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Durchflußmeßgerät mit Propeller als Meßkörper Durchflußmengenmesser
mit einem Propeller oder Turbinenrotor als umlaufenden Meßkörper sprechen bei geringen
Strömungsgeschwindigkeiten des Meßstoffes (Gas, Flüssigkeit) nicht oder nur zögernd
an, weil Lagerreibung und Massenträgheit den Anlauf erschweren. In höheren Drehzahlbereichen
des Propellers ist der Einfluß der Lagerreibung nicht immer eindeutig, auch ändert
er sich mit der Zeit. Empirische Eichung und empirische Nacheichungen sind erforderlich.
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Die Abdichtung der Gleit-oder Wälzlager erhöht die genannten Unzulänglichkeiten
meist noch. Bei Wälzlagern sind überdies die erheblichen Außendurchmesser störend.
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In der Regel weisen diese Geräte eine waagerechte Achse auf, Bei dieser
Anordnung machen sich selbst sehr kleine Unwuchten am Rotorkörper besonders bemerkbar,
weil die Schwerkraft einmal entgegen der Bewegungsrichtung der Unwucht und einmal
im gleichen Sinne mit ihr wirkt.
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Demgegenüber betrifft die Erfindung ein Durchflußmeßgerät mit senkrechter
Achse und mit einem Propeller, der in der Höhenlage schwebend angeordnet und durch
Schwebekörper oder magnetische Kräfte gehalten ist. Außerhalb des Meßraums ist ein
die von den Propellerflügeln gegebenen Impulse pro Zeiteinheit messendes bekanntes
Schaltaggregat angebracht.
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Eine derartige Halterung eines schwebendes Propellers arbeitet ohne
Lagerreibung und vermeidet deshalb alle mit dieser Reibung
verbundenen
anfangs geschilderten Nachteile. Der neue Schwebepropeller spricht schon bei ganz
geringen Strömungsgeschwindig keiten an. Unreinigkeiten im Meßstoff behindern den
Lauf infolge der berührungslosen Halterung nicht. Auch sonst ändern sich die Laufverhältnisse
nicht mit der Zeit durch Abnutzung oder ähnliche Einflüsse. Ferner ist die Lagerung
weitgehend stoßunempfindlich.
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Die Impulsmessung nach dem bekannten Impuls-Nodulationsverfahren hat
praktisch keinerlei Rückwirkungen auf den Gang des Propellers und erlaubt eine sehr
genaue Messung über weite Drehzahlbereiche.
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Die lagerlose Halterung des Schwbepropellers kann in verschiedener
Weise erfolgen. Bei einer Ausführung wird der Propeller mit einem oder mehreren
Schwebekörpern verbunden, die von Durchflußmengenmessern mit konischen Meßräumen
bekannt sind, bei denen ihre jeweilige Höhenlage ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit
oder Strömungsmenge ist.
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Im vorliegenden Fall dienen die Schwebekörper nicht als Meßkörper,
sondern als Halterung für den Schwebepropeller. Sie sind mit ihm fest verbunden
und laufen mit ihm um. Es genügt bereits ein einziger, oberhalb des Schwebekörpers
angeordneter Haltekörper, vorzugsweise wird zur Erhöhung der Stabilität je ein solcher
Haltekörper oberhalb und unterhalb des Propellers angeordnet.
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Infolge ihres Auftriebes im aufwärtsströmenden Meßstoff halten sie
den Propeller dauernd schwebend. Die Messung erfolgt nicht über die Höhenlage des
Schwebekörpers, sondern über die Drehzahl und Impulse beim Vorübergang der Propellerflügel.
Es kann ein konisches Meßrohr verwendet werden, auch sonstige sich kontinuierlich
und diskontinuierlich erweiternde oder verengende Ausbildungen des Meßraumes sind
anwendbar.
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Eine zweite Form der Halterung des Schwebepropellers stellt die Anordnung
des Propellerkörpars zwischen zwei Magneten dar. Die Enden dieses Körpers werden
als Magnetpole ajusgebildet, denen gleichnamige Pole einer feststehenden Halterung
gegenüberstehen.
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Da sich gleichnamige Pole abstoßen, bleibt der Propeller zwischen
den ortsfesten Polen in der Schwebe.
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Um seitliche Abweichungen des Propellerkörpers aus der Mittelachse
zu verhindern, kann dieser bei der magnetischen Halterung an einem Draht, Stift
oder einem ähnlichen festen Körper besonders geringen Durchmessers geführt sein.
Da der Hebelarm des Kraftangriffes am Propeller vielfach größer ist als der Radius-des
Drahtes, kann der Einfluß der Reibung vernachlässigt werden. Etwaige Fremdkörper
können sich wegen der ständigen Drehung des Propellers, wegen des kleinen Durchmessers
der FUhrung und wegen des genügend großen Lagerspiels nicht festsetzen.
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Eine Abdichtung in der Führungsstelle ist nicht erforderlich.
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Der Propellerkörper kann in den FUhrungsstellen mit Zylindersteinen
oder ähnlichen weitgehend abnutzungsfreien Gegenflächen versehen sein. Im übrigen
sind die quer zur Achse des Propeller körpers wirkenden Kräfte sehr gering und die
Flächenpressungen an der FUhrung minimal.
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Um das Gerät in einem möglichst weiten Spielraum anwenden und es verschiedenen
Bedingungen, z.B. in bezug auf Viskosität oder Geschwindigkeit des Meßstoffes, anpassen
zu können, wird es in einer Reihe von Fällen zweckmäßig sein, den Meßraum nicht
zylindrisch sondern sich nach oben oder unten verengend oder erweiternd auszubilden,
wobei vorzugsweise eine konische Form verwendet wird, aber auch andere sich kontinuierlich
oder diskontinurierlich verändernde Formen anwendbar sind. Der Propeller kann dann
in verschiedenen Höhenlagen mit unterschiedlidhen freien ringförmigen Durchgangsquerschnitten
des Meßstoffes arbeiten.
