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Meßvorrichtung für strömende Mittel, insbesondere für Flüssigkeiten
Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung für strömende Mittel, insbesondere für
Flüssigkeiten, die auch bei kleinsten Durchflußmengen größte Genauigkeit gewährleistet
und sich deshalb z. B. für das Messen des Heizölverbrauches in Wohnungen bei einem
Kleinstdurchfluß von 0,1 bis 0,21 pro Stunde und einer amtlich verlangten Genauigkeit
von -r 0,25 O/o eignet.
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Es ist bereits ein Wassermesser mit einem um eine feste waagerechte
Achse kippbaren Zylinder bekannt, in dem ein mit Blei beschwerter Kolben hin- und
hergleitet. Je nach der Kipplage des Zylinders wird durch die hohle Kippachse hindurch
der eine oder andere Zylinderraum mit Wasser gefüllt und dadurch der Kolben zum
anderen Zylinderende verschoben. Die Umschaltung des Zylinders erfolgt durch das
Gewicht des Kolbens. Dadurch, daß vor dem Umschalten des Zylinders durch den Anprall
des Kolbens ein den Zyliner in seiner jeweiligen Lage verriegeln der Schalthaken
ausgeklinkt werden muß, muß das Umschalten sehr schnell vor sich gehen, damit der
Kolben am Ende seines Aufwärtshubes eine genügende Wucht der Bewegung aufweist.
Bei langsamer Umschaltung würde die kinetische Energie des Kolbens nicht ausreichen,
um die Kraft der Schalthakenfeder zu überwinden. Der Schaft des Schalthakens ist
durch eine im zugeordneten Zylinderboden vorgesehene Stopfbüchse abgedichtet, die
sehr straff gehen muß, um bei den ständig sich wiederholenden Anschlägen des Kolbens
nicht undicht zu werden. Die Reibung des schweren Kolbens, die Stoptbüchsenreibung
und die Federkraft des Schalthakens müssen durch den Flüssigkeitsdruck überwunden
und überdies muß der Kolben bei jedem Hub auf eine verhältnismäßig hohe Geschwindigkeit
beschleunigt werden, so daß dieser Wassermesser für niedrigen Flüssigkeitsdruck
nicht brauchbar ist und er andererseits bei den erforderlichen hohen Betriebsdrücken
einen erheblichen Druckverlust aufweist. Der Wassermesser ist nur in einer einzigen
Einbaulage, nämlich bei waagerechter Kippachse brauchbar, und er hat fünf bewegliche
Abdichtungsstellen (zwei Stopfbüchsen, zwei Hähne, Kolben). Der Wassermesser kann
selbst nicht geeicht werden.
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Ferner ist eine Meßvorrichtung für Flüssigkeiten bekannt, die zwei
feststehende koaxiale Kolben aufweist, auf denen sich zwei miteinader verbundene
Zylinder jeweils nach der gleichen Seite hin und her bewegen. Die zu messende Flüssigkeit
wird den beiden Zylinderräumen über ein zentral angeordnetes Umschaltventil durch
Bohrungen in den zugehörigen Kolben abwechselnd zu- und abgeführt. Eine Kipp bewegung
der Zylinder findet hier nicht statt. Die Umsteuerung der Flüssigkeitszufuhr zu
den beiden Zylinderräumen erfolgt durch eine Feder, die durch die hin- und hergehenden
Zylinder jeweils wieder von neuem gespannt wird. Der schnappartig wirkende Federmechanismus
arbeitet nur ungenau, ist für niedere Betriebsdrücke ungeeignet und ergibt große
Druckverluste. Ein Eichen des Flüs sigkeitsmessers durch Einstellen des Hubvolumens
ist nicht möglich.
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Durch die Erfindung soll eine verbesserte Meßvorrichtung für Flüssigkeiten
geschaffen werden, die in beliebiger Lage eingebaut werden kann, auch für geringeren
Flüssigkeitsdruck brauchbar ist und bei der das jeweilige Hubvolumen genau eingestellt
werden kann.
