DE10058813C2 - Verstellbare Rechteckdüse in Eicheinrichtungen für hydrodynamische Durchflussmessgeräte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine verstellbare Rechteckdüse in Eicheinrichtungen für hydrodynamische Durchflussmessgeräte.

Der Gesetzgeber schreibt vor, dass Messgeräte zum Erfassen von Durchflussmengen fluider Medien, z. B. Wasser oder Benzin, in bestimmten Zeitabständen geeicht werden müssen. Dazu benutzt man Einrichtungen, bei denen unter konstantem Druck ein Fluidstrom während einer definierten Zeiteinheit über eine Düse durch das zu eichende Gerät geleitet wird. Durch Betätigen einer der Düse nachgeschalteten Umschalteinrichtung wird der Fluidstrom dann für die analoge Zeiteinheit in eine Wägeeinrichtung geleitet und über das Gewicht die durchgeflossenen Menge bestimmt. So kann die tatsächlich geförderte Fluidmenge mit der angezeigten verglichen werden und eine Kalibrierung des Messgerätes erfolgen. Vorausetzung dabei ist, dass das Fluid möglichst laminar und blasenfrei die Düse durchströmt. Außerhalb der Messungen strömt das Fluid in einen Bypass.

Die Düse ist das entscheidende Element zur Konditionierung des Fluidstrahles.

Durch Verändern der Düsengeometrie kann der Flüssigkeitsstrom und damit die Durchflussmenge variiert werden. Eine Eichung unterschiedlicher Durchflussmengenmesser bei variablen Verhältnissen ist somit möglich.

Für das Verändern der Geometrie von Düsen und damit des Durchflussverhaltens sind verschiedenen Möglichkeiten bekannt. So kann es dadurch erfolgen, dass ein Teil der Düse aus elastischem Material besteht, welches durch äußere Einwirkung so verformt wird, dass die Düse eine Querschnittsveränderung erfährt (z. B. DE 198 35 484, DE 195 04 652, DE 33 10 176).

Weitere Lösungen sind aus Publikationen bekannt, welche die Änderung des wirksamen Querschnitts der Schubdüse eines Strahltriebwerkes betreffen. Dies kann z. B. dadurch realisiert werden, dass in einer sich verjüngenden Düse ein weiterer Düsenkörper axial verschiebbar angeordnet ist. Wird dieser Düsenkörper durch Verstelleinrichtungen verschoben, kann so der wirksame Düsenquerschnitt variiert werden (z. B. DE 198 23 680).

Bekannt ist auch die Variante, Düsen mit einem rechteckigen Querschnitt des Düsenkanals zu verwenden, die durch das Zusammenfügen von feststehenden und beweglichen Wandelementen gebildet werden. Durch das Schwenken von ein oder zwei Düsenwandkörpern um ein Scharnier kann dann der Austrittsquerschnitt der Düse verändert werden.

Die Düsenkörper bestehen aus metallischen Werkstoffen. Diese Variante ist z. B. beschrieben in DE 37 30 412, DE 40 31 521 oder US 45 77 814. Gemäß der DE 37 30 412 ist eine Düse bekannt, deren rechteckförmiger Düsenkanal von zwei gegenüberliegenden feststehenden Wänden und zwei dazwischen angeordneten, ebenfalls gegenüberliegenden beweglichen Wänden begrenzt wird. Die beweglichen Wände bestehen aus einer Anzahl mittels Scharnieren gelenkig miteinander verbundener Lamellen. Die Lamellen sind in Führungen, die an den feststehenden Wänden angeordnet sind, verschiebbar. Alle Lamellen wirken mit zwischen ihnen angeordneten Dichtungen und auch mit zwischen ihnen und den Seitenwänden angeordneten Dichtungen zusammen, um den Leckanteil minimal zu halten.

