Volumenmessgerät
Die Erfindung betrifft ein Volumenmessgerät für flüssige und gasförmige Medien, mit einer Umschaltvorrichtung, die mit den Zu- und Abflussventilen des Gerätes wirkverbunden ist. Es handelt sich um ein Gerät, das mit einem hin und her gehenden Verdrängungselement, wie Membran oder Kolben, arbeitet, wobei durch dessen Bewegungen die Umschaltvorrichtung betätigt wird. Bei Verwendung von Membranen als hin und her gehende Verdrängungselemente müssen diese bei bekannten Geräten dieser Art zur richtigen Dosierung des Messvolumens gezwungen werden, sich nach dem Durchschwingen fest an seitliche Begrenzungen anzulegen, um damit die Strömung des Mediums zu unterbrechen, worauf durch die dabei veranlasste Umsteuerung der Ventile eine Beaufschlagung der anderen Membranseite und das Zurückschwingen in die andere Endlage erfolgt.
Die Erfindung geht einen anderen Weg, indem die Umschaltvorrichtung beim Betrieb stufenweise von zwei Verdrängungselementen betätigt wird, jedoch zunächst von dem einen nur so weit, bis die Schaltbereitschaftsstellung der Umschaltvorrichtung erreicht ist. Die Auslösung des Umschaltvorganges erfolgt anschliessend mit Hilfe des anderen Elementes. Hierdurch wird zunächst jede Ungenauigkeit ausgeschaltet, da das erste Verdrängungselement völlig spiellos arbeiten kann, denn der genaue Zeitpunkt des Umschaltens selbst wird durch das zweite Element bewirkt, wozu bei einer bevorzugten Ausführung von diesem eine kaum nennenswerte Kraft aufgebracht werden muss, so dass es im Verhältnis zum anderen sehr klein ausgebildet werden kann.
Auf der Zeichnung sind in den Fig. 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung im Längsschnitt dargestellt.
In dem Gehäuse 1 gemäss Fig. 1 befindet sich die Messmembran 2, deren Hub durch die Schalen 4 und 5 begrenzt wird. Die Membran 2 wird mit den Schalen 4 und 5 durch den Ring 3 dichtend auf den Sitz im Gehäuse 1 gepresst. Auf die Mitte der Membran 2 sind die Platten 6 und 7 aufgenietet, die in ihrer Mitte ausgebuchtet sind, so dass ein Hohlraum entsteht, der durch die Membran 2 oder durch eine besondere Membran in zwei Kammern 8 und 9 geteilt wird. Diese haben an den Stirnseiten Bohrungen 8a und 9a, durch die das zu messende Medium eintreten kann. Die Stirnseite der Kammer 8 hat ausserdem in der Mitte eine Bohrung, durch die gleitend der Hub stift 10 geführt ist. Innerhalb der Kammer 8 trägt der Hubstift 10 einen Kragen 11, auf dem die in der Mitte durchbohrte Membran aufliegt und von der anderen Seite mittels eines Kopfes 12 vernietet ist.
Kragen 11 und Kopf 12 sind in ihrer Stärke so ausgelegt, dass für den Hubstift 10 zwischen den Stirnseiten der Kammern 8 und 9 ein gewisser Spielraum bleibt. Der Hubstift kann also sowohl mit seinem Kragen 11 an der Stirnseite der Kammer 8 anliegen (wie auf der Zeichnung), als auch unter Durchdrücken der Mitte der Membran mit dem Kopf 12 an der Stirnseite der Kammer 9. In der Mitte der Membran 2 entsteht durch diese ganze Anordnung damit eine zweite Membran mit eigenem Hubvermögen, jedoch kommt der Hub beider Membranen über den gemeinsamen Hubstift 10 zur Auswirkung. Die kleine mittlere Membran wird im folgenden als Steuermembran bezeichnet, der übrige Teil der Membran 2 als Messmembran.
In dem Gehäuse 1 befinden sich ferner zwei drehbar gelagerte Walzen 13 und 14, die in ihrer Mitte radial durchbohrt sind. In diesen Bohrungen gleiten die Stifte 15 und 16, die an ihrem einen Ende mittels Klauen 18 und 19 und dem Stift 17 drehbar gekuppelt sind. Zwischen der Walze 13 und der Klaue 18 und zwischen der Walze 14 und der Klaue 19 sind Druckfedern 20 und 21 in gespanntem Zustand über die Stifte 15 und 16 geschoben.
Der Stift 17 streift an seinen beiden Enden in die Ausschnitte 22 des U-förmig gebogenen Kulissenstückes 23, das an den Hubstift 10 angenietet ist.
