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Vorrichtung zur Überwachung einer Strömungsmenge in einer Rohrleitung
Es wird häufig die Aufgabe gestellt, einen bestimmten Strömungszustand in einer
Rohrleitung für flüssige und gasförmige Stoffe zu überwachen, sei es durch akustische
oder optische Signalabgabe, bzw. irgendwelche Steuer-, Regel- oder Schaltorgane
in Abhängigkeit von diesem Strömungszustand oder von auftretenden änderungen derselben
zu betätigen. In der Regel handelt es sich dabei um die Beeinflussung eines elektrischen
Kontaktes, ohne daß sich in der Rohrleitung selbst bewegliche Teile befinden nach
der bekannten Meßmethode, die mit einer Verengung in der Rohrleitung z. B. durch
eine Blende einen Stau und damit in der Wirkdruckleitung einen Differenzdruck bzw.
eine entsprechende Strömung für die Kontaktgebung erzeugt.
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Es ist bekannt, nach dieser Meßmethode einen Schwimmermesser in die
ständige Strömung der Wirkdruckleitung einzuschalten und die Schwimmerbewegung auf
den Kontakt wirken zu lassen. Dabei besteht die Gefahr der Verstopfung durch Verschmutzung
zufolge der kleinkalibrigen Apparatur. Ferner wird vorgeschlagen, in der Wirkdruckleitung
eine Membran oder eine Meßglocke anzuordnen, deren Ausschlag auf die Kontaktvorrichtung
übertragen wird. Diese feingegliederte, dünnwandige Membran neigt leicht zu Störungen
und ist umständlich im Einbau, insbesondere in bezug auf die Kontaktübertragung.
Die Meßglocke benötigt innerhalb des Betriebsraumes eine Abdichtungsflüssigkeit,
welche die Vorrichtung noch umständlicher gestaltet. Diese bekannten Meßvorrichtungen
sind verhältnismäßig teuer, zufolge ihrer Ausgestaltung, während es bei dem vorliegenden
Verwendungszweck nur darauf ankommt, einen bestimmten oder in zulässigen Grenzen
einstellbaren Grenzwert der strömenden Menge für die Überwachung nutzbar zu machen,
dafür eine einfache und billige Vorrichtung, unter Vermeidung von Eigenreibungsverlusten
zu schaffen und schließlich ein komplettes Ganzes in der Rohrleitung anzubringen,
ohne daß noch besondere Nebenleitungen verlegt werden.
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Diesen Anforderungen entspricht die Vorrichtung, die erfindungsgemäß
dadurch gekennzeichnet ist, daß in den gegenüberliegenden Gewindestutzen eines Kreuzfittings
je ein Topfstück eingesetzt ist, die gegeneinander einstellbar sind, von denen das
Topfstück außen eine Längsnut sowie dieser gegenüber eine Bohrung oder öffnung besitzt
und an seinem offenen Ende durch einen federbeeinflußten Ventilteller abgedeckt
ist, der mit der Kontakteinrichtung verbunden ist.
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Neben den obenerwähnten vorteilhaften Eigenschaften hat auch die
erfindungsgemäße Ausbildung den Vorteil, daß einerseits eine im Betrieb geschlossene
Wirkdruckleitung vorhanden ist, andererseits diese aber auch, wenn gewünscht, einer
Durchspülung ausgesetzt werden kann.
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Nach einer besonderen weiteren Ausbildung der Erfindung ist in einem
verkappten Rohrstutzen der Rohrleitung ein Topfstück derart angebracht, daß es mit
seinem Boden in die Rohrströmung hineinragt, während es außen eine Längsnut, sowie
dieser gegenüber am unteren Teil, eine Bohrung oder Öffnung besitzt, und das oben
offene Topfstück als Abschluß, den mit Federkraft entlasteten, oder im anderen Fall
belasteten, Ventilteller aufweist Erfindungsgemäß ragt der Ventilteller mit einem
Rohransatz in das Topfstück hinein.
