Flüssigkeitsmessmotor
Ein Flüssigkeitsmessmotor ist ein Flüssigkeitsmesser, der durch die unter Druck stehende, zu messende Flüssigkeit in Bewegung gesetzt wird und dabei ein Zählwerk mit einer Volumeneinteilung antreibt, die dem Hubvolumen des Flüssigkeitsmessmotors entspricht.
Flüssigkeitsmessmotoren bekannter Bauart arbeiten meist mit vier einfachwirkenden Zylindern, um bei Flüssigkeitsentnahme ihren Anlauf aus jeder Kur belstellung heraus zu gewährleisten und um eine möglichst gleichmässige Flüssigkeitsabgabe je Grad Kurbeldrehung auf dem ganzen Kurbelkreis zu erreichen. Die grosse Anzahl der Zylinder erfordert jedoch einen erheblichen Werkstoff- und Arbeitsaufwand bei der Fertigung. Infolge der Eigenart des Kurbeltriebes wird auch bei Anwendung von vier Zylindern keine vollständige Gleichmässigkeit der Flüssigkeitsabgabe erreicht.
In Fig. 3 sind die Kolbengeschwindigkeiten a, b, c, d eines Vierzylinder Flüssigkeitsmessmotors in Sternform-Bauart für 360" Kurbeldrehung aufgezeichnet, bei dem die Kolben auf einen gemeinsamen Kurbelzapfen arbeiten und bei dem das Kurbelgetriebe ein reines Schubkurbelgetriebe ist. Durch Addieren der durch Schraffur gekennzeichneten Überschneidungen in den Kolbengeschwindigkeiten wurden die gestrichelten Linien e ermittelt, die im Plus (+) die abgegebenen Flüssigkeitsmengen und im Minus (-) die aufgenommenen Flüssigkeitsmengen je Grad Kurbelwinkel für 3600 Kurbeldrehung darstellen. Es zeigt sich ein in vier Wellen auftretender periodischer Fehler F (Fig. 3) in der Gleichmässigkeit der Flüssigkeitsabgabe und -aufnahme, der recht erheblich ist und der sich besonders bei Abgabe kleiner Flüssigkeitsmengen ungünstig auswirkt.
Aus dem Bestreben heraus, die Gleichmässigkeit der Flüssigkeitsabgabe zu erhöhen und dabei den Werkstoff- und Arbeitsaufwand noch zu vermindern, entstanden Flüssigkeitsmessmotoren mit zwei Zylindern und einem Kolben je Zylinder, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie zu den obern Totpunkten hin getrennte wirksame Arbeitsräume haben und zu den untern Totpunkten hin einen gemeinsamen Arbeitsraum haben. Sie laufen auch aus jeder Kurbelstellung heraus an. Es gibt so gekennzeichnete Flüssigkeitsmessmotoren, bei denen die zwei Zylinder in Boxer-Bauart angeordnet sind. Sie haben jedoch eine mehrfach gekröpfte Kurbelwelle mit mindestens zwei Kurbelzapfen, die um 600 gegeneinander versetzt sind, um das in Fig. 4 (sinngemäss wie in Fig. 3) dargestellte Diagramm zu erreichen.
Ihr periodischer Fehler ist sechswellig und erheblich kleiner als der vierwellige Fehler bei der Vierzylinder-Sternform Bauart. Der Aufwand für die mehrfach gekröpfte Kurbelwelle vermindert jedoch den Vorteil der geringeren Zylinderzahl. Es gibt auch so gekennzeichnete Flüssigkeitsmessmotoren, bei denen die beiden Zylinder nebeneinander, also in Reihen-Bauart, angeordnet sind. Sie haben entweder eine mehrfach gekröpfte Kurbelwelle mit mindestens zwei um 1200 gegeneinander versetzten Kurbelzapfen oder für jeden der beiden Kolben eine separate Kurbelwelle, die beide mittels Zahnrädern so gekuppelt sind, dass das in Fig. 4 dargestellte Diagramm erreicht wird.
Auch bei dieser Reihen-Bauart vermindert der erforderliche Aufwand für den doppelten Kurbeltrieb den Vorteil der geringeren Zylinderzahl im Vergleich mit der eingangs genannten Vierzylinder-Sternform-B auart.
