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Gravimetrischer Durchflußmesser Die Erfindung betrifft einen gravimetrischen
Durchflußmesser, und zwar, ganz allgemein gesagt, einen dynamischen Durchflußmesser.
Das Prinzip eines dynamischen Durchflußmessers läßt sich etwa wie folgt darstellen:
Um die Winkelgeschwindigkeit eines Flüssigkeitsstromes von einem gegebenen Anfangswert
auf einen gegebenen Endwert zu erhöhen, muß ein bestimmter Energiebetrag aufgewendet
werden, der proportional der axialen Strömungsgeschwindigkeit und dem spezifischen
Gewicht und damit dem gravimetrischen Durchfluß der zu messenden Flüssigkeit ist.
Hierfür geeignete Instrumente können also im Gegensatz zu anderen Durchflußmessern
direkt zur Messung des gravimetrischen Durchflusses verwendet werden.
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Es ist bekannt, zur Vereinfachung der Meßeinrichtung entweder den
Anfangs- oder Endwert der Winkelgeschwindigkeit auf Null zu bringen, d. h. die Einrichtung
so auszubilden, daß am Anfang oder am Ende eine reine axiale Strömung vorhanden
ist. Abhängig davon, ob der Anfangs- oder der Endwert der Winkelgeschwindigkeit
gleich Null gesetzt wird, ergibt sich ein Durchflußmesser, der entsprechend einer
der beiden Hauptgruppen der zur Zeit verwendeten dynamischen Durchflußmesser angehört.
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Bei den Durchflußmessern der ersten Gruppe durchläuft der Flüssigkeitsstrom
vor der Messung eine Gruppe gleichrichtender Kanäle, in denen jede tangentiale Strömung
unterdrückt wird, wodurch sichergestellt wird, daß der Anfangswert der Winkelgeschwindigkeit
gleich Null ist. Der Flüssigkeitsstrom wird dann der Wirkung eines Flügelrades ausgesetzt,
welches von einem Motor angetrieben wird und der Flüssigkeit eine Endwinkelgeschwindigkeit
erteilt. Zur Messung der hierzu aufgewendeten Energie wird eine dynamometrische
Anordnung verwendet, die aus einer in der Verbindung zwischen der Motorwelle oder
dem hiermit fest verbundenen Antriebselement und dem Flügelrad, das sich in bezug
auf die Motorachse oder das Antriebselement begrenzt verdrehen kann, angeordneten
Torsionsfeder besteht. Im Gleichgewichtszustand gleicht die Feder den von der Flüssigkeit
der Winkelbeschleunigung entgegengesetzten Widerstand aus, d. h., sie gleicht die
Energie aus, die nötig ist, um über das Flügelrad die Flüssigkeit in Rotation zu
versetzen. Die Winkelverdrehung zwischen dem Flügelrad und der Motorwelle oder dem
fest mit ihr verbundenen Antriebselement ist ein Maß für die genannte Energie und
damit für den gravimetrischen Durchfluß.
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Bei den Durchflußmessern der zweiten Gruppe wird der Flüssigkeitsstrom
zuerst der Wirkung eines motorgetriebenen Flügelrades ausgesetzt, das ihm die festgelegte
Anfangswinkelgeschwindigkeit erteilt. Der Flüssigkeitsstrom wird dann durch eine
Gruppe gleichrichtender Kanäle geleitet, die jede tangentiale Strömung der Flüssigkeit
unterdrücken und somit die dem Flüssigkeitsstrom durch das Flügelrad erteilte Anfangswinkelgeschwindigkeit
auf die Endwinkelgeschwindigkeit Null herabsetzen. Um die aufgewendete Energie zu
messen, wird hier eine dynamometrische Anordnung verwendet, die aus einer zwischen
der Gruppe gleichrichtender Kanäle, die eine sich in bezug auf den festen Teil der
Meßanordnung begrenzt verdrehbare Bremsturbine tragen, und dem festen Teil der Anordnung
befestigten Torsionsfeder besteht. Im Gleichgewichtszustand, wenn die Feder den
von der Flüssigkeit der Winkelverzögerung entgegengesetzten Widerstand ausgleicht,
d. h. die Energie ausgleicht, die von der Bremsturbine aufgewendet werden muß, um
die Rotation der Flüssigkeit zu unterdrücken, ist die Winkelverdrehung zwischen
der Bremsturbine und dem festen Teil der Meßanordnung ein Maß für die genannte Energie
und damit dem gravimetrischen Durchfluß proportional.