Die bekannten Lösungen weisen folgende Nachteile auf:

• 1. Um einen reproduzierbaren Messvorgang zu gewährleisten, muss das Fluid über die gesamte Länge der Düse laminar strömen. Verformte, aus elastischen Materialien bestehende Düsenkörper, können dies nicht gewährleisten, weil die Düsengeometrie so nachhaltig verändert wird, dass wenigstens in Teilabschnitten der Düsenlängsachse turbulente Strömungsverhältnisse auftreten.
• 2. In die Düse eingefügte, verschiebbare Körper müssen strömungstechnisch optimiert werden und zusammen mit dem Verschiebemechanismus ergibt sich eine kostenintensive Lösung, wobei der in die Düse hineinragende Verstellmechanismus auch zu undefinierten Strömungsverhältnissen führen kann.
  Schwenkbare Düsenwandungen erfordern Schaniere, die ebenfalls die Strömungverhältnisse nachteilig beeinflussen, und es sind an den Berührungsflächen der festen und beweglichen Düsenkörper zusätzliche Dichtungen erforderlich (z. B. US 45 77 814), um Leckagen an den Gleitflächen zu vermeiden.
• 3. Die Bauart bekannter Düsenkörper behindert die Beobachtung des strömenden Fluides in der Düse.

Der Erfindung liegt - ausgehend von der Lösung gemäß DE 37 30 412 OS - die Aufgabe zugrunde, eine verstellbare Rechteckdüse für Einrichtungen zur Eichung von Durchflussmessgeräten zu schaffen, deren Ausflussquerschnitt stufenlos verändert werden kann, in der die Strömungsverhältnisse durch den Verstellvorgang nicht beeinflusst werden und die die Aufnahme des Geschwindigkeitsprofiles des strömenden Fluids in allen Richtungen sowie eine Kontrolle auf Blasenfreiheit ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung weist folgende Vorteile auf:

• a) Der Einsatz von Feststoffgelenken (die durch Einbringen von Einkerbungen, Nuten und/oder außerhalb des Bereichs der vorbestimmten Schwenkachse angeordnete wandversteifende Materialverstärkungen erzeugt werden) gewährleistet, dass die Struktur der Wandungen des Düsenkörpers durch den Verstellvorgang nicht verändert wird, so dass die Stömungsverhältnisse unabhängig von der erreichten Stellung laminar bleiben.
  • - Der gesamte Verstellmechanismus für die beweglichen Düsenwandungen kann außerhalb des Düsenkörpers untergebracht werden und beeinflusst nicht den Düsenquerschnitt.
  • - Die Abdichtung der Düsenwandkörper durch vorgespannte, aufeinander gleitende Passflächen geringer Rauhigkeit stellt eine sehr kostengünstige Lösung dar.
  • - Der durchsichtige Werkstoff, aus dem die Düsenwandkörper gefertigt sind, ermöglicht es, über entsprechend lasergestützte Messeinrichtungen das Geschwindigkeitsprofil in allen Richtungen aufzunehmen sowie eine visuelle Kontrolle des strömenden Mediums auf mitgerissene oder eingeschlossene Blasen oder Fremdbestandteile durchzuführen.

Die erfindungsgemäße Lösung wird einschließlich ihrer Funktionsweise anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der dazugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 den Düsenkörper mit den Festoffgelenken,

Fig. 2 den Düsenkörper und Verstelleinrichtung mit Aufnahmevorrichtung.

Wie Fig. 1 zeigt, wird der Düsenkörper aus rechteckigen Düsenwandkörpern gebildet, die ihrerseits zu einem Quader zusammengefügt sind. Die Stirnwandkörper 2 sind aus glasklarem Polyacryl gefertigt und gestatten so von außen hydrodynamische Messungen und die Beobachtung des Fluidstrahles in der Düse. Die Seitenwandkörper 3 der Düse bestehen ebenfalls aus Kunststoff, einem hochfesten Tecanat. Im oberen Drittel jedes Seitenwandkörpers 3 sind senkrecht zur Längsachse auf der nicht vom Fluid benetzten Seite Nuten eingearbeitet, deren Querschnittsform einem Trapez entspricht, auf dessen Schmalseite ein Halbkreis aufsetzt, so dass ein Festoffgelenk entsteht. Auf diese Weise kann der untere Teil der Seitenwandkörper um das Feststoffgelenk geschwenkt werden und die Düsenaustrittsöffnung stufenlos verändert werden. Die sich berührenden Stirnseiten der Wandkörper sind feinstbearbeitet und werden durch eine Vorspanneinrichtung (s. Fig. 2) vorzugsweise kraftschlüssig miteinander verbunden, wodurch trotz stufenloser Bewegung der Wandkörper eine Abdichtung ohne Leckage erfolgt.

