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Luftmeßverhüter mit schwimmergesteuertem Flüssigkeits-Auslaßventil
Luft- bzw. Gasmeßverhüter dienen bekanntlich .dazu, im Flüssigkeitsstrom mitgeführte
bzw. sich daraus entwickelnde Gase, Dämpfe oder Luft vom Zähler fernzuhalten, um
Fehlmessungen zu vermeiden. Sie arbeiten im allgemeinen so, daß ein in einem von
der Flüssigkeit durchströmten Behälter eingebauter Schwimmer einen Steuervorgang
auf ein Ventil ausübt, wodurch die in dem Behälter sich ansammelnden Gase bei geöffnetem
Ventil austreten können. Ein Großteil der bekannten Bauarten ist jedoch nur für
geringe Durchflußmengen und hauptsächlich auch nur für Anlagen mit 'Schwerkraftabgabe
zu verwenden. Infolge Fehlens einer Einrichtung, die ein öffnen des von Hand betätigten
Ventils verhindert, solange noch Luft in dem System vorhanden ist, ist die Möglichkeit
von Fehlmessungen nicht ausgeschlossen.
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Es gibt zwar auch Geräte, welche .die geschilderte Unzulänglichkeit
nicht besitzen. Bei ihnen betätigt ein Schwimmer lediglich ein Schaltorgan, welches
eine Servokraft auf das hinter dem Meßorgan angeordnete Maßventil bzw. auf das Entlüftungsventil
wirken läßt. Diese Anlagen sind jedoch kostspielig, außerdem verwickelt im Aufbau
und daher störanfällig. Schließlich sind durch Schwimmer betätigte Ventile, die
in einem Luftsammelraum zum Ablassen von Konzentrationen gasförmiger Stoffe dienen,
nicht mehr neu. Bei ihnen wird bei- infolge :der Volumenvergrößerung des sich ansammelnden
Gases fallendem Flüssigkeitsspiegel im Abscheidebehälter durch den sinkenden Schwimmer
ein Luftauslaßventil direkt geöffnet. Gleichzeitig wird dabei ein am Boden des Behälters
befindliches Auslaßventil entsprechend dem- Schwimmerstand in Schließrichtung bewegt.
Diese Art von Luftmeßverhütern neigt zum Verklemmen. Außerdem ist bei ihnen ein
verhältnismäßig großer Schwimmer erforderlich.
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Mit der Erfindung wird ein Luftmeßverhüter vorgeschlagen, der die
Mängel der bekannten Ausführungen nicht besitzt. Er kennzeichnet sich im wesentlichen
dadurch, daß zwischen dem Flüssigkeitsauslaßventil und dem Schwimmer eine zum Schwimmerraum
hin mit mindestens einer vom Schwimmer gesteuerten, :drosselbaren Öffnung versehene
Druckkammer für das durch Differenzdruckwirkung betätigbare Ventil angeordnet ist.
Durch eine solche Anordnung ergeben sich ein sehr einfacher Aufbau, eine zwangläufige
Unterbrechung einer Messung, bevor Lufteinbrüche das Meßergebnis verfälschen können,
und ein automatischer Fortgang der Messung, sobald die angesammelte Luft oder das
Gas selbsttätig abgeschieden ist. Das erfindungsgemäße Gerät kann für Pumpenbetrieb
als auch für Schwerkraftabgabe in gleicher Weise eingesetzt werden. Ferner ist es
für hohe Durchflußgeschwindigkeiten geeignet, so daß das Leistungsvermögen des Meßgerätes
voll ausgenutzt werden kann.
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Der grundsätzliche Aufbau eines Gerätes nach der Erfindung ist in
einer schematischen Abbildung beispielsweise dargestellt. Die linke Hälfte zeigt
dabei die Schließstellung, die rechte Seite die Offenlage des das Gerät absperrenden
Ventils. In einem Behälter 1, dem die zu messende und zu entgasende Flüssigkeit
tangential durch einen Stutzen 2 zugeführt wird, ist ein Schwimmer 3 an einer
Stange 4 angeordnet. Die Stange 4 führt sich oben in einem am Deckel
5 befindlichen, mit Bohrungen 6 versehenen Vorsprung 7.
