DE2339829A1

DE2339829A1 - Fluessigkeitsvolumenzaehler

Info

Publication number: DE2339829A1
Application number: DE19732339829
Authority: DE
Inventors: Volker Richter
Original assignee: Aquametro AG
Current assignee: Aquametro AG
Priority date: 1973-08-06
Filing date: 1973-08-06
Publication date: 1975-02-27

Description

B. Äug, 1Q73

Mein Zeichenι Ρ 1777

t ι λ Aquametro AG, Basel /«„w *., hruwel der: -~* ' /Schwei ü

Murbacherstrasse J

Flüssigkeitsvolumenzähler

Die Erfindung bezieht sich auf einen

Flüssigkeitsvolumenzähler mit Zu- und Abflussöffnungen für die Flüssigkeiten und eine Messkammer, in welcher ein Rotationskolben geführt ist.

Derartige Flüssigkeitsvolumenzähler dienen zum Durchflußrcessen von strömenden Flüssigkeiten wie z.B. von Wasser. Bekannte Flüssigkeitsvolumensähler wie z.B. Ringkolbenzähler unterliegen nachteiligerv/eise einem relativ starken Verschleiß, insbesondere an den aneinanderreihenden Gleitflächen, welche eine Abdichtung

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ORIGINAL INSPECTED

gewährleisten sollen, wodurch undichthexten auftreten können, durch die dann die zu messenden Flüssigkeiten hindurchdringen mit der Folge, daß keine präzise volumetrische Erfassung der durchströmenden Flüssigkeitsmengen mehr möglich ist. Außerdem besitzen die bekannten Ringkolbenzähler einen unruhigen und zu Erschütterungen neigenden Lauf, was insbesondere bei hohen Durchsatzgeschwindigkeiteri wiederum verschleißsteigernd ist.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Flüssigkextsvolumenzähler unter -Vermeidung der Nachteile des Bekannten zu schaffen, welcher konstruktiv möglichst einfach gestaltet ist, ferner einen großen Flüssigkeitsdurchsatz unter Sicherstellung einer hohen Meßpräzision gestattet und der zudem auch über einen längeren Einsatzzeitraum in hohem Maße verschleißarm arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Innenraum der Meßkammer eine zweibogige Epitrochoiden-Ouerschnittsforra besitzt, daß die äußere Mantelfläche des Rotationskolbens in ihrem Querschnitt der inneren Hüllfigur der Meßkammer entspricht, daß innerhalb der Meßkammer Führungsmittel für den Rotationskolben vorgesehen sind und daß diese Führungsmittel mit einem Zählwerk gekoppelt sind.

Dieser erfindungsgemäße Flüssigkextsvolumenzähler besitzt einen relativ erschütterungsfreien Lauf,

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da einerseits die Drehzahl des liotatioriskolbens etwa nur halb so hoch ist wie diejenige bei ilingkelbenzählern bei gleichem Flüssigkeitsdurchsatz und da andererseits die zum Zwecke der Abdichtung erforderlichen Dichtabschnitte des Kolbens nur an vergleichsweise schmalen Kantenbereichen mit der Meßkammerwandung in Berührung stehen. Bei einer speziellen, besonders präzisen Radialführung des Rotationskolbens kann sich dieser nahezu berührungslos an seiner Kammerwandung vorbeibewegen.

Außerdem gestattet der konstruktiv einfache Aufbau des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsvolumenzählers eine besonders wirtschaftliche Herstellung, da die einfache Form der Einzelteile eine kostensparende Fertigung im Kunststoff-Spritzgußverfahren ermöglicht.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Flüssigkeitsvolumenzähler mit den Merkmalen der Erfindungj Fig 2 einen Längsschnitt entlang der

Linie A-A durch den in Fig. 1 dargestellten Volumenzähler j

Fig. 3a bis e scheiaatische Darstellungen verschiedener Arbeitsphasen des Volumenzählers während eines Förderzyklusj

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Fig. 4 bis 6 Längsschnitte clutch jeweils abgewandelte Ausführungsformen von Volunenzählern.

Der in den Figuren dargestellte Flüssigkeitsvolumenzähler v/eist eine Meßkamnier 1 auf, deren Innenraum 2 eine zweibogige Epitrochoiden-Ouerschnittsform besitzt. An der Meßkammerwandung sind beidseitig neben den zwei Einschnürungen 3 des epitrochoxdenförnixgen Innenraums 2 Zu- und Abflußöffnungen 4> 4' und 5> 5' für die Flüssigkeit vorgesehen, wobei sowohl die beiden Zu- als auch die beiden Abflußöffnungen zueinander um jeweils l8o° versetzt angeordnet sind.

