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Ums chaltvorrichtung für die Ventilsteuerung eines Volumenzählers
Die Erfindung bezieht sich auf eine Umschaltvorrichtung für die Ventilsteuerung
eines Volumenzählers mit zwei hin- und hergdhenden Verdrängerelementen, z. B. Membranen.
Die Verdrängerelemente müssen bei derartigen. Geräten bekanntlich zur richtigen
Dosierung des Meßraumes nach dem Meßhub dicht bis an die seitlichen Begrenzungsmittel
geführt werden, wo die Sftömung des Mediums unterbrochen wird. Durch die hierbei
veranlaßte Umsteuerung der Ventile erfolgt die Beaufschlagung auf der anderen Seite
des Verdrängerelementes und der Beginn des Rückhubes in die andere Endlage.
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Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art, bei der die Verdrängerelemente
als Kolben ausgebildet sind, wird die Umsteuerung der Ventile durch einen besonderen
Hilfskolben bewirkt, der die für die Umsteuerung benötigte gesamte Arbeit leistet,
während der Hauptkolben frei hin- und herbeweglich ist. Der Hauptkolben durchwandert
damit völlig unbelastet den Meßraum von einem zum anderen Anschlag. Es entsteht
hierdurch bei der Umschaltung der Ventile durch den Steuerkolben ein erheblicher
Druckverlust, der sich in einem stoßweisen Fließen des Mediums auswirkt. Wenn der
Hauptkolben aus irgendwelehen Gründen steckenbleibt, schaltet trotzdem der Steuerkolben
die Ventile um und die Volumenzählung erfolgt, obwohl nur ein Teil der Mengen einheit
durch gelaufen ist.
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Aus dem Umstand, daß die Ausgangs stellungen des Steuerkolbens im
Augenblick der Auslösung in der Praxis bekanntlich niemals Hub für Hub übereinstimmen,
ergeben sich Meßfehler, die um so größer sind, je größer die Fläche des Steuerkolbens
ist. Diese Fläche muß aber im Verhältnis zu der des Haulptkolbens eine nicht geringe
Mindestgröße aufweisen, da durch den Steuerkolben, wie es oben schon erwähnt ist,
die gesamte Umschaltkraft für die Ventile aufgebracht werden muß.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Umschaltvorrichtung
für die Ventilsteuerung so auszubilden, daß die Unterschiede, die von Hub zu Hub
in der von den Verdrängerelementen, z. B. den Membranen, verdrängten Menge auftreten,
vernachlässig bar gering werden. Dies wird erfindungsgemäß durch eine zweistufige
Betätigung der Umschaltvorrichtung derart erreicht, daß das eine Verdrängerelement
die Vorrichtung bis zur Schaltbereitschaftsstellung bewegt und das andere den Umschaltvorgang
auslöst.
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Das den Umschaltvorgang auslösende Verdrängerelement weist dabei eine
kleinere wirksame Fläche auf als das andere. Das Hauptverdrängerelement ist damit
auf seinem gesamtlen Hub stoß frei belastet, und man erhält einen gleichmäßigen
Durchlauf des Mediums.
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Wenn durch Schwimmstoffe od. dgl. ein Steckenblei-
ben des Hauptverdrängerelementes
eintritt, erfolgt keine Umschaltung der Ventilsteuerung, da die Auslösung der Umschaltung
nur nach Erreichen der jewelligen Endstellung des Hauptelementes erfolgen kann.
Es sind dadurch Falschzählungen ausgeschlossen.
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In besonderer Ausbildung der Erfindung, bei der die Verdrängerelemente
durch Membranen gebildet sind, werden diese so miteinander vereinigt, daß sie konzentrisch
ineinander liegen. Hierbei ist die innenliegende Steuermembran mit der Schaltvorrichtung
durch ein Übertragungselement und d mit der äußeren Membran kraftschlüssig verbunden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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In dem Gehäuse 1 befindet sich die Meßmembran 2, deren Hub seitlich
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 Hubstift 10 geführt
ist.
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Innerhalb der Kammer 8 hat der Hubstift 10 einen Ansatz 11, auf den
die in der Mitte durchbohrte Membran aufliegt und von der anderen Seite mittels
der Platte 12 vernietet wird. Ansatz 11 und Platte 12 sind in ihrer Stärke so ausgelegt,
daß für den Hubstift 10 zwischen den Stirnseiten der Kammern 8 und 9 ein
gewisses
Spiel entsteht. Der Hubstift kann mit seinem Ansatz 11 also sowohl an der Stirnseite
der Kammer8 anliegen (wie in der Zeichnung) als auch unter Durchdrücken der Mitte
der Membran mit der Platte 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 iiber den gemeinsamen Hubstift 10 zur Auswirkung.
