DE10238417A1 - Flüssigkeitszähler - Google Patents

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Abstract

Gegenstand der Erfindung sind Flüssigkeitszähler mit einer zylindrischen Messkammer (20), in der ein Flügelrad (25, 26) rotiert. An der Innenwand des Messkammermantels (21) ist in unmittelbarer Nähe der Einströmöffnungen (23.1, 23.2, ...23.6) eine Staurippe (27.1, 27,2, ...27.6) positioniert.

Description

  • Die Erfindung betrifft Flüssigkeitszähler mit Flügelrad gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Flügelradzähler besitzen eine zylindrische Messkammer mit einem Messkammermantel, einem Messkammerboden und einer Messkammerdecke. Im Inneren der Messkammer rotiert ein Flügelrad, bestehend aus einer zentralen Welle und daran befestigten radialen Flügeln. Die zu messende Flüssigkeit wird durch wenigstens eine tangential orientierte Einströmöffnung in die Messkammer eingeführt, wo sie auf die Flügel des Flügelrades trifft und dieses in Bewegung setzt. Die gemessene Flüssigkeit verlässt die Messkammer über wenigstens eine Ausströmöffnung, die radial und/oder axial orientiert sein kann.
  • Zwischen der Messabweichung des gemessenen zum wahren Volumen und dem Durchfluss der zu messenden Flüssigkeit besteht eine nichtlineare Abhängigkeit (siehe Messkurve (1) in 4). Aus diesem Grunde muss die Messkurve linearisiert werden. Hierzu dienen axiale Staurippen, die an Boden und/oder Decke der Messkammer positioniert sind. Diese axialen Staurippen haben zwei Aufgaben: Zum einen begradigen sie die Messkurve durch Ausbildung von Flüssigkeitswirbeln, die das Flügelrad bremsen, zum anderen erzeugen sie insbesondere bei großen Durchflüssen und damit hohen Drehzahlen hydrodynamische Kräfte, die das Flügelrad so axial zwischen seinen Lagern oder im oberen oder unteren Lager positionieren, wie dies z. B. im Hinblick auf eine möglichst lange Messbeständigkeit erforderlich ist. So können bei richtiger Auslegung des Flügelrads und der axialen Staurippen die Lager des Flügelrads entlastet werden.
  • Aufgrund dieser Doppelfunktion muss bei der Auslegung der Flüssigkeitszähler mit Flügelrad stets ein Kompromiss zwischen der Begradigung der Messkurve und den auf das Flügelrad wirkenden hydrodynamischen Kräften gefunden werden. Hinzu kommt, dass nur der äußere Teil der axialen Staurippen von schnell fließender Messflüssigkeit beaufschlagt wird; dadurch ist die Wirkung der axialen Staurippen nur begrenzt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssigkeitszähler mit Flügelrad anzugeben, dessen Messkurve sich optimal begradigen lässt und gleichzeitig gestattet, das Flügelrad bei hohen Durchflüssen in eine gewünschte Position bezüglich seiner axialen Lager zu bringen sowie gegebenenfalls auch die Flügelradlager radial zu entlasten.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Flüssigkeitszähler mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Dank der erfindungsgemäßen Positionierung der Staurippen entfalten diese ihre Wirkung dort, wo die zuströmende Flüssigkeit ihre größte Geschwindigkeit hat und wo deshalb die stärkste Wirbelbildung erreicht wird. Des weiteren entfalten die erfindungsgemäß positionierten Staurippen ihre Wirkung über die volle Höhe des Flügelrades.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist auch wenigstens eine tangential gerichtete Ausströmöffnung vorgesehen. In diesem Fall kann an der Innenwand des Messkammermantels in unmittelbarer Nähe der Ausströmöffnung ebenfalls eine Staurippe positioniert sein. Auch an dieser Stelle ist die Strömungsgeschwindigkeit der Messflüssigkeit noch relativ hoch, so dass auch die hier positionierte radiale Staurippe zu einer Begradigung der Messkurve beiträgt, wenn auch geringer als an der Einströmöffnung.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an der Innenwand des Messkammermantels achssymmetrisch zur Welle des Flügelrads zu jeder Einströmöffnung und zu jeder Staurippe gleichartig eine weitere Einströmöffnung und eine weitere Staurippe positioniert. Diese Staurippen erzeugen insbesondere bei hohen Drehzahlen des Flügelrades hydrodynamische Kräfte, die von gleicher Größe sind und sich gegenseitig aufheben, und so für eine radiale Zentrierung der Flügelradwelle im Zentrum der Messkammer sorgen. Dadurch werden die Lager der Flügelradwelle radial entlastet. Der Flüssigkeitszähler besitzt somit eine höhere Lebensdauer.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind an der Innenseite von Messkammerboden und/oder Messkammerdecke auch axiale Staurippen positioniert, wie sie vom Stand der Technik her bekannt sind. Diese axialen Staurippen haben in erster Linie die Aufgabe, hydrodynamische Kräfte zu erzeugen, die das Flügelrad bei großen Durchflüssen und hohen Drehzahlen in der Messkammer axial im einen, z. B. oberen, oder im anderen, z. B. unteren Lager positionieren oder so axial zentrieren, dass die Lager der Flügelradwelle auch in axialer Richtung entlastet sind.
  • Bevorzugte Anwendung findet die Erfindung bei Mehrstrahlzählern. In diesem Fall sind die Einströmöffnungen achssymmetrisch zur Welle des Flügelrades positioniert. Jeder Einströmöffnung ist eine radiale Staurippe zugeordnet. Dabei addieren sich die Wirkungen der einzelnen Staurippen hinsichtlich der Begradigung der Messkurve; gleichzeitig wird aber auch bei hohen Drehzahlen des Flügelrades dessen Welle radial in der Messkammer zentriert, wodurch die Wellenlager radial entlastet werden.