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Während die vorstehend beschriebene Ausführungsform von einer festliegenden
Verengung der Rohrleitung, die durch das Eindringen des Topfstückes in letztere
gebildet wird, ausgeht, besitzt die Erfindung in ihrer weiteren Ausgestaltung einen
zweiten an der Rohrleitung angebrachten Rohrstutzen in der Achse des ersteren, ebenfalls
mit Verschlußkappe, in welchem ein einstellbarer Gewindenippel oder Kolben angebracht
ist. Diese ragen in die Rohrströmung hinein und bilden mit dem Topfstückboden die
Einstellung des Meßquerschnitts. An Stelle einer Verschlußkappe kann in weiterer
Ausgestaltung der Erfindung eine nach außen abgedichtete Spindel zur Einstellung
des Gewindenippels dienen, ebenso kann auch ein Kolben verwendet werden, der vermittels
einer Gewindespindel od. dgl. die Verstellung bewirkt. Mit der Einstellung des Stauquerschnitts
ist auch eine Veränderung des Kontaktsollwertes ver-
bunden. Dabei
besteht die Möglichkeit, die Einstellpunkte außen auf einer Skala anzuzeigen.
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Gemäß einer weiteren Fortbildung der Erfindung ist der Ventilteller
mit einem Magnetzylinder verbunden, der mit seinem freien Pol durch eine druckdichte
Scheibe, vorzugsweise aus nichtmagnetischem Stoff, auf einen außerhalb der Scheibe
vertikalfrei geführten zweiten Magnetzylinder mit gleichnamig gerichteten Polen
schiebend wirkt und damit einen elektrischen Kontakt od. dgl. betätigt.
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Im Zusammenhang mit der Erfindung gelangt die an sich bekannte Vakuum-
oder mit indifferentem Gas gefüllte Röhre zur Anwendung, indem der zweite Magnetzylinder
in der Röhre vertikaifrei beweglich in der Röhre eingeschlossen, desgleichen auch
ein fester Kontakt mit den nach außen führenden Anschluß drähten, gegen den der
Magnetzylinder zwecks Kontaktgabe von dem inneren Magnetzylinder bewegt werden kann.
Die Röhre kann in einem Halterohr, verschiebbar befestigt, angeordnet werden, wodurch
die Justiermöglichkeit gegeben ist.
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Schließlich können auch mehr Vorrichtungen hintereinander, gegebenenfalls
im gemeinsamen Gehäuse, eingeschlossen werden, wobei die einzelne für einen anderen
I(ontaktwert vorgesehen werden kann.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in Ausführungsbeispielen dargestellt.
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In F i g. 1 ist -ein I(reuzfitting zum Anschluß an die Rohrleitung
angeordnet, wobei die Gewindestutzen 1 und 2 für den Ein- bzw. Austritt gelten.
Der untere Gewindestutzen 3, verschlossen durch die Gewindekappe 4, ist mit einem
durch Verdrehen verstellbaren Topfstück 5 und axial gegenüber im Stutzen 6 ein Topfstück
7 verschraubt. Letzteres ragt mit seinem Boden 8, ebenso das Topfstück 5, in die
Strömung der Rohrleitung hinein und bilden zwischen sich den Meßquerschnitt. Das
Topfstück 7 dient mit seinem Außengewinde gleichzeitig zur Befestigung und Abdichtung
der oberen Verschlußkappe 9 und bildet das Selbstschlußorgan und die Wirkdruckverbindung.
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Hierzu ist das Topfstück mit einem Ventilteller 11 versehen, während
die Wirkdruckverbindung außen in einer Längsnut 10 und dieser gegenüber, am unteren
Teil, in einer Bohrung 14 besteht. Belastet ist der Ventilteller mit einer Feder
12, die sich im Topfinnern auf einen verstellbaren Spannring stützt. Der Staudruck
gelangt durch die Längsnut über den Ventilteller, während der Differenzdruck unter
den Ventilteller durch die Bohrung 14 tritt, um im Grenzfall der Kontaktgabe die
Entlastung des Ventiltellers herbeizuführen und zufolge der einjustierten Federkraft
der Anhub besteht. Zur Erzielung eines gleichmäßigen Anhubes ist der Ventilteller
mit einem Rohransatz 13 versehen, dessen Länge vom Ventilhub abhängig ist. Die dargestellte
Federanordnung gilt für den Fall, daß der Sollwert der Schaltung, wie das meistens
vorkommt, unter der normalen Durchflußmenge liegt. Findet die Schaltung oberhalb
der normalen Durchflußmenge der Rohrleitung statt, so ist die Feder entgegengesetzt
wirkend anzuordnen.