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Man kann die Durchflußmesser der ersten Gruppe als Beschleunigungs-Durchflußmesser
und die der zweiten Gruppe als Verzögerungs-Durchflußmesser bezeichnen. Beide Arten
von Durchflußmessern sind bekannt. Die Beschleunigungs-Durchflußmesser haben
den
Vorteil, daß sie einfacher und kompakter im Aufbau sind als Verzögerungs-Durchflußmesser,
sie haben jedoch den Nachteil, daß es bei ihnen schwieriger ist, die Winkelverdrehung
zu messen, da zwischen zwei kontinuierlich umlaufenden Teilen gemessen werden muß,
wobei gewisse schwierig zu lösende Konstruktionsprobleme auftauchen.
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Es ist bekannt, sowohl bei Beschleunigungs- als auch bei Verzögerungs-Durchfiußmessern,
die Winkelverdrehung zwischen den beiden Elementen mit einem zweiteiligen elektrischen
Generator zu messen, dessen einer Teil mit dem Antriebselement und dessen anderer
Teil mit dem Flügelrad umläuft -Beschleunigungs-Durchflußmesser - oder dessen einer
Teil mit der Bremsturbine umläuft und dessen anderer Teil festliegt - Verzögerungs-Durchflußmesser
-. Bei einer bekannten derartigen Anordnung für einen Beschleunigungs-Durchflußmesser
ist der eine Generatorteil fest mit dem Flügelrad und der andere Generatorteil fest
mit einer Turbine verbunden. Bei einem weiteren bekannten Durchflußmesser können
zwei magnetische Induktoren als die beiden Teile eines Signalgenerators angesehen
werden. Bei einem weiteren Durchflußmesesr ist der äußere Teil des Generators fest
mit dem Antriebselement verbunden, während der innere Teil fest mit einem weiteren
Antriebselement verbunden ist.
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Schließlich ist es bekannt, die Winkelverdrehung nicht mit einem elektrischen
Signalgenerator, sondern mit Hilfe einer stroboskopischen Einrichtung zu messen.
Bei allen diesen Durchflußmessern sind die beiden Teile des Signalgenerators mechanisch
fest mit den beiden rotierenden Teilen, nämlich dem Antriebselement und dem Flügelrad
verbunden. Auch bei Verzögerungs-Durchfiußmessem ist es bekannt, einen elektrischen
Signalgenerator zu verwenden.
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Die Erfindung betrifft einen gravimetrischen Durchflußmesser, bei
dem durch ein von einem Antriebselement über eine elastische Kupplung kontinuierlich
angetriebenes Flügelrad der Masse der strömenden Flüssigkeit ein Moment erteilt
wird, welches sie tangential von einer Anfangswinkelgeschwindigkelt Null auf eine
Endwinkelgeschwindigkeit beschleunigt, so daß die Winkelverdrehung zwischen dem
sich kontinuierlich drehenden Antriebselement und dem Flügelrad im eingeschwungenen
Zustand ein Maß für den gravimetrischen Durchfluß ist, und bei dem die Winkelverdrehung
als ein elektrisches Signal aus einem zweiteiligen Generator abgeleitet wird, desesn
Teile synchron mit dem Antriebselement und dem Flügelrad umlaufen und der in einem
abgeschlossenen Gehäuse angeordnet ist. Die Erfindung geht somit von einem Beschleunigungs-Durchflußmesser
aus.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Beschleunigungs-Durchflußmesser
weiter zu verbessern, d. h. insbesondere einen Durchflußmesser zu schaffen, bei
dem die Mittel zum Antreiben des Antriebselementes und die Mittel zur Messung der
Winkelverdrehung zwischen dem Antriebselement und dem Flügelrad in einem festen
geschlossenen Gehäuse, geschützt vor dem Flüssigkeitsstrom untergebracht werden
können. Eine derartige Anordnung ist bisher für Beschleunigungs-Durchflußmesser
nicht verwirktlicht. So liegen bei den bekannten Durchflußmessern die Generatoren
entweder innerhalb der Kammer der beiden umlaufenden Elemente oder in einer Kammer,
die aus den fest mit
dem umlaufenden Flügelrad verbundenen Elementen gebildet wird.
Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß die entsprechenden
Teile des Generators mit dem Antriebselement und dem Flügelrad durch die Wand des
Gehäuses über an sich bekannte magnetische òder ähnliche Kupplungen gekuppelt sind
und daß ein Elektromotor vorgesehen ist, der ebenfalls in dem abgeschlossenen Gehäuse
angeordnet ist und der den bei der Rotation mit dem Antriebselement gekuppelten
Generatorteil antreibt.