Die Flüssigkeitsmessmotoren sind oft mit Einstelleinrichtungen versehen, durch welche der Hub der Kolben um einen geringen Betrag vergrössert oder verkleinert werden kann. Im Kurbeltrieb ist dann ein entsprechendes Spiel vorgesehen. Es gibt Vierzylinder Flüssigkeitsmessmotoren, bei denen zur Hub einstel- lung in jedem Zylinderdeckel eine einstellbare An schlagschraube vorgesehen ist. Diese Anordnung ist insofern ungünstig, als bei einer erforderlichen Neueinstellung vier Anschlagschrauben betätigt werden müssen, falls eine gleichmässige Förderleistung der vier Zylinder beibehalten werden soll. Einen erheblichen Aufwand erfordert auch die Erneuerung der Plombierung jeder Anschlagschraube, die zur Verhinderung unbefugter Eingriffe meist vorgesehen ist.
Durch die Anordnung der Anschlagschrauben in den Zylinderdeckeln erhalten diese während des Betriebes Stösse in Richtung ihrer Befestigungsschrauben, die sich ungünstig auf die Abdichtung der Zylinderdeckel auswirken.
Es gibt Flüssigkeitsmessmotoren, die durch einen flachen Drehschieber gesteuert werden und bei denen der Drehschieber durch eine Feder mittels eines feststehenden Druckstückes gegen seine Gleitfläche gedrückt wird. Oft ist dieses Druckstück auch noch als Abfluss für die geförderte Flüssigkeit ausgebildet.
Diese Anordnung erfordert eine zusätzliche Gleitfläche bzw. auch noch eine Abdichtfläche am Drehschieber. Die Mitnahme des Drehschiebers durch einen Keil in der Kurbelwelle verhindert leicht ein Einspielen des Drehschiebers auf seiner Gleitfläche, falls nicht genügend Keilspiel vorgesehen ist; zuviel Keilspiel ergibt wiederum ungenaue Steuerzeiten. Die richtige Funktion des Drehschiebers setzt daher bei Anwendung eines Keils eine schwierige Passarbeit beim Einbau des Drehschiebers voraus.
Die Erfindungsaufgabe besteht nun darin, mit einer kleineren Anzahl von Zylindern sowohl den Anlauf des Flüssigkeitsmessmotors aus jeder Kurbelstellung heraus zu gewährleisten als auch eine grö ssere Gleichmässigkeit der Flüssigkeitsabgabe je Grad Kurbelwinkel auf dem ganzen Kurbelkreis im Vergleich mit der Vierzylinder-Sternform-Bauart zu erreichen, ohne dabei den Aufwand für andere Bauteile, z. B. für die Kurbelwelle, zu erhöhen. Den Gegenstand der Erfindung bildet daher ein Flüssigkeitsmessmotor mit zwei Zylindern, deren Kolben zu den obern Totpunkten hin getrennte Arbeitsräume und zu den untern Totpunkten hin einen gemeinsamen Arbeitsraum haben. Erfindungsgemäss sind die beiden Zylinder in V-Form angeordnet, und es arbeiten deren Kolben auf einen gemeinsamen Kurbelzapfen.
Ein Ausführungsbeispiel eines Flüssigkeitsmessmotors nach der Erfindung ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Die Versetzung der beiden Zylinder in V-Form beträgt dabei etwa 1200, wobei die Kolben 1 und 2 auf einen gemeinsamen Kurbelzapfen 35 arbeiten. Die getrennten Arbeitsräume, die die Kolben nach den obern Totpunkten hin haben, sind mit 3 und 4 bezeichnet. Durch die relative Bewegung der Kolben 1 und 2 zueinander wird in bezug auf den Arbeitsraum 5 in diesem eine Wirkung erzielt, die der eines dritten Zylinders entspricht. Für den Arbeitsraum 5 gilt als oberer Totpunkt, wenn sein kleinstes Fassungsvermögen erreicht ist, und zwar bei Kurbelstellung 1800 (Fig. 1), und als unterer Totpunkt, wenn sein grösstes Fassungsvermögen erreicht ist, und zwar bei Kurbelstellung 09 (Fig. 1).
