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Durchfluß-Meßvorrichtung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Durchfluß-Meßvorrichtung, die
einen der Durchflußmenge entsprechenden elektrischen Ausgang erzeugt, mit einem
Flügel aufweisenden magnetischen Rotor. Hierbei handelt es sich insbesondere um
hygienisch einwandfreie und zugAngliche Konstruktionen.
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Derzeit benutzte Durchfluß-Meßvorxichtungen dieser Art sind von grundsätzlich
einstückiger Bauart, bei ihnen ein Satz von Flügeln von dem Meßrotor abgespreizt,
und diese sind beispielsweise mittels interner Schnappringe festgelegt, welche in
dem einstückigen Gehäuse der Meßvorrichtung positioniert sind. Diese Schnappringe
greifen in Vertiefungen ein, welche in das Gehäuse eingearbeitet sind. Mit dem Hauptgehäuse
der Meßvorrichtung ist ein separater Strdmungsbegradiger gekoppelt, damit die zu
messende Flüssigkeit beim Eintritt in den Hauptkörper ein vcrgezeichnetes Strömungsverhalten
aufweist.
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Für hygienisch hochwertige Anwendungsfälle ist die derzeit benutzte
einstückige Bauart mit gekoppeltem Strömungsbegradiger wenig geeignet, weil dort,
wo der Strömungsbegradiger mit dem Hauptgehäuse verbunden ist und wo die internen
Schnappringe zum Begrenzen der Flügel in die in das Hauptgehäuse eingearbeiteten
Ausnehmungen eingreifen, sich leicht Schmutzablagerungen bilden. Ferner ist es bei
der einstückigen Bauart besonders schwierig, zur Reinigung und Wartung an die Lager,
Flügel und den Rotor heranzukommen.
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Die gegenwärtig benutzte einstückige Bauart mit angesetztem Durchflußbegradiger
hat außerdem den Nachteil, daß sie nur in einer einzigen Strömungsrichtung benutzbar
ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Durchfluß-Meßvorrichtung der genannten
Art so auszubilden, daß alle wichtigen Teile zur Reinigung und Wartung leicht zugänglich
sind, daß eine verminderte Tendenz zur Schmutzablagerung besteht, und daß ein Betrieb
in zwei entgegengesetzten Strömungsrichtungen möglich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Paar symmetrisch
und axial angeordneter separater Endkappen mit je einem Bndkappengehäuse, einer
axial ausgerichteten Lagerstütz anordnung für den Rotor und sich zwischen der Anordnung
und dem Endkappengehäuse erstreckenden Leitflächen; einen axial mit den Endkappen
fluchtenden, zwischen denselben angeordneten und in seinem Innern eine Hauptkörper-Innenoberfläche
bildenden Hauptkörper, dessen innere Oberfläche zusammen mit den Endkappen-Gehäusen
einen durchgehenden, den Rotor umschließenden zylindrischen Durchflußmeßtrakt bildet;
eine magnetische Impulszählsonde zur Erzeugung eines magnetischen Feldes im Bereich
des Rotors für die Erzeugung von Impulsen, die einem Durchfluß durch den Durchflußmeßtrakt
proportional sind; externe Klammeranordnungen zum Halten der Endkappen am Hauptkörper;
und durch Abstände zwischen den Leitflächen und demRotor, die größer sind als ein
Viertel vom
Durchmesser des Durchflußmeßtraktes.
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Auf diese Weise wird ein im wesentlichen dreiteiliges Gehäuse gebildet,
welches leichten Zugang zu den Innenteilen bei Reinigung, Wartung und/oder Reparatur
gestattet.
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Zum besseren Verständnis sei gesagt, daß eine derartige Flügelrad-Durchflußmeßvorrichtung
mit einem magnetischen Rotor arbeitet, der sich entsprechend der Durchflußmenge
einer durchströmenden Flüssigkeit dreht. Im Bereich des Rotors wird ein magnetisches
Feld erzeugt, welches der sich drehende Rotor schneidet und dabei Impulse erzeugt,
die man zählen und zur Durchflußmessung verwerten kann. Die erfindungsgemäße Durchfluß-Meßvorrichtunq
besitzt beiderseits ihres Hauptkörpers zwei identische Endkappen, zwischen denen
der Rotor so gelagert ist, daß er innerhalb des Hauptkörpers rotieren kann. Die
an den Endkappen befestigten Leitflächen sind genügend weit vom Rotor entfernt,
so daß eine Strömunysausrichtung stattgefunden hat, bevor die Flüssigkeit den Rotor
erreicht.Die Endkappen sind mit Klammern am Hauptkörper befestigt und die zentral
zu den Leitflächen liegenden Lagerstützanordnungen bilden Axial- und Radiallager
für die Flügelradwelle.