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Die Erfindung geht aus von einer Meßvorrichtung für strömende Mittel,
insbesondere für Flüssigkeiten, mit einem kippbar angeordneten, einen relativ zu
ihm gleitenden Kolben einschließenden Zylinder, dessen beiden durch den Kolben getrennten
Räumen das zu messende Mittel wechselweise zugeführt wird, wobei durch die Bewegungen
des Zylinders ein Zählwerk betätigt wird. Die Erfindung besteht darin, daß bei einer
solchen Meßvorrichtung der Zylinder eine Hin-und Herbewegung und eine Kippbewegung
ausführt und daß der Kolben, auf dem der Zylinder gleitet, auf einem ortsfesten
Lagerzapfen kippbar angeordnet ist, der zwei durch die Kippbewegung des Kolbens
abwechselnd als Ein- und Auslaßkanäle für das zu messende Mittel wirkende Bohrungen
aufweist, denen in der Kolbenachse liegende Kolbenbohrungen zum Auffüllen bzw. Entleeren
der zu beiden Seiten des Kolbens
liegende Zylinderräume veränderlicher
Größe zugeordnet sind.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
in Form eines Flüssigkeitsmesers veranschaulicht.
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Fig. 1 zeigt den Flüssigkeitsmesser von oben bei ausgebrochenem Gehäusekörper
und Gehäusedeckel; Fig. 2 ist ein waagerechter Schnitt nach Linie II-II der Fig.
l; Fig. 3 ist ein senkrechter Schnitt nach Linie III-III in Fig. 2; Fig. 4 ist eine
Seitenansicht zu Fig. 2, von links her gesehen, nach Entfernung des Gehäusedeckels;
Fig. 5 ist ein senkrechter Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 2; Fig. 6 ist ein
senkrechter Schnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 2, und Fig. 7 ist ein ähnlicher
Schnitt wie Fig. 6, aber in einer anderen Zustandslage der betreffenden Teile des
Flüssigkeitsmessers.
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Der Flüssigk,eitsmesser gemäß Fig. 1 bis 7 hat einen Gehäusekörper
1, in welchem ein an sich bekanntes Zählwerk eingebaut ist, von dem in Fig. 1 nur
die nebeneinandergereihten Ziffers cheiben 2 ersichtlich sind, die Aufschluß über
die Durchflußmenge geben.
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Unterhalb dieses Zählwerkes, das in Fig. 2 nur in strichpunkierten
Linien angedeutet ist, sind am Gehäusekörper t Ein- und Austrittsstutzen 3 bzw.
4 angeschlossen. Diese beiden Stutzen, durch welche die zu messende Flüssigkeit
fließt, stehen in Verbindung mit je einem Einlaß- und einem Auslaßkanal 5 bzw. 6.
Ein Lagerzapfen 7, dessen Achse in der durch diese beiden Kanäle 5 und 6 gehenden
Ebene liegt, ist mit einem an seinem dem Gehäusekörper 1 zugekehrten Ende vorgesehenen
Flanschteil 7 a in eine in der entsprechenden Stirnfläche des Gehäusekörpers 1 vorgesehenen,
kreisrunden Ausnehmung 8 (s. auch Fig. 3) eingesetzt und mittels einer auf den Zapfen
7 aufgeschobenen und mit dem Gehäusekörper 1 verschraubten Lochplatte 9 in dieser
Ausnehmung ge sichert. Im Boden dieser Ausnehmung8 sind zwei bogenförmige Vertiefungen
5 a und 6 a vorgesehen, in die die beiden Kanäle 5 und 6 münden. Der Zapfen 7 weist
zwei in der Längsrichtung desselben verlaufende, als Ein- undAuslaßkanäle wirkende
Bohrungen 10 und 11 auf, die ihrerseits am inneren Zapfenende in die Vertiefungen
5 a und 6 a münden. An ihrem anderen Ende münden sie in entgegengesetzt angeordneten,