Die Kolben 1 und 2 befinden sich in den beiden Fällen jedoch nicht in ihren Totpunkten. Durch die Anordnung ist in dem Arbeitsraum 5 ohne den Aufwand von Kolbenstangenabdichtungen oder mehrfach gekröpften Kurbelwellen ein vollwertig wirksamer Arbeitsraum gewonnen worden. Die beiden Enden der beiden Kolbenstangen, die in den Buchsen 21 gleiten, dienen ausschliesslich der Gradführung. Aus diesem Grunde ist ein grosses axiales Bohrloch 36 in den Stangen vorgesehen, damit in den Buchsen 21 kein Druck entstehen kann. Es handelt sich hier also nicht um Kolben, die an der Arbeit des Motors teilnehmen, sondern nur um Führungselemente.
In Fig. 4 sind die Kolbengeschwindigkeiten dieses Zweizylinder Flüssigkeitsmessmotors sinngemäss wie in Fig. 3 für 3609 Kurbeldrehung und zum Zwecke des Vergleichs auch für den gleichen Kurbelradius in voll ausgezogenen Linien aufgezeichnet und mit 1' und 2' bezeichnet, entsprechend den zugehörigen Kolben. Die sich für den Arbeitsraum 5 aus der Bewegung der beiden Kolben ergebende Relativ-Kolbengeschwindigkeit ist strichpunktiert in die Fig. 4 eingezeichnet und mit 1' f 2'bezeichnet.
Durch Addieren der durch die Schraffur gekennzeichneten Überschneidungen in den Kolbengeschwindigkeiten wurden die gestrichelten Linien 6' ermittelt, die in Fig. 4 jedoch in Verbindung mit strichpunktierten und ausgezogenen Linien je einen sechswelligen Linienzug ergeben, der im Plus (+) die Flüssigkeitsabgabe und im Minus (-) die Flüssigkeitsaufnahme des Zweizylinder-Flüssigkeitsmessmotors für 3600 Kurbeldrehung darstellt. Der sechswellige periodische Fehler F (Fig. 4) in der Gleichmässigkeit der Flüssigkeitsabgabe des Zweizylinder-Flüssigkeitsmessmotors in V-Form-Bauart ist erheblich kleiner als der vierwellige Fehler F (Fig. 3) des bekannten Vierzylinder Flüssigkeitsmessmotors. Durch die Dreizylinder-Wirkung dieses Zweizylinder-Flüssigkeitsmessmotors ist auch der Anlauf desselben aus jeder Kurbelstellung heraus gesichert.
Eine besonders zweckmässige Ausgestaltung ergibt der im Kurbelgehäuse 7 angeordnete Anschlagträger 8, dessen Anschläge 9 die Hubbegrenzung für die beiden Kolben 1 und 2 in ihren untern Totpunkten sind. Im Sinne des Erstrebten ist es dabei, dass die Vergrösserung oder die Verkleinerung der Kolbenhübe gleichmässig für beide Kolben erfolgt.
Der Anschlagträger 8 mit Anschlag 9 ist in Fig. 5 in Ansicht gezeigt. Der Anschlagträger 8 ist eine Scheibe, die sich in der Lagerung 10 (Fig. 2) dreht.
Die Drehung wird durch einen Stift 14, der sich in einem Langloch der Scheibe bewegt, begrenzt. Die Scheibe 8 trägt eine Nocke 9. Bei Drehung der Scheibe 8 im Sinne des Pfeils um den vorgesehenen Betrag z. B. 300 wandert die Nocke 9 in ihre höchste Stellung in der Mittelachse und steht sodann um einen Betrag x höher als in der andern Endstellung. Diese Nocke 9 ist der untere Anschlag für den Kolben.
In der Praxis beträgt der Kolbenhub etwa 20 mm.
Der Betrag x, um den die Nocke 9 in der Höhe verstellt werden kann, beträgt in der Praxis etwa 1 mm.
Bei dieser Einrichtung handelt es sich nicht etwa um eine besondere Verstellung der Fördermenge, sondern lediglich um eine Fehlerkorrektur. Alle bekannten Flüssigkeitsmessmotoren haben nach einer gewissen Betriebszeit eine Toleranz bis zu etwa + 3% und besitzen ausserordentlich komplizierte Nachstellvorrichtungen, bei denen stets mehrere, meistens fünf, plombierte Schrauben gelöst und eingestellt werden müssen. Bei der vorliegenden Ausbildung bedeutet 1 mm Kolbenweg 5% des Volumens. Bei Verstellung um 30" wird also eine Volumenveränderung von etwa 5% erreicht. Bei einer Verdrehung der Scheibe 8 um 3 erfolgt eine Volumenänderung von 0,5%.
