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Anordnung zur Ermittlung eines integrierten Kalorienwertes bei strömenden
Fluiden Kurzbeschreibung Die Erfindung beinhaltet eine Anordnung zur Ermittlung
eines integrierten Kalorienwertes bei strömenden Fluiden welche neben dem integrierten
Kalorienwert strömender Fluide die Messung eines integrierten Durchsatzes und die
Anzeige von Temperaturdifferensen der Fluid. an einlass- und auslaßseitigen Punkten
ermöglicht, indem unmittelbar der Durchsatz der Fluid. und die Entnahme von Wärme
innerhalb der Fluide in Bezug auf den angezeigten Durchsatz durch Ableitung mechanischer
Veränderungen proportional zu der Temperaturdifferenz ununterbrochen angezeigt werden.
Es erfolgt eine unmittelbare Übertragung der Veränderungen auf Anzeigeelemente.
Es ist möglich, dem zu ermittelnden Kalorienwert proportionale Ausgangsumdrehungen
eines Zählwerkes konstant in einer bestiiaten Richtung ablaufen zu lassen, indem
eine in der Anordnung vorgesehene Umschalteinrichtung anders eingestellt wird. Danach
werden digitale Anzeigeräder in einer bestimmten Richtung in Drehung versetzt, um
ohne Austausch der Temperaturanzeigeelemente Kalorienwerte zu integrieren, welche
entweder zur Luftkühlung oder zur Erwärmung verwendet werden, und zwar stets mit
einem positiven Xntegranden, um anzuzeigen, ob das System mit Luftkühlung oder Beheizung
arbeitet.
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Ausfdhrliche Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur
Ermittlung eines integrierten Kalorienwertes eines strömenden Fluide.
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Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung zur Ermittlung
eines integrierten Kalorienwertes eines strömenden Fluids, wobei die Abgabe von
Wärme seitens des strömenden Fluids in dem Strömungsweg mit einer darin befindlichen
(positiven oder negativen) Wärmequelle berecluiet und ermittelt wird, und zwar als
Kalorien-Integrationswert und Durchsatz-Integral des Fluids, wobei die Änderung
der Fluidtemperatur vor und hinter der Wärmequelle ebenfalls angezeigt wird.
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Weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung der
erwähnten Art, welche unabhängig von des Vorzeichen der Wärme -quelle innerhalb
des strömenden Fluids, d.h. bei Luftkühlung oder Beheizung durch die Betätigung
eines Schalters positive Integranden liefart.
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Weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung der
erwähnten Art, welche die laufende Ermittlung der Temperaturdifferenz über ein Paar
von Balgen anzeigt, deren jeder mit dem einlass-und auslaßseitigen Temperaturabgriffpunkt
verbunden ist, und ferner die angezeigte mechanische Veränderung durch ein Regelwerk
verstärkt Weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung der erwähnten
Art, welche den Durchsatz des in Rohren strömenden Fluids mit der darin vorgesehenen
Wärmequelle als Anzahl der Drehungen einer Drehreibscheibe wiedergibt, an deren
Oberfläche eine drehbare Rolle gleitend anliegt, wobei die drehbare Rolle ihre Stellung
gegenüber dem Mittelpunkt der Drchreibscheibe in deren Radialrichtung entsprechend
einer Veränderung der Temperaturdifferenz zwischen dem einlass- und ausLaßseitigen
Punkt des strömenden Fluids und damit auch ihre Winkelgeschwindigkeit ändert und
die Winkelgeschwindigkeit der Rolle sowie diejenige der Drehreibscheibe
unter
Berücksichtigung des augenblicklichen Durchsatzes laufend in eine dem zu integrierenden
talorienwert proportionale Grösse über ein Differentialgetriebe ungesetzt werden.
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Weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung der
erwähnten Art oit einer Uraschalteinrichtung zur Einstellung auf das jeweilige (positive
oder negative) Vorzeichen der Wärmequelle.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Anordnung in schematischer
Darstellung, Fig. 2 eine Bestandteil der Anordnung nach Fig. 1 bildende Frontplatte
in Draufsicht sowie in Teildarstellung, Fig. 3 eine einen Bestandteil der Anordnung
gemäss Fig.