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Zur Übertragung auf die Kontaktvorrichtung ist der Ventilteller 11
mit einem Magnetzylinder 15 versehen, der sich in der Bohrung 16 der Verschlußkappe
führt, während eine Scheibe 17 aus nichtmagnetischem Baustoff die Hubbegrenzung
bildet.
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Außerhalb ist in einem Führungsrohr 18 ein zweiter Magnetzylinder
19 in gleicher Achse vertikalfrei beweglich und gleichpolig gerichtet angeordnet
und be-
tätigt über einen Stößel20, der in einem Gewindenippel 21 aus -Isolierstoff
geführt ist, einen festen Kontakt 22 mit den Anschlußdrähten 23. In der dargestellten
Lage ist der Kontakt geschlossen, während er sich öffnet, sobald sich der Kontaktstößel
zufolge der Magnetbewegung anzuheben beginnt. Durch einfache Maßnahme läßt sich
eine Umkehrung der Kontaktfolge ermöglichen.
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Eine besondere Ausführungsform besteht in der Anwendung eines Vakuumschalters,
mit dem in kleinstem Raum große Leistungen erzielt werden und bei kleinstem Hub
lichtbogenfreie Momentschaltung gegeben ist. Hier handelt es sich, wie in F i g.
2 dargestellt, um eine Röhre 24, die unter Vakuum steht oder mit indifferentem Gas
gefüllt ist, in der sich der Magnetzylinder 19 mit Kontaktplatte 27 vertikalfrei
gegen den in der Röhre befestigten festen Kontakt 28 bewegt und sein Eigengewicht
die Schaltung in der einen und in der anderen Richtung die abstoßende Wirkung des
Magnetzylinders bewirkt, wobei die Röhre zentral zum steuernden Magnetzylinder verschiebbar
gehalten ist.
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Wie das Ausführungsbeispiel Fig. 2 und 3 zeigt, bietet die Erfindung
den Vorteil, daß alle Teile, die der Bewegung ausgesetzt sind, axial übereinander
angeordnet sind, wodurch ein Reibungsaufwand nicht mehr in Erscheinung tritt. Es
kommt sehr oft darauf an, daß ein von dem Verstellorgan zu steuerndes Schaltorgan
möglichst bei Überschreiten der Durchflußmenge, bzw. umgekehrt, über einen bestimmten
Wert betätigt und bei Unterschreiten des gleichen Wertes wieder rückgestellt wird.
Durch den zentralen Zusammenbau werden die Reibungsverluste vermieden. Der zentrale
Zusammenbau kann ferner dazu dienen, die beiden Abschlußkappen 4 und 9 vermittels
Verbindungsbolzen 33 gemeinsam zum Abdichten zu bringen. Damit ist eine einfache
Montage und bequeme Zugänglichkeit zu der innenliegenden Feder gegeben. Hierbei
stützt sich die Feder 12 auf eine im Innern des Topfstücks 7 geführte gelochte Scheibe
30, die mit Innengewinde und geschlitzter Einstellschraube 31 sich vermittels Bund
32 im Boden 8 des Topfstückes führt.