Eine solche Einteilung von 3 zu 30 kann aussen an einer Einstellvorrichtung an einer Skala ablesbar sein, so dass eine sehr feine und einfache Regulierung möglich ist.
Der Anschlagträger 8 ist durch die Gegenmutter 15 gegen unbeabsichtigtes Verdrehen gesichert. Die Stösse gegen den Anschlagträger 8 während des Betriebes werden durch den Zentrieransatz des Gehäusedeckels 16 aufgenommen. Die Hubbegrenzung in den obern Totpunkten der Kolben 1 und 2 erfolgt durch einen unveränderlichen Anschlag 17, der so angebracht ist, dass in den obern Totpunkten der Kolben die Kurbelwelle 13 nicht blockiert wird. Die Anbringung des Anschlages kann ganz beliebig erfolgen. Zweckmässig ist es, diesen Anschlag im Gehäuse mit anzugiessen. Durch den mit einer Plombe 18 gesicherten Deckel 19 ist der Anschlagträger 8 gegen unbefugte Verstellung geschützt.
Fig. 6 zeigt schematisch die Funktion der Anschläge 9 und 17. Der Kolben 2 und die Kulisse 11 sind mit ausgezogenen Linien in ihrer obern Totpunktlage dargestellt. Die Kulisse 11 liegt also an dem Anschlag 17 an. Die Rolle 12 hat in dieser Stellung nach beiden Seiten Spiel in der Kulisse.
(Dieses Spiel ist der Deutlichkeit halber übertrieben gross dargestellt.) Bei Betrachtung der Kinematik ist darauf zu achten, dass die Bewegung vom Kolben und von der Kulisse 11 ausgeht und auf den Kurbelzapfen übertragen werden soll. Wenn nun in der dargestellten obersten Totpunktlage die Kulisse 11 bereits auf der Rolle 12 ohne Spiel aufläge, würde die Kraft genau in Richtung des Kurbelarmes und der Kurbelachse erfolgen, so dass die Gefahr des Blockierens bestünde.
Wenn nun der Kolben 2 sich um den Betrag des vorhandenen Spiels (praktisch etwa 1 mm) abwärts bewegt, ist die Kurbelrolle 12 durch den andern Kolben bereits um einen kleinen Betrag weiter gedreht. Im Moment, da die Kulisse 11 sich kraftschlüssig auf die Rolle 12 aufsetzt, entsteht bereits ein Drehmoment, das ein Blockieren vermeidet.
Der Kolben und damit die Kulisse 11 bewegen sich nun um einen Weg h nach unten in die gestrichelt dargestellte Lage lla. Hier schlägt die untere Kante 1 lag an die Nocke 9 an. In dieser Stellung hat sich aber die Rolle 1 2a von der Kulisse bereits wieder abgehoben, so weit, dass das Spiel an der untern Seite nur noch ganz klein ist zugunsten des Spiels an der obern Seite. Dieses obere Spiel ist mit y bezeichnet.
Zwischen diesen beiden gezeigten Stellungen geht der Kolben hin und her, und die Kulisse hebt sich in beiden Endstellungen etwas von der Kurbelrolle 12 ab, um das Blockieren zu vermeiden. Wenn nun durch Verdrehen der Scheibe 8 die Nocke 9 gesenkt wird, so kann der Kolben und die Kulisse sich bis in die Endlage lla2 bewegen. Der Hub h wird also um den Betrag x nach unten verlängert. Dieser Betrag x ist jedoch kleiner als das in der Lage llal vorhandene Spiel y, so dass auch bei grösster Kolbenbewegung ein Blockieren der Kurbel in der untern Lage vermieden wird.
