DE19529331A1 - Volumenzähler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Volumenzähler mit wenigstens zwei miteinander kämmenden Spindeln, einem mehrteiligen Gehäuse mit Anschlußträgern zum Leitungsanschluß und Lager­ trägern, in weichen die Spindeln drehbar gelagert sind, wobei ein Meßmedium das Gehäuse durchströmt und die Spindeln in Rotation versetzt, und einem Aufnehmer, welcher an einem mit einer der Spindeln gekoppelten Rotationsteil die Dreh­ zahl als Maß für das durchströmte Volumen abgreift.

Ein derartiger Volumenzähler in Zusammenhang mit der Flüs­ sigkeitsmengenmessung in Säulen von Kraftfahrzeug-Tank­ stellen geht aus der DE 41 42 062 A1 hervor. Die Verwendung von zwei miteinander kämmenden Schraubenspindeln in einem Volumenzähler gewährt im Vergleich zu einfach aufgebauten Flügelrädern eine höhere Meßgenauigkeit.

Grundsätzlich besteht bei Volumenzählern mit Spindeln ein Problem darin, daß die gesamte Zähleranordnung aufgrund der länglichen Spindeln eine relativ große Längserstreckung erreichen. Aufgrund der Länge der Spindeln und der Ausmaße des Volumenzählergehäuses treten entsprechende Reibungs­ verluste des Meßmediums mit den Spindeln und den Gehäuse­ wandungen auf. Diese Reibungsverluste verursachen einen Druckabfall, welcher insbesondere bei der Messung kleiner Strömungen als nachteilig erachtet wird. Besonders bei hochviskosen Meßmedien macht sich der vom Volumenzähler­ aufbau abhängige Druckabfall besonders stark bemerkbar. So treten gerade bei größeren Vikositätsschwankungen un­ erwünschte Meßungenauigkeiten auf.

Zur Verminderung von Reibungsverlusten ist bei dem aus der DT 25 53 578 A1 bekannten Durchflußmesser die Anordnung von länglichen Leitkörpern vor einem schraubenförmigen Flügel­ rad vorgesehen. Durch die Leitkörper wird zwar eine gute Strömungsleitung vor und nach dem Flügelrad erreicht, jedoch treten beim Auftreffen der Strömung auf das Flügel­ rad weiterhin relativ große Reibungsverluste aufgrund von Verwirbelungen auf. Zudem wird durch die vorgeschlagenen Leitkörper die Gesamtanordnung in der Längserstreckung sehr groß.

Aus der DE 34 29 326 C2 geht eine Vorrichtung zur Messung der Drehzahl und/oder der Drehrichtung eines Flügelrades eines Flügelrad-Durchflußmessers in strömenden Flüssig­ keiten hervor. Zur Bestimmung der Drehzahl und/oder der Drehrichtung sind mehrere Elektroden in einem bestimmten Abstand voneinander in dem Vorrichtungsgehäuse vorgesehen. Mittels der Elektroden und einer Auswerteschaltung kann bei dieser bekannten Vorrichtung unter anderem die Drehrichtung des Flügelrades bestimmt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen präzisen und kompakten Volumenzähler mit einem besonders großen Einsatzbereich zu schaffen.

Ausgehend von einem gattungsgemäßen Volumenzähler wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Lagerträger strömungs­ günstige Ausformungen aufweisen, die in Anschlußöffnungen der Anschlußträger hineinragen, und daß zumindest in einem der Lagerträger ein Einlaufkanal zur radialen Anströmung der Spindeln ausgebildet ist.