Die kleine mittlere Membran wird im folgenden als Steuermembran bezeichnet, der
übrige Teil der Membran2 als Meßmembran.
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In dem Gehäuse 1 befinden sich ferner die drehbar gelagerten Walzen
13 und d 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 Klauel8 und zwischen der
Walze 14 und der Klaue 19 sind über die Stifte 15 und 16 die Druckfedern 20 und
21 in gespanntem Zustand gezogen. Der Stiftl7 faßt an seinen beiden Enden in die
Ausschnitte 22 des U-förmig gebogenen Kulissenstückes 23, das wiederum 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 sveitergetrieben,
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 der Ventilstangen 28 und 29, auf denen die Kugelventile 30 und 31 befestigt
sind. Die Veiilstangen 28 und 29 sind durch die Dichtungen 39 und 40 abgedichtet
und werden durch die Klemmwirkung dieser Dichtungen in der jeweiligen Endlage gehalten.
Die Kugelventile werden je nach Stellung des Kippwerkes entweder auf die Ventilsitze
32 und 33 (wie dargestellt) oder auf die Ventilsitze 34 und 35 gepreßt und öffnen
und schließen somit in diesem Spiel die Kanäle35a, 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.
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Die Wirkungsweise der neuen Umsteuervorrichtung verläuft folgendermaßen:
Angenommen, die Ventile 30 und 31 befinden sich in der in der Zeichnung dargestellten
Lage, zu welcher die dargestellte Stellung des Kippschaltwerkes und die der Meß-
und Steuermembran gehört, d. h., der, in der Zeichnung gesehen, nach unten gerichtete
Hub der NIeßmeml>ran 2 ist beendet, und die Ventile sind in die schon erwähnte
Stellung umgeschaltet, so daß nunmehr eine Umsteuerung des Mediums erfolgt. Das.
in der Zeichnung gesehen, 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. Gleichzeirig wird dabei selbstverständlich
die innenliegende Steuermembran mitgenommen, die jedoch noch nach unten diurchgewölbt
bleibt, da sie einmal durch die auf den Hubstift 10 einwirkende Zugkraft belastet
ist und zum anderen der Druck der die Aleßmembran beaufschlagenden Flüssigkeit auf
Grund der Größenverhältnisse der Meß- und Steuermembran noch nicht ausreicht, die
innenliegende Steuermembran nach oben durchzudrücken. Wie schon erwähnt, bewirkt
die Kraft 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 mit, genommen und schwenkt
die Stifte 15 und 16 unter Zusammenpressung der Federn 20 und 21 des Kippschaltwerkes
nach oben (in der Zeichnung gesehen). Wenn die Meßmembran ihre obere Endstellung
erreicht hat, befindet sich das Kippschaltwerk etwa in der Totpunktlage, d. h.,
die Längsachsen 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 eingeschaltet werden, daß bei
der beschriebenen Bewegung der Meßmembran in die andere Endsteliung das auf der
anderen Seite befindliche Druckmedium das Gerät über die Leistung 38 und das geöffnete
Ventil 31, 35 in der eitigezeichneten 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 die durch die Öffnungen 8a in die Kammer
8 eingedrungene Flüssigkeit die Steuermembran so belastet, daß diese sich ebenfalls
nach oben (in der Zeichnung gesehen) anhebt und unter Mitnahme des Hubstiftes 10
und des Kulissenstückes 23 das Kippschaltwerk aus der Totpunktiage bewegt, worauf
es selbsttätig in die andere Endstellung springt und hierbei die Ventile 30 und
31 um schaltet. Die Steuermembran befindet sich nunmeihr in ihrer oberen Stellung,
und die Platte 12 ist zur Anlage an den Boden der Kammer 9 gekommen. Nunmehr verläuft
der beschriebene Vorgang umgekehrt, d. h., das in Pfeilrichtung links unten in das
Gerät eintretende Medium gelangt jetzt in die Leitung 35 a auf der Oberseite der
Meßmembran, und der heschriebene Umschaltvorgang wiederholt sich in der umgekehrten
Richtung.
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Der Hub der kleineren Steuermembran zwischen den Böden der Kammern
8 und 9 wird zweckmäßig 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 ausgeübte Verdrängung und die von der Steuermembran
vollzogene Verdrängung zusammengenommen die vorgesehene Meßeinheit ergibt. Es wird
hierdurch eine hohe mit bisherigen Geräten nicht erreichte Meßgenauigkeit erzielt.
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Man könnte auch an Stelle 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.