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Der Durchflußmesser nach der Erfindung behält außer dem Vorteil,
daß alle elektrischen Bauelemente in einem flüssigkeitsdichten Gehäuse untergebracht
sind, den für Beschleunigungs-Durchflußmesser bekannten Vorteil bei, daß alle sich
drehenden mechanischen Teile eine gedrungene Einbaugruppe bilden, die wenig Raum
ausfüllt. Bei zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung kann die Einbaugruppe für
sich allein getrennt hergestellt werden, gesondert geprüft und gegebenenfalls auch
unabhängig von anderen Teilen des Gerätes ausgetauscht werden.
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In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist das Antriebselement
auf dem Umfang des abgeschlossenen Gehäuses und das Flügelrad in dem Antriebselement
gelagert. Der Vorteil einer solchen Anordnung liegt in einer maximalen Empfindlichkeit
bei kleinsten Relativverdrehungen zwischen dem Antriebselement und dem Flügelrad,
wobei sehr kleine Lager zwischen diesen beiden Elementen vorgesehen werden können,
ohne der Robustheit der Gesamtanordnung zu schaden. Im übrigen bietet diese Anordnung
den Vorteil eines rein axialen Durchflusses des Strömungsmittels. Weitere Vorteile
der aus Antriebselement und Flügelrad bestehenden Baugruppe werden an Hand der nachfolgenden
Beschreibung noch erläutert werden.
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Der Durchflußmesser nach der Erfindung ist für beide Strömungsrichtungen
verwendbar. Um dies zu ermöglichen, ist ein Durchflußrichtungsfühler, beispielsweise
eine Schraube oder ein Propeller, vorgesehen, welcher strömungsrichtungsabhängig
die Anzeigeeinrichtung des Durchflußmessesr, insbesondere die Anzeigeeinrichtung
eines vom Durchflußmessersignal betätigten Summenanzeigers reversiert. In der Möglichkeit,
auch bei Strömungsrichtungsänderung eine genaue Messung zu gestatten, liegt ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung.
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung an Hand der Zeichnungen
beschrieben. In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 einen axialen Schnitt durch einen Durchflußmesser,
F i g. 2, 3 und 4 Querschnitte gemäß den in der F i g. 1 angegebenen Schnittebenen
2-2, 3-3 und 4-4 und F i g. 5 ein elektrisches Schaitschema einer Anlage, in der
mehrere erfindungsgemäß ausgebildete Durch-Außmesser vorgesehen sind.
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Das äußere Gehäuse 10 des Durchflußmessers besteht aus einem zylindrischen
Mittelteill3, dessen Durchmesser größer ist als der der Leitung, in die der Durchflußmesser
eingebaut werden soll, und konischen Endabschnitten 11 und 11 a, welche zum Anschluß
an die Leitung dienen.
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In diesem äußeren Gehäuse 10 befindet sich ein inneres Gehäuse 14,
welches aus zwei in axialer Richtung um einen bestimmten Betrag auseinander
liegenden
Abschnitten 14 a und 14 b besteht, in die, wie sich noch später zeigen wird, die
Rotoranordnung eingesetzt wird. Jeder der zwei Abschnitte 14 a und 14 b wird in
dem zylindrischen Abschnitt des Außengehäuses mit radialen Stegen 17 und 17 a (s.
auch F i g. 2) gehalten, welche als Leit- oder Richtschaufeln dienen und zwischen
sich eine Reihe von Längskanälen 18 und 18 für das Strömungsmittel abtrennen. Die
zwei Abschnitte des Innengehäuses enden an den gegenüberliegenden Außenabschnitten
in konischen Kappen 15 und 15 a. Der Abschnitt 14 a ist gegenüber dem Zwischenraum
zwischen den zwei Abschnitten 14 u und 14 b des Innengehäuses geschlossen ausgebildet.
Der Abschluß wird durch einen vorspringenden Teil erzielt, der die Gestalt eines
Umdrehungskörpers hat, welcher im wesentlichen aus zwei abgestuft kleiner werdenden
Zylindern 39 und 47 besteht.
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An seiner zum Zwischenraum gerichteten Seite befindet sich in dem
Innengehäuseabschnitt 14 b eine ebene Querwand 82.
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In dem Zwischenraum zwischen den zwei Abschnitten 14 a und 14 b des
Innengehäuses befindet sich die Rotoranordnung, die nun beschrieben werden soll.
Die Rotoranordnung besteht aus zwei koaxialen Organen, die gegeneinander verdrehbar
sind. Bei diesen beiden Organen handelt es sich um den Mitnehmer 43 und das Flügelrad
oder die Turbinde 53. Es ist ersichtlich, daß gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung der Mitnehmer alle Teile des Flügelrades umgibt, was nachfolgend noch
ausführlicher erläutert wird.
