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Schalteinrichtung für Flüssigkeits -Verbundzähler Flüssigkeits-Verbundzähler
sollen einen sehr großen Meßbereich haben und bestehen deshalb aus zwei zusammengebauten
Einzelzählern: dem sogenannten Hauptzähler und dem Nebenzähler. Der Nebenzähler
erfaßt die kleinen Durchflußwerte, die unterhalb des Ansprechbereiches des Hauptzählers
liegen. Beim Erreichen eines bestimmten Durchflußwertes wird von einer Umschalteinrichtung
entweder von dem Nebenzähler auf den Hauptzähler umgeschaltet, oder es wird zu dem
Nebenzähler der Hauptzähler hinzugeschaltet.
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Die grundsätzliche Wirkungsweise einer bekannten Verbundzähler-Umschalteinrichtung
ist in Fig. 1. dargestellt: Bei kleinen Durchflüssen ist der Hauptdurchgang 1 durch
den Klappenteller 3 verschlossen, welcher durch das Kugelgewicht 5 über den in dem
Gelenk 7 gelagerten Kugelträger 6 auf den Dichtsitz 4 gedrückt wird. In dieser Stellung
wird die Schwimmkugel 8 der Nebenleitung 2 durch den am Kugelträger 6 angebrachten
Stift 9 nach unten gedrückt und die Nebenleitung hierdurch offen gehalten. Beim
Durchströmen der Nebenleitung mit dem Nebenzähler tritt ein Druckabfall von dem
Druckpg in der Hauptleitung auf den Drucks, und beim Durchströmen der Engstelle
10 ein weiterer Druckabfall auf den Druck p3 im Innern des Umschaltklappengehäuses
20 ein. Beim Erreichen eines bestimmten Durchflusses wird der Druckabfall und damit
der tberdruck (p1 - p8) auf den Klappenteller so groß, daß ein Gleichgewichtszustand
mit der durch. das Kugelgewicht 5 bewirkten Schließkraft erreicht wird. Bei allmählichem,
weiterem Ansteigen des Durchflusses wird dann der Klappenteller von dem Sitz 4 so
weit abgehoben, daß durch die Nebenleitung immer nur so viel Wasser strömt, als
dem Druckabfall (p1-p3) im Gleichgewichtszustand mit der Schließkraft entspricht.
Die Restmenge fließt dabei jeweils durch den Spalt zwischen Klappenteller 3 und
Sitz 4 des Hauptdurchganges. Weil beim weiteren Anheben des Klappentellers die Schwiminkugel
8 durch den Stift 9 immer weiter freigegeben und dadurch die Nebenleitung immer
weiter verschlos sen wird, wächst diese Restmenge vom Durchfluß Null ansteigend
immer weiter, bis schließlich die ganze Flüssigkeit durch den Hauptdurchgang strömt.
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Im ersten Teil dieses Schaltvorganges treten erhebliche Minusfehler
auf, weil die zunächst kleine, durch den Spalt zwischen Klappenteller 3 und Sitz
4 strömende Menge von dem großen Hauptzähler noch nicht erfaßt werden kann.
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Damit die Fehlanzeige möglichst gering bzw. der Durchflußbereich,
welcher zum vollständigen Umschalten benötigt wird, möglichst eng bleibt, ist die
Kugelrollbahn 11 so ausgerichtet, daß das Kugel-
gewicht 5 schon nach möglichst geringem
Anheben des Klappentellers und des Kugelträgers von dem Endanschlag 12 zu dem EndanschIag
13 rollt. Durch diese Verlagerung des Kugelgewichtes wird der erforderliche Gleichgewichts-Druckunterschied
(Pi - P3) plötzlich wesentlich kleiner, der Klappenteller hebt sich plötzlich stärker
von seinem Sitz ab, und der Schaltvorgang wird dadurch beendet. Voraussetzung ist
allerdings eine sehr genau in dem Gehäuse der Umschalteinrichtung ausgerichtete
Kugelrollbahn 11, was fertigungstechnische Schwierigkeiten bedingt, und ein sorgfältiges
Ausrichten des ganzen Verbundzählers in der Rohrleitung mittels Wasserwaage, was
auch häufig sehr schwierig ist.
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Fig. 2 zeigt eine weitere bekannte Ausführung einer Umschalteinrichtung
von Verbundzählern., bei welcher eine Verringerung des Fehlers im Umschaltbereich
dadurch erzielt wird, daß an dem Klappenteller 3b ein kolbenartiger Fortsatz 14
angebracht ist.