Austritte für die Bohrungen bildenden Quernuten 10 a, lla des Zapfens 7. Auf diesem
Zapfen 7 ist ein Kolben 12 schwenkbar gelagert, auf dem ein an beiden Enden mittels
Böden 13 b und 13 c verschlossener Zylinder 13 verschiebbar angeordnet ist. In den
beiden Stirnseiten des Kolbens 12 sind Ausnehmungen 22 und 23 (s. Fig. 6 und 7)
vorgesehen, die mittels in der Kolbenachse liegenden Bohrungen 22a und 23 a mit
den Quernuten 10 a und 11 a im Lagerzapfen 7 in Verbindung stehen. Der Zapfen 7
mit seinen Bohrungen und Quernuten und der Kolben 12 mit den zugehörigen Bohrungen
bilden zusammen eine Art Drehschieber. Auf der dem Gehäuseteil 1 abgewendeten Seite
des Zylinders 13 ist in der Mitte desselben ein Bolzen 14 befestigt. 15 ist ein
mehrfach abgesetzter Befestigungsbolzen, der mit seinem inneren, mit einem Außengewinde
versehenen Endteil 15 a in ein entsprechendes Gewindeloch des Gehäusekörpers 1 eingeschraubt
ist. Dieser Befestigungsbolzen 15 ist auch an seinem Außenende mit einem Außen-
gewinde
versehen und dient zur Befestigung eines den Kolbenmechanismus überdeckenden, auf
dem Gehäusekörper l aufgesetzten Gehäusedeckels l6, der ein Durchtrittsloch für
das äußere Bolzenende aufweist, auf dem eine Befestigungsmutter 17 aufgv schraubt
ist. Auf dem mittleren Teil des Bolzens 15 ist eine Walze 18 drehbar angeordnet.
Zwischen den beiden Bolzen 14 und 15 ist sodann eine Zugfeder 19 vorgesehen, deren
Zweck, sowie übrigens auch derwenige der Walze 18, aus späteren Erläuterungen hervorgeht.
Auf dem Rückenteil des Zylinders 13 ist ein gegen den Gehäusekörper 1 gerichteter
Betätigungsarm 21 befestigt, der an seinem inneren Ende mit einem verschiebbar in
einer Längsnut 13 a des Zylinders 13 angeordneten und mittels einer Schraube gesicherten
Befestigungsteil gesichert ist, mit dem der Betätigungsarm 21 einen rechten Winkel
bildet.
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Diesem Betätigungsarm 21- ist ein Antriebsritzel 20 zugeordnet, das
auf dem entsprechenden Ende der in Fig. 2 als abgebrochen gezeichneten Antriebswelle
20a sitzt.
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Die Arbeitsweise des oben beschriebenen Flüssigkeitsmessers ist die
folgende, wobei angenommen werden soll, daß sich der Kolbenmechanismus in der in
Fig. 6 gezeigten Ausgangslage befindet.
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Im Betrieb gelangt die dem Flüssigkeitsmesser zugeführte Flüssigkeit
auf dem Durchflußweg 5 (Fig. 1), 5a und 10 (Fig. 2) zu der einen Austritt bildenden
Quernut 10a im Lagerzapfen 7, und von dort durch die axiale Kolbenbohrung 23 a in
die endseitig vom Zylinderboden 13 b geschlossene Kammer 23, die somit einen veränderlichen,
von der betreffenden Kolbenstirnseite und dem zugehörigen Zylinderboden begrenzenden
Zwischenraum bildet. Diese Kammer 23 füllt sich allmählich an. Der Flüssigkeitsdruck
wirkt sich dann auf die betreffende Zylinderstirnwand aus, wodurch der Zylinder
13 auf dem Kolben 12 verschoben wird, bis er die in Fig. 4 gezeigte obere Endlage
erreicht. Anläßlich dieses Vorwärtshubes des Zylinders 13 ist der Betätigungsarm
21L in Berührung mit der Verzahnung des Ritzels 20 gelangt und dreht dieses letztere
im Vorbeigehen um eine Zahnteilung, um das Zählwerk in entsprechender Weise zu beeinflussen.