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1, 2 bildende, der Frontplatte gemäse Fig. 2 zugeordnete Umschalteinrichtung
in Seitenansicht.
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In einer Rohrleitung ist eine feste Verengung zur Messung des Durchsatzos
von Fluiden vorgesehen, z.B. ein Strömungsmesser 1, wobei das strömende Fluid zuvor
eine Wärmequelle 3 (positiv oder negativ) durchsetzt hat. Jeder Temperaturdifferenzwert
von Fluiden, welche einen festen Punkt an der -Einlauf- oder Auslaufseite durchsetzen,
zwischen denen sich die Wärmequelle 3 und der Strömungsmesser 1 befinden, wird durch
Temperaturfühler 4, 4' ermittelt1 deren jeder von dem , Strömungsleitung 2 durchsetzenden
Fluid beaufechlagt ist. Die Fühler 4, 4' sind über je ein zugeordnetes Kapillarrohr
4a bzw. 4a' mit einem zugeordneten Balgen 5 bzw, 5' verbunden. Eine Ausdehnung oder
Zusammenziehung von Gasen oder Fluiden, welche in den Balgen 5, 5' eingeschlossen
sind, setzt die durch die Fühler 4, 4' angezeigten Temperaturwerte in eine mechanische
Pewegung hinsichtlich der Temperaturänderung um. Eine Temperaturdifferenz T zwischen
dem an der BEnlauf- und Auslaufseit
befindlichen M@ßpunkt wird
durch die Bewegung eines Differentialgliedes 6 dargestellt, welches die machanischen
Bewegungen der Balgen 5, 5' koordiniert. Die Bewegung des Differentialgliedes 6
wird durch einen Hebel 7 verstärkt, welcher mit dem Glied 6 verbunden und an seines
einen Ende orts fest gelagert ist. Ein Hebel 8, welcher an seinem einen Ende ortsfest
gelagert ist, ist mit dem Hebel 7 gekoppelt. Ein Druckpilz 9 ist an dem freien Ende
des Bebels 8 über ein Bauelement justierbar angebracht, welches eine auf den Hebel
8 bei der Bewegung des Pilzes ausgeübte Überlastung verhindert und gleitend gegen
eine horizontal geführte Welle 10 anliegt.
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Gemäes Fig. 1 besteht ein Hebelwerk L aus dem Differentialglied 6,
dem Hebel 7 mit einer Länge 12, welcher um einen Zapfen a achwenkbar ist und an
das Glied 6 an einem Punkt b mit einem Abstand gegenüber des Zapfen a angelenkt
ist, und des Hebel 8 mit einer Länge 14, welcher um einen Zapfen e schwenkbar ist
und an den Hebel 7 durch eine Verbindungestange 7' an einem Punkt d mit einem Abstand
13 gegenüber dem Zapfen o sowie dem Pilz 9 angelenkt ist. Dieses Hebelwerk L kann
eine geringe Auslenkung des Balgens 5 gegenüber dem Balgen 5' in einen vergrösserten
Weg umsetzen, wobei sich der Pilz 9 des Hebels 8 mit einem vorderen Ende f bewegt.
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Die abgegebene Winkelgeschwindigkeit des Strömungsmescers 1 wird auf
ein Antriebsrad 12 sowie eine drehbare Reibscheibe 13 durch eine Abtriebatelle 11
mit einem Gelenk 11' übertragen. Das Antrieberad 12 überträgt ferner die Winkelgeschwindigkeit
des Strömungsmessers 1 auf eine Welle 17 über ein Zahnrad 14, welches mit dem Antriebsrad
12 kämmt. Ein Kegelzahnrad 15 eines Paares von Kegelzahnrädern 15 16 ist mit dem
Zahnrad 14 koaxial verbunden.
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Das andere Kegelzahnrad 16 ist mit der Welle 17 verbunden, welche
eine digitale Zifferntrommel über ein Radpaar 18, 19 antreibt. Dies ergibt eine
Anzeige des integrierten Fluiddurchsatzes an der Trommel in einer geeigneten Maßeinheit,
beispielsweise in Litern.
