AT400766B - Einrichtung zur volumenmessung strömender medien - Google Patents

Description

AT 400 766 B

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Volumenmessung strömender Medien einem Gehäuse mit mindestens zwei sich teilweise durchdringenden Längsbohrungen mit zueinander parallelen Achsen, in welchen vorzugsweise mehrgängige, ineinandergreifende Schraubenspindeln frei drehbar gelagert sind und im Gehäuse mindestens ein auf die Anzahl der Umdrehungen einer der Schraubenspindeln ansprechender Sensor angeordnet ist, der von einer mit ihrer Achse rechtwinkelig zu den Achsen der Schraubenspindeln stehenden Gehäusebohrung aufgenommen ist.

Einrichtungen dieser Art sind bekannt ("Schraubenvolumeter OM - KRAL/3/1993"). Sie werden überwiegend im Zusammenhang mit strömenden Flüssigkeiten eingesetzt. Eine der beiden Schraubenspindeln besitzt dabei einen Wellenansatz, der erheblich über ihre Stirnseite und die an ihrer Stirnseite vorgesehene Lagerung hinausreicht und auf dem ein Polrad festgelegt ist. In der Ebene des Polrades ist eine Querbohrung im Gehäuse zur Aufnahme eines Sensors, der in der Regel auf induktiver Basis arbeitet. Entsprechend der Anzahl der Umdrehungen dieser Schraubenspindeln, die einem bestimmten durchströmenden Medienvolumen entspricht und entsprechend der Anzahl der Pole des Polrades gibt dieser Sensor Impulse ab, die über elektronische Einrichtungen zum Messen und Zählen der Durchflußmenge dienen. Es ist auch bekannt, in der Querschnittsebene des Gehäuses, in der das Polrad liegt, zwei Sensoren anzuordnen, wobei deren Winkelversatz vom Polwinkel abweicht, so daß gegeneinander versetzte Impulsfolgen gewonnen werden, aus deren Taktverhältnis sich auch die Durchströmrichtung ermitteln läßt. Einrichtungen dieser Art haben sich bewährt und werden in großer Zahl eingesetzt. Die Anordnung des Polrades und der damit zusammenwirkenden Sensoren bedingt eine Länge des Gehäuses der Einrichtung, die nicht unerheblich über jenes Maß hinausgeht, die durch die notwendige Länge der Schraubenspindeln bzw. der diese aufnehmenden, sich teilweise durchdringenden Längsbohrungen bedingt ist. Diese notwendige Überlänge des Gehäuses bedingt einen entsprechenden Mehraufwand an Material, der bei der großen Zahl solcher Einrichtungen nicht unerheblich ins Gewicht fällt, aus welchem Grund sich die Erfindung die Aufgabe gestellt hat, Einrichtungen der gegenständlichen Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß diesem Nachteil begegnet werden kann, ohne dadurch die Meßgenauigkeit dieser Einrichtungen zu beeinträchtigen.

Strömungsmesser mit paarweise angeordneten Rotoren zeigen und beschreiben auch folgende Veröffentlichungen: US 4 210 410; FR 950 725; DE 2 801 281. Diese vorbekannten Strömungsmesser werden allerdings quer zur Drehachse der Rotoren durchströmt und sind nach dem Prinzip einer Zahnradpumpe aufgebaut, wobei hier anstelle von Zahnrädern mit achsparallelen Flanken Zahnräder mit schraubenförmig gewundenen Zähnen verwendet werden. Für Meßzwecke ist die Achse eines Rotors durch das Gehäuse nach außen geführt und mittels Zahnrädern oder Magnetkupplungen bestückt, über welche eine Zähl- oder Meßeinrichtung anschließbar ist.

Zur Lösung der eingangs geschilderten, komplexen Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß die Gehäusebohrung für die Aufnahme des Sensors eine der sich gegenseitig durchdringenden, die frei drehbar gelagerten Schraubenspindeln aufweisenden Längsbohrungen kreuzt und die inseitige Stirnseite des Sensors eine zur gekreuzten Längsbohrung korrespondierende Krümmung aufweist und bündig mit der Wand der gekreuzten Längsbohrung verläuft.

