DE1169148B - Messvorrichtung mit einer Prallplatten-Prallduesenanordnung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4507*W PATENTAMT Internat. Kl.: GOId

AUSLEGESCHRIFT

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 42 d-1/10

S 68682 IXb/42 d
25. Mai 1960
30. April 1964

Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung mit einer Prallplatten-Pralldüsenanordnung, die von einem unter Druck befindlichen Strömungsmittel durchsetzt ist.

Die Verwendung von Prallplatten und Pralldüsen ist bei Regelvorrichtungen bereits bekannt. So hat man beispielsweise bereits pneumatische Regler entwickelt, deren Pralldüse starr angeordnet und deren Prallplatte schwenkbar gelagert ist. Durch Verlagerung der Prallplatte gegenüber der feststehenden Pralldüse läßt sich bei diesen bekannten Ausführungen die Menge des aus der Pralldüse austretenden Strömungsmittels und damit der in der Düse sowie in den an die Düse angeschlossenen Leitungen herrschende Strömungsmitteldruck regeln.

Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß sich mit Hilfe einer Prallplatten-Pralldüsenanordnung auf einfache Weise auch Meßvorrichtungen, insbesondere Flüssigkeits-Viskosimeter, aufbauen lassen.

Ausgehend von dieser Erkenntnis besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß zwei Organe um eine gemeinsame Achse drehbar angeordnet sind, von denen das eine die Prallplatte und das andere die Pralldüse trägt und von denen das eine Organ im Sinne einer gegenseitigen Annäherung von Pralldüse und Prallplatte angetrieben ist, während das andere Organ unter der Wirkung eines entgegengesetzt gerichteten Drehmomentes bzw. Widerstandsmomentes steht.

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung zeichnet sich durch eine vielseitige Verwendbarkeit, einen sehr einfachen Aufbau und eine hohe Genauigkeit aus.

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung kann insbesondere als Flüssigkeits-Viskosimeter Verwendung finden. Hierbei ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung das eine Organ, das unter der Wirkung eines entgegengesetzt zur Antriebsrichtung des anderen Organes gerichteten Widerstandsmomentes steht, mit einem in die zu untersuchende Flüssigkeit eintauchenden Körper verbunden.

Die Erfindung wird an Hand einiger in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht einer stark schematisierten Vorrichtung zum Messen von Geschwindigkeiten;

F i g. 2 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Messung der Viskosität einer Flüssigkeit; Meßvorrichtung mit einer Prallplatten-Pralldüsenanordnung

Anmelder:

Area Premoncontrole, Gentilly, Seine

(Frankreich)

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Beetz, Patentanwalt,

München 22, Steinsdorfstr. 10

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 4. April 1960 (823 300)

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht eines Teiles der Vorrichtung gemäß F i g. 2;

Fig. 4 ein Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

F i g. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Messung von Drehgeschwindigkeiten. Diese Vorrichtung enthält eine treibende WeUe 8, die eine Leitung bildet und in einer Pralldüse 9 mündet. Die Welle 8 steht über eine Wellendichtung mit einer feststehenden Leitung 10 in Verbindung, an der ein Manometer 11 angesetzt ist. Die Leitung 10 wird von einer Hauptleitung 12 aus über eine Drosselstelle 13 gespeist.

Vor der Pralldüse 9 und unabhängig von dieser ist eine Prallplatte 14 angeordnet, die an einem Arm

15 sitzt. Dieser Arm 15 ist an einer Welle 16 befestigt, die in Drehung versetzt wird, sobald die Prallplatte 14 der Reaktion des aus der Düse 9 austretenden Strömungsmittels ausgesetzt ist.

Wenn die Welle 8 in Richtung des Pfeiles 17 angetrieben wird, so wirkt die aus der Düse 9 ausströmende Luft auf die Prallplatte 14 und treibt dadurch die Welle 16 an. Nimmt man an, daß die Welle

16 einem Widerstands-Drehmoment von konstanter Größe ausgesetzt ist, so zeigt das Manometer 11 nicht das (konstante) Drehmoment, sondern die Drehgeschwindigkeit an.