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Der Mitnehmer 43 ist an seinem in Fig. 1 links gelegenen Ende mit
einer kreisförmigen Platte 49 versehen, welche mit einer mittleren Nabe in einem
Lager 51 a gelagert ist, das von der festen Wand 82 getragen wird. Der Mitnehmer
43 weist an seinem rechts gelegenen Ende einen nach innen eingestülpten Teil 46
auf, dessen Profil etwa dem Außenprofil des vorspringenden Abschnittes des Gehäuses
14 a entspricht und drehbar auf dem Lager 48 des Gehäuseabschnittes abgestützt ist.
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Die beiden Wandungen der Außenteile 46 und 49 sind mit Hilfe von
gegenüberliegend angeordneten Stangen 50 verbunden. im übrigen besteht der Mitnehmer
43 noch aus einem äußeren Zylindermantel 69, der fest mit dem Umfang der zwei Wände
der Außenteile 49 und 46 über eine Reihe von radialen Stegen 74 und 77 verbunden
ist, die einen genügend breiten freien Raum bestehen lassen, um nicht merklich den
Strömungsmittelfluß zu behindern. Der Zylindermantel 69 selbst befindet sich außerhalb
der Strömung in einer zylindrischen Ausnehmung 70, die im Bereich des Mitnehmers
in die Wand des Außengehäuses 10 eingearbeitet ist. Der Abstand zwischen der Ausnehmung
70 und der Außenfläche der zylindrischen Wand ist gerade groß genug, um einen freien
Umlauf des Mitnehmers in seinen Lagern 48 und 51 a zu ermöglichen. Die Stege 77
und 74 können ein Teil der Wandungen 49 und 46 sein. Mindestens an einem Ende, beispielsweise
im dargestellten Beispiel an der Wand 49, ist der Zylindermantel 69 mit Hilfe von
Schraubbolzen an den Stegen befestigt.
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Das Flügelrad 53 wird von einer kurzen Achse 55 getragen, deren Enden
mit Hilfe von Lagern 56 in der Mitte der beiden Endwandungen 46 und 49 des Mitnehmers
gelagert sind. Unter der Annahme, daß die Amplitude begrenzt ist und nur geringe
Winkel-
geschwindigkeiten zwischen dem Pumpenrad und dem Mitnehmer auftreten, sind
diese Lager 56 vorzugsweise so leicht wie möglich ausgebildet und so ausgestaltet,
daß sie nur einen sehr geringen Verdrehungswiderstand bieten und eine Vergrößerung
der Empfindlichkeit auf einen Maximalwert ermöglichen. Das Flügelrad besteht aus
einer ebenen Querwand54, die fest auf die Achse 55 aufgesetzt ist und kreisbogenförmige
Schlitze 52 (s. F i g. 3) aufweist, welche sich in dem Beispiel über einen Bogen
von etwa 1400 erstrecken und einen freien Durchtritt der StangenSO und die gewollte
Verdrehung zwischen dem Flügelrad und dem Mitnehmer ermöglichen. Ein Zylindermantel
57, welcher einen festen Bestandteil der Scheibe 54 bildet und einen Außendurchmesser
hat, der gleich dem Außendurchmesser der Abschnitte14a und 14 b des Innengehäuses
ist, trägt auf seinem Außenumfang eine Reihe Von radialen längsgerichteten Schaufeln
58, die zwischen sich Durchflußkanäle 59 für die Flüssigkeit bilden.
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Nach außen hin sind die Durchilußkanäle 59 von einem Zylindermantel
68 begrenzt, dessen Innendurchmesser gleich dem des Außengehäuses 10 ist.
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Das Spiel zwischen den zwei Zylindermänteln 68 und 69 des Flügelrades
und des Mitnehmers ist klein. Im übrigen wird der Flüssigkeitsstrom, der zwischen
den beiden Zylindermänteln eintreten kann, nur durch die sehr wenig im inneren und
äußeren Teil der Strömung unterschiedlichen Mitnahmegeschwindigkeiten beaufschlagt,
so daß der Verzögerungseffekt, der sich auf Grund der Viskosität der Strömungsmittelschicht
bei der Relatiwerdrehung von Flügelrad und Mitnehmer ergibt, praktisch gleich Null
ist.
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Eine auf die Achse 55 aufgesetzte Spiralfeder 60> die mit ihrem
einen Ende an der Achse 55 und mit ihrem anderen Ende an einem Zapfen 61 der Wand
49 des Mitnehmers verankert ist, bewirkt ein elastisches Rückstellmoment, welches
bestrebt ist, das Flügelrad in eine vorbestimmte Relativwinkelstellung gegenüber
dem Mitnehmer einzustellen.
