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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Volumenmessung strömender Medien
einem Gehäuse
mit mindestens zwei sich teilweise durchdringenden Längsbohrungen
mit zueinander parallelen Achsen, in welchen vorzugsweise mehrgängige, ineinandergreifende
Schraubenspindeln frei drehbar gelagert sind und im Gehäuse mindestens ein
auf die Anzahl der Umdrehungen einer der Schraubenspindeln ansprechender
Sensor angeordnet ist, der von einer mit ihrer Achse rechtwinkelig
zu den Achsen der Schraubenspindeln stehenden Gehäusebohrung
aufgenommen ist.
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Einrichtungen
dieser Art sind bekannt ("Schraubenvolumeter
OM – KRAL
/3/1993"). Sie werden überwiegend
im Zusammenhang mit strömenden
Flüssigkeiten
eingesetzt. Eine der beiden Schraubenspindeln besitzt dabei einen
Wellenansatz, der erheblich über
ihre Stirnseite und die an ihrer Stirnseite vorgesehene Lagerung
hinausreicht und auf dem ein Polrad festgelegt ist. In der Ebene des
Polrades ist eine Querbohrung im Gehäuse zur Aufnahme eines Sensors,
der in der Regel auf induktiver Basis arbeitet. Entsprechend der
Anzahl der Umdrehungen dieser Schraubenspindeln, die einem bestimmten
durchströmenden
Medienvolumen entspricht und entsprechend der Anzahl der Pole des Polrades
gibt dieser Sensor Impulse ab, die über elektronische Einrichtungen
zum Messen und Zählen der
Durchflußmenge
dienen. Es ist auch bekannt, in der Querschnittsebene des Gehäuses, in
der das Polrad liegt, zwei Sensoren anzuordnen, wobei deren Winkelversatz
vom Polwinkel abweicht, so daß gegeneinander
versetzte Impulsfolgen gewonnen werden, aus deren Taktverhältnis sich
auch die Durchströmrichtung
ermitteln läßt. Einrichtungen
dieser Art haben sich bewährt
und werden in großer Zahl
eingesetzt. Die Anordnung des Polrades und der damit zusammenwirkenden
Sensoren bedingt eine Länge
des Gehäuses
der Einrichtung, die nicht unerheblich über jenes Maß hinausgeht,
die durch die notwendige Länge
der Schraubenspindeln bzw. der diese aufnehmenden, sich teilweise
durchdringenden Längsbohrungen
bedingt ist.
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Diese
notwendige Überlänge des
Gehäuses bedingt
einen entsprechenden Mehraufwand an Material, der bei der großen Zahl
solcher Einrichtungen nicht unerheblich ins Gewicht fällt, aus
welchem Grund sich die Erfindung die Aufgabe gestellt hat, Einrichtungen
der gegenständlichen
Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß diesem Nachteil begegnet
werden kann, ohne dadurch die Meßgenauigkeit dieser Einrichtungen
zu beeinträchtigen.
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Strömungsmesser
mit paarweise angeordneten Rotoren zeigen und beschreiben auch folgende
Veröffentlichungen:
US 4 210 410 ;
FR 950 725 ;
DE 2 801 281 . Diese vorbekannten Strömungsmesser
werden allerdings quer zur Drehachse der Rotoren durchströmt und sind
nach dem Prinzip einer Zahnradpumpe aufgebaut, wobei hier anstelle
von Zahnrädern
mit achsparallelen Flanken Zahnräder mit
schraubenförmig
gewundenen Zähnen
verwendet werden. Für
Meßzwecke
ist die Achse eines Rotors durch das Gehäuse nach außen geführt und mittels Zahnrädern oder
Magnetkupplungen bestückt, über welche
eine Zähl-
oder Meßeinrichtung
anschließbar
ist.
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Aus
der
DE 42 08 869 A1 ist
ein Gerät
zur kontinuierlichen Messung des Durchflussvolumens in Kraftstoff-Versorgungsleitungen
bekannt, welches zwei ineinandergreifende Schraubenspindeln aufweist.