Ist das durch die Reaktion der Düse 9 bestimmte Drehmoment nicht genügend groß, so kann ein nicht mit Reibung behafteter Kraftverstärker, ζ. Β. ein Gebläse oder eine Membran, zwischen Pralldüse 9 und Prallplatte 14 geschaltet werden.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung kann natürlich auch zum Messen eines veränderlichen Drehmomentes benutzt werden, wenn die Drehgeschwindigkeit der Welle 16 konstant ist.

409 587/191

Das Manometer 11 kann zur Abgabe von Impulsen an ein Regelgerät verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch dazu benutzt werden, das durch die Reibung in der Grenzschicht erzeugte Widerstandsmoment eines in eine Flüssigkeit eingetauchten Körpers zu messen.

Man kann ferner an der Welle 16 eine Kugel anbringen, die über die Düse 9 und die Prallplatte 14 angetrieben wird. Ist die Drehgeschwindigkeit gering, d. h. befindet sich die Grenzschicht der Flüssigkeit, in die die Kugel eingetaucht ist, im laminaren Strömungszustand, so wird das Widerstands-Drehmoment vor allem durch die Viskosität bestimmt.

Wird die Kugel mit gleichbleibender Geschwindigkeit gedreht, so ändert sich der Luftdruck in der Leitung 10 als Funktion der Viskosität. Das Manometer 11 kann sodann in unmittelbare Viskositätseinheiten geeicht werden, und man kann eine Regelvorrichtung verwenden, bei der der Druck die Regelgröße ist.

Dabei sind viele Anwendungsmöglichkeiten gegeben, z. B. läßt sich der Regler zum Beeinflussen der Temperatur beim Aufheizen einer Flüssigkeit verwenden, in die die Kugel getaucht ist. Auf diese Weise kann etwa die Viskosität eines flüssigen Brennstoffes konstant gehalten werden. Weiterhin läßt sich der Regler etwa zum Regeln der Zuflußmenge einer zweiten Flüssigkeit zwecks Konstanthaltung der Viskosität einer ersten Flüssigkeit verwenden. So muß beispielsweise die Konsistenz von Papierbrei bei der Papierherstellung konstant gehalten werden. Ein weiteres Anwendungsgebiet liegt in der Herstellung von Öl mit bestimmter Viskosität.

Die Fig. 2 und 3 zeigen eine erfindungsgemäße Meß- und Regelvorrichtung zum Konstanthalten der Konsistenz von Papierbrei.

Die Konsistenz eines Papierbreies läßt sich durch die Viskosität ausdrücken. Es ist daher möglich, die Konsistenz des Papierbreies zu bestimmen, indem man das Widerstandsmoment mißt, das durch die Grenzschicht eines eingetauchten Körpers hervorgerufen wird, der das Meßorgan darstellt und mit genau gleichbleibender Geschwindigkeit angetrieben wird.

Dieser Körper hat bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Gestalt einer Kugel 18, die sich in dem Papierbrei 19 in einem Trog 20 befindet. Die Kugel 18 ist fest mit einer Hohlwelle 21 verbunden, die einen Arm 22 mit einer Prallplatte 23 trägt.

Eine zweite Hohlwelle 24 dient als Druckluftleitung und mündet über einen Arm 25 in einer Pralldüse 26. Durch diese Düse trifft ein Druckluftstrom auf die Prallplatte 23.

Die Welle 24 wird durch ein Zahnrad 27 angetrieben, das in Eingriff mit einer Schnecke 28 steht, die ihrerseits von einem Motor 29 angetrieben wird. Der Antrieb geschieht mit konstanter Drehgeschwindigkeit.

Die Welle 24 ist über eine Wellendichtung 31 mit einer feststehenden Leitung 30 verbunden, in die die Druckluft über eine Öffnung 32 gelangt.