Ein besonders kompakter Aufbau des Volumenzählers wird dadurch erreicht, daß die strömungsgünstigen Ausformungen an der Einlaß- und Auslaßseite nicht in einem gesonderten Freiraum sondern direkt in die Anschlußöffnungen der Anschlußträger hineinragen. Die Ausformungen sorgen damit bereits beim Einströmen des Meßmediums in den Volumenzähler für eine Reduzierung von Verwirbelungen. Eine weitere Reduk­ tion von Reibungsverlusten wird durch die Ausbildung des Einlaufkanals geschaffen. Durch den Einlaufkanal wird die Strömung nicht parallel zur Spindelachse auf die Spindeln geleitet, sondern in einem Winkel zu dieser. Der Einström­ winkel entspricht dabei näherungsweise der Winkelstellung der Schraubenblätter der Spindeln. Somit werden übermäßige Verwirbelungen im Bereich der Spindelblätter vermieden. Somit wird auch bei Meßmedien mit stark unterschiedlicher Viskosität ein relativ konstantes Strömungsverhalten er­ reicht. Der erfindungsgemäße Volumenzähler kann somit sowohl bei niedrigviskosen als auch bei hochviskosen Meßmedien ohne Nachjustierung der Auswerteelektronik eingesetzt werden.

Eine zusätzliche Erweiterung des Einsatzbereiches des er­ findungsgemäßen Volumenzählers bietet die Möglichkeit zur Vorsehung eines weiteren Meßaufnehmers in einem bestimmten Abstand von dem ersten Meßaufnehmer. In einer Auswerte­ elektronik kann durch Vergleich der Abfolge der von beiden Aufnehmern ermittelten Meßimpulse nicht nur die Drehzahl sondern auch die Drehrichtung der Spindeln bestimmt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Volumenzähler wird erreicht, daß der Strömungswiderstand des Volumenzählers über einen großen Durchflußbereich deutlich verringert wird und durch die Gestaltung der Teile nahezu viskositätsunabhängig ist. Durch den geringen Druckabfall kann das Meßmedium zudem mit einer geringeren Pumpleistung transportiert werden.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß der Einlaufkanal eine positive Steigung zu den Spindeln hin aufweist. Hierdurch wird eine Verbesse­ rung des Anströmverhaltens des Mediums an die Spindelkammern erreicht. Eine entsprechende Ausbildung des Auslaßkanals in dem gegenüberliegenden Lagerträger erlaubt auch ein verwir­ belungsarmes Ausströmen des Meßmediums aus den Spindelkam­ mern.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist es von Vorteil, daß die Lagerträger umströmte Lagerstege aufweisen, in denen sich die Spindellagerungen befinden. Als Spindel­ lagerungen können abhängig von den zu erwartenden Be­ lastungen Lagerbuchsen oder Kugellager verwendet werden. Eine besonders einfache Lagerung besteht darin, daß in den Lagerstegen Bohrungen eingebracht sind, deren Oberflächen zur Reduzierung von Reibung und Verschleiß beschichtet sind.

Eine besonders vorteilhafte Lagerungsvariante besteht darin, daß in Bohrungen der Lagerstege Kugeln oder Teile mit gewölbter Oberfläche eingebracht sind. Hierdurch wird die Kontaktreibung verringert.

Eine andere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Volumenzählers besteht darin, daß in das Gehäuse eine oder mehrere Bohrungen eingebracht sind, in denen ein optischer oder induktiver Aufnehmer zum Drehzahl abgriff befestigbar ist und daß zur Drehrichtungserken­ nung ein zusätzlicher optischer oder induktiver Aufneh­ mer vorsehbar ist.

Die Bohrungen sind dabei vorzugsweise mit einem Innengewin­ de versehen, in welches ein entsprechendes Außengewinde an den Meßaufnehmern eingeschraubt werden kann. Somit kann ei­ ne besonders einfache und stabile Anbringung der Aufnehmer an dem Gehäuse vorgesehen werden.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist von Vorteil, daß auf einer der Spindelwellen ein Zahnrad als Rotationsteil angebracht ist. Jeder an dem Aufnehmer vorbei­ laufende Zahn des Zahnrades erzeugt dabei einen Impuls, der in einer Auswerteelektronik zur Ermittlung der Drehzahl und somit des durchströmenden Volumens verwendet wird. Das Meß­ ergebnis ist dabei um so genauer, je mehr Impulse pro Um­ drehung des Zahnrades erzeugt werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß auf einem oder beiden Lagerträgern eine oder mehrere Bohrungen eingebracht sind, in denen ein optischer oder induktiver Aufnehmer zum Drehzahlabgriff befestigt werden kann. Bei Verwendung eines optischen Aufnehmers ist der Lagerträger aus einem durchsichtigen Material gefertigt, mit einem Fenster oder einer Durchgangsöffnung für den optischen Aufnehmer in die Meßkammer versehen. Als Rota­ tionsteil zum Impulsgeben wird bei einem optischen Auf­ nehmer insbesondere ein Hell-dunkel-Strichkode vorgesehen.