An der aus der Förderkammer
herausgeführten
Welle der einen Schraubenspindel ist ein Polrad mit Längsnuten
oder Zähnen
angebracht. Die Drehung dieses Polrades wird von Sensoren detektiert, die
von Gehäusebohrungen
aufgenommen sind, welche rechtwinklig zu den Achsen der Schraubenspindeln
stehen. Die Sensoren stehen hierbei mit ihren inneren Enden aus
den Gehäusebohrungen
heraus und enden in geringem Abstand zu den Zähnen des Polrades.
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Aus
der
DE 40 08 844 A1 ist
ein nicht gattungsgemäßer volumetrischer
Zähler
mit schwingendem bzw. oszillierendem Ringkolben bekannt. Der schwingende
Ringkolben ist in einer Messkammer eines Gehäuses angeordnet und mit einem
Rotor verbunden, der Erreger trägt,
die beispielsweise aus Dauermagneten bestehen. Das die Messkammer aufweisende
Gehäuse
ist durch eine Platte verschlossen, welche mehrere Sackbohrungen
aufweist, die jeweils einen Empfänger
enthalten. Die Sackbohrungen sind hierbei bevorzugterweise auf einem
gegenüber
dem Rotor konzentrischen Kreis angeordnet und erstrecken sich in
achsialer Richtung. Der Einbau der Empfänger ist bei dieser Einrichtung derart
ausgeführt,
dass sie mit dem zu messenden Medium nicht in Berührung kommen.
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Die
aus der
JP 61126425
A und
JP 61099818
A bekannten Vorrichtungen beruhen auf einer rückwärts laufenden
Exzenterschneckenpumpe. Das Verdrängerprinzip dieser Pumpen unterscheidet
sich grundsätzlich
von dem in Schraubenpumpen/zählern
angewandten Prinzip. Bei Exzenterschneckenpumpen/zähler werden
die geschlossenen Kammern durch unterschiedliche frei Querschnitte
in Rotor und Stator gebildet. Diese Geräte enthalten nur einen Rotor.
An den Dichtlinien der Kontaktstellen zwischen Rotor und Stator
tritt eine gleitende Relativbewegung auf, die recht hohe Reibverluste
zur Folge haben. Diese Geräte
sind daher nicht leichtgängig
und benötigen
hohe Differenzdrücke,
um überhaupft
in Rotation versetzt werden zu können.
Da der Rotor in gehärteten
Werkstoffen und der Stator in verschleissbeständigen Elastomeren ausgeführt werden
kann, werden diese Geräte
in erster Linie dort eingesetzt, wo alternative Typen aufgrund von
Beimengungen von Feststoffen versagen würden (z. B. Abwassertechnik).
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Zur
Lösung
der eingangs geschilderten, komplexen Aufgabe schlägt die Erfindung
vor, daß die
Gehäusebohrung
für die
Aufnahme des Sensors eine der sich gegenseitig durchdringenden,
die frei drehbar gelagerten Schraubenspindeln aufweisenden Längsbohrungen
kreuzt und die insei tige Stirnseite des Sensors eine zur gekreuzten
Längsbohrung
korrespondierende Krümmung
aufweist und bündig
mit der Wand der gekreuzten Längsbohrung verläuft.
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Ein
anderer Vorschlag zur Lösung
dieser Aufgabe besteht darin, daß die Gehäusebohrung für die Aufnahme
des Sensors eine der sich gegenseitig durchdringenden, die frei
drehbar gelagerten Schraubenspindeln aufweisenden Längsbohrungen
kreuzt und zwischen der Stirnseite der sich durchdringenden Längsbohrungen
und jenem Bereich dieser Längsbohrungen
liegt, der von der durch die zusammenwirkenden Schraubenspindeln
mit der Wand der Längsbohrungen
gebildeten, das strömende
Medium trennenden Dichtzone durchlaufen ist bzw. in dem die zusammenwirkenden
Schraubenspindeln mit der Wand der Längsbohrungen eine in sich geschlossene,
das strömende
Medium trennende Dichtzone bilden und der von der Gehäusebohrung
aufgenommene Abschnitt des Sensors kürzer ist als die Länge der Gehäusebohrung
und die Stirnseite des Sensors gegenüber jener gedachten Ebene zurückversetzt
ist, in der sich die Gehäusebohrung
und die Längsbohrungen
kreuzen.