Mit der Leitung 30 ist eine Abzweigleitung 33 verbunden, an die ein Manometer 34 angeschlossen ist, das zur Überwachung des Druckes und mit Hilfe dieses Druckes zur Registrierung oder Regelung verschiedener Parameter dient. Mit Hilfe des Druckes kann etwa die Konsistenz des Papierbreies 19 durch Hinzufügen von Wasser geregelt werden.

Als Verbindung der Hohlwelle 21 mit der Hohlwelle 24 ist ein Torsionsstab 35 vorgesehen. Das Torsionsmoment dieses Stabes 35 bleibt konstant und ermöglicht die Nullwert-Einstellung der Vorrichtung für ein vorher bestimmtes Widerstandsmoment.

Je nach der Konsistenz des Breies kann der eingetauchte Körper verschieden gestaltet sein, z. B. zylindrisch oder kugelförmig.

Die beschriebene Vorrichtung wirkt im einzelnen folgendermaßen:

Der Motor 29 treibt die Düse 26 mit konstanter Drehzahl, etwa mit 70 Umdrehungen pro Minute, an. Die dadurch hervorgerufene Umfangsgeschwindigkeit ist so klein, daß die Grenzschicht an der Kugel 18 im laminaren Strömungszustand bleibt.

Durch die Wirkung der Konsistenz des Breies 19 wird die Kugel 18 gebremst. Zum Antrieb der Kugel muß an der Düse 26 ein gewisser Druck herrschen, so daß ein dem Widerstandsmoment entgegenwirkendes Drehmoment entsteht. Die Druckänderung an der Düse entspricht genau der Änderung des Widerstandsmomentes und ist dieser proportional. Da anderseits bekannt ist, daß die Viskosität eine Funktion des Widerstandsmomentes ist, stellt der mit dem Manometer 34 gemessene modulierte Druck eine Funktion der Viskosität des Papierbreies dar, in den die Kugel 18 eintaucht. Steigt die Viskosität an, so nimmt auch der Druck zu und umgekehrt.

Der Druck kann ein Registriergerät, ein in Konsistenzwerten geeichtes Meßgerät oder eine Regelvorrichtung für den Wasserzufluß zur Konstanthaltung der Konstistenz des Breies steuern.

Fig. 4 zeigt eine weitere Vorrichtung zum Messen der Konsistenz von Papierbrei. Diese Vorrichtung enthält ein Meßorgan in Form einer Kugel 18, die in den Papierbrei eintaucht und sich im Innern eines dichten Behälters 36 befindet. Der Papierbrei gelangt durch die öffnung 37 in den Behälter und fließt aus den seitlichen öffnungen 38 wieder ab. Die Kugel 18 ist über ein Rohr 21 und einen Arm 22 fest mit einer Prallplatte 23 verbunden.

Weiterhin ist eine Pralldüse 26 vorgesehen, die an einem Arm 25 befestigt ist, der an einer Welle 24 sitzt. Diese Welle ist hohl und leitet ein unter Druck stehendes Strömungsmittel, das durch den Pfeil 32 angedeutet ist.

Das Strömungsmittel durchfließt eine feststehende Leitung 30 und gelangt an die Düse 26. Zwischen der feststehenden Leitung 30 und der Hohlwelle 24 ist eine Dichtung 31 angeordnet. Die Welle 24 wird durch ein Zahnrad 27, das in Eingriff mit einer Schnecke 28 steht, von einem Motor 29 angetrieben. Die Welle 24 ist fest mit einer Muffe 39 verbunden, die eine innere Leitung 40 aufweist. Die Muffe 39 dreht sich zusammen mit der Welle 24 und ist in einer solchen Höhe angeordnet, daß sie den Deckel 41 des Behälters 36 durchquert.

Zwischen der Muffe 39 und dem Deckel 41 ist eine Dichtung 42 vorgesehen. Die Leitung 40 mündet an der Stelle 43 in den Außenraum und an der Stelle 44 in unmittelbarer Nähe der Düse 26 in den Innenraum des Behälters.

Die Prallplatte 23 und die Pralldüse 26, die sich relativ zueinander verdrehen können, sind durch ein Torsionsrohr 45 miteinander verbunden. Dieses Rohr ist mit der Oberseite der Kugel 18 verbunden. Es erweitert sich in Form eines Kastens 46 und nimmt die Prallplatte 23 und die Pralldüse 26 in sich auf.

