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Die Erfindung betrifft einen Hubkolbenzähler für Flüssiggas.
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Geeignete Hubkolbenzähler werden für Flüssiggastankstellen verwendet, um die Menge an Flüssiggas zu messen, die abgegeben wurde. Für solche Hubkolbenzähler ist es wichtig, dass sie eine hohe Messgenauigkeit haben, da Abweichungen in der Messgenauigkeit einerseits nicht zulässig sind und andererseits in der Regel zu Lasten des Verkäufers gehen.
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Aus der
US 1,985,400 ist ein Hubkolbenzähler bekannt, mit dem Fluiddurchflüsse gemessen werden können. Aufgrund seiner Bauart ist ein Einsatz bei unter Druck stehenden Flüssigkeiten nur schlecht möglich.
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Aus der
DE 34 34 798 A1 ist ein Verdrängermesser für Kraftstoff-Tanksäulen bekannt, bei dem der Kolben an seiner zylinderförmigen Außenflanke entlang elastische Dichtungen aufweist, die paarweise mit entgegengesetzten Hohlseiten angeordnet sind, damit die von der Flüssigkeit gegen die Kolbenbewegung geleisteten Widerstände die Dichtungen dazu zwingen, eng an den Wänden der zylinderförmigen Kammer anzuliegen.
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Aus der
US 4,583,400 ist ein Durchflussmesser bekannt, bei dem Pulsationen, die beim Starten oder Beenden eines Tankvorgangs auftreten können, die Messgenauigkeit nicht negativ beeinflussen. Dazu ist ein Drehventil vorgesehen. Die Zylinder sind in einem Grundkörper ausgebildet und mit aufgeschraubten Kappen abgedeckt.
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In der
US 2,600,032 ist ein Messgerät für flüssige Kraftstoffe bekannt, das vollständig vom durchfließenden Kraftstoff angetrieben wird. Auch bei diesem Messgerät ist der Zylinder im Grundkörper ausgebildet.
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Wichtig ist, dass Hubkolbenzähler einen möglichst geringen Verschleiß haben. Um die Verschleißfestigkeit zu erhöhen, wurden vermehrt Corioliskraft-Zähler anstelle der Hubkolbenzähler eingesetzt. Corioliskraft-Zähler arbeiten berührungsfrei und zeigen daher einen Verschleiß, der deutlich kleiner ist als der von bekannten Hubkolbenzählern. Nachteilig an Corioliskraft-Zählern ist, dass sie bei Defekt nicht reparabel sind oder wirtschaftlichen Totalschaden haben und dass zudem eine präventive Wartung nicht möglich ist.
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Bekannte Hubkolbenzähler für Flüssiggas sind entweder verschleißbehaftet und schlecht zu reparieren oder nicht verschleißbehaftet, nämlich Corioliszähler, und müssen bei Fehlfunktionen ausgetauscht werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Durchflussmessung von Flüssiggas zu verbessern.
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Die Erfindung löst das Problem durch einen Hubkolbenzähler mit den Merkmalen von Anspruch 1.
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Vorteilhaft an einem derartigen Hubkolbenzähler ist, dass er leicht zu warten ist. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass der Hauptgrund für den Verschleiß der Abrieb der Zylinderinnenwand ist. Ist die Zylinderinnenwand zu stark abgerieben, kommt es zu einem Leckstrom zwischen dem Zylinder und dem Hubkolben, was die Messgenauigkeit des Hubkolbenzählers herabsetzt. Dadurch, dass die Zylinder in jeweils einem Zylinderblock ausgebildet sind, der lösbar am Grundkörper befestigt ist, können die Zylinder einfach dadurch erneuert werden, dass der entsprechende Zylinderblock ausgetauscht wird. Dies ist eine einfache handwerkliche Tätigkeit und kann auch von wenig geschultem Personal durchgeführt werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Hubkolbenzähler in einem Land eingesetzt wird, in dem Fachkräfte nicht oder selten zur Verfügung stehen.
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Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter dem Zylinder der Hohlraum verstanden, der von einer Zylinderinnenoberfläche begrenzt wird. Die Zylinderinnenoberfläche ist zylindermantelförmig.
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Unter einem Zylinderblock wird dasjenige Bauteil verstanden, in dem der Zylinder ausgebildet ist. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass der Zylinderblock einstückig ausgebildet ist. Ein Bauteil ist insbesondere dann einstückig, wenn es fügestellenfrei ist.
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Der Hubkolbenzähler weist vorzugsweise eine Kurbelwelle auf, wobei jeweils zwei der Hubkolben mit jeweils einer Pleuelstange verbunden sind, sodass sich zwei Kolbenpaare bilden. Die Pleuelstangen der beiden Kolbenpaare sind mit der Kurbelwelle verbunden. Während einer vollständigen Umdrehung erfährt jeder Hubkolben einen Hub.
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Günstig ist es, wenn die Hubkolben so ausgebildet sind, dass ein Hub einem Volumen von zumindest 0,1 Liter entspricht. Vorzugsweise entspricht ein Hub einem Volumen von höchstens 0,3 Liter. Als besonders günstig hat sich ein Hub von 0,125 Liter herausgestellt.
