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Strömungsmengenmesser Die Erfindung bezieht sich auf einen Strömungsmengenmesser
mit einem Gehäuse, das eine flache Kammer bildet, die einen Einlaß und einen Auslaß
an entgegengesetzten Seiten eines in dieser Kammer schwenkbar gelagerten Flügels
hat, mit einer in der Kammer angeordneten gekrümmten Leitffäche und mit einer Anzeigevorrichtung,
die die jeweilige Stellung des Flügels in der Kammer anzeigt.
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Bei Strömungsmengenmessern dieser Bauart, bei denen das zu messende
Medium den Meßflügel direkt beaufschlagt und dabei die Meßkammer ohne wesentliche
Richtungsänderung durchströmt, waren bisher die Meßflügel auf Schwenkzapfen gelagert.
Xainderungen in der Größe der Lagerreibung, die sich durch Lagerverschleiß oder
Verschmutzung ergeben, können bei dieser Anordnung der Flügel zu Ungenauigkeiten
in der Messung führen. Auch die Lebensdauer der Drehflügel kann dadurch verkürzt
werden, daß in dem sich bei seiner Meßbewegung immer an der gleichen Stelle durchbiegenden
Flügel örtlich übermäßig hohe Beanspruchungen auftreten.
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Durch die Erfindung werden diese überstände dadurch vermieden, daß
der Flügel an seinem inneren Ende einen Abschnitt aufweist, der über einen 180 Winkelgrade
überschreitenden Winkel gebogen ist und am Ende dieses Abschnitts starr im Gehäuse
befestigt ist.
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Bei einer bevorzugten Anordnung besteht die mit dem äußeren Ende
des Flügels zusammenarbeitende Leitfläche aus einer Wand eines in die Kammer einsetzbaren
Körpers. Hierdurch ist es möglich, in ein Gehäuse einer bestimmten Größe verschiedene
Kombinationen von Drehflügeln der erfindungsgemäßen Bauart und diesen zugeordneten
Leitflächen einzubauen.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden Teil
der Beschreibung, in dem verschiedene Ausführungsformen der Erfindung an Hand der
Zeichnungen beschrieben sind.
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In den Zeichnungen ist Fig. 1 eine Vorderansicht oder Draufsicht
eines verbesserten Strömungsmengenmessers, F i g. 2 im vergrößerten Maßstabe ein
Längsschnitt nach Linie 2-2 der F i g. 1, F i g. 3 ein Einzelschnitt nach Linie
3-3 der F i g. 2, F i g. 4 eine Ansicht nach Linie 4-4 der Fig. 2, F i g. 5 im vergrößerten
Maßstabe eine Teilansicht der Lagerung der Kombination aus Flügel und Anker, Fig.
6 eine Vorderansicht oder Draufsicht einer abgeänderten Ausführung, F i g. 7 einen
Schnitt nach Linie 7-7 der Fig. 6,
F i g. 8 eine Draufsicht oder Vorderansicht mit
abgenommenem Deckel, F i g. 9 eine schaubildliche Ansicht des in F i g. 6 dargestellten
Zeigers, F i g. 9 A ein Schnitt durch eine Einzelheit, F i g. 10 eine Vorderansicht
oder Draufsicht einer weiteren Abänderung, Fig. 11 ein Schnitt nach Linie 11-11
der Fig. 10, Fig. 12 eine Vorderansicht mit abgenommenem Deckel, F i g. 13 eine
schaubildliche Ansicht der aus Flügel und Zeiger bestehenden Kombination nach Fig.
10 und 11, Fig 14 eine etwas vergrößerte und schematische Darstellung, die das Arbeiten
des Flügels und seines Bogenteils zeigt, und Fig. 15 ist die Ansicht einer Anzeigescheibe,
auf der der Unterschied zwischen der Gradeinteilung des neuen Strömungsmengenmessers
und der Gradeinteilung bekannter Vorrichtungen dargestellt ist.