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Es ist ersichtlich, daß der gesamte Rotor, welcher aus dem Flügelrad,
dem Mitnehmer und der Verbindungsfeder besteht, ein kompaktes Aggregat bildet, welches
leicht montiert und demontiert werden kann und zugleich robust und empfindlich ist.
Dadurch, daß der Rotor außen mit zwei kräftig dimensionierten, weit auseinander
liegenden Lagern 48 und 51 a versehen ist, ergibt sich eine gute Zentrierung in
dem festen Gehäuse des Gerätes. Da der Mitnehmer in seinem Inneren zwei leichte
Lager 56 enthält, die eine Relatiwerdrehung zwischen dem Mitnehmer und dem Pumpenrad
ermöglichen, ergibt sich für die Verdrehungen, die den eigentlichen Meßfaktor darstellen,
eine sehr große Empfindlichkeit.
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In dem Abschnitt 14 a des inneren Gehäuses ist im Bereich der Endkappe
15 ein Elektromotor 20 gelagert. Obwohl Einzelheiten der Motormontage kaum von Bedeutung
sind, sei erwähnt, daß der Motor auf einer Platte 21 befestigt ist, die ihrerseits
wiederum mit Schraubbolzen 24 an einer inneren Schulter des Gehäuseabschnittes 14
a angeschraubt ist.
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Dieser Motor treibt über ein Untersetzungsgetriebe mit den Zahnrädern
32, 34 und 35 und eine Sicherheitsreibungskupplung 36 eine Achse 28, die in ein
Lager 29 am Boden des schalenförmigen Gehäuseteiles 22 gelagert ist.
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Auf die Achse 28 ist der eine Bauteil 26 eines elektrischen Signalgenerators
25 aufgekeilt, dessen
anderer Bauteil 27 in dem Teil 47 des vorspringenden
Gehäuses 39 mit Hilfe eines Lagers 48' gelagert ist. Ein nicht dargestelltes Innenlager
zwischen den beiden Bauteilen 26, 27 ermöglicht Relativverdrehungen. Der Signalgenerator
25 kann in einer beliebigen, bekannten Weise ausgebildet sein, d. h., es kann sich
um einen Induktionsdrehfeldgeber, um eine Potentiometeranordnung od. ä. handeln.
Beispiele geeigneter Generatoren werden nachfolgend in Verbindung mit der Fig.5
erläutert. Für das Verständnis der Beschreibung der Fig. 1 genügt es, zu wissen,
daß, sobald die Relativlage der zwei Bauteile 27 und 26 bezüglich ihrer gemeinsamen
Achse um eine bestimmte Größe von einer Bezugslage abweicht, der Bauteil 26 mit
Hilfe der auf die Achse 28 aufgesetzten Schleifringanordnung 30 ein Spannungssignal
aussendet, dessen Größe und Vorzeichen der Lagendifferenz entspricht.
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Der Bauteil 26, welcher auf mechanischem Wege von dem Motor 20 angetrieben
wird, treibt den Mitnehmer 43 mit der ihm eigenen Winkelgeschwindigkeit über eine
magnetische Kupplung an, zu der der Kranz von Magnetpolen 38 gehört, welcher mit
einem komplementären Kranz von Magnetpolen 41 zusammenarbeitet, die über den zylindrischen
Ansatz 42 mit dem Mitnehmer 43 verbunden sind. Die magnetische Kupplung zwischen
den zwei Magnetkränzen 38 und 41 erfolgt durch die aus einer geeigneten, nichtmagnetischen
Legierung bestehenden zylindrischen Wand 39 des vorspringenden Gehäuseteiles hindurch.
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Der Bauteil 27 des Signalgenerators wird von dem Flügelrad 53 mit
dessen Winkelgeschwindigkeit angetrieben. Dieser Antrieb erfolgt über eine magnetische
Kupplung, die aus einem Kranz von Magnetpolen 63 besteht, welcher über einen zylindrischen
Ansatz 62 fest mit dem Pumpenrad verbunden ist und mit einem Kranz von Magnetpolen
64 zusammenarbeitet, der auf die fest mit dem Bauteil 27 des Signalgenerators verbundenen
Achse 65 aufgekeilt ist. Die magnetische Kupplung erfolgt durch die aus einer geeigneten
Legierung hergestellte eingezogene Wandung 46 des Mitnehmers 43 und den vorspringenden
zylindrischen Teil des Innengehäuses hindurch.
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Die Arbeitsweise des Gerätes ergibt sich klar aus der vorstehenden
Beschreibung. Das Strömungsmittel, dessen gravimetrischer Verbrauch gemessen werden
soll, beispielsweise ein flüssiger Brennstoff, kann von rechts oder links in das
Gerät eintreten.