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Durch eine äußere zylindrische Oberfläche ist zentral eine magnetische
Impulszählsonde hindurchgeführt, welche im Betrieb die Flügelradumdrehungen abtastet.
Ferner ist in Strömungsrichtung vor oder hinter dem Rotor eine Luft sonde durch
den Hauptkörper hindurchgeführt, welche die Leitfähigkeit des die Meßvorrichtung
durchströmenden Mediums abtastet, um die magnetische Impulszählsondenschaltung einzuschalten
oder zu sperren. Auf diese Weise läßt sich bei dem Meßprozeß Flüssigkeit von Gas
unterscheiden.
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Mittels einer durch die äußere Oberfläche des Hauptkörpers eingesetzte
Trimmleitfläche läßt sich eine auf den Rotor wirkende gericbA 4' Turbulenz erzeugen.
Auf diese Weise ist eir- alibrierung der Meßvorrichtung in Bezug auf beide Strömungsrichtungen
möglich.
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Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: Fig. 1 eine Explosionsdarstellung
der nachfolgend beschriebenen Durchfluß-Meßvorrichtung, Fig. 2 einen Längsschnitt
durch die Meßvorrichtung, der durch eine magnetische Impulszählsone geht, Fig. 3
einen Querschnitt durch die Meßvorrichtung im Verlauf einer Linie 3-3 von Fig. 2,
Fig. 4 einen abgebrochenen Querschnitt im Verlauf einer Linie 4-4 von Fig. 2, und
Fig. 5 einen Teilschnitt durch eine Ebene 5-5 von Fig.4 mit Einzelheiten einer Trimmleitfläche.
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In der Explosionsdarstellung von Fig. 1 ist erkennbar, wie innerhalb
von im wesentlichen zylindrisch gestalteten Endkappen 10 je eine Lagerstützanordnung
12 zentrisch durch Leitflächen 14 gehalten ist, die wiederum an einer Innenoberfläche
16 der betreffenden Endkappe 10 sternförmig festgeschweißt sind. An den zur Vorrichtungsmitte
vorstehenden Enden der Lagersützanordnungen 12 befinden sich Axiallager 18 (Fig.2)
und Radiallager 20 für einen als Flügelrad ausgebildeten Rotor 22.
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Ein im wesentlichen zylindrisch geformter Hauptkörper 24 bildet das
Mittelstück der Meßvorrichtung und enthält eine präzise zylindrische Innenoberfläche
26. Der zentral- und achsparallel im Hauptkörper 24 untergebrachte Rotor 22 besitzt
an beiden Enden je einen in das Axiallager 18 und
Radiallager 20
der zugehörigen Lagerstützanordnung 12 eingreifenden Rotorzapfen 28. Zwischen den
benachbarten Stirnflächen des Hauptkörpers 24 und der Endkappen 10 befindet sich
je eine hygienisch einwandfreie Dichtung 30, und das zusammengesetzte Gehäuse bietet
innen eine durchgehende zylindrische Mantelfläche, durch die das zu messende Strömungsmedium
hindurchfließen kann.
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Die Leitflächen 14 sind von den gegenüberliegenden Kanten des Motors
1.2 um eine Strecke entfernt, die mindestens ein Viertel vom Innendurchmesser des
Gehäuses beträgt, so daß auf besondere Strömungsausrichter verzichtet werden kann.
Es genügen hier vier oder mehr Leitflächen 14.
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Öffnungen 32, 34 und 36 (Fig. 4) im Hauptkörper 24 dienen zur Aufnahme
einer magnetischen Impulszählsonde 38, einer Luftsonde 40 bzw. einer Trimmleitfläche
42. Die Impulszählsonde 38 enthält eine Magnetsonde 39 und eine Schaltung 41 (Fig.
2), deren Aufgabe es ist, die Umdrehungen des Rotors 22 magnetisch abzutasten und
ein diesen Umdrehungen proportionales elektrisches Ausgangssignal an Anschlüssen
43 abzugeben.