Zur Ausweiterung des Einsatzbereiches des erfindungsgemäßen Volumenzählers ist es auch vorgesehen, daß an der Ein- und Ausströmseite die Anschlußträger auswechselbar angebracht und mit lösbaren Leitungsanschlüssen versehen sind. Als Leitungsanschlüsse können übliche Leitungsverbindungen, wie Flanschanschlüsse, Rohrverbindungen, Bayonnetteverschlüsse, etc., vorgesehen sein. Durch die Auswechselbarkeit der Anschlußträger kann in einfacher Weise ein Anschlußträger mit einem für die Leitung passenden Anschluß vorgesehen werden.

Eine erfindungsgemäße Alternative zur Lagerung der Spindeln besteht darin, daß die Schraubenspindeln durch eingebrachte Achsen gelagert sind. Hierdurch wird eine verschleißarme und einfache Lagerung der Spindeln und somit eine lange Lebensdauer des Volumenzählers bei einer gleichmäßig hohen Meßgenauigkeit erreicht.

Hierbei wird eine besonders verschleißarme Lagerung der Spindeln dadurch erreicht, daß die Oberfläche der ein­ gebrachten Achsen eine Beschichtung aufweist.

Ein zuverlässiger Schutz der Spindeln gegen abrasive Medien oder Medien mit schlechten Schmiereigenschaften kann gemäß einer erfindungsgemäßen Weiterbildung dadurch erreicht werden, daß die Oberfläche der Spindeln eine Beschichtung aufweist. Die Beschichtung kann ein Kunststoff, ein Lack, eine Emailbeschichtung oder ein sonstiger geeigneter Über­ zug sein.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert, welche in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind.

In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Volumenzählers;

Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispieles eines erfindungs­ gemäßen Volumenzählers;

Fig. 3 einen Lagerträger eines erfindungsgemäßen Volumen­ zählers in Draufsicht;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht gemäß dem Schnitt A-A in Fig. 3 und

Fig. 5 eine Querschnittsansicht gemäß dem Schnitt B-B in Fig. 3.

Fig. 1 zeigt einen Volumenzähler mit einem mehrteiligen Gehäuse, welches zwei Anschlußträger 1, zwei Lagerträger 2 und ein Meßkammergehäuse 4 aufweist.

Die beiden Anschlußträger 1 weisen jeweils eine Anschluß­ öffnung auf, mit denen der Volumenzähler in eine Schlauch- oder Rohrleitung zwischengeschaltet werden kann. Zum Anschluß an eine Leitung sind beide Anschlußträger 1 mit einem Innengewinde versehen. In die Anschlußöffnungen mit dem Innengewinde ragen Ausformungen 8 der Lagerträger 2 hinein, um Verwirbelungen bei der Einströmung bzw. Aus­ strömung des Meßmediums zu reduzieren.

Seitlich neben den kugelsegmentförmigen Ausformungen 8 be­ finden sich in den Lagerträgern 2 Kanäle 7, welche ab­ hängig von der Strömungsrichtung als Einlauf- oder Auslaß­ kanäle dienen. Die Kanäle 7 führen jeweils zu dem zentralen Spindelgehäuse 4, in welchem zwei miteinanderkämmende Spindeln 5 mit schraubenförmigen Flügeln angeordnet sind. Entsprechend dem Durchmesser der Spindeln 5 sind in dem Spindelgehäuse 4 zwei sich überdeckende Bohrungen ein­ gebracht.