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Der Hubkolbenzähler weist zudem eine Verteilerscheibe auf, mittels der das einströmende Flüssiggas auf die einzelnen Zylinder verteilt wird und diese danach wieder ableitet.
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Günstig ist es, wenn der Kolbenzähler ausgebildet ist für einen Betriebsdruck von zumindest 10 bar, vorzugsweise von maximal 25 bar.
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Günstig ist es, wenn eine Masse des Hubkolbenzählers kleiner ist als 50 kg, vorzugsweise kleiner als 35 kg.
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Eine maximale Messunsicherheit beträgt vorzugsweise höchstens 0,3 %.
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Die Fertigung des erfindungsgemäßen Hubkolbenzählers ist im Vergleich zu bekannten Hubkolbenzählern deutlich aufwändiger, da die Zylinderblöcke gesondert gefertigt und mit dem Grundkörper verbunden werden müssen. Bei bekannten Hubkolbenzählern sind die Zylinder im Grundkörper ausgebildet, was eine einfachere Fertigung erlaubt. Da der Verschleiß auch bei bekannten Hubkolbenzählern vergleichsweise gering ist, wäre zu erwarten gewesen, dass der deutlich erhöhte Fertigungsaufwand nicht gerechtfertigt ist. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die separate Fertigung der Zylinderblöcke die Wartung so weit vereinfacht, dass der zusätzliche Herstellungsaufwand überkompensiert wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform laufen die Hubkolben laufbuchsenfrei im jeweiligen Zylinderblock. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass das Material der Innenoberfläche des Zylinders das gleiche Material ist, aus dem die lasttragenden Teile des gesamten Zylinderblocks aufgebaut sind. Insbesondere verläuft der Kraftfluss vollständig durch das gleiche Material. Klassischerweise werden Zylinderblöcke aus Gussmaterial, beispielsweise Aluminium oder Grauguss, hergestellt und danach mit Laufbuchsen für die Hubkolben versehen. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die bei diesem Vorgehen erreichbaren Fertigungsgenauigkeiten nicht ausreichend sind, um den Hubkolbenzähler einfach dadurch warten zu können, dass der jeweilige defekte Zylinderblock ausgetauscht wird.
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Es hat sich auch gezeigt, dass durch Hubkolben, die laufbuchsenfrei im jeweiligen Zylinderblock laufen, sehr geringe Verschleißraten erzielbar sind. So wurde in einem Test festgestellt, dass sich die Messunsicherheit auch nach einem Durchfluss von 5 Millionen Liter Flüssiggas nicht verschlechtert hat. Durch laufbuchsenfrei im Zylinderblock gelagerte Hubkolben wird die Messunsicherheit und die Verschleißfestigkeit von Corioliskraft-Zählern erreicht, ohne die unwirtschaftliche Neuanschaffung bei einem Defekt.
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Vorzugsweise ist der Zylinderblock aus einem Rohling spanend herausgearbeitet. Beispielsweise wird der Rohling als Block aus Grauguss hergestellt. Danach wird der Rohling beispielsweise gefräst und nachfolgend feinbearbeitet, beispielsweise geschliffen, geschält, glattgewalzt und/oder gehont.
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Günstig ist es, wenn die Zylinderblöcke aus nicht rostendem Stahl gefertigt sind. Der Zylinder ist vorzugsweise randschichtgehärtet. Das erhöht die Verschleißfestigkeit.
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Jeder Zylinderblock weist ein Rohr auf, in dem der Zylinder ausgebildet ist. Auf diese Weise lässt sich eine hohe Fertigungsgenauigkeit erreichen. Der Zylinderblock weist ein Spannelement auf, mittels dem das Rohr selbstzentrierend auf den Grundkörper zu gespannt ist. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass das Rohr an seiner dem Grundkörper zugewandten Seite und/oder der Grundkörper an seiner dem Rohr zugewandten Seite so ausgebildet sind, dass ein Spannen des Rohrs auf den Grundkörper zu dazu führt, dass das Rohr in die richtige Position relativ zum Grundkörper kommt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist jeder Zylinderblock mittels Befestigungsmitteln am Grundkörper befestigt, wobei die Befestigungsmittel so ausgebildet sind, dass alle Zylinderblöcke an allen Positionen der anderen Zylinderblöcke am Grundkörper mit den gleichen Befestigungsmitteln montierbar sind. In anderen Worten ist es möglich, jeden der Zylinderblöcke an jeder Stelle für einen anderen Zylinderblock zu montieren. Um diese Forderung zu erfüllen, ist es notwendig, dass die Fertigungstoleranzen hinreichend klein gewählt sind. Günstig ist es, wenn die Zylinderinnenflächen höher vergütet sind. Beispielsweise sind die Zylinderinnenflächen feingeschlichtet und gehärtet. Alternativ oder zusätzlich sind die Zylinderinnenflächen gehont. Dadurch lassen sich besonders kleine Messunsicherheiten erreichen.