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Ein Sondenkörper 44 der Luftsonde 40 ragt in den Strömungspfad des
zu messenden Strömungsmediums hinein. Da Flüssigkeiten bekanntlich immer Salze enthalten,
welche die Leitfähigkeit erhöhen, mißt die Luftsonde 40 die Leitfähigkeit und überwacht
durch elektrische Kopplung mit der magnetischen Impulszählsonde 38, ob eine Messung
erfolgt oder nicht, wenn es erwünscht ist, nur Flüssigkeiten zu messen. Fließt beispielsweise
nur Luft durch die Meßvorrichtung, dann mißt die Luftsonde 40 den unteren Leitfähigkeitswert
und verhindert elektrisch eine Messung über den Ausgang von der magnetischen Impulszählsonde
38. Wird, als weiteres Anwendungsbeispiel. die vorliegende Meßvorrichtung zum Feststellen
der
Menge von verarbeitetem Tomatensaft benutzte dann verhindert die Luftsonde 40 die
Fortsetzung des Zählvorganges durch die magnetische Impulszählsonde 38, wenn der
Durchfluß von verarbeitetem Tomatensaft aufhört und nur noch Luft durch die Meßvorrichtung
strömt.
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Auf der der Luftsonde 40 entgegengesetzten Seite des Ruders 22 ist
eine insgesamt mit 42 bezeichnete justierbare Trimmleitfläche 42 eingebaut, mittels
der eine gerichtete Turbulenz erzeugt wird, um je nach Justierstellung die Rotordrehzahl
zu erhöhen oder zu vermindern und so in beiden Strömungsrichtungen zu einem identischen
Drehzahlverhältnis pro Durchflußvolumeneinheit zu gelangen. Ein Flügel 46 der Trimmleitfläche
42 ragt direkt in den StrÖmungspfad innerhalb des Hauptkörpers hinein und läßt sich
durch Versuch so hinjustieren, daß die von der Luftsonde 40 erzeugte Turbulenz ausgeglichen
wird und die Meßvorrichtung in entgegengesetzten Strdmungsrichtungen betrieben werden
kann, wobei jede der beiden Endkappen 10 als Einlaß für die zu messende Flüssigkeit
benutzt werden kann. Falls beispielsweise die Flüssigkeit in einer Richtung 48 strömt,
wo die Luftsonde 40 hinter dem Rotor 22 liegt, dann wird keine Turbulenz in der
Flüssigkeit erzeugt. Strömt die Flüssigkeit jedoch entgegen der Richtung 48, dann
gibt es eine Turbulenz. Verläuft die Strömung entgegen der Richtung 48, wenn die
Impulszählsonde 38 kalibriert wird, dann ist ein Betrieb in beiden Strömungsrichtungen
nur möglich, wenn auch bei Strömung in Richtung 48 eine gleichwertige und entgegengesetzte
Turbulenz vorhanden ist. Also wird bei Strömung in Richtung 48 durch den Flügel
46 der Trimmleitfläche 42
die gleiche Turbulenz erzeugt wie bei
Strömung entgegen der Richtung 48 durch den Sondenkörper 44 der Luftsonde 40. Beispiel:
Die Flüssigkeit strömt entgegen der Pfeilrichtung 48, und es werden bei eingesetzter
Luftsonde 40 dreißigtausend Impulse als Ausgang der magnetischen Impulszählsonde
38 pro einhundert Gallonen (ca. vierhundert Liter) einer Flüssigkeit während des
Kalibriervorganges gezählt. Dann erfolgt Umkehr der Strömungsrichtung in Pfeilrichtung
48, und der Flügel 46 der Trimmleitfläche 42 wird so lange justiert, bis die mangetische
Impulszählsonde 38 wieder dreißigtausend Impulse pro einhundert Gallonen oder dreihundert
Impulse pro Gallone (eine Gallone entspricht etwa vier Litern) abgibt. Nach durchgeführter
Kalibrierung ist ein Betrieb in beiden Strömungsrichtungen möglich, da der gleiche
Turbulenzeffekt besteht und deshalb in jedem Falle eine genaue Messung möglich ist.
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Im zusammengesetzten Zustand mit eingelegten Dichtungen 30 bildet
die Meßvorrichtung innen einen von durchgehenden zylindrischen Oberflächen 16 und
26 eingegrenzten Durchflußpfad. Hauptkörper 24 und Endkappen 10 bestehen aus einem
nicht-magnetischen Edelstahl, der die Funktion der magnetischen Impulszählsonde
38 nicht stört. Die aneinanderstoßenden Stirnflächen des Hauptkörpers 24 und der
Endkappen 10 sind mit äußeren Flanschen 50 versehen, und diese werden paarweise
durch je eine Klammeranordnung 52 mit enger Fassung zusammengehalten, wie die Fig.