Wenn der Zylinder 13 die obere Endlage gemäß Fig. 4 erreicht hat, führt der Kolbenmechanismus
auf dem Lagerzapfen 7, vermöge des an dem dem Zylinderboden 13 b entsprechenden
Ende des Kolbenmechanismus entstandenen Ubergewichtes, unterstützt durch die Zugfeder
19, deren Spannkraft anläßlich der Verschiebung des Zylinders 13 allmählich zugenommen
hat, eine ruckartige, durch die Walze 18 begrenzte Schwenkbewegung im Sinne des
in Fig. 4 eingezeichneten Pfeiles und nimmt die in Fig. 7 dargestellte Kipplage
ein. Diese Schwenkbewegung kann jedoch erst eintreten, nachdem sich ein an diesem
Zylinderende vorgesehener, seitlich vorstehender Anschlag 24 über einen verstellbaren
Anschlag 25 hinweg bewegt hat, der am Lagerende eines Hebels 26 vorgesehen ist,
dessen anderes Ende mittels einer Schraube in einem Bogenschlitz 9 a (Fig. 5) der
auf der entsprechenden Stirnseite des Gehäusekörpers 1 aufgeschraubten Platte 9
gesichert werden kann. Mit diesem verstellbaren Anschlag 25 läßt sich somit der
Zeitpunkt festlegen, zu welchem die Kippbewegung des Kolbenmechanismus von der Lage
gemäß Fig. 4 nach der Lage gemäß Fig. 7 einsetzt, und bildet somit ein Mittel zum
Eichen des Gerätes. Der Zylinder weist an seinem anderen Ende ebenfalls einen seitlich
vorstehenden
Anschlag 28 auf, dem ein an der Platte9 vorgesehener fester Gegenanschlag 29 zugeordnet
ist.
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In der Kipplage gemäß Fig. 7 ist nun der Einlaßkanal 10 im Zapfen
7 nicht mehr mit der Kolbenbohrung 23 a, sondern über die Quernut 10 a mit der entgegengesetzten
Kolbenbohrung 22 a verbunden. Demzufolge strömt die Flüssigkeit nun in die andere
Kammer 22, so daß der Zylinder 13 in der entgegengesetzten Richtung auf dem Kolben
12 verschoben wird, bis er wiederum seine der Fig. 4 entsprechende obere Endlage
erreicht, in der er wiederum durch einseitiges Übergewicht und durch Federkraft
gekippt wird, nachdem der Anschlag28 über den festen Gegenanschlag 29 hinweggegleitet
ist. Dabei hat sich nun aber der Betätigungsarm 21 des Zylinders 13 unter dem Ritzel
20 bewegt, ohne dasselbe zu berühren, so daß das Zählwerk bei diesem Rückwärtshub
des Zylinders 13 unbeeinflußt geblieben ist. Das Spiel beginnt somit von neuem,
da die Kolbenvorrichtung wieder in ihre Ausgangslage gemäß Fig. 6 zurückgekehrt
ist. Aus den obigen Erläuterungen geht somit hervor, daß das Zählwerk immer nur
anläßlich eines Vorwärtshubes des Zylinders betätigt und das Zählwerk demzufolge
in unterbrochener Weise stets im gleichen Sinne betätigt wird. Die zum abwechslungsweisen
Auffüllen und Entleeren der beiden Kammern22 und 23 nowendige Umsteuerung der beiden
Kolbenbohrungen 22 a und 23 a erfolgt in selbsttätiger Weise durch die hin- und
hergehende Kippbewegung des Kolbenmechanismus, ohne daß hierbei also Ventile irgendwelcher
Art notwendig sind, für die wiederum besondere Steuermittel vorgesehen sein müßten.
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In der Montagelage der Meßvorrichtung, in der die Achse des im Gleichgewichtszustand
sich befindenden Kolbenmechanismus waagerecht verläuft, erübrigt sich unter Umständen
die Zugfeder 19, da das beim Verschieben des Zylinders 13 entstehende einseitige
Übergewicht des Kolbenmechanismus genügt, um die Kippbewegung desselben herbeizuführen.
Bei allen anderen Montagelagen der Meßvorrichtung ist aber zur Herbeiführung dieser
Kippbewegung eine Zugfeder unerläßlich, da unter Umständen ein einseitiges ausschlaggebendes
Übergewicht am Kolbenmechanismus gar nicht mehr entsteht, so z. B. in der senkrechten
Montagelage der Meßvorrichtung.
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Ein besonders großer Vorteil des oben beschriebenen Flüssigkeitsmessers
liegt darin, daß es sich um ein eichbares Gerät handelt, das sich zum Messen von
kleinsten Flüssigkeitsmengen eignet und schon auf kleinste Flüssigkeitsdrücke anspricht.