Im Innenraum 2 ist ein Rotationskolben 6 vorgesehen, dessen äußere Mantelfläche in ihrem Querschnitt der inneren Hüllfigur der Meßkammer 1 entspricht. Der Rotationskolben 6 weist gemäß den Fig. 1 und 2 eine zentrische, zylindrische Ausnehmung 7 auf, in der eine Exzenterscheibe 8 gleitend geführt ist. Diese Exzenterscheibe 8 ist an einer Welle 20 angebracht, welche im Meßkammerboden 9 über eine Drehlagerung 11 und im Meßkammerdeckel 10 über eine weitere Drehlagerung 12 im Symmetriezentrum der Meßkammer 1 geführt ist. Das im Meßkammerdeckel 10 gelagerte Wellenende der Welle' 20 ist fer_ner mit einem Zählwerk 13 gekoppelt, welches die Drehbewegung der Exzenterscheibe 8 zur Anzeige bringen kann.

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Um eine hochpräzise I-Ladialführung des Rotationskolbens zu gewährleisten kann zentrisch zur Lagerung der Welle 20 am Meßkämmerboden 9 gemäß Fig. ein außen verzahntes Zahnrad 17 befestigt sein, in welches ein innen verzahnter Zahnkranz l8 eingreift, welcher zentrisch auf den Rotationskolben ausgerichtet an diesem drehfest angebracht ist. Das Uebersetzungs« verhältnis zwischen dem Zahnkranz und dem Zahnrad muss 3 : 2 betragen.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform der Führungsmittel für den Rotationskolben 6 gemäß Fig. 4 ist am Meßkammerboden 9 in dessen Symmetriezentrtun ein Führungszapfen 19 vorgesehen, welcher in eine im Rotationskolben ausgebildete Ausnehmung 21 hineinragt und dabei an der Oberfläche eines zentrisch am Rotationskolben ortsfest angebrachten Gleitzapfens 22 anliegt. Dieser Gleitzapfen 22 wälzt sich bei der Kolbendrehung auf dem Umfang des Führungszapfens 19 ab. Zur Übertragung der Kolbendrehung auf das Zählwerk 13 ist im Meßkammerdeekel 10 ein YJinkelarm 24 zentrisch gelagert, dessen Drehbolzen 25 mit dem Zählwerk 13 verbunden ist und welcher mit seinem abgewinkelten Ansatz an einem weiteren Zapfen 23 anliegt, der im Zentrum des

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Rotationskolbens befestigt ist und in Richtung auf den Meßkammerdeckel 10 nach oben absteht.

Gemäß Fig. 5 kann auch bei dieser Ausführungsform der Rotationskolben-Führungsmittel eine zusätzliche Radialführung für den Kolben vorgesehen sein. Diese Radialführung besteht aus einem außen verzahnten Zahnrad YJ, welches unterhalb des Abwälzbereiches auf dem' Führungszapfen 19 befestigt ist, wobei in dessen Verzahnung ein am Rotationskolben zentrisch angebrachter, innen verzahnter Zahnkranz l8 eingreift. Das UeberSetzungsverhältnis zwischen dem Zahnkranz und dem Zahnrad muss 3 ^: 2 betragen.

Die gesarate Meßkammer 1 ist in einem Gehäuse '14 untergebracht, welches bei den dargestellten Ausführungsformen mit einem Zu- oder einem Ablaufanschluß 30 oder 30' für die zu messenden Flüssigkeiten versehen ist. Diese Anschlüsse münden in um die Meßkammer-Seitenwandung 28 herum laufende Ringkanäle 29> 29' ein, wobei der eine Ringkanal mit den Zuflußöffnungen 4 und 4' verbunden ist

und der andere Ringkanal mit den beiden Abflußöffnungen 5, 5^r in Verbindung'steht. Die in Axialrichtung der Meßkammer versetzt ausgeführten Ringkanäle 29 und 29' sind über 'eine Trennwand 15 voneinander flüssigkeitsdicht abgeteilt. Die Messkammer 1 wird über ein Sieb 3² mit dem Boden 16 im Gehäuse 14 fixiert und durch einen Federring 3I gesichert.

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Die in den Figuren ausgehend vom Innenrauni 2 der Meßkammer 1 radial nach auswärts gerichteten Zu- bzw. Abflußöffnungen könnten auch im Meßkammerdeckel 10 und/oder im Meßkammerboden 9 ausgebildet sein und in Axialrichtung zur Meßkammer nach auswärts verlaufen.

Auf Grund der geometrischen Zuordnung der im Innenraum 2 rotierenden Bauteile legt der Rotationskolben 6 bei einem vollen Umlauf der Exzenterscheibe 8 um 36O einen Winkelweg von 120 in entgegengesetzter Richtung zurück.