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Die magnetische Halterung wird in diesen Fällen höhenverstellbar gemacht,
zumindest einer der Pole wird mit einer Verstellspindel oder dergleichen ausgerüstet.
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Weitere Ausbildungsmöglichkeiten und Abwandlungen der Erfindungsgedanken
werden anhand der Zeichnung erörtert.
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Diese zeigt in
Fig. 1 einen Schwebepropeller mit Schwebekörpern
als Halterung, Fig. 2 einen Schwebekörper mit magnetischer Halterung und zylindrischem
Meßraum, Fig. 3 einen Schwebekörper mit gleicher Halterung und konischem Meßraum.
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Bei der Ausführung nach Fig. 1 ist der Propeller 1 mit der Nabe 2
an einem Schwebekörper 3 aufgehängt, der von Durchflußmengenmessern her bekannt
ist. Die Messung erfolgt jedoch nicht durch die Höhenlage des Körpers 3 sondern
durch einen Impulszähler 5 mit Verstärker 6 in bekannter Impulsmodulations-Schaltung,
wodurch eine genaue Messung in einem weit größeren Bereich erzielt werden kann als
bei der bloßen Ablesung der Höhenlage.
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Der Propeller 1 wird durch den Auftrieb des Schwebekörpers 3 im nach
oben strömenden Medium in der Schwebe gehalten. Es ist also eine lagerreibungsfreie
berührungslose Halterung vorhanden.
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Da der Schwebekörper 3 und der Propeller 1 fest miteinander verbunden
sind, rotieren sie auch mit gleicher Drehzahl. Der Schwebekörper zentriert auch
den Schwebepropeller in der Mittellage.
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Eine erhöhte Stabilität wird erreicht, wenn man einen zweiten Schwebekörper
4 unterhalb des Propellers anordnet, wie das in gestrichelten Linien in Fig. 1 dargestellt
ist.
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Der Impulsabnehmer 5 ist so lang ausgeführt, daß er in jeder Höhenlage
des Propellers die von den Propellerflügeln gegebenen Impulse abnimmt und in eine
digitale Meßvorrichtung weiterleitet.
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Die schwebende Halterung des Propellers 1 kann auch durch die Anordnung
zwischen zwei Magneten erzielt werden. Dies ist in den Figuren 2 und 3 dargestellt.
Nach Fig. 2 ist der Propellerkörper 2 am Ober- und am Unterende mit Je einem Magnetpol
10 und 11 versehen, dem ein gleichnamiger ortsfester Magnetpol 12
bzw.
13 gegenübersteht. Da sich gleichnamige Pole abstoßen, wird der Schwebepropeller
zwischen den beiden Magneten gehalten, und zwar ebenfalls berührungsfrei, so daß
alle Nachteile der Lagerreibung entfallen.
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Gegen die an sich sehr geringen seitlichen Kräfte ist der Propellerkörper
2 an einem Draht 14 mit den Lager steinen 15 und 16 gehalten. Da der Angriff der
von dem strömenden Meßstoff abgeleiteten Kräfte an den Propellerflügeln an einem
mehrfach größeren Radius erfolgt als der Radius des Drahtes, kann selbst für ein
Meßgerät die minimale Reibung des Propellerkörpers am Draht vernachlässigt werden.
Auch der Verschleiß ist bei der minimalen Pressung selbst in längeren Zeiträumen
nicht irgendwie wesentlich und beeinflußt das Meßergebnis jedenfalls nicht. Da der
Propellerkörper ständig arbeitet, können sich auch Verunreinigungen des Meßstorre"sli=antder
Lagerung festsetzen. Die Lagerung ist stoßunempfindlich. Durch änderung der Strömungsgeschwindigkeit
oder äußere Erschütterungen ergeben sich kleine Bewegungen, die sich ebenfalls in
einer Reinigung des Lagers auswirken, wenn sich wirklich an dem minimalen Durchmesser
Fremdkörper abgesetzt haben sollten. Durch Klopfen kann auch von außen her ein Freiwerden
des Propellers erreicht werden.
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Während bei diesem Aus führungsbei spiel der Propeller immer in derselben
Höhenlage schwebt, ist bei der Ausführung nach Fig. 3 eine Anderung der Höhenlage
vorgesehen. Zu diesem Zweck ist der obere fest angeordnete Pol 13 mit einer Höhenverstellvorrichtung
in Form eines Schneckengetriebes 17 mit höhenverstellbarer Spindel 18 versehen,
die sich auf Speichen 19 oder dergleichen abstützt. Mit ihr kann der Pol 12 beliebig
herauf oder herunter geschraubt werden, so daß sich auch der Schwebepropeller 1
in verschiedene Höhenlagen einstellen kann, dadurch arbeitet er mit verachieden
großen, freien Ringquerschnitten, wie bei at angedeutet und kann so durch Verstellen
seiner Höhenlage mittels des Triebwerkes 17, 18 an die verschiedensten Betriebsbedingungen
angepaßt werden.
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Im Beispiel ist der Meßraum als sich geradlinig nach oben
erweiternden
Konus dargestellt, die Wandung kann aber auch im senkrechten Schnitt gewölbt verlaufen
oder der Querschnitt kann sich stufenweise erweitern oder verengen, je nachdem,
welche Anpassungen an unterschiedliche Betriebsverhältnisse gewünscht werden.