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Um
nicht nur die Durchflußmenge,
sondern auch die Durchflußrichtung
erfassen zu können,
sind nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, daß mindestens
zwei Gehäusebohrungen
für die
Aufnahme von zwei Sensoren vorgesehen sind und diese Gehäusebohrungen
in Längsrichtung
des Gehäuses
gegeneinander versetzt sind.
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Damit
die dafür
erforderlichen Gehäusebohrungen
in einem Arbeitsgang gefertigt werden können, ist weiterhin vorgesehen,
daß die
Achsen der beiden Gehäusebohrungen
in einer Ebene liegen, die ihrerseits die Achsen der sich durchdringenden Längsbohrungen
enthält.
Grundsätzlich
wäre es möglich, diese
Bohrungen so anzuordnen, daß sie – bezogen
auf die Achse der sich durchdringenden Längsbohrungen – winkelig
versetzt sind. Dies bedingt jedoch einen erhöhten Fertigungsaufwand.
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Um
für die
Ermittlung der Durchflußrichtung eindeutig
differenzierbare Signale der Sensoren zu erhalten, ist es zweckmäßig, daß der Abstand
der Achsen der beiden Gehäusebohrungen
bzw. der von ihnen aufgenommenen Sensoren von einem ganzzahlingen
Vielfachen der Steigung der Schraubenspindel, der sie benachbart
liegen, abweicht, so daß die
Sensoren phasenverschobene Signale liefern.
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Um
die Erfindung zu veranschaulichen, wird sie anhand der Zeichnung
und zweier Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen Längsschnitt
durch eine Einrichtung; 2 einen
Querschnitt durch die Einrichtung nach der Schnittlinie II–II einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung; 3 einen
Querschnitt durch die Einrichtung wie in 2, jedoch in einer anderen Ausführung der
Erfindung; 4 ein der
Erläuterung dienendes
Schema und 5 ein Genauigkeitsdiagramm
für Volumenmeßeinrichtungen
der hier in Rede stehenden Bauart.
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Die
Einrichtung besitzt ein zylindrisches Gehäuse 1 mit zwei Längsbohrungen 2 und 3 mit
zueinander parallelen Achsen, die sich teilweise durchdringen, da
der Normalabstand A der Achsen der beiden Längsbohrungen 2 und 3 kleiner
ist als die halbe Summe der Durchmesser dieser Längsbohrungen. In diesen beiden
sich teilweise durchdringenden Längsbohrungen 2 und 3 sind
zwei mehrgängige
Schraubenspindeln 4 und 5 frei drehbar gelagert,
die ineinandergreifen und welche endseitig kurze Wellenzapfen 6 und 7 tragen,
die von Lagern aufgenommen sind, die ihrerseits in Lagerplatten 8 und 9 festgelegt sind.
In diesen Lagerplatten sind auch hier nicht sichtbare Öffnungen
ausgespart, durch welche das zu messende Medium strömt. Deckelartige
Verschlußstücke 10 und 11 mit
Anschlußbohrungen 12 und 13 sind
mit dem Gehäuse 1 verschraubt
und halten die beschriebenen Baukomponente zu einer Einheit zusammen.
Die Länge
L des Gehäuses 1 entspricht
dabei der Länge
der beiden Schraubenspindeln 4 und 5.
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Im
Gehäuse 1 ist
seitlich eine Gehäusebohrung 14,
die die Längsböhrung 2 für die Schraubenspindel 4 kreuzt
und die rechtwinkelig zu deren Längsachse
steht. In dieser Gehäusebohrung 14 ist ein
induktiver Sensor 15 festgelegt, der mit einer hier nicht
dargestellten Meß-
bzw. Zähleinheit
verbunden ist.