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Auf der vorangehend erwähnten horizontal verlaufenden Welle 10 ist
eine Rolle 23 drehbar zwischen einem Paar von Stellringen 21, 23 angebracht, die
auf der Welle 10 mit einem bestimmten Abstand angebracht sind, An dem Unfang der
Rolle 23 ist ein Flansch 24 vorgesehen, welcher gegen die Oberfläche der Reibscheibe
13 anliegt und in Radialrichtung dieser Scheibe beweglich ist, Die Anlage zwiechen
dem Flansch 24 der Rolle 23 sowie der Reibscheibe 13 wird durch eine Feder 25 sichergestellt,
welche die Scheibe 13 gegen die Rolle 23 drückt. Die Rolle 23 weist an ihrem Auesonumfang
mit Ausnahme des Flansches 24 eine Zahnung auf. Ein Rad 27. welches mit der Zahnung
26 kämmt, ist auf der Welle 17 gleitemd angebracht und weist ein kcaxial hierzu
verlaufendes Zahnrad 28 auf. Das Zahnrad 28 kämmt mit einem Zahnrad 29, dessen Drahung
als erste Hingaugsgrösso auf ein Difforential A gegeben wird.
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Bei dem obigem Aufbau gleitet der Flansch 24 der Rolle 23 gemäes der
jeweiligen Kerizentalstellung der Weile 10, welcho durch eine auf den Pll@ 9 wirkonde
Kraft ge@äss einer Tomporaturdifforens ausgelenkt wird,auf der Oberfläche der Reibssheike
13 in doron Redialrichtung ontgegen einer durch @ins Fedor 10' erzorgten @ücktreibomdem
Kraft und dreht sich selbst, während die Uimkeigeschwindigkeit gegebemenfalls stetig
verändort wird. @as Rad 27 dreht sich chemfalle in Fingriff mit dem kahnrad 26 der
Rolle 23. Da ein Zaharad 31, welches mit einem Zahnrad 30 auf der Walle 17 kämmt,
eine andere Eingangsgrösse für das Differential A neben derjenigen abgibt, die durch
das Zahnrad 29 übertragen wird, orgibt sich an einer Abtriebzwelle 32 eine bestimmte
Winkelgeschwindigkeit entsprechend der Differenz zwischen der Winkelgeschwindigkeit
der Zahnräder 29, 31. Die Abtriebswelle 32 dreht eine integrierende digitale Zifferntrommel
35 zur Anzeige des integrierten Kalorienwertes über Zahnräder 33, 34.
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Auf Wuusch kann eine Umschalteinrichtung B zwischen dem Rad 33 der
Abtriebswelle 32 des Differentials A und dem mit dem Rad 33
in Eingriff
befindlichen Rad 34 vorgesehen eein, ao dass die Anordnung Kalorien sowohl dann
integrieren kann, wenn strömende Fluide mit ruft gekühlt oder beheizt werden.
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Die Umschalteinrichtung B umfasst gemäss Fig. 3 beispielsweise einen
Bedienungshebel 37, dessen freies Ende aus einem Gehäuse 36 nach aussen ragt und
welcher nach rechts oder links um einen Zapfen 38 schwenkbar ist. Ein Lagerarm 41
lagert ein Zahnrad 39 mit genau gleichem Zahnabstand wie bei den Zahnrädern 34.
33.
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Ein Paar von Zahnrädern 40 kämmt miteinander und weist ebenfalls eilen
Zahnabstand entsprechend demjenigen der Räder 34, 33 auf.
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Wenn der Bedienungshebel 37 gemäss Fig. 3 nach rechts geschwenkt ist,
d.h. in die Luftkühlstellung (in Fig. 2 strichpunktiert dargestellt pro gelangt
das Zahnrad 39 in Eingriff mit beiden Zahnrädern 33, 34, die mit einem festen Abstand
dazwischen angeordnet sind. Wenn der Hebel 37 auf die entgegengesetzte Seite gesch@enkt
wird, d.h. in die Heizstellung (in Fig. 3 ausgezogen dargestellt) so gelangt das
Zaharadpaar 40 in Eingriff mit den Zahnrädern 33, 34. Auf diese Weise hindert der
Umachaltmechanismus B das Zan@-rad 34 an einer Br@hung in umgekehrter Richtung,
wenn die Ane@d@ nung von Behe@zung auf Luftkühlbetrieb umgeschaltet wird.