  • Ist der Zähler ein Mehrstrahlzähler, so können auch die Ausströmöffnungen achssymmetrisch zur Welle des Flügelrades positioniert und jeder Ausströmöffnung eine radiale Staurippe zugeordnet werden. Auch hier summiert sich die Wirkung der einzelnen Staurippen.
  • Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen
  • 1 rein schematisch eine Draufsicht auf eine geöffnete Messkammer eines Einstrahlzählers,
  • 2 rein schematisch eine Draufsicht auf eine geöffnete Messkammer eines alternativen Einstrahlzählers,
  • 3 rein schematisch eine Draufsicht auf eine geöffnete Messkammer eines Mehrstrahlzählers und
  • 4 ein Diagramm, welches den Einfluss der erfindungsgemäßen Staurippen auf die Messkurve des Mehrstrahlzählers der 3 zeigt.
  • 1 zeigt rein schematisch eine Draufsicht auf die geöffnete Messkammer 10 eines Einstrahlzählers. Die Messkammer 10 besitzt einen Messkammermantel 11 und einen Messkammerboden 12. Im Zentrum der Messkammer 10 rotiert ein Flügelrad, welches eine zentrale Welle 15 und daran radial gerichtete Flügel 16 besitzt. Die Messflüssigkeit wird mit Hilfe einer Einströmöffnung 13 in etwa tangential in die Messkammer 10 eingeführt, wo sie auf die Flügel 16 des Flügelrads trifft, und über eine ebenfalls in etwa tangential orientierte Ausströmöffnung 14 abgeführt.
  • Zur Begradigung der Messkurve des Flügelrads 15, 16 ist an der Innenwand des Messkammermantels 11 in unmittelbarer Nähe der Einströmöffnung 13 und mit geringem Abstand zu den Spitzen der Flügel 16 eine Staurippe 17 angeordnet. Die Staurippe 17 erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte Höhe der Flügel 16. Sie bewirkt, dass die durch die Einströmöffnung 13 einströmende Messflüssigkeit verwirbelt wird, was zu der gewünschten Verlangsamung der Drehzahl des Flügelrads 15, 16 führt.
  • 2 zeigt rein schematisch eine Draufsicht auf die geöffnete Messkammer 10 eines alternativen Einstrahlzählers. Hier sind Einströmöffnung 13 und Ausströmöffnung 14 nicht mehr fluchtend, jedoch nach wie vor tangential positioniert. Der Einströmöffnung 13 ist wieder die Staurippe 17 zugeordnet. Zusätzlich ist jedoch auch der Ausströmöffnung 14 eine weitere Staurippe 18 zugeordnet.
  • 3 zeigt rein schematisch eine Draufsicht auf die geöffnete Messkammer 20 eines Mehrstrahlzählers. Die Messkammer 20 besitzt einen Messkammermantel 21 und einen Messkammerboden 22. Die Messflüssigkeit wird der Messkammer 20 über sechs radial orientierte Einströmöffnungen 23.1, 23.2, ... 23.6 zugeführt. Über ebenso viele, hier ebenfalls tangential gerichtete Ausströmöffnungen 24.1, 24.2, ... 24.6 z. B. im unteren Bereich des Messkammermantels 21 verlässt die Messflüssigkeit die Messkammer 20 wieder. Dabei sind in diesem Ausführungsbeispiel die Einströmöffnungen und Ausströmöffnungen in zwei unterschiedlichen Ebenen angeordnet.
  • Jeder Einströmöffnung 23.1 ... 23.6 ist eine in der Ebene der Einströmöffnungen positionierte radiale Staurippe 27.1 ... 27.6 zugeordnet. Jeder Ausströmöffnung 24.1 ... 24.6 ist eine in der Ebene der Ausströmöffnungen positionierte radiale Staurippe 28.1 ... 28.6 zugeordnet. Die Wirkung aller Staurippen addiert sich sowohl in Bezug auf die Begradigung der Messkurve als auch in Bezug auf die Zentrierung der Flügelradwelle 25 im Zentrum der Messkammer 20. Diese bewirkt bei hohen Drehzahlen des Flügelrads 15, 16, dass dieses im Zentrum der Messkammer 10 zentriert wird, wodurch die Lager (nicht dargestellt) der Flügelradwelle 15 entlastet werden.
  • Das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel besitzt auch herkömmliche axiale Staurippen 29 am Messkammerboden 22. Diese axialen Staurippen 29 sorgen in erster Linie dafür, dass das Flügelrad 25, 26 bei großen Durchflüssen und hohen Drehzahlen in axialer Richtung positioniert wird.
  • 4 zeigt die Messfehlerkurven eines Mehrstrahl-Flügelradzählers wie in 3 dargestellt zusammen mit der treppenförmigen Eichfehlergrenze.
  • Die mit (1) bezeichnete Fehlerkurve ergibt sich bei einer Messung ohne radiale und axiale Staurippen 27.1 ... 27.6; 28.1 ... 28.6.
  • Die mit (2) gekennzeichnete Fehlerkurve ergibt sich, wenn die radialen Staurippen 27.1 ... 27.6; 28.1 ... 28.6 noch eine zu geringe Höhe haben.
  • Die mit (3) bezeichnete Fehlerkurve ergibt sich, wenn die radialen Staurippen ihre optimale Höhe haben.
  • Die mit (4) bezeichnete Fehlerkurve ergibt sich, wenn die radialen Staurippen eine zu große Höhe haben.
  • Grundsätzlich unterscheiden sich die in 4 dargestellten Fehlerkurven nicht von denen, die man bei Verwendung von nur axialen Staurippen 29 messen kann. Die erfindungsgemäßen radialen Staurippen ermöglichen jedoch eine zusätzliche und kompromisslose Beeinflussung der Messkurven und erlauben dem Konstrukteur von Flüssigkeitszählern unabhängig voneinander Einfluss zu nehmen
    – durch axiale Staurippen auf die gewünschte Position des Flügelrades in axialer Richtung,
    – durch mindestens eine radiale Staurippe auf die Messkurve,
    – durch achssymmetrisch angeordnete Einströmöffnungen mit jeweiliger radialer Staurippe auf die Entlastung des Lagers in radialer Richtung.