Ihr
Ende ist als Ventilteller 8 ausgebildet, der sich in der Schließstellung auf einen
an einem Stutzen 9 am Deckel s befindlichen Ventilsitz 10 des Entlüftungsventils
auflegt. Das untere Ende der Stange 4 ist als Abschlußkörper 11 eines
Nadelventils ausgebildet, wobei ihre Führung dort in einem im Behälter 1 befindlichen
Zwischenboden 12 erfolgt.
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Im Zwischenboden 12 sind eine Anzahl Durchgänge 13 vorgesehen, durch
welche die Flüssigkeit nach unten abströmen kann, sobald ein durch Rippen 31 geführter
Ventilkörper 14 des Auslaßventils angehoben ist. Über eine als Stutzen 15 -am Boden
16 des Behälters 1 angeordnete Ausflußöffnung verläßt dann die Flüssigkeit den Behälter
1. Oberhalb des Zwischenbodens 12 ist eine Kammer 17 angeordnet, die durch
mehrere Öffnungen 18 mit einer Druckkammer 19 verbunden ist.
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Die Druckkammer 19 ist oben durch den Zwischenboden 12 und
unten durch den Ventilkörper 14 begrenzt. Den seitlichen ringförmigen Abschluß der
Druckkammer 19 besorgen ein runder Vorsprung 20
am Zwischenboden 12
und ein ebensolcher Vor-
Sprung 21 am Ventilkörper
14, wobei beide durch eine Ringmembran 22 miteinander verbunden sind.
Im Ventilkörper 14 ist in der Mitte ein Durchlaß 23 vorgesehen, dessen der
Druckkammer 19 zugewandter Rand als Ventilsitz für den Abschlußkörper
11 des Nadelventils dient.
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In der Kammer 17 ist von dem Zwischenboden 12 nach oben vorspringend
ein Zylinder 24 angeordnet, in welchem ein an der Stange 4 befestigter, nach
oben sich leicht kegelig verjüngender Kolben 25 gleitet. Der mit Durchlässen 26
für den Druckausgleich versehene Kolben 25 schiebt sich in der Offenstellung
des Ventils in eine drosselbare Öffnung 27 in der Decke 28 der Kammer 17.
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Die Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes ist nachstehend erläutert.
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Wenn. die Flüssigkeit durch den tangential angeordneten Einlaufstutzen
2 eintritt, füllt sie zunächst den Behälter 1 und durch die drosselbare Öffnung
27 und die Öffnungen 18 die Kammer 17 sowie die Druckkammer 19. Ebenso wird der
Druckentlastungsraum 29 im Zylinder 24 gefüllt. Der Schwimmer 3 mit seiner
an der Stange 4 befindlichen Ventilnadel 11 verschließt zunächst den Durchlaß
23,
drückt dabei auch den Ventilkörper 14 auf seinen Sitz
30 und unterbricht damit die Verbindung zum nachgeschalteten Meßorgan. Beim
weiteren Ansteigen der Flüssigkeit wird der Schwimmer 3 angehoben, und der Ventilteller
8 schließt das Entlüftungsventil. Dieses Entlüftungsventil kann in bekannter
Weise mit Vorventil ausgebildet sein, welches darüber hinaus eine hydraulische oder
auch mechanische übersetzung aufweisen kann. Beim Steigen des Schwimmers
3 wird durch den Kolben 25 die drosselbare Öffnung 27 ausgefüllt und
die Kammer 17 abgesperrt. Die Durchlässe 26 ermöglichen eine Druckentlastung für
den Kolben 25. Sie dienen gleichzeitig zur Dämpfung der Schwimmerbewegungen. Wenn
also die Verbindung vom Schwimmerraum zur Druckkammer 19, abgesehen vom Spalt an
der drosselbaren Öffnung 27, verschlossen ist, kann ein statischer Druckausgleich
in dem System stattfinden. Die Verbindung von der Druckkammer 19 über den
Durchlaß 23 zum Meßorgan ist frei.