Die Spindeln 5 weisen an ihren Stirnseiten Lagerzapfen auf. Die Lagerzapfen reichen in Bohrungen der Lagerträger 2 hin­ ein, in denen sie mittels Lagerbuchsen radial gelagert sind. Zur axialen Lagerung der Spindeln 5 sind Lagerkugeln 13 zwischen dem Grund der Lagerbohrung und den Stirnseiten der Lagerzapfen vorgesehen.

In dem Lagerträger 2 ist der Einlauf/-Auslaßkanal 7 so aus­ gebildet, daß eine Strömung des Meßmediums jeweils zu bzw. von jeder der Spindeln 5 weg ermöglicht wird. Diese Kanäle 7 sind mit einer positiven Steigung zu den Spindeln 5 in den Lagerträger 2 eingearbeitet. Hierdurch wird eine Strö­ mung erzeugt, die ein besseres Füllvermögen der Spindel­ kammern bewirkt. An den Stirnseiten des Spindelgehäuses 4 ist jeweils ein ovaler Ring 12 eingearbeitet. Der Ringkanal lenkt das Meßmedium auch in radialer Richtung und gewährt so ein besseres Füllvermögen und einen geringeren Durchfluß­ widerstand.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist in dem Meßkammergehäuse 4 eine Bohrung 10 mit einem Innengwinde vorgesehen, in welches ein nicht dargestellter induktiver Meßaufnehmer einschraubbar ist. Durch diesen Meßaufnehmer kann die Dreh­ zahl unmittelbar von den Spindeln 5 als Rotationsteile ab­ gegriffen werden. Erfindungsgemäß sind bei dieser Ausfüh­ rungsform noch weitere Meßaufnehmer beispielsweise im Bereich der Lagerzapfen oder der Stirnseiten der Spindeln vorgesehen. Diese sind jedoch aus Gründen der Übersicht­ lichkeit ebenso wie ein Rotationsteil zur Impulsverdoppelung in dieser Ansicht nicht dargestellt.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Volumenzählers schematisch gezeigt. Die in der Spindelkammer angeordneten Spindeln 5 sind über mit den Spindeln 5 verbundene Lagerbolzen 11 drehbar gelagert. In der gezeigten Darstellung befindet sich der Einlaß auf der linken Seite, wobei der einlaß-seitige Lagerträger 2 und die Anschlußträger 1 vergleichbar mit den entsprechenden Teilen von Fig. 1 ausgebildet sind. Im Gegensatz zur Ausführungs­ form gemäß Fig. 1 wird die Spindeldrehzahl durch einen in der Gewindebohrung 10 vorgesehenen Aufnehmer in einem ver­ größten Lagerträger 3 abgegriffen. Die Impulse werden hier durch ein Zahnrad 6 abgegriffen, welches mehrere Impulse pro Spindelumdrehung abgibt. Das Zahnrad 6 ist über einen verlängerten Lagerbolzen 11 mit einer der Spindeln 5 drehfest verbunden.

Bei dieser Ausführungsform strömt zunächst ein Meßmedium durch den linksseitigen Anschlußträger 1 an der Ausformung 8 vorbei in den Einlaufkanal 7 des linksseitigen Lager­ trägers 2. Durch die Ausformung des Einlaufkanals 7 werden die drehbar gelagerten Spindeln 5 in die Spindelkammer im wesentlichen radial eingeströmt, so daß diese ohne größere Verwirbelungen in Rotation versetzt werden. Entsprechend der Rotation der Spindeln 5 wird auch das Zahnrad 6 in Rotation versetzt. Ein nicht dargestellter Meßaufnehmer nimmt entsprechend der durch seinen Meßbereich laufenden Zähne des Zahnrades 6 Impulse auf, welche an eine rück­ wärtige Auswerteelektronik weitergeleitet werden. Nach dem Durchströmen der Spindelkammer verläßt das Meßmedium über den Kanal 7, einer Auslaßbohrung in dem Meßkammergehäuse 3 und dem Auslaß in dem rechtsseitigen Anschlußträger 1 den Volumenzähler.