2 und 3 erkennen lassen. Jede Klammeranordnung 52 besteht aus einem Handgriffteil
54, Klammerbändern 56, einem Scharnier 58 und einem Bügel 60, eine an sich wohl
bekannte Bauart.
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Aus den Fig. 4 und 5 läßt sich die Art und Weise der Justierung der
Trimmleitfläche 42 bei der Kalibrierung entnehmen; man braucht nur einen Schraubenzieher
in einen äußeren Schraubenschlitz 62 am Grundkörper des Flügels 46 einzuführen.
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Beim Zusammenbau der Meßvorrichtung führt man zunächst einen Rotorzapfen
28 des Rotors 22 in das Radiallager 20 der einen Lagerstützanordnung 12 ein und
legt eine Dichtung 30 in die betreffende Endkappe 10 ein. Dann wird diese Endkappe
10 mit dem lösbar eingesetzten Rotor 22 mit dem Hauptkörper 24 zusammengefügt. Dann
wird in ähnlicher Weise die andere Endkappe 10 angesetzt, und das ganze dreistöckige
Gehäuse wird schließlich mittels zweier Klammeranordnungen 52 zusammengefügt. Anschließend
wird die magnetische Impulszählsonde 38 in die Öffnung 32 eingeschraubt, so daß
sie sich in der Mitte zwischen den Enden des Hauptkörpers 24 und seitlich vom Rotor
befindet.
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Ferner wird die Luftsonde 40 so in die Öffnung 34 eingeschraubt, daß
der Sondenkörper 44 in den von der Innenoberfläche 26 eingeschlossenen Durchflußpfad
hineinragt.
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Die Trimmleitfläche 42 wird in ähnlicher Weise soweit in ihre Öffnung
36 eingeschraubt, daß der Flügel 46 sich innerhalb der Innenoberfläche 26 des Hauptkörpers
24 befindet.
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Jetzt kann man die gesamte Meßvorrichtung an einer Rohrleitung o.
dgl. anschließen und Flüssigkeit entgegengesetzt zur Pfeilrichtung 48 hindurchfließen
lassen.
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Zur Durchführung der Kalibrierung läßt man eine bekannte Menge einer
Flüssigkeit durch die Meßvorrichtung fließen und zählt die Ausgangs impulse der
magnetischen Impulszählsonde 38. Anschließend läßt man die gleiche Flüssigkeitsmenge
in
Pfeilrichtung 48 durchströmen, und der Anstellwinkel des Flügels 46 wird so justiert,
daß die gleiche Impulsanzahl pro Gallone (bzw. Liter) Flüssigkeit von der magnetischen
Impulszählsonde 38 abgegeben wird.
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Die Meßvorrichtung ist nun für den Durchflußbetrieb in beiden Richtungen
bereit, und die Luftsonde 40 beendet den Ausgang der Impulszählsonde 38, sobald
Luft oder ein anderes Gas festgestellt wird.
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Die Demontage der Meßvorrichtung zum Zwecke der Reinigung, Reparatur
oder Teileaustausch erfolgt in umgekehrter Reihenfolge des Zusammenbaus. Der glatte
durchgehende interne Durchflußpfad verhindert Verunreinigungen durch Ablagerungen
innerhalb der Vorrichtung, wie das beispielsweise beim Einsatz der Vorrichtung bei
der Verarbeitung von flüssigen Lebensmittels sonst möglich wäre.
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Aufgrund ihrer besonderen Bauweise benötigt die Meßvorrichtung keine
besonderen Strömungsausrichter, sie ist eine leistungsfähige wartungsfreundliche
und dennoch einfache Meßvorrichtung für viele Verwendungszwecke.
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Zusammengefaßt betrifft die Erfindung eine Flügelrad-Durchflußmeßvorrichtung,
deren sämtliche Teile für Reinigungs-, Service- und Austauschzwecke leicht zugänglich
sind. Sie besitzt ein dreistöckiges Gehäuse mit einem einen Rotor umgebenden Hauptkörper
und angesetzten Endkappen, welche Leitflächen enthalten. Die Endkappen tragen die
Rotorlager, und durch Einhaltung eines ausreichenden Abstandes zwischen
Rotor
und Leitflächen bedarf es keiner besonderen Strömungsausrichter. Die Messung der
Durchflußmenge erfolgt durch elektrisches Zählen der Rotorumdrehungen. Ferner ist
eine Möglichkeit zur Feststellung gasförmiger Substanzen vorhanden und die Meßvorrichtung
kann uneingeschränkt in beiden Durchflußrichtungen betrieben werden.
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