In Fig. 2 ist die Düse mit dem Verstellmechanismus dargestellt. Eine aus Stahlbauteilen zusammengesetzte Aufnahmevorrichtung 1 nimmt den Düsenkörper 2, 3 einschließlich der Verstelleinrichtung 8 auf. Die Seitenkörper 2 und die Stirnkörper 3 der Düse sind im oberen Teil durch miteinander verschraubte, von der Aufnahmevorrichtung fixierte Traversen 4 kraftschlüssig verbunden und bilden die Eintrittsöffnung für das Fluid. Die in den beiden Seitenteilen 2 als Kerbe ausgebildeten Feststoffgelenke ermöglichen, die unteren Teile der Seitenkörpers um einen Drehpunkt, der annähernd mit dem Scheitel der Kerbe identisch ist, zu schwenken. Damit wird die Austrittsöffnung der Düse verändert. Die Seitenkörper 2 gleiten dabei stirnseitig auf den Stirnwandkörpern. Die Berührungflächen sind feinstbearbeitet und werden durch über die Länge des unteren Düsenabschnittes gestaffelte, nachstellbare Traversen 7 so aufeinander gedrückt, dass eine sichere Abdichtung erfolgt und kein Fluid austreten kann.

Eine Stützkonstruktion 6 stabilisiert die beweglichen Seitenwandelemente 3 und dient gleichzeitig als Anlenkpunkt für die Einrichtung zum Verstellen des Austrittsquerschnittes der Düse. Die Verstellung erfolgt elektromotorisch durch vier mechanisch gekoppelte Spindelhubgetriebe 8, die durch die Getriebeaufname 5 mit der Aufnahmevorrichtung 1 verbunden sind. Damit ist der Gleichlauf der beiden beweglichen Seitenwandteile gewährleistet.

Claims (3)

1 . Verstellbare Rechteckdüse in Eicheinrichtungen für hydrodynamische Durchflussmessgeräte, die aus vier rechtwinklig zueinander angeordneten Düsenwandkörpern zusammengesetzt ist, von denen einer oder zwei gegenüberliegende Düsenwandkörper mindestens abschnittsweise schwenkbar ausgebildet sind und in Wirkverbindung mit einem Mechanismus stehen, der eine stufenlose Schwenkbewegung des betreffenden Abschnittes des oder der Düsenwandkörper um eine quer zur Strömungsrichtung orientierte Schwenkachse ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass
ein oder mehrere Düsenwandkörper (2; 3) mindstens abschnittsweise aus optisch durchlässigem Material bestehen und
die für eine Schwenkbewegung vorgesehenen Düsenwandkörper (3) auf der strömungsseitig abgewandten Fläche

• a) im Bereich der vorbestimmten Schwenkachse in Achsrichtung verlaufende Einkerbungen und/oder
• b) außerhalb des Bereichs der vorbestimmten Schwenkachse wandversteifende Materialverstärkungen

aufweisen, die ein Feststoffgelenk im Bereich der Schwenkachse bilden, das den Düsenwandkörper (3) in einen starren und einen schwenkbaren Teil teilt, und
die Stirnseiten mindestens des schwenkbaren Teils der Düsenwandkörper (3) sowie die von ihnen berührten Flächen der Innenwandung der feststehenden Düsenwandkörper (2) feinstbearbeitet sind und sich berührende Flächen der Düsenwandkörper (2; 3) mittels einer Vorspanneinrichtung (7) fluiddicht in Kontakt stehen.

2. Verstellbare Rechteckdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei gegenüberliegende Düsenwandkörper aus glasklarem Kunststoff oder Glas bestehen.

3. Verstellbare Rechteckdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform der Einkerbung auf der strömungsseitig abgewandten Fläche der für eine Schwenkbewegung vorgesehenen Düsenwandkörper (3) sich aus einem Trapez ergibt, auf dessen Schmalseite ein Halbkreis aufsetzt.