Der Kasten 46 ist anderseits an der Muffe 39 befestigt, und zwar an einer Stelle, die oberhalb der Öffnung 44 der Leitung 40 hegt. Das aus der Düse 26 austretende Strömungsmittel verändert daher den Druck im Innenraum des Behälters 36 nicht, da es durch die Dichtung 42 hindurch aus der Öffnung 43 austreten kann. Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung entspricht der Anordnung gemäß Fig. 2.

Sobald die Düse 26 in Drehung versetzt wird, dreht sich auch die Prallplatte 23 und nimmt die Kugel 18 mit, die die Viskosität und damit die Konsistenz des Papierbreies mißt. Die Drehbewegung muß dabei natürlich langsam verlaufen, um im laminaren Strömungsbereich zu bleiben.

Während der Bewegung strömt das Antriebsströmungsmittel aus der Düse 26 aus und erzeugt in der Abzweigleitung 32 einen Druck, der durch ein Manometer 34 gemessen wird. Dieses kann in Konsistenzwerten des Papierbreies geeicht sein.

Ändert sich die Konsistenz, so ändert sich auch der Druck in der Abzweigleitung 32. Diese Änderung kann zur Steuerung des Reglers für die Konsistenz des Papierbreies benutzt werden. Da die Dichtungseinrichtung 42 um die von der Welle 34 getragene Muffe 39 angeordnet ist, beeinflußt die Reibung der Dichtung niemals die Konsistenzmessung. Alle Reibungsquellen liegen an Stellen zwischen den Meßorganen und der Motor-Getriebegruppe 27 bis 29.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Meß vorrichtung mit einer Prallplatten-Pralldüsenanordnung, die von einem unter Druck befindlichen Strömungsmittel durchsetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Organe (8, 16) um eine gemeinsame Achse drehbar angeordnet sind, von denen das eine (16) die Prallplatte (14) und das andere (8) die Pralldüse (9) trägt und von denen das eine Organ (8) im Sinne einer gegenseitigen Annäherung von Pralldüse und Prallplatte angetrieben ist, während das andere Organ (16) unter der Wirkung eines entgegengesetzt gerichteten Drehmomentes bzw. Widerstandsmomentes steht.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Pralldüse (9) und die Prallplatte (14) ein Kraftverstärker geschaltet ist.

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden drehbaren Organe (21, 24) über einen Torsionsstab (35) miteinander verbunden sind, durch den eine die Pralldüse (26) und die Prallplatte (23) in Richtung aufeinander drückende Vorspannung erzeugt wird.

4. Anwendung einer Meßvorrichtung nach Anspruch 1 als Flüssigkeitsviskosimeter, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Organ (21), das unter der Wirkung eines entgegengesetzt zur Antriebsrichtung des anderen Organes (24) gerichteten Widerstandsmomentes steht, mit einem in die zu untersuchende Flüssigkeit (19) eintauchenden Körper (18) verbunden ist.

5. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden drehbaren Organe (21, 24) im Innern eines dichten Behälters (36) angeordnet sind und daß das angetriebene Organ (24) unter Zwischenschaltung einer Dichtung (42) durch die Wandung des Behälters hindurchgeführt ist.

6. Meßvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden drehbaren Organe (21, 24) durch ein Torsionssystem verbunden sind, das ein in seinem Innenraum die Pralldüse (26) und die Prallplatte (23) aufnehmendes Gehäuse (46) umfaßt, das mit dem außerhalb des dichten Behälters (36) liegenden Raum in Verbindung steht.

In Betracht gezogene Druckschriften:

USA.-Patentschrift Nr. 2 800 136;

F. Kretzschmer: Pneumatische Regler, VDI-Verlag Düsseldorf, (1958), S. 60;

W. Weher: Zeitschrift für Instr.-Kunde, 66. Jahrgang, (1958), Juni, Heft 6, S. 107 bis 113.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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