Bewegt man also den Hubstift 10 und damit auch den Stift 17 in Pfeilrichtung, so verkürzen sich damit die Stifte 15 und 16 zwischen den Walzen 13 und 14 und den Klauen 18 und 19, wodurch die Federn 20 und 21 gespannt werden. Geht die Bewegung über die Totpunktlage, die in gestrichelter Linie angedeutet ist, hinweg, so wird der Stift 17 unter der Wirkung der Federkraft in Pfeilrichtung weitergetrieben, bis er an dem anderen Ende des Ausschnittes 22 anschlägt. Die beschriebene Vorrichtung stellt ein Kippschaltwerk dar, das über das Kulissenstück 23 und den Hubstift 10 mit der Steuermembran direkt und mit der Messmembran mit Spiel gekuppelt ist. Die freien Enden der Stifte 15 und 16 bewegen sich zwischen den Mitnehmern 24, 25 und 26, 27 zweier Ventilstangen 28 und 29, auf denen die Kugelventile 30 und 31 befestigt sind.
Die Ventilstangen 28 und 29 durchsetzen die ortsfesten Dichtungen 39 und 40 und werden durch die Klemmwirkung dieser Dichtungen in der jeweiligen Endlage gehalten. Die Kugelventile werden je nach Stellung des Kippschaltwerkes entweder auf die Ventilsitze 32 und 33 (wie dargestellt) oder auf die Ventilsitze 34 und 35 gepresst und öffnen bzw. schliessen damit die Kanäle 35a, 36, 37, 38. Dadurch wird die Messmembran in bekannter Weise wechselseitig beaufschlagt, so dass jeweils auf der einen Seite der Messmembran das zu messende Medium zuströmt und damit die Membran von einer Endlage zur anderen verschiebt, wobei auf der anderen Seite der Membran das vorher dort eingeströmte Medium verdrängt wird, wie unten näher erläutert.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Umsteuervorrichtung verläuft folgendermassen:
Angenommen, die Ventile 30 und 31 befinden sich in der dargestellten Lage, zu welcher die dargestellte Stellung des Kippschaltwerkes und die der Mess- und Steuermembran gehört, das heisst der nach unten gerichtete Hub der Messmembran 2 ist beendet und die Ventile sind in die schon erwähnte Stellung umgeschaltet, so dass nunmehr eine Umsteuerung des Mediums erfolgt. Das auf der Zeichnung in Pfeilrichtung links unten eintretende Medium wird über die Leitung 36 in den Raum unterhalb der Membran 2 gedrückt. Das Druckmedium beaufschlagt die beiden Membranen und hebt die Membran 2 einschliesslich der Platten 6 und 7 und der Kammern 8 und 9 unter Mitnahme des Hubstiftes an.
Gleichzeitig wird dabei selbstverständlich die innenliegende Steuermembran mitgenommen, die jedoch noch nach unten durchgewölbt bleibt, da sie einmal durch die auf den Hubstift 10 einwirkende Zugkraft belastet ist und zum anderen der Druck des die Messmembran beaufschlagenden Mediums auf Grund der Grössenverhältnisse der Mess- und Steuermembran noch nicht ausreicht, die innenliegende Steuermembran nach oben durchzudrücken. Wie schon erwähnt, bewirkt die Federkraft auf den Hubstift 10, dass bei der beschriebenen Bewegung der Messmembran die in der Zeichnung angegebene Stellung der Steuermembran aufrechterhalten bleibt, indem sich der Ansatz 11 gegen den Boden der Kammer 8 abstützt. Bei der beschriebenen Hubbewegung wird das Kulissenstück 23 von dem Hubstift 10 mitgenommen und schwenkt die Stifte 15 und 16 unter Zusammenpressung der Federn 20 und 21 des Kippschaltwerkes nach oben.
Wenn die Messmembran ihre obere Endstellung erreicht hat, befindet sich das Kippschaltwerk etwa in der Totpunktlage, das heisst die Längenachsen der Stifte 15 und 16 fallen etwa mit der eingezeichneten gestrichelten Linie zusammen, während sich die Steuermembran noch in der eingezeichneten, nach unten durchgebogenen Stellung befindet. Es muss hier erwähnt werden, dass bei der beschriebenen Bewegung der Messmembran in die obere Endstellung das auf der oberen Seite befindliche Druckmedium das Gerät über die Leitung 38 und das geöffnete Ventil 31, 35 in der eingezeichneten Pfeilrichtung verlassen hat. Das Kippschaltwerk befindet sich in der beschriebenen Lage in der Schaltbereitschaftsstellung und es muss lediglich noch ausgelöst werden, um die Ventile zu betätigen.