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In der Annahme, daß jetzt die Meßanlage bis zu einem geschlossenen
Absperrventil hinter dem Meßgerät mit Flüssigkeit gefüllt ist, herrscht in der ganzen
Anlage bei Schwerkraftbetrieb ein Druck entsprechend der Höhe des Flüssigkeitsspiegels
oder bei Pumpenbetrieb der Druck, den die Pumpe erzeugt.
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Die Messung beginnt mit dem Öffnen des soeben erwähnten Absperrventils
(nicht dargestellt) hinter dem Meßgerät. Damit ist eine Verbindung zur Atmosphäre
geschaffen, und der Druck in der Anlage baut sich unter Berücksichtigung aller beeinflussenden
Faktoren, wie Widerstände im Zähler usw., bis zur Absperrung der Kammer
17 auf einen bestimmten Druck ab. Es entsteht also ein Differenzdruck zwischen
dem Schwimmerraum und der Druckkammer 19. Damit wird der höhere Druck im
Schwimmerraum auf die untere, durch die Membran 22 und einen Teil des Ventilkörpers
14 gebildete Ringfläche des Absperrventils 14, die erheblich größer ist als
die abgesperrte, dem Querschnitt des Ausflußstutzens 15
gleiche Fläche wirksam,
der Ventilkörper 14 wird angehoben, das Ventil also geöffnet. Durch die einsetzende
Strömung und die Sogwirkung im Durchlaß 23 wird die Druckdifferenz zwischen Schwimmerraum
und Druckkammer 19 aufrechterhalten. Das Ventil bleibt geöffnet, solange die gleichen
Verhältnisse anhalten.
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Eintretende Luft bzw. Gas im Schwimmerraum hat zur Folge, daß der
Schwimmer 3 sinkt. Die Luft entweicht durch den Stutzen 9 des nunmehr geöffneten
Entlüftungsventils. Gleichzeitig taucht die Spitze 11 des Nadelventils in den Auslaß
23 ein und verengt den Querschnitt. Zur selben Zeit wird durch die kegelige Ausbildung
des Kolbens 25 der Spalt zwischen dem letzteren und der Wand der drosselbaren Öffnung
27 erweitert. Dadurch wird ein Druckanstieg in der Druckkammer 19 gegenüber der
Druckhöhe im Schwimmerraum hervorgerufen. Die Schließbewegung des Ventils
14 wird eingeleitet.
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Der Schließvorgang geht zunächst verhältnismäßig langsam vor sich,
da der erwähnte Spalt zwischen dem Mantel des Kolbens 25 und der Wand der drosselbaren
Öffnung 27 nur eine langsame Füllung der Druckkammer 19 zuläßt. Geringe Luftmengen
werden somit abgeschieden, bevor die durch Freigabe der drosselbaren Öffnung 27
einsetzende Schließbewegung möglich ist.
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Bei stärkerem Lufteinfall wie auch bei Restentleerung sinkt .der Schwimmer
3 schnell ab, und der Kolben 25 gibt die Öffnung 27 rasch frei. Außerdem
setzt sich die Stange 4 mit ihrer Ventilnadel 11 auf den Durchlaß 23 des Ventilkörpers
14 und verschließt diesen. über die Öffnung 27 und die Öffnungen 18 findet sofort
voller Druckausgleich zwischen dem Schwimmerraum und der Druckkammer 19 statt, wodurch
der volle Druck, der noch durch das Gewicht des Schwimmers 3 unterstützt wird, gegenüber
dem Querschnitt des Auslasses als Schließkraft wirksam werden kann. Die Messung
ist mit Sicherheit unterbrochen.
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Ein erneutes Öffnen des Ventils und damit die Möglichkeit, eine Messung
fortzuführen oder neu zu beginnen, ist erst wieder gegeben, wenn sich im Schwimmerraum
ein bestimmter Druck aufgebaut hat. Hierfür ist Voraussetzung, daß die mitgeführte
Luft vollkommen abgeschieden ist und der Schwimmer 3 das Entlüftungsventil geschlossen
hat.