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Volumenzähler Die Erfindung bezieht sich auf einen Volumenzähler mit
einer beweglichen Membran, der nach dem Zweikammerprinzip arbeitet.
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Es ist bereits ein Volumenzähler bekannt, bei dem die bewegliche
Membran einerseits zwischen Membrantellern angeordnet ist, welche mit Schaltgliedern
für die Ventilsteuerung verbunden sind. Die Membran ist dabei andererseits in einer
Meßkammer angeordnet, die so ausgeführt ist, daß sich der nicht von den Membrantellern
bedeckte Teil der Membran in ihren beiden Endstellungen an die Wandungen der Meßkammer
anlegt. Außer dem freien Teil der Membran legen sich aber bei der bekannten Anordnung
auch die Membranteller an die Wandungen der Meßkammer an. In dem Augenblick, in
dem die Membranteller sich an die Wandungen der Meßkammer anlegens muß die Umschaltung
erfolgen bzw. schon abgeschlossen sein, da dann eine zusätzliche Bewegung der Membranteller
und damit der Membranstange zur Ventilumschaltung nicht mehr erfolgen kann. Da es
außerordentlich schwierig ist, ein Ventilschaltwerk zu konstruieren, dessen beiderseitige
Schaltpunkte nicht über einen gewissen Bereich streuen, muß aus Sicherheitsgründen
der äußerst mögliche Schaltpunkt des Ventilschaltwerkes noch vor dem Anschlag der
Membranteller an der Meßkammerwandung erreicht sein. Innerhalb des Streubereiches
der Schaltpunkte des Ventilschaltwerkes entstehen demnach Meßfehler, die um so größer
sind je größer das im letzten Teil des Bewegungshubes der Membran verdrängte Volumen
ist. Um den von den Mängeln der Schaltwerke herrührenden Meßfehler möglichst klein
zu halten, muß also das beim letzten Teil des Bewegungshubes der Membran geforderte
Volumen möglichst klein gehalten werden. Ferner muß dafür Sorge getragen werden,
daß nicht der freie Teil der Membran der Bewegung der Membranteller nachhinkt, d.
h., noch bevor die Membranteller und damit die Membranstange ihre Endstellung erreicht
haben, muß auch der freie Teil der Membran seine eindeutig definierte Endstellung
erreicht haben.
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Daß man zur Verkleinerung des Meßfehlers das beim letzten Teil des
Bewegungshubes der Membran geförderte Volumen klein halten muß, ist bereits bekannt,
so z. B. in einer Anordnung bei der zwei Membranen konzentrisch zueinander angeordnet
sind, die ebenfalls mit einer Schaltvorrichtung für die Ventilumsteuerung verbunden
sind und bei denen die größere Membran die Schaltvorrichtung bis in die Schaltbereitschaftsstellung
bringt, während die kleinere, konzentrisch dazu angeordnete Membran dann die Umschaltung
der Ventile bewirkt. Diese zuletzt genannte Anordnung arbeitet zwar sicher und genau,
hat aber den Nachteil, daß sie verhältnismäßig kompliziert aufgebaut ist und dadurch
in der Fertigung relativ teuer wird.
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Gegenstand der Erfindung ist nunmehr ein derartiger Volumenzähler
mit Membran, mit dem die größtmögliche Genauigkeit erzielbar ist bei gleichzeitig
möglichst einfacher konstruktiver Ausbildung der Membran anordnung. Der Volumenzähler
gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Membranteller in an sich
bekannter Weise klein sind im Verhältnis zur wirksamen Fläche der Membran und daß
die Meßkammer zur Aufnahme der Membranteller in deren beiden Endstellungen Einbuchtungen
bzw. Öffnungen entsprechender Größe besitzt, in die die Membranteller beim Umschaltvorgang
hineintreten, ohne zur Anlage an der Meßkammerwandung zu kommen, während der freie
Teil der Membran vollständig an den Wandungen der Meßkammer anliegt.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung arbeitet dann so, daß die Membran
durch den Flüssigkeitsstrom zunächst in die Stellung bewegt wird, in der ihr freier
Teil, d. h. der nicht von den Membrantellern bedeckte Teil, vollständig an den Wandungen
der Meßkammer anliegt. In diesem Augenblick hat die Schaltvorrichtung für die Umsteuerung
der Ventile die Schaltbereitschaftsstellung erreicht. Bei weiterem Flüssigkeitszustrom
erfolgt dann die Umschaltung augenblicklich, wobei sich gleichzeitig die Membranteller
in die Einbuchtungen bzw. Öffnungen der Meßkammer hineinlegen. Diese Anordnung hat
den Vorteil, daß der Umschaltvorgang selbst durch ein relativ kleines Volumen an
Flüssigkeit ausgelöst
wird, bei dem die Fehlermöglichkeiten gering
sind, so daß die Meßgenauigkeit sehr groß ist. Gleichzeitig zeichnet sie sich aber
gegenüber der einen bekannten Anordnung mit den zwei konzentrischen Membranen durch
sehr viel größere Einfachheit und Unkompliziertheit aus. Dadurch, daß die Membranteller
nicht zur Anlage an der Meßkammerwandung kommen, sondern frei in die Öffnung der
Meßkammerwandung eintreten, ist man zusätzlich hinsichtlich der Wahl deriSchaltpunkte
der Ventilschaltwerke elastischer, d. h., ein Sicherheitsabstand zwischen äußersten
Ventilschakpunkt und dem Anschlag der Membranteller an der Meßkammerwandung braucht
nicht eingehalten zu werden.