Ein anderer Vorschlag zur Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die Gehäusebohrung für die Aufnahme des Sensors eine der sich gegenseitig durchdringenden, die frei drehbar gelagerten Schraubenspindeln aufweisenden Längsbohrungen kreuzt und zwischen der Stirnseite der sich durchdringenden Längsbohrungen und jenem Bereich dieser Längsbohrungen liegt, der von der durch die zusammenwirkenden Schraubenspindeln mit der Wand der Längsbohrungen gebildeten, das strömende Medium trennenden Dichtzone durchlaufen ist bzw. in dem die zusammenwirkenden Schraubenspindeln mit der Wand der Längsbohrungen eine in sich geschlossene, das strömende Medium trennende Dichtzone bilden und der von der Gehäusebohrung aufgenommene Abschnitt des Sensors kürzer ist als die Länge der Gehäusebohrung und die Stirnseite des Sensors gegenüber jener gedachten Ebene zurückversetzt ist, in der sich die Gehäusebohrung und die Längsbohrungen kreuzen.

Um nicht nur die Durchflußmenge, sondern auch die Durchflußrichtung erfassen zu können, sind nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, daß mindestens zwei Gehäusebohrungen für die Aufnahme von zwei Sensoren vorgesehen sind und diese Gehäusebohrungen in Längsrichtung des Gehäuses gegeneinander versetzt sind.

Damit die dafür erforderlichen Gehäusebohrungen in einem Arbeitsgang gefertigt werden können, ist weiterhin vorgesehen, daß die Achsen der beiden Gehäusebohrungen in einer Ebene liegen, die ihrerseits die Achsen der sich durchdringenden Längsbohrungen enthält. Grundsätzlich wäre es möglich, diese Bohrungen so anzuordnen, daß sie - bezogen auf die Achse der sich durchdringenden Längsbohrungen -winkelig versetzt sind. Dies bedingt jedoch einen erhöhten Fertigungsaufwand.

Um für die Ermittlung der Durchflußrichtung eindeutig differenzierbare Signale der Sensoren zu erhalten, ist es zweckmäßig, daß der Abstand der Achsen der beiden Gehäusebohrungen bzw. der von 2

AT 400 766 B ihnen aufgenommenen Sensoren von einem ganzzahlingen Vielfachen der Steigung der Schraubenspindel, der sie benachbart liegen, abweicht, so daß die Sensoren phasenverschobene Signale liefern.

Um die Erfindung zu veranschaulichen, wird sie anhand der Zeichnung und zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Einrichtung: Fig. 2 einen Querschnitt durch die Einrichtung nach der Schnittlinie II - II einer ersten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 3 einen Querschnitt durch die Einrichtung wie in Fig. 2, jedoch in einer anderen Ausführung der Erfindung; Fig. 4 ein der Erläuterung dienendes Schema und Fig. 5 ein Genauigkeitsdiagramm für Volumenmeßeinrichtungen der hier in Rede stehenden Bauart.

Die Einrichtung besitzt ein zylindrisches Gehäuse 1 mit zwei Längsbohrungen 2 und 3 mit zueinander parallelen Achsen, die sich teilweise durchdringen, da der Normalabstand A der Achsen der beiden Längsbohrungen 2 und 3 kleiner ist als die halbe Summe der Durchmesser dieser Längsbohrungen. In diesen beiden sich teilweise durchdringenden Längsbohrungen 2 und 3 sind zwei mehrgängige Schraubenspindeln 4 und 5 frei drehbar gelagert, die ineinandergreifen und welche endseitig kurze Wellenzapfen 6 und 7 tragen, die von Lagern aufgenommen sind, die ihrerseits in Lagerplatten 8 und 9 festgelegt sind. In diesen Lagerplatten sind auch hier nicht sichtbare Öffnungen ausgespart, durch welche das zu messende Medium strömt. Deckelartige Verschlußstücke 10 und 11 mit Anschlußbohrungen 12 und 13 sind mit dem Gehäuse 1 verschraubt und halten die beschriebenen Baukomponente zu einer Einheit zusammen. Die Länge L des Gehäuses 1 entspricht dabei der Länge der beiden Schraubenspindeln 4 und 5.