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Durch diesen kolbenartigen Fortsatz an dem Klappenteller wird nach
Beginn des Umschaltens bei leicht steigendem Durchfluß der entsprechende Abhebeweg
des Klappentellers vergrößert, weil zunächst nur ein begrenzter Spalt im Hauptdurchgang
freigegeben wird. Dadurch wird die Nebenleitung durch die Schwimmkugel 8 schneller
verschlossen und der Umschaltbereich eingeengt. Trotzdem tritt auch in diesem Fall
ein negativer Meßfehler ein, und zwar in der Größe, wie er durch den praktisch ausführbaren
Spalt zwischen dem kolbenartigen Fortsatz 14 und dem Klappentellersitz 4b vorgesehen
ist. Während der Schaltvorgang bei dieser bekannten Ausführung bei steigendem Durchfluß
sich mit etwas geringerem Meßfehler abspielt als bei der in Fig. 1 dargestellten
Ausführung, ist der Schaltvorgang bei fallendem Durchfluß mit größeren Meßfehlern
verbunden.
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Bei zwei weiteren bekannten Ausführungen ist eine starre Verbindung
zwischen dem Abschlußorgan des Hauptdurchganges und dem den Durchgang durch die
Nebenleitung steuernden Glied vorgesehen. Dadurch soll ein besonders genaues Zusammenarbeiten
der beiden steuernden Organe erzielt und insbesondere eine möglichst frühzeitig
einsetzende zusätzliche Druckerhöhung auf das Hauptabschlußorgan durch Einengung
des gesteuerten Querschnittes der Nebenleitung während des Umschaltvorganges erreicht
werden.
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Wie alle anderen bekannten Ausführungen haben auch diese beiden Umschalteinrichtungen
den Nachteil, daß bei leichtem Abheben des Hauptabsperrorgans die durch den Hauptzähler
hindurchgehenden kleinen Mengen meßtechnisch nicht erfaßt werden und für die weitere
Steuerung des Umschaltvorganges verlorengehen. Es ergeben sich also nach dem ersten
leichten Abheben bei nicht genügendem weiterem Ansteigen des Druckflusses stabile
Zwischenstellungen mit erheblichen Meßfehlern.
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Demgegenüber soll sich nach der Erfindung die An-bzw. Abschaltung
des Hauptzählers schlagartig vollziehen, wenn sie durch ein leichtes Abheben des
Klappentellers eingeleitet wird, ohne daß sich auch bei ganz allmählicher Steigerung
des Durchflusses stabile Zwischenstellungen im Schaltbereich einstellen können.
Dieses wird dadurch erreicht, daß bei der Schalteinrichtung für Flüssigkeits-Verbundzähler
mit einem in dem Hauptdurchgang angeordneten Hauptzähler und einer diesen umgebenden
Nebenleitung mit Nebenzähler, die den Hauptdurchgang bei Erreichen einer vorbestimmten
Durchflußmenge freigibt bzw. schließt, erfindungsgemäß durch eine infolge einer
während des Schaltvorganges mittels des Schließorgans der Hauptleitung oder eines
damit gekuppelten Gliedes bewirkten Änderung des Querschnittes einer hoffnung, durch
die die gesamte zu messende Flüssigkeitsmenge hindurchströmt, erzeugte Druckdifferenz
an der Vorder- und Rückseite des Schließorgans die An- bzw. Abschaltung der Hauptleitung
schlagartig erfolgt.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäß ausgebildeten Schalteinrichtung
ist mit den sich ergebenden Vorteilen nachstehend an Hand der in der Zeichnung wiedergegebenen
Ausfiihrungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt Fig. 3 den Längsschnitt durch eine
Ausführungsform bei geschlossenem Hauptdurchgang, Fig. 4 die Draufsicht auf den
Klappenteller der Schalteinrichtung, Fig. 5 den Längsschnitt durch die Schalteinrichtung,
bei geöffnetem Hauptdurchgang sofort nach dem Schalten, Fig. 6 die Schalteinrichtung
im Längs schnitt bei ganz geöffneter Hauptklappe, Fig. 7 bis 10 eine zweite Ausführungsform
im Achsenschnitt und bei verschiedenen Stellungen der Teile, Fig. 11 und 12 die
Verwirklichung des Erfindungsgedankens mit rotationssymmetrisch ausgebildetem Absperrglied,
Fig. 13 den Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Schalteinrichtung,
bei der alle Teile zu einem Einsatz zusammengefaßt sind, der als Einheit in das
Gehäuse eingesetzt und herausgenommen werden kann.