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Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnung im einzelnen beschrieben
werden. In dieser Zeichnung ist Fig. 1 ein Schnitt durch den Volumenzähler gemäß
der Erfindung; Fig. 2, 3 und 4 zeigen Einzelheiten der Schaltvorrichtung für die
Ventilumsteuerung, wobei Fig. 2 ein Schnitt auf der Lmie II-II der Fig. 1 ist, Fig.
3 ein Schnitt auf der Linie III-III der Fig. 1, und Fig. 4 ein Schnitt auf der Linie
IV-IV der Fig. 1.
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Der Volumenzähler besteht aus einem Gehäuse 1 mit Ein- bzw. Auslaßöffnungen
2,3 für die zu messende Flüssigkeit. In dem Gehäuse ist weiter eine Zwischenwand
4 vorgesehen, in der einerseits die eigentliche Meßkammer 5 mit ihren oberen und
unteren Begrenzungswänden 6, 7 angeordnet ist und die andererseits auch die Ventile
8, 9-für die Flüssigkeitsumsteuerung enthält. Hierzu sind in der Zwischenwand 4
je zwei obere Öffnungen 10, 11 vorgesehen, die den Ein- bzw. Auslaß für die obere
Meßkammer bilden, und zwei untere Öffnungen 12, 13, die den Ein- bzw. Auslaß für
die untere Meßkammer darstellen. In dem zwischen den Öffnungen 10, 12 bzw.
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11, 13 befindlichen Raum bewegen sich die Ventile 8, 9 hin und her,
und zwar steht jeweils immer das eine Ventil in der unteren Stellung und das andere
Ventil in der oberen Stellung. Die Ventile 8, 9 sind über Stangen 14, 15 mit einem
Umschalthebel 16 verbunden, der auf einem Bolzen 17 drehbar gelagert ist. Das gabelförmige
Ende des Umschalthebels 16 (Fig. 4) ist durch einen Bolzen 21 einerseits mit dem
gabelförmigen Ende einer Stange 18 verbunden und andererseits mit dem Ende der Stange
14. Die Stange 18 ist durch eine drehbewegliche Muffe 19 hindurchgeführt. Eine Feder
20 stützt sich einerseits an der Muffe 19 und andererseits an der Gabel zwischen
den Stangen 14 und 18 und dem Hebel 16 ab.
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Zwischen der oberen Wandung 6 und der unteren Wandung 7 der Meßkammer
5 ist die Membran 22 angeordnet. Die Membran selber ist ebenso wie die Wandungen
der Meßkammer an ihrem Umfang fest mit der Zwischenwand 4 verbunden. Die Wandungen
6 und 7 haben in der Mitte Einbuchtungen 6' bzw. 7'.
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Das Volumen dieser Einbuchtungen ist relativ klein im Verhältnis zum
Gesamtvolumen, das bei jedem Schaltvorgang gefördert wird. Die Einbuchtungen 6'
und 7' sind nach oben bzw. nach unten offen und stellen den Zufluß bzw. Abfluß für
die Flüssigkeit zur Membran und zur Meßkammer 5 dar. In der Mitte liegt die Membran
22 zwischen Membrantellern 23 und 24, die mit einer Schaltstange 25 mit einem Langloch
26 verbunden sind. In dem Langloch 26 ist ein Bolzen 27 verschiebbar geführt. Auf
diesem Bolzen 27 sind mit ihren gabelfönnigen Enden die
beiden Kniehebel 28 und 29
drehbar gelagert (s. Fig. 2). Die beiden Kniehebel 28 und 29 besitzen je einen festen
Bund 30 und 31, gegen die sich Federn 32, 33 abstützen. Das andere Ende der Federn
32, 33 ist an je einem beweglichen Federteller 34, 35 befestigt, die sich gegen
Muffen 36, 37 abstützen. In Öffnungen 36', 37' dieser Muffen 36, 37 sind die Enden
der Kniehebel 28, 29 axial verschiebbar geführt. Der Kniehebel 29 ist über einen
Bolzen 38 und eine Schaltstange 39 mit dem Umschalthebel 16 für die Ventilumsteuerung
verbunden, und zwar ist hierzu an dem Umschalthebel 16 ein Stift 40 vorgesehen,
der in ein Langloch 41 der Schaltstange 39 eingreift.