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Der Strömungsmengenmesser hat ein Gehäuse 15 aus beliebigem Material
und von beliebiger Form, das jedoch vorzugsweise dreieckig ist, wie die Darstellung
zeigt. Dieses Gehäuse kann leicht gegossen, aus Spritzguß hergestellt oder gewünschtenfalls
maschinell geformt werden. Für die meisten Zwecke besteht das Gehäuse aus Aulminium.
Das Gehäuse 15 hat einen Boden 16 und eine Umfangswand 17. Das Gehäuse ist durch
einen Deckel 18 geschlossen, der mit Schrauben 19 unter Zwischenlage einer Dichtung
20 befestigt ist. Das Gehäuse 15 hat eine Einlaßöffnung
21 für das
Einlaßrohr 22 und eine Auslaßöffnung 23 für das Auslaßrohr 24. Diese Öffnungen befinden
sich auf entgegengesetzten Seiten des Gehäuses und sind miteinander ausgerichtet.
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Ein gekrümmter Einsatz 25 paßt dicht in den verbreiterten Abschnitt
des Gehäuses und wird in seiner Stellung von einer Schraube 26 gehalten. Der Einsatz
25 besteht vorzugsweise aus dem gleichen Material wie das Gehäuse. Der Einsatz paßt
sich dem Umriß des Gehäuses auf drei Seiten an und hat auf der vierten Seite eine
gekrümmte Wand 27, die bei der im Gehäuse erfolgenden Bewegung eines Meßflügels
28 eine allmählich größer werdende Fläche schafft. Der Flügel 28 besteht aus biegsamem
Material, das von der Art des zu messenden Strömungsmittels abhängt. Der Flügel
ist an seinem einen Ende in beliebiger Weise, z. B. mittels Nieten, Punktschweißung,
Löten, Hartlöten, Ankleben oder mittels Schraubenbolzen 29, die die Wand des Gehäuses
durchsetzen (Fig. 4), befestigt.
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Der nahe dem festgelegten Ende des Flügels befindliche Bogenteil 30
hat eine Kreisform von annähernd 240 Winkelgraden und mündet dann in einen geradlinigen
Teil, der in der Normal- oder Grundstellung des Flügels annähernd bis zum Einsatz
25 reicht.
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Die Arbeitsweise und Wirkungsweise des Flügels in bezug auf seinen
im wesentlichen C-förmigen Bogenteil 30 ist am besten in F i g. 4 zu sehen. Nimmt
der Flügel 28 in F i g. 4 seine rechtsliegende Normalstellung oder Grundstellung
ein, dann ist der aus einer gebogenen Feder bestehende C-förmige Bogenteil 30 völlig
ausgedehnt. Bewegt sich der Flügel unter der Einwirkung des einströmenden Strömungsmittels,
dann wird der Bogenteil 30 »aufgewickelt« oder zusammengezogen, so daß sich der
Flügel um die beweglichen oder wandernden Mittelpunkte x, y und z dreht. Durch dieses
Zusammenziehen verschiebt sich das Außenende des Flügels auf einem Krümmungsbogen,
wie dies durch die strichpunktierten Linien dargestellt ist. Das Einwärtsziehen
des Flügels schafft einen allmählich größer werdenden Raum oder Durchlaß zwischen
dem Flügel28 und der Wand 27. Die federartige Wirkung des Bogenteils 30 von Flügel
28, die das Verschieben des schwebend gelagerten Mittelpunktes verursacht, verlängert
auch die Gebrauchsdauer des Flügels, da der Flügel beim Arbeiten nicht immer an
ein und derselben Stelle gebogen wird. Wie in den Zeichnungen gezeigt, kann infolge
dieser Ausführung die Gradeinteilung fast gleichmäßige Abstände haben, und es sind
verhältnismäßig große Abstände zwischen den Gradstrichen am Bewegungsbeginn vorhanden,
was bei den üblichen Meßgeräten dieser Art nicht der Fall ist, die im Gegenteil
am Bewegungsbeginn sehr kleine Gradeinteilungen haben müssen, die dann allmählich
immer größer werden.