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Bei der Ausbildung nach den Fig. 3 bis 6 strömt bei allmählich von
Null an steigendem Durchfluß die ganze Flüssigkeit durch die Nebenleitung 2c, während
der
Hauptdurchgang durch den Klappenteller 3C verschlossen ist. Mit diesem Klappenteller3c
ist eine exzentrische Scheibe 15 fest verbunden, welche von der aus der Nebenleitung
2 ausströmenden Flüssigkeit umströmt werden muß. Der ganze Flüssigkeitsstrom muß
dabei die Engstelle 16 zwischen der Scheibe 15 und einem im Durchmesser wenig größeren
Durchgang 17 durchströmen. Infolge des Druckabfalles in der Nebenleitung 2 und in
der Engstelle 16 wirkt ein öffnendes Moment über den Klappenteller 3c und die Scheibe
15 auf den Gewichtsträger 6c von der Größe: (P1-P3) F1r1+(p2-p5) F2-rs Hierin ist
F1= die vom Klappenteller 3, abgedeckte Fläche des Hauptdurchganges 4 F2 = die Fläche
der exzentrisch um den Klappenteller herum angeordneten Scheibe i5 4 (1)2 - d2),
ruder Abstand vom Mittelpunkt des Klappentellers bis Drehpunkt 7c. r2 =der Abstand
des Mittelpunktes der Scheibe 15 bis zum Drehpunkt, ruder Abstand des Schwerpunktes
der Fläche, bis zum Drehpunkt 7c Bei einem gewissen Durchfluß wird auch in diesem
Fall der Gleichgewichtszustand zwischen dem öffnenden Moment und dem Schließmoment,
welches im wesentlichen durch das Produkt des Gewichtes G und des Hebelarmes lc
dargestellt wird, erreicht: Gtc= tp3) F1r1+ (p2-p5) F2rs Bei weiterem ganz allmählichem
Ansteigen wird dann der Klappenteller 3 vom seinem Sitz 4, abgehoben. Weil aber
schon bei leichtem Abheben des Klappentellers 3c durch die Scheibe 15 die Engstelle
16 eingeengt wird, und zwar viel stärker, als umgekehrt der Klappenteller den relativ
kleinen Hauptsitz 4c freigibt, und weil die durch die große Scheibe 15 verursachte
Kraft (p2 -p3) F2 auf den großen Hebelarm rS wirkt, wird das Gleichgewicht sofort
stark zugunsten des öffnenden Momentes verschoben, und die Scheibe 15 wird mitsamt
dem Klappenteller 3c über die Engstelle 16 und den Durchgang 17 hinausgedrückt.
Damit ist der Hauptdurchgang so weit freigegeben, daß der größte Teil des Durchflusses
durch den Hauptzähler erfolgt. Der Schaltvorgang ist somit schlagartig vollzogen,
und der in Fig. 5 dargestellte Zustand hat sich eingesteIlt.
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In der in Fig. 5 dargestellten Stellung nach der Umschaltung ist
der Druckabfall in dem Hauptzähler noch sehr klein, und in der Nebenleitung strömt
nur so viel Flüssigkeit, als diesem geringen Druckabfall entspricht. Die Gleichgewichtsbedingung
lautet jetzt: C te = (P2-P8) (F2+F1) r2 Der Druckunterschied wirkt jetzt also auf
die ganze, große Fläche (F2+F1) und den Hebelarmr2.
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Damit ist gleichzeitig ebenfalls schlagartig mit der Schaltung eine
sehr starke Entlastung, d. h. Verringerung des Druckabfalls Plp3 eingetreten.
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Bei weiterem Ansteigen des Durchflusses durch den gesamten Zähler
wird die Scheibe 15 mit dem Klappenteller3c noch weiter nach außen gedrückt bis
in die in Fig. 6 dargestellte Endstellung. Dabei verlagert sich der Schwerpunkt
des Schließgewichtes G auf einer Kreisbogenbahn immer mehr in Richtung auf
den
Drehpunkt 7f, und die wirksame Hebellänge geht zurück bis auf den dargestellten
Wert It, womit eine weitere, sehr wirksame Entlastung erreicht ist.
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Bei der Abwandlung nach den Fig. 7 bis 10 trägt der Klappenteller
3g eine Ringdichtung 18 mit rundem Querschnitt, einem sogenannten Rundschnurring
oder O-Ring.