Im Gehäuse 1 ist seitlich eine Gehäusebohrung 14, die die Längsbohrung 2 für die Schraubenspindel 4 kreuzt und die rechtwinkelig zu deren Längsachse steht. In dieser Gehäusebohrung 14 ist ein induktiver Sensor 15 festgelegt, der mit einer hier nicht dargestellten Meß- bzw. Zähleinheit verbunden ist.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung (Fig. 2) ist die Stirnseite 16 dieses Sensors korrespondierend zur Wand der Längsbohrung 2 gekrümmt und darüber hinaus bündig mit dieser Wand angeordnet. Beim betriebsmäßigen Einsatz der Einrichtung wird diese von einem flüssigen Medium in Richtung der Pfeile B - B durchströmt und dieses durchströmende Medium versetzt die beiden ineinandergreifenden, frei drehbar gelagerten Schraubenspindeln 4 und 5 in Drehung, so daß an der Stirnseite 16 des Sensors 15 in periodischer Folge die Kante der benachbart liegenden Schraubenspindel 4 vorbeistreicht, wodurch ein für die Messung und Zählung geeigneter Impuls erzeugt wird. Ein Sensor 15 dieser vorstehend beschriebenen Art mit der erwähnten Ausgestaltung und Anordnung seiner Stirnseite 16 bezüglich der Wand der Längsbohrung 2 kann entlang des Gehäuses 1 an jeder beliebigen Stelle eingesetzt werden. Zweckmäßigerweise liegt der Sensor 5 in einer Ebene E, die auch die Achsen der beiden Schraubenspindeln 4 und 5 enthält und die mit der Zeichenebene zu Fig. 1 zusammenfällt.

Um auch die Durchflußrichtung überwachen zu können, werden zwei Sensoren 15 vorgesehen, die in derselben Ebene E angeordnet sind und die in Längsrichtung des Gehäuses 1 voneinander distanziert sind, wobei in diesem Falle der Abstand der Achsen der entsprechenden Gehäusebohrungen bzw. der von Ihnen aufgenommenen Sensoren 15 von einem ganzzahligen Vielfachen der Steigung der benachbart liegenden Schraubenspindel 4 abweicht, so daß zueinander zeitlich versetzte Impulsfolgen über die beiden Sensoren erzielt werden können.

Es liegt in der besonderen konstruktiven Eigenart der hier in Rede stehenden Einrichtung zur Volumenmessung von strömenden Medien, daß durch die beiden ineinandergreifenden Schraubenspindeln 4 und 5 in Verbindung mit der Wand der Längsbohrungen 2 und 3 eine räumlich verlaufende Dichtzone geschaffen wird, die das zu- und das abströmende Medium nach Art eines Kolbens trennt und die sich innerhalb eines durch die Konstruktion vorgegebenen Längsbereiches des Gehäuses 1 in Durchströmrich-tung bewegt. Dies soll das Schema nach Fig. 4 andeuten. Die ein Rechteck darstellende Linie 17 deutet die Abwicklung der Längsbohrungen 2, 3 an, die sich über die Länge L des Gehäuses 1 erstrecken und deren Stirnseiten mit 21 bezeichnet sind. Der Bereich 26, in dem die von den Schraubenspindeln 4 und 5 in Verbindung mit der Wand der Längsbohrung 2 und 3 gebildete Dichtzone innerhalb des Gehäuses 1 beim betriebsmäßigen Einsatz der Einrichtung liegt und sich bewegt, ist durch die Linien 18 abgegrenzt. Außerhalb dieser von den Linien 18 begrenzten Bereiches 26 sind keine umfangsgeschlossenen Dichtzonen mehr vorhanden, die das zu- bzw. abfließende Medium voneinander trennen, vielmehr ist jeder oberhalb bzw. unterhalb der Linien 18 liegende Abschnitt der Schraubenspindeln 4 und 5 mit der Zufluß- bzw. der Abflußseite verbunden.