Die Fig. 3 zeigt den Lagerträger 2 gemäß Fig. 1 im ver­ kleinerten Maßstab in einer Draufsicht. Die Fig. 4 und 5 verdeutlichen den Aufbau des Lagerträgers gemäß Fig. 3 in verschiedenen Schnittdarstellungen. Aus den Fig. 3 bis 5 geht hervor, daß die Lagerbohrungen in dem Lagerträger 2 in einem Lagersteg 9 angeordnet sind. Der Lagersteg 9 ist von dem ovalförmig ausgebildeten Einlaufkanal 7 mit zwei Einlaßöffnungen umgeben. Der Einlaufkanal 7 ist dabei so ausgebildet, daß er eine positive Steigung bezüglich der Spindeln 5 aufweist, so daß das Meßmedium nicht allein pa­ rallel zur Richtung der Achsen der Spindeln 5 sondern in ei­ nem Winkel hierzu einströmt. Durch diese erfindungsgemäße Gestaltung ergibt sich ein nahezu viskositätsunabhängiges Strömungsverhalten der Meßmedien in dem Volumenzähler. Durch die Kombination mit den erfindungsgemäß vorgesehenen strömungsgünstigen Ausformungen 8 wird ein relativ geringer Druckabfall mit dem Volumenzähler gewährleistet. Durch das zusätzliche Anbringen von Rotationsteilen zur Impulsabgabe wird zudem ein größeres Auflösungsvermögen gegenüber herkömmlichen Volumenzählern erreicht. Weiterhin wird durch das zusätzliche Vorsehen von Drehzahlabgriffen eine Dreh­ richtungs- und damit Strömungsrichtungserkennung reali­ siert, wodurch insgesamt ein besonders umfassend einsetzba­ rer Volumenzähler geschaffen wird.

Claims (11)

1. Volumenzähler mit wenigstens zwei miteinander kämmenden Spindeln, einem mehrteiligen Gehäuse mit Anschluß­ trägern zum Leitungsanschluß und Lagerträgern, in welchen die Spindeln drehbar gelagert sind, wobei ein Meßmedium das Gehäuse durchströmt und die Spindeln in Rotation versetzt, und einem Aufnehmer, welcher an einem mit einer der Spindeln gekoppelten Rotationsteil die Drehzahl als Maß für das durchströmte Volumen ab­ greift, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lagerträger (2) strömungsgünstige Ausformungen (8) aufweisen, die in Anschlußöffnungen der Anschluß­ träger (1) hineinragen, und
daß zumindest in einem der Lagerträger (2) ein Einlauf­ kanal (7) zur radialen Anströmung der Spindeln (5) aus­ gebildet ist.

2. Volumenzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaufkanal (7) eine positive Steigung zu den Spindeln (5) hin aufweist.

3. Volumenzähler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerträger (2) umströmte Lagerstege (9) auf­ weisen, in denen sich die Spindellagerungen befinden.

4. Volumenzähler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Bohrungen der Lagerstege (9) Kugeln (13) oder Teile (13) mit gewölbter Oberfläche eingebracht sind.

5. Volumenzähler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in das Gehäuse eine oder mehrere Bohrungen (10) eingebracht sind, in denen ein optischer oder induk­ tiver Aufnehmer zum Drehzahlabgriff befestigbar ist, und daß zur Drehrichtungserkennung ein zusätzlicher optischer oder induktiver Aufnehmer vorsehbar ist.

6. Volumenzähler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer der Wellen der Spindeln (5) ein Zahnrad (6) als Rotationsteil angebracht ist.

7. Volumenzähler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einem der Lagerträger (2) eine oder mehrere Bohrungen (10) eingebracht sind, in denen ein optischer oder induktiver Aufnehmer zum Drehzahl­ abgriff befestigbar ist.

8. Volumenzähler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Ein- und Ausströmseite die Anschlußträger (1) auswechselbar angebracht und mit lösbaren Leitungsanschlüssen versehen sind.

9. Volumenzähler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindeln (5) durch eingebrachte Achsen (11) gelagert sind.

10. Volumenzähler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der eingebrachten Achsen eine Beschichtung aufweisen.

11. Volumenzähler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Spindeln (5) eine Beschichtung aufweisen.