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Der Flügel 28 hat ungefähr die gleiche Breite, wie der Abstand zwischen
der Bodenplatte 16 und der Deckelplatte 18 beträgt, so daß der in seiner Grundstellung
befindliche Flügel 28 den Einlaß praktisch schließt. Bei zunehmender Strömungsmenge
bewegt sich der Flügel 28 zur gegenüberliegenden Wand des Gehäuses, wobei der Abstand
zwischen dem Ende des Flügels 28 und dem Einsatz 25 allmählich immer größer wird.
wie dies die gestrichelten Linien in F i g. 4 zeigen. Der Flügel oder der bewegliche
Teil kann aus einem beliebigen zweckdienlichen Material bestehen, z. B. aus einem
Streifen biegsamer Phosphorbronze, aus Berylliumkupfer oder Federstahl. Je nach
der Größe des Strömungsmengenmessers kann die Dicke
des Streifens 0.25 bis 1,00 mm
betragen, so daß der Streifen genügend starr ist. um bei jeder Lage des Mengenmessers
wieder in seine Grundstellung zurückzukehren. Diese Unempfindlichkeit gegen die
Aufstellung des Strömungsmengenmessers ist ein sehr großer Vorteil, da der Mengenmesser
bei seinem Einbau nicht horizontiert werden muß.
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Die Bewegung des Flügels 28 erfolgt auf Grund des Strömungsdruckes
des den Strömungsmengenmesser durchströmenden Strömungsmittels. Der Strömungswiderstand
oder der Druckabfall am Mengenmesser hängt von der Dicke oder Steifigkeit des Flügelmaterials
und der Fläche des zwischen dem Flügel und dem Einsatz vorhandenen Zwischenraumes
ab.
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Theoretisch soll sich die Fläche zwischen dem Flügel und dem Einsatz
wie das Quadrat des Abstandes der Flügelbewegung erhöhen. Im praktischen Betrieb
ändern sich die Strömungscharakteristiken infolge von Wirbelströmen im Gas und in
der Flüssigkeit und infolge der Stoßablenkungen im Gehäuse. Zur Herstellung einer
annähernd gleichförmigen Anzeigeskala der gewünschten Charakteristik wird das Profil
des Einsatzes 25 durch Versuche bestimmt.
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Ein Magnetanker 31 ist ungefähr an der Stelle befestigt, an der der
Flügel nach der Krümmung über 240 Winkelgrade in einen geradlinigen Teil übergeht.
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Dieser Magnetanker 31 kann aus Weicheisen oder einem magnetischen
Material bestehen, das am Flügel befestigt ist. Besteht der Flügel aus Stahl. dann
kann ein Teil 32 mit dem Flügel aus einem Stück bestehen und kann umgebogen sein,
wie F i g. 5 zeigt.
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Ein Zeiger 33 sitzt auf einem Drehzapfen 34, der sich in auf dem
Deckel befindlichen Lagern 35 dreht und annähernd im Mittelpunkt des Bogenteils
30 des Flügels aufgestellt ist. In einer kurzen Entfernung vom Drehzapfen 34 ist
am Zeiger 33 ein Magnet 36 befestigt. Der Zeiger 33 trägt ein Gegengewicht37, so
daß sich der Zeiger frei drehen kann.
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Auf der Vorderfläche des Deckels befindet sich eine Skala 38. die
beim Arbeiten des Mengenmessers die Stellung des Zeigers 33 anzeigt. Diese Skala
kann eine von vornherein festgelegte Skala sein, oder die Gradeinteilung der Skala
kann so gewählt werden, daß sie die tatsächlichen Strömungsmengen anzeigt, wie dies
bei den für diesen Zweck verwendeten Meßgeräten üblich ist.