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Fig. 8 zeigt in größerer Darstellung den Längsschnitt durch den Sitz
dieses O-Ringes 18 in dem Sitz 4At des Hauptdurchganges. Die Anordnung ist so getroffen,
daß die Abdichtung bei geschlossener Klappe auf dem Durchmesser d erfolgt und daß
der Öffnungsdruck (p1-p3) wieder auf die Fläche nd2 F1 = d2 4 wirkt. Bei leichtem
Anheben des Klappentellers 3g (Fig. 9) wirkt- der öffnende Druck plötzlich auf die
größere Fläche a-d2 F1, = d'2 4 Dadurch wird mit noch größerer Sicherheit ein schlagartiges
Umschalten schon bei geringstem Anheben erreicht, weil außer der plötzlichen Vergrößerung
der wirksamen Fläche des Öffnungsdruckes von F1 auf F1' die Engstelle 16g schon
wirksam eingeengt wird, bevor überhaupt eine nennenswerte Flüssigkeitsmenge aus
dem Hauptdurchgang austreten kann.
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Den Zustand kurz nach dem Anschalten des Haupt--zählers bei steigendem
Durchfluß bzw. kurz vor dem Abschalten bei fallendem Durchfluß zeigt die Fig. 10.
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Fällt der Durchfluß weiter ab als es der in Fig. 10 dargestellten
Stellung entspricht, so reicht der im Spalt 26 sich ergebende Druckabfall nicht
mehr aus, um dem durch das Schließgewicht G verursachten Schließmoment das Gleichgewicht
zu halten. Dann wird die Scheibe 15k in den Durchgang 17 hineingedrückt. Da der
Spalt 26 beim Eintreten sofort wieder weiter wird, geht der Druckabfall noch mehr
zurück, das Schließmoment überwiegt plötzlich stark, und der Hauptzähler wird schlagartig
abgeschaltet.
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Der Erfindungsgedanke ist nicht an die Ausführung eines Klappen-Umschaltventils
gebunden. So zeigt die Fig. 11 die Verwirklichung des Erfindungsgedankens bei Verwendung
einer Kugel als Schließ-und Schaltorgan, und in Fig. 12 ist die Anwendung des Erfindungsgedankens
bei Verwendung eines rotationssymmetrisch ausgebildeten Schaltorgans dargestellt.
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In beiden Fällen, sowohl im Falle der Fig. 11 als auch der Fig. 12,
muß die ganze Flüssigkeitsmenge, auch nach leichtem Abheben des Schaltorgans die
Engstelle 16m bzw. 16n passieren, und nach dem ersten Abheben drückt der gesamte
Öffnungsdruck auf die Fläche mit dem großen Durchmesser Dm bzw. D,.
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Fig. 13 zeigt den Längsschnitt durch ein Gehäuse mit einem Schaltklappeneinsatz,
in dem alle Teile der Schalteinrichtung zusammengefaßt sind und welcher allein durch
die Schraube 21 in diesem Gehäuse fest-
gehalten ist. Nach Lösen dieser Schraube
21 kann der ganze Schalteinsatz aus dem Schaltklappengehäuse 11o ohne Schwierigkeit
herausgenommen werden. Da der ganze Schalteinsatz keinerlei verstellbare oder einzustellende
Teile enthält, sind alle Schalteinsätze der gleichen Nenngröße untereinander völlig
gleich.
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Es ist also möglich, im Störungsfall am Einbauort des neuen Verbundzählers
nach Lösen dieser Halteschraube21 den eingebauten Schalteinsatz herauszunehmen und
einen Ersatzeinsatz einzusetzen, ohne daß eine Nachprüfung des gesamten Verbundzählers
erforderlich ist.
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PATENTANSPROCHE 1. Schalteinrichtung für Flüssigkeits-Verbundzähler,
die den Hauptdurchgang mit dem Hauptzähler bei Erreichen einer vorbestimmten Durchflußmenge
freigibt bzw. schließt, während die Nebenleitung mit dem Nebenzähler ständig geöffnet
ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine infolge einer während des Schaltvorganges
mittels des Schließorgans (3) der Hauptleitung (1) oder eines mit diesem gekuppelten
Gliedes (15) bewirkten Änderung des Querschnittes (17) einer Öffnung, durch die
die gesamte zu messende Flüssigkeitsmenge hindurchströmt, erzeugte Druckdifferenz
an der Vorder- und Rückseite des Schließorgans (3) die An- bzw. Abschaltung der
Hauptleitung (1) schlagartig erfolgt.