Dies vorausgeschickt wird zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe eine Alternative vorgeschlagen, die aus Fig. 3 ersichtlich ist. Eine Ausbildung des Sensors 15, wie im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben, ist relativ aufwendig und erfordert einen hohen Bearbeitungsaufwand. Es ist daher zweckmäßig und einfacher, Sensoren 19 zu verwenden, die eine ebene Stirnseite 20 aufweisen und deren Länge geringer ist als die Tiefe der Gehäusebohrung 14, so daß die Stirnseite 20 dieses Sensors 19 gegenüber 3 ΑΤ 400 766 Β der Wand der Bohrung 2 zurückversetzt ist, was deutlich Fig. 3 veranschaulicht, wobei dieser Abstand hier mit X bezeichnet ist.

In diesem Falle ist die Gehäusebohrung 14 für die Aufnahme des Sensors 19 zwischen der Stirnseite 21 der sie durchdringenden Längsbohrungen 2 und 3 und jenem Bereich 26 dieser Längsbohrungen vorzusehen, in dem die zusammenwirkenden Schraubenspindeln 4 und 5 mit der Wand der genannten Längsbohrungen eine in sich geschlossene, das strömende Medium trennende Dichtzone bilden. Diese Gehäusebohrung 14 muß also mit anderen Worten außerhalb des von den Linien 18 begrenzten Bereiches 26 liegen. Dieser letzterwähnte Bereich 26 ist in Fig. 4 durch die zwischen den Linien 18 liegende Fläche versinnbildlicht. Derjenige Bereich 25 hingegen, in dem der Sensor 19 in diesem Falle anzuordnen ist, ist in Fig. 4 gerastert dargestellt. Dadurch ist sichergestellt, daß die das zu- und das abströmende Medium trennende, in Fließrichtung des Mediums sich periodisch bewegende und den Bereich 26 zwischen den Linien 18 durchlaufende Dichtzone nicht durch den Raum 22 kurzgeschlossen wird, der sich durch die gegenüber der Wand der Bohrung 2 zurückversetzte Stirnseite 20 des Sensors 19 ergibt.

Die Genauigkeitsdiagramme solcher Einrichtungen zur Volumenmessung zeigen in Abhängigkeit von der Viskosität des durchströmenden Mediums im Meßnormbereich einen fast geradlinigen Verlauf. Im Diagramm nach Fig. 5 ist dieser Verlauf durch die Linie 23 angedeutet. Das schematische Diagramm nach der letzterwähnten Figur gibt auf der Ordinate die Genauigkeit in Prozenten, auf der Abszisse die prozentuelle Durchflußmenge an. Wird die oben vorgegebene Bedingung für die Anordnung des Sensors 19 nicht berücksichtigt und würde der Sensor 19 in der aus Fig. 3 ersichtlichen Art außerhalb der gerasterten Bereiche 25 (Fig. 4) angeordnet, also in jenem Bereich 26, der von der umfangsgeschlossenen Dichtzone durchlaufen wird, so fällt die Meßgenauigkeit ganz erheblich ab, wie Versuche zeigen und wie dies die strichlierte Linie 24 im Diagramm 5 veranschaulicht.

Auch bei der aus Fig. 3 ersichtlichen Anordnung können über die Länge des Gehäuses 1 zwei Sensoren angeordnet werden unter Berücksichtigung der oben aufgezeigten Bedingungen, damit nicht nur die Durchflußmenge zähl- und meßbar ist, sondern auch die Durchflußrichtung überwacht werden kann. In diesem Fall liegen die beiden Sensoren 19 in den gerasterten Bereichen 25 des Gehäuses 1 (Fig. 4), wobei auch in diesem Falle der Abstand der Achsen der beiden Gehäusebohrungen 14 bzw. der von ihnen aufgenommenen Sensoren 19 von einem ganzzahligen Vielfachen der Steigung der Schraubenspindel, der sie benachbart liegen, abweicht.

Die vorstehend besprochenen Ausführungsbeispiele zeigen, daß die Sensoren 15, 19 in einer Ebene E angeordnet sind, die auch die Achsen der Längsbohrungen 2 und 3 beinhaltet. Es sei an dieser Stelle abschließend vermerkt, daß diese Anordnung für die Erfindung nicht zwingend ist. Die Sensoren 15 bzw. 19 können auch so angeordnet sein, daß sie mit der die Achsen der Längsbohrungen 2 und 3 beinhaltenden Ebene einen Winkel einschließen.