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Der Mengenmesser wird bei der Temperatur, bei der er abgelesen werden
soll, geeicht und kann für alle Abweichungen von dieser Temperatur korrigiert werden.
Besteht der Flügel teilweise aus Bronze oder Stahl und teilweise aus Bimetall, dann
kann der Mengenmesser Temperaturänderungen kompensieren, so daß auch bei weit voneinander
abweichenden Temperaturen genaue Mengenmessungen erfolgen. Gewünschtenfalls kann
der Zeiger auch mit einer beliebigen Aufzeichnungsvorrichtung, wie sie üblicherweise
für ähnliche Zwecke verwendet wird, zusammenarbeiten.
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Das im Einlaßrohr 22 zugeführte Strömungsmittel drückt gegen den
Flügel 28 und bewegt den Flügel zur gegenüberliegenden Wand. Bei dieser Bewegung
wird der Abstand zwischen dem Flügel und dem Einsatz 25 allmählich vergrößert. Nach
dem Vorbeiströmen am Flügel strömt das Strömungsmittel stetig aus dem Auslaßrohr
24 aus. Bei der Bewegung des Flügels überwindet der Magnet 36, der über den Magnetanker
31 mit dem Flügel magnetisch gekuppelt ist, die Reibung in den Lagern des Zeigers.
Infolge
dieses magnetischen Zuges auf den Zeiger zeigt der Zeiger
die Strömungsmenge an und spricht auf kleine Änderungen in der Strömungsmenge an,
da keine Zahnräder, Lenker oder Leerlaufgetriebe beim obere tragen der Bewegung
des Flügels auf den Zeiger vorhanden sind.
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Der Strömungsmengenmesser ist mit einer Schutzhaube aus durchsichtigem
Material, z. B. Kunststoff, Glas od. dgl. versehen, die die Anzeigescheibe leicht
erkennen läßt. Da der Strömungsmengenmesser keine mechanische Verbindung zwischen
dem Flügel und dem außenliegenden Zeiger hat, kann keine Flüssigkeit aus dem Gehäuse
heraussickern. Der Strömungsmengenmesser arbeitet infolgedessen besonders genau
und ist sehr lange verwendungsfähig. Die Haube 39 wird mit Schrauben 40 befestigt.
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Bei der in den F i g. 6 bis 9 A dargestellten Ausführung ist das
dem bereits beschriebenen Gehäuse ähnliche Gehäuse 41 mit einem Deckel 42 versehen,
der einen ungefähr dreieckigen Raum 43 mit einer gekrümmten unteren Wand 44, einem
Einlaßrohr 45 und einem Auslaßrohr 46 aufweist. In diesem Falle hat der Flügel 47
einen Bogenteil mit einem kurzen geradlinigen Ende 48, das am Gehäuse durch Einklemmen
in einen Schlitz 49 (Fig. 8) befestigt ist.
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Ein langer Magnet 50 sitzt am Flügel 47 und erstreckt sich nach oben
bis nahe zum Drehpunkt des Flügels.
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Der Magnet 50 hat Längsschlitze 51 und 52 (Fig. 9 A), in die die am
Deckel bzw. am Gehäuse befindlichen Drehspitzen 53 und 54 eingreifen. Die Anordnung
ist so gewählt, daß sich beim Drehen des Flügels der Magnet und der Flügel ohne
unzulässiges Ablenken oder Abbiegen auf den Drehspitzen 53 und 54 drehen.
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Bei dieser Ausführung besteht der Zeiger 55 aus einem Stahlstreifen
mit einem rechtwinklig abgebogenen Ansatz 56, der einen Magnetanker bildet, welcher
mit dem auf dem Flügel befindlichen Magneten zusammenwirkt. Das eine Ende des Zeigers
wird in einem Anguß 57 gehalten, der aus dem Deckel nach oben ragt und einen Schlitz
58 aufweist, in welchem das Ende des Zeigers 55 befestigt ist, indem die angrenzenden
Abschnitte des Metalls gegen den Zeiger geklemmt sind. Der Zeiger wird für gewöhnlich
so gebogen, daß sein freies Ende über dem Nullpunkt der auf dem Deckel 42 befindlichen
Gradeinteilung steht. Der Zeiger wird von einer durchsichtigen Haube 60 bedeckt.