Der mit dein vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsvolumenzähler durchführbare Meßvorgang wird anhand der Fig. 3a bis e nachstehend beschrieben:

Bei der Kolbenstellung gemäß Fig. 3a ist die Zuflußöffnung 4' und die Abflußöffnung 5' durch die Kolbenkanten B und C abgeschlossen. Wenn in dieser Stellung des Rotationskolbens 6 in Durchflußrichtung hinter dem Flüssigkeitsvolumenzähler ein Verbraucher angeschaltet wird, sinkt der Flüssigkeitsdruck an der Austrittsseite ab, womit gegenüber der Einlaufseite des Zählers eine Druckdifferenz entsteht. Info^edessen wirkt der Flüssigkeitsdruck der einströmenden Flüssig-· keit einerseits auf den größeren Teilabschnitt A-D¹ der Kolbenaußenfläche A-C und andererseits auf den kleinen Teil B- D der benachbarten Kolbenfläche B-A. Diese

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Druckdifferenz zwischen der Eingangs- und der Ausgangsseite des Volumenzählers verursacht eine Verdrehung des Rotatxonskolbens im Uhrzeigersinn, wobei das Volumen V« zunimmt, das Volumen V₂, welches in der Stellung gemäß Fig. 3 a seinen Maximal v/er t besitzt und das Volumen V₁ werden durch die Drehung des Rotationskolbens und die dabei erfolgende Verdrängung der Flüssigkeit über die Abflußöffnungen 5> 5' um die Zunahme des Volumens V„ kleiner.

In Fig. 3b hat der Rotationskolben einen

Winkelweg von 30 zurückgelegt, der Exzenter wurde dabei um 90 verdreht. Während dieser Kolbenverlagerung nehmen die Volumina V₁ und V„ weiter ab, die Volumina V~ und Vi werden entsprechend größer.

Nach einer Exzenterverdrehung um l'8o , was einem Winkelweg des Rotatxonskolbens von 60 entspricht, ist die Zufluiiöffnung 4 und die Abflußöffnung S von den Kolbenkanten A und C verschlossen, das Volumen V/, hat seinen Maximalwert erreicht, das Volumen V- ist auf den Wert Null abgesunken und das Volumen V, wurde entsprechend vergrößert.

In Fig.3d beträgt der Winkelweg des Exzenters 24-0°, was einer Kolbendrehung von 8o entspricht. Dabei hat sich das Volumen V, zunehmend vergrößert, über die Zuflußöffnung 4 strömt Flüssigkeit in den Innenraum 2 ein

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und baut ein Volumen V₁. auf, entsprechend verkleinern sich die Volumina V₂ und V, unter Verdrängung der Flüssigkeit durch die beiden Abflußöffnungen 5> 5'·

Nach einem vollen Umlauf des Exzenters 8 um gemäß Fig. 3e hat der Rotationskolben 6 einen Winkelweg von 120° zurückgelegt. Ähnlich wie in Fig. 3a sind in dieser Kolbenstellung die Zuflußöffnung 4¹ und die Abflußöffnung 5' verschlossen, jedoch diesmal von den Kolbenkanten A und B. Das Volumen V. hat seinen Maximalwert erreicht, während das Volumen V« abnimmt und zwar unter entsprechender Zunahme des Volumens V^.

Zusammenfassend kann bei der Betrachtung der geschilderten Verfahrensstufen festgestellt werden, daß der Rotationskolben 6 niemals einen Totpunkt zu überwinden hatte und daß bei einer vollen Umdrehung des Exzenters 8 um 360 , was einem Winkelweg des Rotationskolbens von 120 entspricht, stets zwei gleich große Voluminas von den Zuflußöffnungen 4> 4¹ zu den Abflußöffnungen St 5' gefördert werden. Da sich dieser Flüssigkeit sdurchsatζ bei einem Umlauf des Rotationskolbens 6 um 360⁰, entsprechend einer Verdrehung des Exzenters 8 um 1080°, dreimal wiederholt, werden also insgesamt sechs Volumina von den Zuflußöffnungen 4j 4¹ zu den Abflußöffnungen 5> 5' gefördert. Da der Exzenter unmittelbar mit dem Zählwerk 13 über die Welle 20 bzw. den

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Drehbolzen 25 gekoppelt ist, ist die Drehzahl dieses Zählers direkt proportional dem Flüssxgkextsdurchsatz.

Der Rotationskolben 6 und die Messkammer können vorzugsweise aus Kunststoff bestehen und nach einem Kunststoffspritzverfahren hergestellt sein. Für die meisten Anwendungsgebiete des Flüssigkeitsvolumenzählers genügt es, die Meßkammer 1 und den Rotationskolben 6 aus gcaphitiertem Hartgummi herzustellen. Für den Fall, daß die zu messende Flüssigkeit ein Öl ist, kann der Rotationskolben vorzugsweise aus eloxiertem Aluminium und die Meßkammer aus Messing bestehen.

