorgesehen (vgl. Fig.5), der unmittelbar stromoberseitig der festen Hilfsdrossel 10 in die Zweigleitung 5 geschaltet ist, so daß die Temperatur des Mediums innerhalb der Zweigleitung 9 auf einem vorbestimmten, konstanten oder wenigstens im wesentlichen konstanten Wert bleibt. Eine einfache Ausführungsform eines solchen Wärmetauschers ist in F i g. 5 dargestellt. Hierbei ist die Zweigleitung 9 unmittelbar stromoberseitig der festen Hilfsdrossel 10 mit Rippen versehen, die einen Wärmeaustausch zwischen dem Medium in der Zweigleitung 9 und der Atmosphäre gewährleisten.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Medium Luft, die über die Hilfsdrossel 10 oder 100 und

so die Düse 15 in die Atmosphäre austritt Auch wenn das Medium nicht Luft ist, das über die Hilfsdrossel 10 oder 100 durch die Düse 15 austritt, kann es in bekannter Weise über eine nicht dargestellte Leitung zurückgeführt werden, wobei in dieser Rückleitung der Strömungsmitteldruck vorzugsweise im wesentlichen konstant gehalten werden sollte.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Regeln des Massendurchsatzes eines gasförmigen Mediums in einem Hauptströmungskanal, mit einem durch eine pneumatische ϊ Servoeinrichtung betätigten Hauptstromventil und einer stromoberseitig davon angeordneten Hauptdrossel in dem Hauptströmungskanal, und einem ersten Druckfühler, der mit einem in eine das Hauptstromventil mit dem Hauptströmungskanal stromoberseitig einer ersten Zweigleitung verbindende Servoieitung geschalteten, veränderlichen Auslaßventil zusammenwirkt, und der über eine stromunterseitig der Hauptdrossel abgehende zweite Zweigleitung und die stromoberseitig der Hauptdrossel abgehende, zu einem Niederdruckbereich führende erste Zweigleitung mit dem HauptströiYiungskanal in Verbindung steht, wobei in die erste Zweigleitung stromoberseitig des ersten Druckfühlers eine feste Hilfsdrossel geschaltet ist, die so ausgelegt ist, daß die Strömungen durch die Hauptdrossel und durch die feste Hilfsdrossel, der stromunterseitig des ersten Druckfühlers eine zweite Hilfsdrossel nachgeschaltet ist, analog sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine veränderliche Hilfsdrossel (100) vorgesehen ist, die einen langgestreckten Hohlkörper (40; 200, 203) aufweist, in den die erste Zweigleitung (5, 9) einmündet, und der stirnseitig durch eine Blende (41; 205) abgeschlossen ist, und in dem eine sich gegen die Blende j<> (41; 205) erstreckende und mit dieser einen veränderlichen Auslaßquerschnitt bildende Nadel (42; 212) befestigt ist, und daß der Hohlkörper (40; 200, 203) und die Nadel (42; 212) unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. r,

2. Vorrichtung zum Regeln des Massendurchsatzes eines gasförmigen Mediums in einem Hauptströmungskanal, mit einem durch -jine pneumatische Servoeinrichtung betätigten Hauptstromventil und einer stromoberseitig davon angeordneten Hauptdrossel in dem Hauptströmungskanal, und einem ersten Druckfühler, der mit einem in eine das Hauptstromventil mit dem Hauptströmungskanal stromoberseitig einer ersten Zweigleitung verbindende Servoieitung geschalteten, veränderlichen v-, Auslaßventil zusammenwirkt, und der über eine stromunterseitig der Hauptdrossel abgehende zweite Zweigleitung und die stromoberseitig der Hauptdrossel abgehende, zu einem Niederdruckbereich führende erste Zweigleitung mit dem Haupt- -><j Strömungskanal in Verbindung steht, wobei in die erste Zweigleitung stromoberseitig des ersten Druckfühlers eine feste Hilfsdrossel geschaltet ist, die so ausgelegt ist, daß die Strömungen durch die Hauptdrossel und durch die feste Hilfsdrossel, der v, stromunterseitig des ersten Druckfühlers eine zweite Hilfsdrossel nachgeschaltet ist, analog sind, dadurch gekennzeichnet, daß in die erste Zweigleitung (5, 9) stromoberseitig der festen zweiten Hilfsdrossel (10) bzw. eines zweiten Druckfülilers wi (22) und stromunterseitig des ersten Druckfühlers (4, 7, 8 bzw. 12, 21) ein Wärmetauscher (300) geschaltet ist, der mit einem Bereich konstanter Temperatur in leitender Verbindung steht.

3. Vorrichtung zum Regeln des Massendurchsat- b--> /es nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wirksame Querschnitt der Hilfsdrossel (100) der Quadratwurzel der absoluten Temperatur T(° K) des Mediums unmittelbar stromoberseitig dieser Hilfsdrossel proportional ist

4. Vorrichtung zum Regeln des Massendurchsatzes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wirksame Querschnitt der Hilfsdrossel (100) eine lineare Funktion der absoluten Temperatur T(⁰K) des Mediums unmittelbar stromoberseitig dieser Hilfsdrossel ist.