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Wird bei dieser Ausführung der Flügel 47 von der das Gehäuse durchströmenden
Flüssigkeit bewegt, dann dreht der mit dem Zeiger 55 magnetisch gekuppelte Magnet
50 den Zeiger 55 längs der Skala 59 und zeigt die den Mengenmesser durchströmende
Strömungsmittelmenge an.
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Die F i g. 10 bis 13 zeigen eine besonders einfache Form des Strömungsmengenmessers,
die beim Abmessen von Gasolinen oder Ölen für Luftfahrzeuge, Diesel- oder andere
Motoren in einer verhältnismäßig kleinen Größe verwendet werden kann. Das Gehäuse
61 ist rund und hat eine Bodenwand 62 sowie eine unregelmäßig profilierte Seitenwand
63 (F i g. 10).
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Der Strömungsmengenmesser hat ein Einlaßrohr 64 und ein Auslaßrohr
65. Der Flügel 66 besteht aus dem bereits erwähnten biegsamen Material und hat einen
Bogenteil 67 mit einem Vorsprung 68, der in der Seitenwand 63 befestigt ist, indem
er in einen Schlitz eingeklemmt ist, dessen Seiten in der angedeuteten Weise verstemmt
sind. Der Bogenteil 67 des Flügels 66 bildet bei der Bewegung des Flügels einen
Ersatz
für einen Drehzapfen. Die von dem Strömungsmittel durchströmte Kammer 69 hat parallele
Seitenwände 70, die an der oberen Seite durch das dargestellte unregelmäßige Profil
und an der unteren Seite durch eine kreisförmige Bodenwand 71 verbunden sind, über
die sich das freie Ende des Flügels bewegt. Die Krümmung ist so gewählt, daß sich
bei der unter der Einwirkung des Strömungsmittels erfolgenden Bewegung des Flügels
der Raum zwischen dem Ende des Flügels und der Bogenwand 71 vergrößert, wie dies
für eine einwandfreie Messung erwünscht ist.
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Die Meßskala 72 ist in diesem Beispiel unmittelbar auf der oberen
Vorderfläche des Gehäuses angebracht.
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Das Gehäuse wird von einer durchsichtigen Haube 73 abgeschlossen,
die unter Zwischenlage einer Dichtung 74 von Schrauben 75 gehalten wird. Der Flügel
und die Kammer, in der der Flügel arbeitet, sind in der Darstellung zwar verhältnismäßig
schmal, doch kann der Strömungsmengenmesser in jeder gewünschten Größe hergestellt
werden.
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Diese Form des Strömungsmengenmessers ist besonders geeignet für
klare oder durchsichtige Flüssigkeiten, die den Strömungsmengenmesser nicht verdunkeln.
Bewegt sich der Flügel unter der Einwirkung des den Strömungsmengenmessers durchströmenden
Strömungsmittels, dann kann die Stellung des Flügels durch die Haube hindurch leicht
festgestellt und die Strömungsmittelmenge an der Skala abgelesen werden.
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Der Mengenmesser enthält also keine mechanischen Teile, die eine
Reibung oder eine Verlagerung durch Verschleiß herbeiführen könnten. Der Strömungsmengenmesser
arbeitet sehr genau und kann lange Zeit verwendet werden.
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Es wurde zwar insbesondere auf das Messen von Flüssigkeiten und Gasen
Bezug genommen, doch kann der Strömungsmengenmesser auch zum Messen von anderen
Substanzen, die die Meßkammer durchströmen, verwendet werden, z. B. zum Messen von
körnigen Stoffen oder Saaten.