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Beim Durchfluß durch die festen Längskanäle 18 (oder 18 a) ergibt
sich unter dem Einfluß der Leitschaufeln 17 (oder 17a) eine exakt parallele Strömung,
die frei von Turbulenzerscheinungen ist. Die Flüssigkeit tritt dann über die großen
ringförmigen Öffnungen an den Enden des Mitnehmers zwischen den Stegen 74 oder 77
in die Kanäle 59 des Flügelrades ein. Dieses Flügelrad wird über die Spiralfeder
60 von dem Mitnehmer 43 in Rotation versetzt, welcher seinerseits mit konstanter
Geschwindigkeit von dem Motor 20 über das Untersetzungsgetriebe, den Bauteil 26
des Generators und die Magnetkupplung 38 bis 41 angetrieben wird. Die Schaufeln
58 des Flügelrades werden durch die Flüssigkeitsteilströme in tangentialer Richtung
entgegen der Rotation des Schaufelrades beaufschlagt. Die sich hierbei ergebende
Reaktion ist dem gravimetrischen Durchfluß der Flüssigkeit proportional. Diese Reaktion
macht
sich als Widerstandsmoment bemerkbar, welches der Mitnahme des Flügelrades
durch den Mitnehmer entgegenwirkt. Unter dem Einfluß dieses Momentes und des Rückstellmomentes
der Spiralfeder 60 nimmt der relative Lagenwinkel zwischen dem Flügelrad und dem
Mitnehmer einen der Gleichgewichtsstellung entsprechenden Wert an der stets einem
bestimmten gravimetrischen Flüssigkeitsdurcnfluß entspricht und sich in zeitlicher
Übereinstimmung mit dem gravimetrischen Verbrauch ändert. Da auf Grund der entsprechenden
Magnetkupplungen der Bauteil 27 des Generators in fester Winkelbeziehung zum Flügelrad
und der Bauteil 26 in fester Beziehung zu dem Mitnehmer steht, findet sich der gleiche
Winkel auch zwischen den Bauteilen 26 und 27 des Signalgenerators wieder, der dann
ein entsprechendes elektrisches Signal aussendet.
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In der Fig. 5 sind bei 25 a und 25b elektrische Schaltschemen von
zwei Generatoren dargestellt, die dem Generator 25 der F i g. 1 bis 4 entsprechen
und von denen angenommen ist, daß sie einen Teil von zwei erfindungsgemäß ausgebildeten
Durchflußmessern bilden, die beispielsweise in die Speiseleitungen von zwei Motoren
eines mehrmotorigen Flugzeuges eingebaut sind. Wegen einer allgemeineren Darstellung
ist der Generator 25 a als Induktionsdrehfeldgeber und der Generator 25b als potentiometrischer
Generator dargestellt.
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Im Falle des Generators 25 a kann der Bauteil 27 a beispielsweise
eine einfache Primärwicklung sein, die mit einer Einphasenspannungsquelle 90 (über
je zwei der fünf Schleifringe 30 und der fünf Bürsten 126 der Fig. 1) verbunden
ist. Der Bauteil 26 a ist dann die Sekundärwicklung, die hier dreiphasig in Sternschaltung
angeordnet ist. Gemäß der an sich bekannten Schaltung von Drehfeldübertragern sind
die drei sekundären Wicklungen 26a mit den drei Primärwicklungen eines Drehfeldnehmers
84 verbunden, dessen einfach ausgebildete Sekundärwicklung 85 über einen Verstärker
86 die veränderliche Phasenwicklung 87 eines Zweiphasenmotors 88 speist. Die andere
Phasenwicklung 89 des Motors ist mit der Spannungsquelle verbunden. Der Motor 88
treibt über eine mechanische Verbindung den beweglichen Teil 85 des Drehfeldnehmers
84 derart, daß ständig zwischen den zwei Bauelementen eine Relativlage erzielt wird,
die der zwischen den zwei Bauteilen des Drehfeldgebers 25 a entspricht. Die der
Steuerwicklung 87 des Motors 88 zugeführte Spannung ist im abgeglichenen Zustand
gleich Null. Der Motor 88 bewegt ferner den Zeiger eines Zeigerinstrumentes 91,
das eine Angabe über den gravimetrischen Brennstoffverbrauch gibt.