Legende zu den Hinweisziffern: 1 Gehäuse 2 Längsbohrung 3 Längsbohrung 4 Schraubenspindel 5 Schraubenspindel 6 Wellenzapfen 7 Wellenzapfen 8 Lagerplatte 9 Lagerplatte 10 Deckelartiges Verschlußstück 11 Deckelartiges Verschlußstück 12 Anschlußbohrung 13 Anschlußbohrung 14 Gehäusebohrung 15 Sensor 16 Stirnseite 17 Linie 18 Linie 19 Sensor 20 Stirnseite 21 Stirnseite 4

Claims (5)

1. AT 400 766 B 22 Raum 23 Linie 24 Strichlierte Linie 25 Bereich 26 Bereich Patentansprüche 1. Einrichtung zur Volumenmessung strömender Medien mit einem Gehäuse mit mindestens zwei sich teilweise durchdringenden Längsbohrungen mit zueinander parallelen Achsen, in welchen vorzugsweise mehrgängige, ineinandergreifende Schraubenspindeln frei drehbar gelagert sind und im Gehäuse mindestens ein auf die Anzähl der Umdrehungen einer der Schraubenspindeln ansprechender Sensor angeordnet ist, der von einer mit ihrer Achse rechtwinkelig zu den Achsen der Schraubenspindeln stehenden Gehäusebohrung aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusebohrung (14) für die Aufnahme des Sensors (15, 19) eine der sich gegenseitig durchdringenden, die frei drehbar gelagerten Schraubenspindeln (4, 5) aufweisenden Längsbohrungen (2, 3) kreuzt und die inseitige Stirnseite (16) des Sensors (15) eine zur gekreuzten Längsbohrung (2) korrespondierende Krümmung aufweist und bündig mit der Wand der gekreuzten Längsbohrung (2) verläuft.
2. 2. Einrichtung zur Volumenmessung strömender Medien mit einem Gehäuse mit mindestens zwei sich teilweise durchdringenden Längsbohrungen mit zueinander parallelen Achsen, in welchen vorzugsweise mehrgängige, ineinandergreifende Schraubenspindeln frei drehbar gelagert sind und im Gehäuse mindestens ein auf die Anzahl der Umdrehungen einer der Schraubenspindeln ansprechender Sensor angeordnet ist, der von einer mit ihrer Achse rechtwinkelig zu den Achsen der Schraubenspindeln stehenden Gehäusebohrung aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusebohrung (14) für die Aufnahme des Sensors (15, 19) eine der sich gegenseitig durchdringenden, die frei drehbar gelagerten Schraubenspindeln (4, 5) aufweisenden Längsbohrungen (2, 3) kreuzt und zwischen der Stirnseite (21) der sich durchdringenden Längsbohrungen (2, 3) und jenem Bereich (26) dieser Längsbohrungen (2, 3) liegt, der von der durch die zusammenwirkenden Schraubenspindeln (4, 5) mit der Wand der Längsbohrungen (2, 3) gebildeten, das strömende Medium trennenden Dichtzone durchlaufen ist bzw. in dem die zusammenwirkenden Schraubenspindeln (4, 5) mit der Wand der Längsbohrungen eine in sich geschlossene, das strömende Medium trennende Dichtzone bilden und der von der Gehäusebohrung (14) aufgenommene Abschnitt des Sensors (19) kürzer ist als die Länge der Gehäusebohrung (14) und die Stirnseite des Sensors (19) gegenüber jener gedachten Ebene zurückversetzt ist, in der sich die Gehäusebohrung (14) und die Längsbohrungen kreuzen.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Gehäusebohrungen (14) für die Aufnahme von zwei Sensoren vorgesehen sind und diese Gehäusebohrungen (14) in Längsrichtung des Gehäuses (1) gegeneinander versetzt sind.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der beiden Gehäusebohrungen (14) in einer Ebene (E) liegen, die ihrerseits die Achsen der sich durchdringenden Längsbohrungen (2, 3) enthält.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Achsen der beiden Gehäusebohrungen (14) bzw. der von ihnen aufgenommenen Sensoren von einem ganzzahlin-gen Vielfachen der Steigung der Schraubenspindel, der sie benachbart liegen, abweicht. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 5