DE19529331C2 - Volumenzähler - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Volumenzähler mit wenigstens
zwei miteinander kämmenden Schraubenspindeln, einem mehrteiligen
Gehäuse mit Anschlußträgern zum Leitungsanschluß und Lager
trägern, in welchen die Schraubenspindeln drehbar gelagert sind,
wobei ein Meßmedium das Gehäuse durchströmt und die Schraubenspindeln
in Rotation versetzt, und einem Aufnehmer, welcher an einem
mit einer der Schraubenspindeln 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 Schraubenspindeln ein
Problem darin, daß die gesamte Zähleranordnung aufgrund der
länglichen Schraubenspindeln eine relativ große Längserstreckung
erreichen. Aufgrund der Länge der Schraubenspindeln und der Ausmaße
des Volumenzählergehäuses treten entsprechende Reibungs
verluste des Meßmediums mit den Schraubenspindeln 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 den aus der
DT 25 53 578 A1 und der EP 0 273 537 A2 bekannten Durch
flußmessern die Anordnung von länglichen Leitkörpern vor
einem schraubenförmigen Flügelrad vorgesehen. Durch die
Leitkörper wird zwar eine gute Strömungsleitung vor und
nach dem Flügelrad erreicht, jedoch treten beim Auftreffen
der Strömung auf das Flügelrad weiterhin relativ große Rei
bungsverluste aufgrund von Verwirbelungen auf. Zudem wird
durch die vorgeschlagenen Leitkörper die Gesamtanordnung in
der Längserstreckung sehr groß. Bei dem Durchflußmesser aus
der EP 0 273 537 ist zudem ein Stator vorgesehen, der bei
hohen Strömungsgeschwindigkeiten eine spiralförmige Strö
mung erzeugen soll.
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
gattungsgemäßen Volumenzähler derart weiterzubilden, daß
dieser kompakt ist und weitgehend unabhängig von Viskosi
tätsschwankungen des Meßmediums eine gleichbleibende Meßge
nauigkeit aufweist.
Ausgehend von einem gattungsgemäßen Volumenzähler wird die
Aufgabe durch die kennzeichenden Merkmale des Anspruchs 1
gelöst. Hierbei ist vorgesehen, daß die Lagerträger strö
mungs
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 errreicht, 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
Schraubenspindeln, einem mehrteiligen Gehäuse mit An
schlußträgern zum Leitungsanschluß und Lagerträgern,
in welchen die Schraubenspindeln drehbar gelagert
sind, wobei ein Meßmedium das Gehäuse durchströmt und
die Schraubenspindeln in Rotation versetzt, und einem
Aufnehmer, welcher eine Drehzahl der Schraubenspindeln
als Maß für das durchströmte Volumen abgreift,
dadurch gekennzeichnet,
- 1. - daß zumindest der einlaßseitig angeordnete Lagerträ ger (2) eine strömungsgünstige Ausformung (8) auf weist, die in die Anschlußöffnung des angrenzenden Anschlußträgers (1) hineinragt,
- 2. - daß seitlich neben der strömungsgünstigen Ausformung (8) ein Einlaufkanal (7) mit zwei Öffnungen ausge bildet ist, und
- 3. - daß beide Schraubenspindeln (5) durch das durch den Einlaufkanal (7) strömende Meßmedium in einer radia len Richtung angeströmt sind.
2. Volumenzähler nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Einlaufkanal (7) eine positive Steigung zu den
Schraubenspindeln (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 Schraubenspindeln (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 Schraubenspindeln (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 Schraubenspindeln (5) eine Beschichtung
aufweisen.
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