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Bei dem potentiometrischen Generator 25 b ist die allgemeine Arbeitsweise
die gleiche. Hier ist der Bauteil 26 b des Signalgenerators der an eine Spannungsquelle
angeschlossene Widerstand eines Potentiometers, während der Bauteil 27 b der Abgriff
des Potentiometers ist. Der Empfänger dieser Fernsteuerung ist ein weiteres Potentiometer
96, dessen Widerstand 97 gegenüber dem Potentiometer 26b gegenpolig an die Spannungsquelle
angeschlossen ist. Der Abgriff 95 ist mit dem Abgriff 27b und der phasenveränderlichen
Wicklung 87 a eines Zweiphasenmotors 88 a verbunden, dessen phasenfeste Wicklung
89 a mit der Spannungsquelle verbunden ist. Die phasenveränderliche Steuerwicklung
87a wird auf diese Weise mit der Spannungsdifferenz zwischen den Abgriffen des
sendenden
Potentiometers 25 b und des empfangenden Potentiometers 96 gespeist, um dafür zu
sorgen, daß der Abgriff 95 in die gleiche Relativlage gegenüber dem Widerstand 97
kommt wie der Abgriff 27 b des senden den Potentiometers gegenüber dessen Widerstand
26 b. Der Motor 88 a treibt ferner den Zeiger eines Anzeigeinstrumentes 91 a an,
dessen Anzeige dem gravimetrischen Verbrauch beim zweiten Durchflußmesser entspricht.
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Vor allem, wenn die erfindungsgemäßen Durchfiußmesser den Brennstoffverbrauch
mehrmotoriger Flugzeuge messen sollen, ist es interessant, außer dem augenblicklichen
Verbrauch in jeder Brennstoffleitung auch den augenblicklichen Verbrauch in allen
Brennstoffleitungen und damit auch den Gesamtbrennstoffverbrauch aller Motoren zu
erfahren. Die letztgenannte Anzeige ist besonders wichtig, um den noch verbleibenden
Flugbrennstoff und damit auch die noch mögliche Flugdauer zu erfahren. Das Schaltschema
der F i g. 5 zeigt ein Beispiel für eine Anlage, die diese Anzeigen ermöglicht.
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Um den augenblicklichen Gesamtverbrauch in allen Brennstoffleitungen
zu erfahren, treibt jeder Motor, wie beispielsweise 88, 88 a, einen Abgriff 100,
100a eines Potentiometers 101 bzw. 101 a an, dessen Widerstand 102, 102 a an die
Spannungsquelle 90 angeschlossen ist. Auf diese Weise ist das an jedem der Abgriffe
100 und 100a abgegriffene Potential dem gravimetrischen Verbrauch in der betrachteten
Leitung proportional. Diese Potentiale werden den Enden von Vorwiderständen A',
B' zugeführt, deren andere Enden miteinander verbunden sind. In der Zeichnung sind
weitere Vorwiderstände C', D' angegeben, denen man die auf ähnliche Weise erzeugten
Potentiale für den gravimetrischen Durchfluß in zwei weiteren Verbraucherleitungen
zuführen kann. Die dargestellte Anordnung stellt somit die beispielsweise für ein
viermotoriges Flugzeug vorgesehene Anordnung dar. Die Verbindungsleitung. der vier
Widerstände ist an den Eingang eines Verstärkers 105 angeschlossen, der die eine
Phase 106 eines Zweiphasenmotors 107 speist, dessen andere Phase 108 an die Spannungsquelle
angeschlossen ist. Auf diese Weise ist die dem Motor 107 zugeführte Spannung der
Summe des gravimetrischen Verbrauchs in den vier Leitungen proportional. Dieser
Motor 107 bewegt den Abgriff 110 eines Rückkopplungspotentiometers 111, dessen Widerstand
mit der Spannungsquelle verbunden ist. Der Abgriff des Potentiometers 111 ist mit
dem Eingang des Verstärkers 105 verbunden, so daß dort eine Spannung entsteht, die
der über die Parallelschaltung von Widerständen A', B', C', D' zugeführte Spannung
wieder beseitigt. Es ist offensichtlich, daß die Verstellungen des Motors und des
von dem Motor angetriebenen Zeigers eines Anzeigeinstrumentes 109 den Schwankungen
der Summe des gravimetrischen Verbrauchs in den vier Brennstoffleitungen proportional
sind.
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Um die Gesamtmenge des Brennstoffes anzuzeigen, die während einer
vorgegebenen Zeit durch die vier Leitungen geströmt ist, werden die vier mit den
Abgriffen der vier Meßpotentiometer 101, 101 a usw. abgegriffenen Spannungen andererseits
vier weiteren Vorwiderständen A2, B2, C2, D2 zugeführt, die dann an ihrem gemeinsamen
Verbindungspunkt eine Spannung liefern, die der Summe des gravimetrischen Verbrauches
in den vier Leitungen proportional ist.