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In F i g. 4 sind zwei Vorrichtungen hintereinander angeordnet und
zu einem Gehäuse vereinigt, dargestellt. Angenommen, es liegt der Sollwert des Schaltens
oberhalb der normalen Durchflußmenge, so tritt der Wirkdruck von unten auf den Ventilteller,
wie das linke Aggregat zeigt. Die Belastungsfeder ist deshalb als Zugfeder 38, die
am Boden 8 des Topfstückes vermittels der Schraube 39 befestigt ist, gewählt. Ebenso
könnte die Feder als Druckfeder auf den Ventilteller wirkend, in der Verschlußkappe9
angeordnet sein. Bei dieser Anordnung des Topfstücks gelangt der Staudruck durch
die Bohrung 14 unter den Ventilteller, um im Grenzfall der Kontaktgabe den Federzug
zu überwinden und den Ventilteller anzuheben. Die Federkraft ist dabei um das Gewicht
des Ventiltellers und der beiden Magnetzylinder plus Verstellwiderstand des Mikroschalters
40 geringer zu wählen, um die Justierung zu ermöglichen. Die linke Vorrichtung in
Fig.4 dient der Schaltung für einen Sollwert des Schaltens unterhalb der normalen
Durchflußmenge der Rohrleitung, wie oben zu Fig.1 beschrieben. Der in Fig.4 eingezeichnete
Mikroschalter 40 bekannter Art wird über den Druckstift 41 desselben durch den äußeren
Magnetzylinder 19 betätigt. Der Schalter findet an der
Verbindungsleitung23
seinen Anschluß. Die Erfindung hat den Vorzug, daß die beiden Aggregate für verschiedene
Schaltmomente an getrennten Stellen der Rohrleitung angebracht werden können, was
in Anbetracht des einfachen Herstellungsaufwandes wenig Kosten ergibt. Ebenso ist
es für die Justierung und für die Einstellung während des Betriebes von Vorteil,
wenn jeder Kontakt für sich behandelt werden kann, wie in F i g. 2 dargestellt ist.
Hier ist das Ausführungsbeispiel so gewählt, daß eine von außen regelbare Spindel
34 mit Stopfbuchsenabdichtung 35 gabelförmig über einen Bolzen 36 im Gewindenippel
5 greift, der sich mit einem Ansatz auf der Innenfläche der Verschlußkappe 4 stützt.
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In zweckmäßiger Weise richtet sich die Form und Weite des Topfstücks,
bzw. der Durchmesser des Ventiltellers nach der Höhe des zur Verfügung stehenden
Differenzdrucks im Meßquerschnitt, weshalb die in den Ausführungsbeispielen gewählte
Form nicht bindend ist und entsprechende Änderungen erfahren kann.
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Zusammengefaßt bietet die Erfindung in ihrer Einfachheit und Gedrungenheit
folgende Vorteile: Sämtliche für die Arbeitsweise in Betracht kommenden Teile können
bis zum Kontakt zentral angeordnet werden, unter Fortfall von Drehpunktslagerungen
und Abdichtungen gegen druckgedichtete Teile, so daß ein Reibungsaufwand vermieden
ist. Während der normalen Belastung der Rohrleitung ist die Wirkdruckverbindung
durch das Selbstschlußorgan abgedichtet, dazu sorgt der Rohransatz am Ventilteller
dafür, die Strömung der Wirkdruckverbindung während des Ventiltellerhubs, zu unterbinden,
und so auch für diesen kurzzeitigen Grenzfall eine Verunreinigung und Absatzbildung
durch Einschwemmen aus der Rohrleitung in die Nebenleitung abzuwenden. Da Unabhängigkeit
vom Betriebsdruck und dessen Schwankungen besteht, eignet sich die erfindungsgemäße
Vorrichtung auch für hohe Drücke. Bei Verwendung der Vorrichtung für Flüssigkeiten
kann die Justierung auch unter niedrigem Druck vorgenommen werden. Sehr zustatten
kommt die Verwendungsmöglichkeit für die chemische Industrie, wobei die von der
Strömung bespülten Bauteile als Drehteile herstellbar aus widerstandsfähigen Stoffen
bestehen können und selbst das Gehäuse aus Kunststoff gefertigt werden kann, indem
außen liegende Zugschrauben den Zusammenhalt dieses Baustoffes ermöglichen.