Claims (5)

  1. Flüssigkeitszähler, im wesentlichen umfassend – eine zylindrische Messkammer (10, 10', 20) mit – Messkammermantel (11, 21), – Messkammerboden (12, 22), – Messkammerdecke, – wenigstens einer etwa tangentialen Einströmöffnung (13; 23.1, 23.2 ... 23.6) – und wenigstens einer Ausströmöffnung (14; 24.1, 24.2 ... 24.6) – und ein Flügelrad mit – einer Welle (15, 25) – und Flügeln (16, 26), gekennzeichnet durch das Merkmal: – an der Innenwand des Messkammermantels (11, 21) ist in unmittelbarer Nähe einer Einströmöffnung (13, 23.1) eine Staurippe (17, 27.1) positioniert.
  2. Flüssigkeitszähler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Merkmale: – die wenigstens eine Ausströmöffnung (14, 24.1) ist tangential gerichtet, – an der Innenwand des Messkammermantels (11, 21) ist in unmittelbarer Nähe einer Ausströmöffnung (14, 24.1) eine Staurippe (18, 28.1) positioniert.
  3. Flüssigkeitszähler nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das Merkmal: – an der Innenseite von Messkammerboden (12, 22) und/oder Messkammerdecke sind axiale Staurippen (29) positioniert.
  4. Flüssigkeitszähler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Merkmale: – der Zähler ist ein Mehrstrahlzähler (20), – die Einströmöffnungen (23.1 ... 23.6) sind achssymmetrisch zur Welle (25) des Flügelrades positioniert, – jeder Einströmöffnung (23.1 ... 23.6) ist eine radiale Staurippe (27.1 ... 27.6) zugeordnet.
  5. Flüssigkeitszähler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Merkmale: – der Zähler ist ein Mehrstrahlzähler (20), – die Ausströmöffnungen (24.1 ... 24.6) sind achssymmetrisch zur Welle (25) des Flügelrades positioniert, – jeder Ausströmöffnung (24.1 ... 24.6) ist eine radiale Staurippe zugeordnet.
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