Dies erfolgt nun durch die Steuermembran derart, dass das durch die Öffnungen 8a in die Kammer 8 weiter einströmende Medium die Steuermembran so belastet, dass diese sich ebenfalls nach oben anhebt und unter Mitnahme des Hubstiftes 10 und des Kulissenstückes 23 das Kippschaltwerk aus der Totpunktlage bewegt, worauf es selbsttätig in die andere Endstellung springt und hierbei die Ventile 30 und 31 umschaltet. Die Steuermembran ist nunmehr nach oben durchgebogen und der Kopf 12 ist zur Anlage an den Boden der Kammer 9 gekommen. Nun verläuft der beschriebene Vorgang umgekehrt, das heisst das in Pfeilrichtung links unten in das Gerät eintretende Medium gelangt jetzt durch die Leitung 35a auf die Oberseite der Messmembran und der beschriebene Umschaltvorgang wiederholt sich in der umgekehrten Richtung.
Der Hub der kleineren Steuermembran zwischen den Böden der Kammern 8 und 9 ist so bemessen, dass er gerade ausreicht, um am Ende des Hubes der Messmembran 2 das Kippschaltwerk zur Auslösung zu bringen. Die Menge des bei der Bewegung der kleineren Steuermembran verdrängten Mediums ist immer konstant, so dass die von der Messmembran und der Steuermembran bewirkte Verdrängung zusammengenommen die vorgesehene Messeinheit geben. Es wird hierdurch eine hohe mit bisherigen Geräten nicht erreichte Massgenauigkeit erzielt.
Man kann auch anstelle des beschriebenen Kippschaltwerkes andere, an sich bekannte Schaltwerke oder Auslösevorrichtungen verwenden oder die Umschaltung auch durch einen elektrischen Umschaltkontakt bewirken, der durch den Hub der Messmembran zunächst in die Umschalt- oder Auslösestellung gebracht wird und anschliessend von dem Hub der kleineren Steuermembran zur Umschaltung der Ventile ausgelöst wird.
Bei der mechanischen Ausführungsform könnte auch jede Membran mittels einer besonderen einstellbaren Stossstange mit der Schaltvorrichtung gekuppelt werden.
In Fig. 2 ist ein Gerät im Längsschnitt dargestellt, das im wesentlichen dem nach Fig. 1 entspricht mit dem Unterschied, dass oberhalb der Membran 2 in dem gleichen Raum eine weitere Membran 2a hinzugeschaltet ist. Ihr Hub wird durch die Schalen 4a und 5a begrenzt, die gemeinsam mit der Membran durch den Ring 3a auf einem weiteren Sitz des Gehäuses 1 dichtend aufgepresst sind. Der mittlere Teil der Membran 2a ist durch die beiden Platten 6a und 7a belegt, die unmittelbar mit den Schalen 4a und 5a zusammenwirken.
Der Messvorgang verläuft hierbei so, dass das in Pfeilrichtung (links unten auf der Zeichnung) eintretende Medium über das Ventil 30, 34 und über die Leitung 36 in die Kammern unterhalb der Membran 2 und oberhalb der Membran 2a strömt. Da die Membran 2a unabhängig von der Schaltvorrichtung und dadurch unbelastet ist, wird diese zuerst in die untere Endstellung gebracht, worauf die Membran 2 anspricht und beim Erreichen ihrer oberen Stellung das Kippschaltwerk in dessen Schaltbereitschaftsstellung bringt, worauf schliesslich der innere Teil der Membran 2 anspricht und das Kippschaltwerk zur Auslösung bringt, so dass die beiden Ventile 30 und 31 umgeschaltet werden. Das bei diesem Vorgang von den Membranen 2 und 2a verdrängte Medium verlässt die mittlere Kammer zwischen den Membranen über die Leitung 38.
Nun verläuft der Vorgang umgekehrt, das heisst das links unten eintretende Medium gelangt über das Ventil 30, 32 und die Leitung 35a in die Kammer zwischen den beiden Membranen, wobei sich wiederum die obere unbelastete Membran 2a zuerst bis in ihre Endlage bewegt, worauf die Membran 2 nach unten nachfolgt. Das durch die beiden Membranen jeweils verdrängte Medium unterhalb der Membran 2 und oberhalb der Membran 2a verlässt das Gerät über die Leitung 37.
Zur Justierung der zu messenden Mengeneinheit kann entweder die beschriebene zusätzliche Membran 2a oder eine besondere Justiermembran kleineren Durchmessers verwendet werden, indem man den Hub der Membran einstellbar macht, beispielsweise durch Veränderung der Stellung der nach innen gerichteten Ränder der Schalen 4a und 5a, mit denen die Platten 6a und 7a zusammenwirken. Die Ventilspindel 29 ist mit einem Federschnäpper 41 versehen.