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In
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung (2) ist
die Stirnseite 16 dieses Sensors kor respondierend zur
Wand der Längsbohrung 2 gekrümmt und
darüber
hinaus bündig
mit dieser Wand angeordnet. Beim betriebsmäßigen Einsatz der Einrichtung
wird diese von einem flüssigen
Medium in Richtung. der Pfeile B–B durchströmt und dieses durchströmende Medium
versetzt die beiden ineinandergreifenden, frei drehbar gelägerten Schraubenspindeln 4 und, 5 in
Drehung, so daß an
der Stirnseite 16 des Sensors 15 in periodischer
Folge die Kante der benachbart liegenden Schraubenspindel 4 vorbeistreicht,
wodurch ein für
die Messung und Zählung geeigneter
Impuls erzeugt wird. Ein Sensor 15 dieser vorstehend beschriebenen
Art mit der erwähnten Ausgestaltung
und Anordnung seiner Stirnseite 16 bezüglich der Wand der Längsbohrung 2 kann
entlang des Gehäuses 1 an
jeder beliebigen Stelle eingesetzt werden. Zweckmäßigerweise
liegt der Sensor 15 in einer Ebene E, die auch die Achsen
der beiden Schraubenspindeln 4 und 5 enthält und die
mit der Zeichenebene zu 1 zusammenfällt.
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Um
auch die Durchflußrichtung überwachen zu
können,
werden zwei Sensoren 15 vorgesehen, die in derselben Ebene
E angeordnet sind und die in Längsrichtung
des Gehäuses 1 voneinander
distanziert sind, wobei in diesem Falle der Abstand der Achsen der
entsprechenden Gehäusebohrungen bzw.
der von Ihnen aufgenommenen Sensoren 15 von einem ganzzahligen
Vielfachen der Steigung der benachbart liegenden Schraubenspindel 4 abweicht, so
daß zueinander
zeitlich versetzte Impulsfolgen über
die beiden Sensoren erzielt werden können.
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Es
liegt in der besonderen konstruktiven Eigenart der hier in Rede
stehenden Einrichtung zur Volumenmessung von strömenden Medien, daß durch
die beiden ineinandergreifenden Schraubenspindeln 4 und 5 in
Verbindung mit der Wand der Längsbohrungen 2 und 3 eine
räumlich
verlaufende Dichtzone geschaffen wird, die das zu- und das abströmende Medium
nach Art eines Kolbens trennt und die sich innerhalb eines durch
die Konstruktion vorgegebenen Längsbereiches
des Gehäuses 1 in Durchströmrichtung
bewegt. Dies soll das Schema nach 4 andeuten.
Die ein Rechteck darstellende Linie 17 deutet die Abwicklung
der Längsbohrungen 2, 3 an,
die sich über
die Länge
L des Gehäuses 1 erstrecken
und deren Stirnseiten mit 21 bezeichnet sind. Der Bereich 26,
in dem die von den Schraubenspindeln 4 und 5 in
Verbindung mit der Wand der Längsbohrung 2 und 3 gebildete
Dichtzone innerhalb des Gehäuses 1 beim
betriebsmäßigen Einsatz
der Einrichtung liegt und sich bewegt, ist durch die Linien 18 abgegrenzt.
Außerhalb
dieser von den Linien 18 begrenzten Bereiches 26 sind
keine umfangsgeschlossenen Dichtzonen mehr vorhanden, die das zu-
bzw. abfließende
Medium voneinander trennen, vielmehr ist jeder oberhalb bzw. unterhalb
der Linien 18 liegende Abschnitt der Schraubenspindeln 4 und 5 mit
der Zufluß-
bzw. der Abflußseite
verbunden.
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Dies
vorausgeschickt wird zur Lösung
der eingangs genannten Aufgabe eine Alternative vorgeschlagen, die
aus 3 ersichtlich ist.
Eine Ausbildung des Sensors 15, wie im Zusammenhang mit 2 beschrieben, ist relativ
aufwendig und erfordert einen hohen Bearbeitungsaufwand. Es ist
daher zweckmäßig und
einfacher, Sensoren 19 zu verwenden, die eine ebene Stirnseite 20 aufweisen
und deren Länge
geringer ist als die Tiefe der Gehäusebohrung 14, so
daß die
Stirnseite 20 dieses Sensors 19 gegenüber der
Wand der Bohrung 2 zurückversetzt ist,
was deutlich 3 veranschaulicht,
wobei dieser Abstand hier mit X bezeichnet ist.
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In
diesem Falle ist die Gehäusebohrung 14 für die Aufnahme
des Sensors 19 zwischen der Stirnseite 21 der
sie durchdringenden Längsbohrungen 2 und 3 und
jenem Bereich 26 dieser Längsbohrungen vorzusehen, in
dem die zusammenwirkenden Schraubenspindeln 4 und 5 mit
der Wand der genannten Längsbohrungen
eine in sich geschlossene, das strömende Medium trennende Dichtzone
bilden. Diese Gehäusebohrung 14 muß also mit
anderen Worten außerhalb
des von den Linien 18 begrenzten Bereiches 26 liegen.