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Diese Spannung wird mit Hilfe eines zweipoligen
Umschalters, dessen
Aufgabe später noch erläutert wird, dem Eingang eines Verstärkers zugeführt, der
die Steuenvicklung 116 eines weiteren Zweiphasenmotors speist, dessen Drehzahl dann
der Summe des gravimetrischen Verbrauchs proportional wird. Um diese Proportionalität
zu verbessern, könnte man in an sich bekannter Weise auch noch eine tachometrische
Rückkopplung vorsehen. Der Motor 114 treibt einen Summenzähler 113, beispielsweise
einen Trommelzähler, an, der die Motordrehzahl integriert und somit die gesamte
Menge des seit der letzten Nullstellung verbrauchten Brennstoffes anzeigt.
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Der zweipolige Umschalter oder Polwender 121 hat die Aufgabe, die
Eingangsklemmen des Verstärkers 116a miteinander zu vertauschen, um dadurch die
Drehrichtung des Motors 114 und die Anzeigerichtung des Zählers 113 zu reversieren.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Polwender
automatisch durch das Strömungsmittel selbst betätigt. Zu diesem Zwecke ist, wie
die Fig. 1 zeigt, ein kleiner Propeller 124 vorgesehen, welcher in das Strömungsmittel
eintaucht.
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Der Propeller 124 ist auf einer Achse 122 befestigt, die in einem
abgedichteten Lager 123 am Außenende der Kappe 15 des Innengehäuses gelagert ist.
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Diese Achse wirkt über nicht dargestellte Übertragungsmittel auf den
am Innengehäuse angeordneten Polwender 121 ein. Auf diese Weise stellt sich je nach
der Strömungsrichtung der Polwender 121 automatisch in eine seiner zwei Schaltstellungen
ein, um den Motor 114 in der einen oder in der anderen Drehrichtung anzutreiben.
Es ist offensichtlich, daß unter diesen Bedingungen, wenn beispielsweise die Anschlüsse
so gewählt sind, daß der Zähler 113 bei sich leerenden Behältern kleiner werdende
Werte anzeigt und dafür gesorgt ist, daß der Zähler in einem bestimmten Augenblick
auch den tatsächlichen Inhalt des Behälters wiedergibt, dieser Zähler ständig so
verstellt wird, daß er den Tatsachen entsprechend die noch verbleibende, verfügbare
Brennstoffmenge anzeigt, selbst wenn die Behälter zwischenzeitlich eine beliebige
Anzahl von Malen wieder gefüllt worden sind.
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Alle elektrischen Anschlußleitungen, die mit den Bürsten 126 verbunden
sind und zum Generator 25 und Motor 20 führen und auch die Anschlußleitungen zum
Polwender 121 sind in einem Verbindungskabel 127 vereinigt, welches durch ein profiliertes
Zwischenstück 128 hindurchführt, das den Strömungsmittelkanal 18 durchquert. Die
Leiter dieses Kabels sind mit den Klemmen 129 eines außen am Gerät angebrachten
Anschlußstückes 130 verbunden.
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Es kann weiterhin die Ausbildung des Instrumentes etwa vereinfacht
und dessen Abmessungen verkleinert werden, wenn keine Umkehr der Strömungsrichtung
zu berücksichtigen ist. In diesem Fall ist die Anordnung gemäß Fig. 1 leicht umzubilden.
Hier genügt es, den Abschnitt 80 des Außengehäuses von den beiden Nachbarabschnitten
abzuschrauben. Der Teil 14 b des Innengehäuses, welcher fest mit dem Abschnitt 80
über die Stege 17 a verbunden ist, entfällt dann auch. Der Abschnitt 11 a, welcher
mit den radialen Stegen 76 fest mit der Kappe 15 a verbunden ist, läßt sich dann
unmittelbar am Hauptabschnitt des Gehäuses 10 anschrauben. Die Kappe 15 a ist in
ihrer Mitte mit einem Lager 51 versehen, welches das fehlende Lager 51 a für den
Rotor 43 bis 53 ersetzen kann. Das auf diese Weise abgeänderte Gerät
ermöglicht
eine Verbrauchsmessung, wenn das Strömungsmittel von rechts nach links fließt; es
ist aber für eine entgegengesetzte Strömungsrichtung wegen der Verkürzung der Leit-
oder Richtschaufeln 76 nicht mehr geeignet.
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Bei dem Mitnehmer 43 kann man, wenn das Gerät, wie vorstehend angegeben,
nur für eine Strömungsrichtung vorgesehen werden soll, an einem Ende die Stege 74
oder 77, die den Mittelteil des Mitnehmers mit dem Zylindermantel 69 verbinden,
fortlassen, und zwar vorzugsweise an dem Ende, welches an der Zuströmseite liegt.