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Die Temperaturdifferenz von Fluiden an dem einlaßseitigen u@d @uslaßseitigen
Messpunkt kann durch eine Anzeigeeinrichtung 43 b@obachtet warden, die über einen
mechanischen Verstärker 42,beispielsweise in einer Ausbildung bestehend aus elner
Zahnstange und einem Ritzel, mit der Welle 10 an einem von dem Pilz 9 abgewendeten
Ende verbunden ist.
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Das Prinzip zur Integration von Kalorien mit der erfindungsgemässem
Anordnung ist nun nachfolgend erläutert Die Temperaturdifferenz # T von Fluiden
mit der Temperatur von T1°C und T2°C an dem einlaßseitigen und auslaßseitigen Messpunkt
ergibt sich aus folgender Gleichung:
#T = T1 - T2 Diese Temperaturdifferenz
#T wird als mechanische Veränderung # durch das Differentialglied 6 angezeigt, wird
durch die Temperaturfühler 4, 4' sowie die Balgen 5, 5' verursacht und durch die
Hebel 7, 8 in Verhältnis 12/11 x x 14/13 verstärkt, so dass sich eine Veränderung
#' an dem Pilz 9 ergibt, welche wiederum die Welle 10 horizontal in einem Abstand
entsprechend der Veränderung #' auslenkt.
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Daranf gleitet die Rolle auf der Reibscheibe 13, wobei ihre relative
Winkelgeschwindigkeit proportional R/r wird (r = Radius der Rolle 23: R = Abetand
vom Mittelpunkt der Scheibe 13 zu dem Flansch 24, der gegen die Scheibe anliegt).
Die Anzahl der Drehungen N#T, welche eingangeseitig auf das Differential A (rechte
Seite von Fig. 1) abgegeben wird, beträgt N # T = Nu x R/r x Z26/Z27 x Z29/Z28 (I)
Hierbei stellen Nu die Anzahl der Drehungen der Welle 11 zur Integration des Durchsatses
und S26 Z27' Z29' Z28 jeweils die Anzahl der Zähne der Zahnräder 26, 27, 29, 28
dar.
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Die Anzahl der eingangaseitig auf das Differential A (linke Seite
von Fig. 1) abgegebenen Drehungen beträgt Nu (II) Durch Zusammenfassung der Gleichungen
(I) und (II) erhält man die Anzahl der abtriebsseitigen Drehungen Nc des Differentials
A: Nc = Nu-N#T = Nu(1-R/r x Z/26/Z27xZ29/Z28 (III) Es sei Z26/Z27 x Z29/Z28 = α
.
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Alsdann ergibt sich aus der Gleichung (III):
Nc =
Nu (1-R/r r α ) (IV) Wenn die Gröses des Kalorienintegranden als konstant
angenommen wird, so ergibt sich K = Z33/Z34, wobei Z33 bzw. Z34 jeweils die Anzahl
der Zähne der Räder 33, 34 darstellen. Die Anzahl der Umdrehungen bei der Integration
der Kalorien ergibt sich durch die Gleichung N = K x Nc.
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Aus der Gleichung (IV) folgt: N @ K X Nu (1-R/r x α ) (v) Da
(1-R/r x α) = α #T ist, reduziert sich die Gleichung (V) auf folgende
Gleichung (VI), welche die Grundgleichung zur Integration der Kalorien ström.nder
Fluide darstellt.
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Q = K x V x # T Hierbei gilt: Q N x X q Kcal (q stellt einen Kalorienwart
dar, welcher durch ein Digitalrad pro Drehung angezeigt wird) V - Nu x Vl (V stellt
einen Durchsatz dar, welcher pro Drehung durch ein Digitalrad angezeigt wird) #
T = f (1-R/r x α ) c.