Volumetric meter
The invention relates to a volume measuring device for liquid and gaseous media, with a switching device which is operatively connected to the inlet and outlet valves of the device. It is a device that works with a reciprocating displacement element, such as a membrane or piston, the movement of which actuates the switching device. When using diaphragms as reciprocating displacement elements in known devices of this type for correct dosing of the measurement volume, they must be forced to rest firmly against lateral limits after swinging through, in order to interrupt the flow of the medium, which is then triggered by the reversal The valves act on the other side of the membrane and swing back into the other end position.
The invention takes a different approach, in that the switching device is actuated in stages by two displacement elements during operation, but initially only by one until the switching device is in the ready position. The switching process is then triggered with the help of the other element. This initially eliminates any inaccuracy, since the first displacement element can work completely without play, because the exact point in time of the switchover itself is caused by the second element, for which, in a preferred embodiment, hardly any significant force has to be applied by this, so that it is in proportion on the other hand can be made very small.
In the drawing, two exemplary embodiments of the invention are shown in longitudinal section in FIGS. 1 and 2.
In the housing 1 according to FIG. 1 there is the measuring membrane 2, the stroke of which is limited by the shells 4 and 5. The membrane 2 is pressed with the shells 4 and 5 through the ring 3 in a sealing manner onto the seat in the housing 1. The plates 6 and 7 are riveted to the middle of the membrane 2 and are bulged in their middle so that a cavity is created which is divided into two chambers 8 and 9 by the membrane 2 or by a special membrane. These have bores 8a and 9a on the end faces through which the medium to be measured can enter. The end face of the chamber 8 also has a hole in the middle through which the stroke pin 10 is guided. Within the chamber 8, the lifting pin 10 carries a collar 11 on which the membrane pierced in the center rests and is riveted from the other side by means of a head 12.
The thickness of the collar 11 and head 12 is such that a certain amount of leeway remains for the lifting pin 10 between the end faces of the chambers 8 and 9. The lifting pin can therefore rest with its collar 11 on the front side of the chamber 8 (as in the drawing), as well as by pushing through the center of the membrane with the head 12 on the front side of the chamber 9 this entire arrangement thus a second membrane with its own lifting capacity, but the stroke of both membranes via the common lifting pin 10 has an effect. The small central membrane is referred to below as the control membrane, the remaining part of the membrane 2 as the measuring membrane.
In the housing 1 there are also two rotatably mounted rollers 13 and 14 which are bored through radially in their center. The pins 15 and 16 slide in these bores and are rotatably coupled at one end by means of claws 18 and 19 and the pin 17. Between the roller 13 and the claw 18 and between the roller 14 and the claw 19, compression springs 20 and 21 are pushed over the pins 15 and 16 in a tensioned state.
At its two ends, the pin 17 touches the cutouts 22 of the U-shaped curved link piece 23 which is riveted to the lifting pin 10.
If you move the lifting pin 10 and thus also the pin 17 in the direction of the arrow, the pins 15 and 16 between the rollers 13 and 14 and the claws 18 and 19 are shortened, whereby the springs 20 and 21 are tensioned. If the movement goes beyond the dead center position, which is indicated by a dashed line, then the pin 17 is driven further in the direction of the arrow under the action of the spring force until it strikes the other end of the cutout 22. The device described represents a toggle switch mechanism which is coupled to the control diaphragm directly via the link 23 and the lifting pin 10 and with play with the measuring diaphragm. The free ends of the pins 15 and 16 move between the drivers 24, 25 and 26, 27 of two valve rods 28 and 29 on which the ball valves 30 and 31 are attached.
The valve rods 28 and 29 pass through the stationary seals 39 and 40 and are held in the respective end position by the clamping action of these seals. Depending on the position of the toggle switch, the ball valves are either pressed onto the valve seats 32 and 33 (as shown) or onto the valve seats 34 and 35 and thus open or close the channels 35a, 36, 37, 38. This causes the measuring diaphragm in a known manner alternately acted upon, so that the medium to be measured flows in on one side of the measuring membrane and thus moves the membrane from one end position to the other, with the medium that previously flowed in there being displaced on the other side of the membrane, as explained in more detail below.