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Claims

Patentansprüche

Flüssigkeitsvolumenzähler mit Zu- und Abflußöffnungen für die Flüssigkeiten und einer Meßkammer, in welcher ein Rotationskolben geführt ist, dadurch gekennzeichnet« daß der Innenraum (2) der Me»kammer (1) eine zweibogige Epitrochoiden-Querschnittsform besitzt, daß die äußere Mantelfläche des Rotationskolbens (6) in ihrem Querschnitt der inneren Hüllfigur der Meftkammer entspricht, daß innerhalb der Meßkammer Führungsmittel für den Rotationskolben vorgesehen sind und daß diese Führungsmittel mit einem Zählwerk (13) gekoppelt sind·
2. Flüssigkeitsvolumenzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet« daft die Führungsmittel aus einer im Symmetriezentrum der Me«kammer (1) am MeVkammerboden (9) und am Meßkammerdeckel (10) drehbar gelagerten Welle (20) und einer an dieser Welle drehfest angebrachten zylinderförmigen ExzenterschsAbe

(8) bestehen, da· diese Exzenterscheibe in einer im Rotationskolbenzentrum ausgebildeten zylindrischen Ausnehmung (7) gleitend geführt ist und daß das im Meßkammerdeckel (10) gelagerte Wellenende mit dem zählwerk (13) verbunden ist·
3. Flüssigkeitsvolumenzähler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zentrisch zur Lagerung der Welle (20) im Meßkammerboden (9) ein außenverzahntes Zahnrad (17) befestigt ist, daft am Rotationskolben (6) ein innenverzahnter Zahnkranz (18) zentrisch ausgerichtet drehfest angebracht ist, derart, daft dieser Zahnkranz in ständigem Singriff mit dem Zahnrad (17) steht und daß das übersetzungsverhältnis zwischen dem Zahnkranz und dem Sahnrad 3 ι 2 beträgt.
4. Flüssigkeitsvolumenzähler nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet« daft die Führungsmittel aus einem im Symmetriezentrum der Meßkammer (1) am Maekanmerboden (9)

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befestigten, in eine im Rotationskolben (6) vorgesehene Ausnehmung (21) hineinragenden Führungszapfen (19) und einem zentrisch am Rotationskolben ortsfest allgebrachten Gleitzapfen (22)., der an dem Führungszapfen anliegend und sich an dessen Oberfläche abwälzend geführt ist, bestehen, daß im Zentrum des Rotationskolbens ein in Richtung auf den Meßkammerdeckel (10) abstehender weiterer Zapfen (23) vorgesehen ist, an welchem ein zentrisch im Meßkammer deckel drehbar gelagerter Winkelarm (24), dessen Drehbolzen (25) mit dem Zählwerk (13) verbunden ist« angreift.
5. Flüssigkeitsvolumenzähler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Führungszapfen (19) unterhalb seines.. Abwälzbereiches ein außenverzahntes Zahnrad (17) befestigt ist, welches mit einem am Rotationskolben (6) zentrisch angebrachten, innenverzahnten Zahnkranz (18) in ständigem Eingriff steht und daß das übersetzungsverhältnis zwischen dem Zahnkranz und dem Zahnrad 3 t 2 beträgt.
6. Flüssigkeitsvolumenzähler nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Me*kammerwandung beidseitig neben den zwei Einschnürungen (3) des epitrochoidenförraigen Innenraumes (2) Zu- und Abflußöffnungen (4,4* und 5,5·) für die Flüssigkeiten vorgesehen sind, wobei die zwei Zu- und die zwei Abflußöffnungen jeweils um 180° zueinander versetzt sind.
7. Flüssigkeitsvolumenzähler nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Abflußöffnungen (4,4· und 5,5') in der Meßkanmerseitenwandung (28) ausgebildet sind und ausgehend vom Innenraum (2) radial nach auswärts in um diese Seitenwandung unlaufende, voneinander getrennte Ringkanäle (29,29*) einmünden.

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8. Flüssigkeitavolumenzähler nach ?nspruch 7, dadurch gekennzeichnet/ daß jeder Ringkanal (29 bzw. 29») mit einem Zu- oder einem Ablaufanschluß (30 oder 30') versehen ist.
9. Flüssigkeitsvolumenzähler nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Abflußöffnungen im Heßkammerdeckel (10) und/oder im Meßkammerboden (9) ausgebildet sind und in Axialrichtung nach auswärts verlaufen.
10. Flüssigkeitsvolumenzähler nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskolben und die Heßkammer aus Kunststoff bestehen.
11. Flüssigkeitsvolumenzähler nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskolben und die Meikammer aus graphitiertem Hartgummi bestehen.
12. Flüesigkeitsvolumenzähler nach einem der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet _t daß der Rotationskolben aus eloxiertem Aluminium und die Heßkammer aus Messing gefertigt sind·

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