Die Steuerung des Motors findet folgendermassen statt: Zwischen dem Drehschieber 22 und der fest mit der Kurbelwelle 13 verbundenen Nabe des Mitnehmers 23 ist eine Feder 24 angeordnet, die einerseits den Drehschieber 22 auf seine Gleitfläche am Kurbelgehäuse 7 anpresst und anderseits die Kurbelwange 25 gegen die Lagerbuchse 26 anpresst. Da sich bei dieser Anordnung die Feder 24 mitdreht, er übrigen sich eine weitere Gleitfläche am Drehschieber 22 und, da der Abfluss der Flüssigkeit durch einen Austrittskanal 27 im Kurbelgehäuse 7 erfolgt, auch eine weitere gleitende Abdichtfläche am Drehschieber 22. Ferner erübrigt sich durch das Anpressen der Kurbelwange 25 gegen die Lagerbuchse 26 eine stopfbuchsenartige Abdichtung des Kurbelwellendurchtrittes zwischen dem Arbeitsraum 5 und dem Austrittskanal 27.
Besonders vorteilhaft ist die gezeigte Anordnung eines Mitnehmers 23 auf der Kurbelwelle 13, der mit dieser fest verbunden ist und der in einem ausreichenden Abstande von der Kurbelwellenmitte in eine Ausnehmung 28 des Drehschiebers 22 mit ausreichendem Spiel eingreift. Die Lagerung des Drehschiebers 22 auf der Kurbelwelle 13 ist nur kurz gehalten und hat ebenfalls Spiel. Durch diese Anordnung kann sich der Drehschieber 22 leicht auf seiner Gleitfläche einspielen. Durch den im Verhältnis zu einem Keil langen Hebelarm des Mitnehmers 23 wirkt sich sein Spiel in der Ausnehmung 28 nicht unzulässig auf die Steuerzeiten des Drehschiebers 22 aus. Eine schwierige Passarbeit beim Einbau des Drehschiebers er übrig sich dadurch.
Der Drehschieber 22 hat in seiner Gleitfläche einen Steuerkanal 29, der zum Schieberraum 30 durchgeführt ist und einen Steuerkanal 31, der über die Mittelöffnung in der Gleitfläche mit dem Austrittskanal 27 in Verbindung steht. Der besseren Übersicht wegen sind in Fig. 2 die Steuerkanäle entsprechend in die Zeichnungsebene gedreht gezeichnet.
Die Schiebergleitfläche am Kurbelgehäuse 7 hat drei Steuerkanäle, die durch je einen Kanal 32 mit je einem der drei Arbeitsräume des Flüssigkeitsmessmotors verbunden sind.
Der Flüssigkeitsmessmotor arbeitet wie folgt: Durch den Eintrittskanal 33 tritt die zu messende Flüssigkeit unter Druck in den Schieberraum 30 ein und durch den Steuerkanal 29 je nach Drehschieberstellung in einen oder zwei der Arbeitsräume 3, 4, 5.
Sie verschiebt die Kolben 1, 2, die mittels der Kulissen 11 die Kurbelwelle 13 in Drehung versetzen. Je nach Drehschieberstellung ist dabei einer oder zwei der Arbeitsräume 3, 4, 5 durch den Steuerkanal 31 mit dem Austrittskanal 27 verbunden, und zwar derjenige bzw. diejenigen der Arbeitsräume, die gerade durch die Bewegung der Kolben verkleinert werden.
Der Eintritt der Flüssigkeit beginnt in den obern Totpunkten, und der Austritt beginnt in den untern Totpunkten der Arbeitsräume 3, 4 und 5, wobei nur für die Arbeitsräume 3 und 4 als Totpunkte gleichzeitig die Totpunkte ihrer Kolben gelten. Der Drehschieber 22 wird durch die Kurbelwelle 13 jeweils in die richtige Stellung gedreht. Der Flüssigkeitsmessmotor treibt über die Kupplung 34 ein nicht gezeichnetes Anzeigewerk bekannter Art mit einer dem Hubvolumen des Flüssigkeitsmessmotors entsprechenden Volumen einteilung an, von dem die Grösse der abgegebenen Flüssigkeitsmenge abgelesen werden kann.
Der so ausgebildete Flüssigkeitsmessmotor weist die Vorteile auf, dass bei einer etwa notwendigen Neueinstellung nur eine Plombe 18 gelöst zu werden braucht, dass die Einstellung zentral erfolgt, und zwar gleichmässig für beide Kolben, dass keine Blockierung der Kurbelwelle 13 eintreten kann und dass die Zylinderdeckel 20 keine Stösse erhalten. Anstelle der im dargestellten Ausführungsbeispiel angewendeten Kulissen 11, die in den Buchsen 21 geführt sind, könnten auch Schubstangen für den Kurbeltrieb benützt werden.