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Erfindungsgemäß ist zudem ein Verfahren zum Herstellen eines Hubkolbenzähler für Flüssiggas, bei dem die im Oberbegriff genannten Objekte hergestellt werden, wobei zudem vier Zylinderblöcke hergestellt werden, die danach lösbar am Grundkörper befestigt werden und in denen beim Betrieb jeweils einer der Kolben läuft. Vorzugsweise werden die Zylinderblöcke spanend aus einem Stahlguss-Rohling hergestellt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
- 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Hubkolbenzählers,
- 2 einen vertikalen Schnitt durch den Hubkolbenzähler gemäß 2 und
- 3 eine Teilansicht des Hubkolbenzählers.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Hubkolbenzähler 10, der eine Einlassöffnung 12, eine Auslassöffnung 14, eine Zählwelle 16 sowie vier Zylinderblöcke 18.1, 18.2, 18.3, 18.4 aufweist. Beim Betrieb des Hubkolbenzählers 10 strömt Flüssiggas durch die Einlassöffnung ein und durch die Auslassöffnung 14 aus. In Abhängigkeit von einem Durchfluss D in Litern dreht sich die Zählwelle 16 um einen eindeutig bestimmten Winkel. Entsprechend dreht sich die Zählwelle 16 bei einem gegebenen Volumenstrom in Litern pro Sekunde mit einer vorbestimmten Drehfrequenz.
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Die vier Zylinderblöcke 18.i (i = 1, 2, 3, 4) sind um jeweils 90° versetzt an einem Grundkörper 20 mittels Schrauben 22.j (j = 1, 2, ...) befestigt. An der Zählwelle 16 ist ein schematisch eingezeichnetes Zählwerk 24 befestigt, das beispielsweise als elektronisches Zählwerk ausgebildet sein kann. Zusammen mit dem Hubkolbenzähler 10 bildet das Zählwerk 24 ein Hubkolben-Durchflussmessgerät 26.
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Der Grundkörper 20 ist aus Stahlguss gefertigt. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass es sich hierbei um rostfreien Stahl handelt. Die Zylinderblöcke 18.9 sind aus rostfreiem Stahl gefertigt, beispielsweise aus E355+SR. Die Streckgrenze liegt vorzugsweise bei mindestens 600 Newton pro Quadratmillimeter.
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2 zeigt einen Querschnitt durch das Hubkolben-Durchflussmessgerät 26. Es ist zu erkennen, dass in jedem Zylinderblock 18.i jeweils ein Zylinder 28.i ausgebildet ist. So ist im Zylinderblocken 18.1 der Zylinder 28.1 ausgebildet. Bei den Zylindern handelt es sich um die zylinderförmigen Hohlräume, die von einer jeweiligen Zylinderinnenwand 30.i berandet sind.
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2 zeigt zudem, dass in jedem Zylinder 28.i ein Hubkolben 34.i läuft. Dabei sind gegenüberliegende Hubkolben, in 2 also die Hubkolben 34.1 und 34.3 mittels einer Pleuelstange 36 miteinander verbunden, die die Zählwelle 16 antreibt, die als Kurbelwelle ausgebildet ist.
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3 zeigt eine Teilansicht des Hubkolbenzählers 10, bei dem der Zylinderblock 18.1 teilweise entfernt ist, sodass der Hubkolben 34.1 und die Zylinderinnenwand 30.1 sichtbar sind.
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Wie für den Zylinderblock 18.4 gezeigt, weisen alle Zylinderblöcke 18.i ein Spannelement, insbesondere eine Spannplatte 38.i, und ein Rohr 40.i auf, das mittels des Spannelements 38. i auf den Grundkörper 20 zu gespannt ist. Die Zylinderblöcke 18. i besitzen, was optional ist, im vorliegenden Fall zudem jeweils einen Steg 42.i, der am Grundkörper 40 befestigt ist und an dem die jeweils Spannplatte 38.1 lösbar befestigt ist.
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Das Rohr 40.i hat eine so starke Wandung, dass die Kräfte aus einem Betriebsdruck p von beispielsweise p = 20 bar aufgenommen werden können. Es sei darauf hingewiesen, dass die Rohre 40.i deshalb keine Laufbuchsen sind. Eine Laufbuchse ist stets in einem anderen Objekt angeordnet. Sie ist zudem in der Regel mechanisch so schwach ausgelegt, dass sie den Betriebsdruck nicht allein aufnehmen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hubkolbenzähler
- 12
- Einlassöffnung
- 14
- Auslassöffnung
- 16
- Zählwelle
- 18
- Zylinderblock
- 20
- Grundkörper
- 22
- Schraube
- 24
- Zählwerk
- 26
- Hubkolben-Durchflussmessgerät
- 28
- Zylinder
- 30
- Zylinderinnenwand
- 34
- Hubkolben
- 36
- Pleuelstange
- 38
- Spannplatte
- 40
- Rohr
- 42
- Steg
- D
- Durchfluss