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Die Anordnung funkioniert wie folgt: Es sei angenommen, die Ventile
befänden sich in der voll ausgezogenen Stellung, d. h. das Ventil 8 in seiner unteren
Stellung, in der es die Öffnung 12 verschließt, und das Ventil 9 in seiner oberen
Stellung, in der es die Öffnung 11 verschließt. Die zu messende Flüssigkeit strömt
dann durch die Öffnung 2 und durch die Öffnung 10 in den oberen Raum ein. Die Membranteller
23, 24 befinden sich noch in ihrer obersten Stellung. Die Membran 22 selbst ist
aber durch die durch die Öffnung 10 einströmende Flüssigkeit bereits etwas heruntergedrückt
worden, so daß sie nicht mehr an der oberen Wandung 6 der Meßkammer anliegt. Sobald
die in der Zeichnung voll ausgezeichnete Stellung der Membran 22 erreicht ist, wird
der Druck auf die Membran so stark werden, daß diese auch über die Stange 26 und
den Bolzen 27 beginnt, die Kniehebel 28 und 29 mitzunehmen.
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Dabei werden die Federn 32 und 33 gespannt, während die Kniehebel
28 und 29 sich durch die Muffen 36 und 37 hindurchschieben. Durch den Kniehebel
29 wird gleichzeitig die Schaltstange 39 mitgenommen, die aber durch die Stift-
und Langlochverbindung mit dem Schalthebel 16 zunächst noch gar keine Bewegung des
Schalthebels 16 bewirkt. Nach einigen Zwischenstellungen erreicht dann die Membran
22 schließlich eine Stellung, in der der freie Teil der Membran vollständig an der
unteren Wandung 7 der Meßkammer anliegt. In diesem Augenblick haben die Kniehebel
28 und 29 die Schaltbereitschaftsstellung erreicht, d. h. die Stellung, in der die
Kniehebel 28, 29 gestreckt sind.
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In diesem Augenblick befindet sich der Bolzen 27 etwa in der Stellung
A. Eine weitere ganz geringe Bewegung der Membran 22 bzw. der Membranteller 23,
24 bis etwa in die Stellung B (gestrichelt gezeichnet) genügt dann, um die Schaltvorrichtung
augenblicklich umschalten zu lassen. In diesem Augenblick legen sich dann die Membranteller
23, 24 in die Einbuchtung 7' der unteren Wandung 7 der Meßkammer hinein, und die
Kniehebel 28 und 29 bewegen sich schlagartig in die unterste gestrichelt gezeichnete
Lage C, in der der Stift 27 am unteren Ende des Schlitzes 26 der Schaltstange 25
anliegt. Gleichzeitig mit der Umschaltung der Kniehebel 28, 29 ist nun auch über
die Schaltstange 39 der Schalthebel 16 aus der voll ausgezeichneten in die gestrichelt
gezeichnete Lage verstellt worden, wobei die Ventile 8 und 9 die Öffnungen 11, 12
freigegeben und die Öffnungen 10, 13 verschlossen haben. Der Flüssigkeitsstrom wirkt
beim weiteren Meßvorgang nun von unten her auf die Membran 22 ein und bewirkt, wie
oben beschrieben, nach einiger Zeit eine erneute Umschaltung der Membran. Mit dem
Schalthebel 16 ist
eine nicht gezeichnete Zählvorrichtung verbunden,
die die Schaltbewegungen des Schalthebels 16 zählt.
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Wichtig für das genaue Arbeiten der Vorrichtung ist es, daß das Volumen,
welches während des relativ geringen Membrantellerweges zwischen den Stellungen
A und B des Bolzens 27 gefördert wird, klein ist im Verhältnis zu dem bei jedem
Umschaltvorgang geförderten Gesamtvolumen. Dann sind auch die Fehlermöglichkeiten
gering.