Dieser letzterwähnte
Bereich 26 ist in 4 durch
die zwischen den Linien 18 liegende Fläche versinnbildlicht. Derjenige
Bereich 25 hingegen, in dem der Sensor 19 in diesem
Falle anzuordnen ist, ist in 4 gerastert
dargestellt. Dadurch ist sichergestellt, daß die das zu- und das abströmende Medium
trennende, in Fließrich tung
des Mediums sich periodisch bewegende und den Beieich 26 zwischen
den Linien 18 durchlaufende Dichtzone nicht durch den Raum 22 kurzgeschlossen
wird, der sich durch die gegenüber
der Wand der Bohrung 2 zurückversetzte Stirnseite 20 des
Sensors 19 ergibt.
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Die
Genauigkeitsdiagramme solcher Einrichtungen zur Volumenmessung zeigen
in Abhängigkeit von
der Viskosität
des durchströmenden
Mediums im Meßnormbereich
einen fast geradlinigen Verlauf. Im Diagramm nach 5 ist dieser Verlauf durch die Linie 23 angedeutet.
Das schematische Diagramm nach der letzterwähnten Figur gibt auf der Ordinate die
Genauigkeit in Prozenten, auf der Abszisse die prozentuelle Durchflußmenge an.
Wird die oben vorgegebene Bedingung für die Anordnung des Sensors 19 nicht
berücksichtigt
und würde
der Sensor 19 in der aus 3 ersichtlichen
Art außerhalb
der gerasterten Bereiche 25 (4)
angeordnet, also in jenem Bereich 26, der von der umfangsgeschlossenen Dichtzone
durchlaufen wird, so fällt
die Meßgenauigkeit
ganz erheblich ab, wie Versuche zeigen und wie dies die strichlierte
Linie 24 im Diagramm 5 veranschaulicht.
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Auch
bei der aus 3 ersichtlichen
Anordnung können über die
Länge des
Gehäuses 1 zwei Sensoren
angeordnet werden unter Berücksichtigung
der oben aufgezeigten Bedingungen, damit nicht nur die Durchflußmenge zähl- und
meßbar
ist, sondern auch die Durchflußrichtung überwacht
werden kann. In diesem Fall liegen die beiden Sensoren 19 in
den gerasterten Bereichen 25 des Gehäuses 1 (4), wobei auch in diesem
Falle der Abstand der Achsen der beiden Gehäusebohrungen 14 bzw.
der von ihnen aufgenommenen Sensoren 19 von einem ganzzahligen
Vielfachen der Steigung der Schraubenspindel, der sie benachbart
liegen, abweicht.
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Die
vorstehend besprochenen Ausführungsbeispiele
zeigen, daß die
Sensoren 15, 19 in einer Ebene E angeordnet sind,
die auch die Achsen der Längsbohrungen 2 und 3 beinhaltet.
Es sei an dieser Stelle abschließend vermerkt, daß diese
Anordnung für
die Erfindung nicht zwingend ist. Die Sensoren 15 bzw. 19 können auch
so angeordnet sein, daß sie
mit der die Achsen der Längsbohrungen 2 und 3 beinhaltenden
Ebene einen Winkel einschließen.
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Längsbohrung
- 3
- Längsbohrung
- 4
- Schraubenspindel
- 5
- Schraubenspindel
- 6
- Wellenzapfen
- 7
- Wellenzapfen
- 8
- Lagerplatte
- 9
- Lagerplatte
- 10
- Deckelartiges
Verschlußstück
- 11
- Deckelartiges
Verschlußstück
- 12
- Anschlußbohrung
- 13
- Anschlußbohrung
- 14
- Gehäusebohrung
- 15
- Sensor
- 16
- Stirnseite
- 17
- Linie
- 18
- Linie
- 19
- Sensor
- 20
- Stirnseite
- 21
- Stirnseite
- 22
- Raum
- 23
- Linie
- 24
- Strichlierte
Linie
- 25
- Bereich
- 26
- Bereich