The mode of operation of the reversing device described is as follows:
Assuming that the valves 30 and 31 are in the position shown, to which the shown position of the toggle switch and that of the measuring and control diaphragm belong, that is, the downward stroke of the measuring diaphragm 2 has ended and the valves are in the position already mentioned The position is switched so that the medium is now reversed. The medium entering in the direction of the arrow at the bottom left in the drawing is pressed into the space below the membrane 2 via the line 36. The pressure medium acts on the two membranes and lifts the membrane 2, including the plates 6 and 7 and the chambers 8 and 9, taking the lifting pin with it.
At the same time, of course, the internal control diaphragm is taken along, which, however, remains arched downwards, as it is loaded by the tensile force acting on the lifting pin 10 and the pressure of the medium acting on the measuring diaphragm due to the size of the measuring and control diaphragm is not sufficient to push the internal control membrane upwards. As already mentioned, the spring force on the lifting pin 10 has the effect that the position of the control diaphragm indicated in the drawing is maintained during the described movement of the measuring diaphragm, in that the projection 11 is supported against the bottom of the chamber 8. During the described lifting movement, the link piece 23 is carried along by the lifting pin 10 and pivots the pins 15 and 16 upwards while the springs 20 and 21 of the toggle switch are compressed.
When the measuring diaphragm has reached its upper end position, the toggle switch is approximately in the dead center position, i.e. the length axes of the pins 15 and 16 coincide approximately with the dashed line drawn, while the control diaphragm is still in the drawn down position . It must be mentioned here that during the described movement of the measuring membrane into the upper end position, the pressure medium located on the upper side has left the device via the line 38 and the opened valve 31, 35 in the direction of the arrow. In the position described, the toggle switch is in the ready-to-switch position and it only needs to be triggered to operate the valves.
This is now done by the control diaphragm in such a way that the medium flowing through the openings 8a into the chamber 8 loads the control diaphragm so that it also lifts upwards and moves the toggle switch mechanism from the dead center position, taking along the lifting pin 10 and the link piece 23, whereupon it automatically jumps into the other end position and thereby switches the valves 30 and 31. The control membrane is now bent upwards and the head 12 has come to rest on the bottom of the chamber 9. Now the process described is reversed, that is, the medium entering the device in the direction of the arrow at the bottom left now passes through the line 35a to the top of the measuring membrane and the switching process described is repeated in the opposite direction.
The stroke of the smaller control membrane between the bottoms of chambers 8 and 9 is dimensioned so that it is just sufficient to trigger the toggle switch at the end of the stroke of the measuring membrane 2. The amount of the medium displaced during the movement of the smaller control diaphragm is always constant, so that the displacement caused by the measuring diaphragm and the control diaphragm together give the intended measuring unit. This achieves a high level of dimensional accuracy not achieved with previous devices.
Instead of the toggle switch described, other known switching mechanisms or triggering devices can also be used or the switching can also be effected by an electrical switching contact, which is first brought into the switching or triggering position by the stroke of the measuring membrane and then from the stroke of the smaller control membrane to Switching of the valves is triggered.
In the mechanical embodiment, each membrane could also be coupled to the switching device by means of a special adjustable push rod.
FIG. 2 shows a device in longitudinal section which essentially corresponds to that according to FIG. 1, with the difference that a further membrane 2a is connected in the same space above the membrane 2. Their stroke is limited by the shells 4a and 5a, which are pressed together with the membrane by the ring 3a on a further seat of the housing 1 in a sealing manner. The middle part of the membrane 2a is occupied by the two plates 6a and 7a, which interact directly with the shells 4a and 5a.
The measuring process runs in such a way that the medium entering in the direction of the arrow (bottom left in the drawing) flows via the valve 30, 34 and via the line 36 into the chambers below the membrane 2 and above the membrane 2a. Since the membrane 2a is independent of the switching device and is therefore unloaded, it is first brought into the lower end position, whereupon the membrane 2 responds and when it reaches its upper position brings the toggle switch into its ready position, whereupon the inner part of the membrane 2 responds and triggers the toggle switch so that the two valves 30 and 31 are switched. The medium displaced by the membranes 2 and 2a during this process leaves the middle chamber between the membranes via the line 38.
Now the process is reversed, i.e. the medium entering at the bottom left reaches the chamber between the two membranes via the valve 30, 32 and the line 35a, whereby the upper unloaded membrane 2a first moves to its end position, whereupon the membrane 2 follows below. The medium displaced by the two membranes below the membrane 2 and above the membrane 2a leaves the device via the line 37.
To adjust the unit of measure to be measured, either the described additional membrane 2a or a special adjusting membrane of smaller diameter can be used by making the stroke of the membrane adjustable, for example by changing the position of the inwardly directed edges of the shells 4a and 5a with which the Plates 6a and 7a cooperate. The valve spindle 29 is provided with a spring catch 41.