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Wenn T2- T1 bzw. #T = O ist, was bedeutet, dass keine Kühlung oder
Aufheizung hinsichtlich des strömenden Fluids stattfindet, und der Pilz 9 seine
Xeutralstellung einnimmt, wird die Stellung der Rolle 23 gegenüber der Scheibe 13
so eingestellt, das der Radius r der Rolle gleich dem Abstand R von dem Mittelpunkt
der Scheibe zu dem Flansch 24 ist, und der Wert von α wird 1 1 gemacht.
Wegen
R/r = 1 und 1-R/r x α = 0 gemäss der Gleichung (V) erhält man N = O. ESne
Integration von Kalorien wird in diesen Fall nicht durchgeführt. In ähnlicher Weis
wird die Integration von Kalorienangehalten, wenn α = r/R und N=O sind. Die
Anzeigeeinrichtung 43 wird in diesem Fall auf einen Nullpunkt durch Justierung des
mechanischen Verstärkers 42 eingestallt.
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Wenn ein Wärmeverbraucher auf die strdmenden Fluid. einwirkt, wird
T2 grösser als T1, und das Mittelgelenk des Differentialgliedes 6 bewegt sich etwas
nach rechts (in Blickrichtung von Fig. 1), wobei der Pilz 9 über die Hebel 7, 8
nach links gedrückt wird. Die Welle 10 wird ebenfalls nach links gedrückt, so dase
die Rolle 23 auf der Scheibe 11 um einen Abstand entsprechend der verstärkten Veränderung
# proportional T2-T1 bewegt wird, wobei R/r grösser als 1 wird, wenn # n 1 iet und
in der obigen Gleichung (VI) der Wert 1 - R/r sowie X grösser als Null werden, was
einen Beginn der Integration von Kalorien bedingt.
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Wenn auf die strömenden Fluid. ein Kälteverbraucher einwirkt, so wird
T2 kleiner als T1. Die Rolle 23 verschiebt sich alsdann entgegengesetzt zu der vorangehend
erwähnten Richtung auf der Scheibe 13 um einen Abstand entsprechend der verstärkten
Veränderung #' proportional T2 - T1, wobei R/r grössor als 1 wird, wenn α
= 1 ist und in der obigen Gleichung (VI) der Wert $1-R/rund N größer als O werden,
was den Beginn einer negativen Integration von Kal@-rien bedingt. Durch Betätigung
der Umschalteinrichtung B über den Hebel 37 kommen die Räder 33, 34, welche mit
dem Rad 39 in Eingriff waren, nun@ehr sit dem Radpaar 40 in Eingriff, wobei sich
das Rad 34 in einer Richtung zur Integration von Kalorien im positiven Sinn dreht,
wodurch N gröaser als 0 gemacht wird.
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Mit der beschriebenen Anordaung ist es möglich, den Durchsatz und
die Kalorien strömender Fluide zu integrieren und zu @@ssen, die Temperaturdifferenz
von Fluiden an eines einlaßseitigen und au@laßseitigen Mesapunkt durch unmittelbare
und mechanische Anseige anzuzeigem und den Fluiddurchsatz zu übertragen, wobei sich
eine
stetige Ermittlung der Wärmoabgabe hinsichtlich des angezeigten
Durchsatzes innerhalb der Fluide durch Anzeige der mechanischen Veränderungen proportional
zu der Temperaturdifferenz ergibt und die Veränderungen direkt oder indirekt auf
eine Anzeigeeinrichtung übertragen werden. Es ist auch möglich, die ausgangsseitig
abzunehmende, den Kalorienwert proportionale Drehung konstant in einer festen Richtung
zu halten, indem die Umschalteinrichtung betätigt wird wobei die digitalen Anzeigeräder
in einer festen Richtung rotieren, um Kalorien anzuzeigen, sei es beim Vorliegen
einer Luftkühlung oder einer Aufheizung, wobei stets eine positive Zahl ohne Vertauschung
der Stellungen der Temperaturfühler 4, 4' erzielt wird. Auf diese Weise kann angezeigt
werden, ob die Anordnung unter Luftkühlung oder Aufheizung arbeitet.