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Woltmann-Flüssigkeitszähler
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Woltmann-Flüssigkeitszähler,
bei dem der aus dem Flügelrad und einem das Flügelrad umgebenden Mantelhohr gebildete,
das Zählwerk antreibende Msßeinsatz im Durchmesser wesentlich kleiner als die Zählernennweite
ist und nur ein Teil der in den Zähler einströmenden Flüssigkeit durch diesen Meßeinsatz
fließt, während der andere Teil über den durch den konzentrischen Ringraum zwischen
Meßeinsatz und Gehäuse gebildeten Umgehungskanal durch den Zähler strönlt.
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Es ist ein Wolltmann-Flüssigkeitszähler bekarlnt, bei dem ein im Verhältnis
zur Zählernennweite wesentlich kleineres Flügelrad mit Mantelrohr eingangsseitig
von einem im Zählergehäuse befestigten, gelochten Blechring gehalten ist, durch
den der Umgehungsstrom fließt.
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Bei einem solchen gelochten Blechring ist jedoch die Gesamtfläche
des ungelochten 'reiles in der Regel größer als der gesamte Lochquerschnitt, so
daß eine Prallwand verbleibt, auf die der der Umgehungskenal zufließende Flüssigkeitsstrom
auftrifft, worurch dieser Flüssigkeitsstrom teilweise durch das einen geringeren
Durchflußwiderstand aufweisende zentrische Mantelrohr zusätzlich zum llauptstrom
über das Flügelrad abströmt. Dadurch kann das Flügelrad zwar schneller umlauFen,
aber nachteilig ist hierbei, daß sich das Verhältnis der Durchflüsse durch Haupt-
und Umgehungskanal In Ablrängigkeit von der Gesamtdurchflußmenge ständig ändert.
Infolge des mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit stark ansteigenden Staudrucks
wird nämlich bei großen Durchflüssen anteilmäßig viel metir FlüsSigkeit durch das
zentrale Mantelrohr, d. h. über das Flügelrad geleitet als bei kleinen Durchf'lüssen.
Dadurch ist keine genaue Anzeige innerhalb eines größeren Meßbereiches gewährleistet,
sondern der Zähler läuft nur bei einer vorbestimmten Durchflußmenge
genau
und dreht zu schnell bei höheren Durchflüssen und zu langsam bei niedrigeren Durchflüssen.
Außeriem ist die Nennbelastung dieses Zählers infolge des bei größeren Durchflüssen
unzulässig hohen Durvkverlustes an der Staustelle begrenzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden
und einen Woltmannzähler mit Partielstrommesnung zu schaffen, bei dem eine gleichbleibende
Verteilung der Flüssigketsmenge auf den meßeinsatz und den Umgehungskanal über großen
Meßbereich gewän@leistet ist und bei dem gleichzeitig noch die unsere Meßbereichsgrenze
weiter abgesenkt werden kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung darin gesehen,
daß vor dem Meßeinsetz ein Einlaufring sitzt, dessen die Zuströmung zum Meßeinsatz
bestimmende Innenpartie in Durchflußrichtung gesehen von seiner Vorde@kante an bis
zum Meßeinsatz düsenartig Verengt ist und die die Innenwand des ringförmigen Umgehungskanal
bildende äußere Partie des Einlaufringes in der Ringvorderkante spitz ausläuft,
wobei der Meßseinsatz mit dem Einlaufring über radial @erlaufendem, den Umgehungskanal
in mehrere Ringsektoren unterteilende, dünnwandige Strömungsleitrippen und einen
Haltering im Gehäuse zentriert und gahalten ist.
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Die zugespitzte Verderkante des Einlaufringes ermöglicht eine strömungstechnisch
güngstige, prallfreie und druckverlustarme Verteilung der Durchflußmende auf den
zentralen Hauptkanal und den Umgehungskanal. Durch die düsenförmige Innenpartie
des Einlaufringen und die dadurch erzielte eingangsseitige Erweiterung des Meßraumzuganges
wird die Menge und damit die Geschwindugkeit des zum Flügelrad Strömenden Hauptstromes
ohne großen Druckverlust merkbar erhöht, @@ daß @ Folgedessen das Flügelrad mit
erhöhter Drehzahl umläuft. Durch diese Geschwindigkeitserhöhung des Hauptstromes
läuft das Flügelra@ schon unterhalb der üblichen unteren Meßbereichsgrenze mit auspeichend
hoher Genauigkeit an, so daß die untere Meßbereichsgrenze abgesenkt und somit der
Meßbereich wergrößert wird. Die den Umgehungskanal in mehrere Ringsektoren unterteilenden
dünnwandigen Strömungsleitrippenbilden eine turbulenzarme Zuström- und Beruhlgungszone
für den Umgehungsstrom. Sie vermindern infolge ihrer Dünnqndigkeit den freien Ringraum
zwischen Gehäuse und Meßeinsatz nur
geringfügig , so daß für de
Umgehungskanal ein maximalen. Durchlaßquerschnitt erbleibt.Durch steigt der Durck@erlust
mit zunehmerdem Durchfluß im umgehungskanal und im Meßeinsatz in etwa gleichmäßig
an, so daß über den gesamten Meßbereich eine anteilmäßig gleichbleibende Wasserverteilung
auf Haupf- und Umgehungskanal erreient wird. Die strömungstechnisch günstige Ausbildung
der Einlaufdüse ergibt in Verbindung mit der Verteileschneide des Einlaufringes
und den den dunnwandigen Strömungsleitrippen einen hohen Durchlaßwesidurch den Zähler.
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In Weiterentwicklung der Erfindung wird vorgeschlagen, in oder hinten
minlestens einem Ringsektor des Umgehungskanals eine den Durchströmquerschnitt erändernde
und/oder den Durchfluß mehr oder weniger stauende Reguliereinrichtung vorzusehen.
Durch diese Reguliereinrichtung lassen sich die bei Serienfertigung der Zähler unermeidlichen,
hauptsächlich durch Gußtoleranzen hervorgerufenen geringfügigen Abweichungungen
in der Zähleranzeige der einzelnen Zähler korrigieren, wobei bei Verengung des Durchflußquerschnittes
im Umgehungwskanal etwas weniger Flüssigkeit durch dem Umgehungskanal und dafür
etwas mehr Flüssigkeit über das Flügelrad strömt und bei Erweiterung des Durchflußquerschnittes
weniger Flüssigkeit durch das Flügelrad und mehr Flüssigkeit durch den Umgehungskanal
fließt.
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Es ist zwar schon bei einem Woltmannzaähler mit Partialstrommessung
und einem einseitig in einem U-förmigen Gehäuse sitzenden FlUOelrad bekannt, ein
von außen verstellbares Leitblech dem Flügelrad zum Zwecke der Zählerregulierung
vorzuschalten. Dieses Leitblech hat jedoch den Nachteil, daß bei seiner Verdrehung
aus der Normalstellung zur Plusstellung zwar das Flügelrad durch die Schrägstellung
stärker angeströmt wird, gleichzeitig aber infolge des hierbei ansteigenden Durchlaßwiderstandes
mehr Flüssigkeit über den Umgehungskanal fließt, so daß entgegengesetzte Wirkungen
auftreten, die das Regulieren erschweren.
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Zweckmäßigerweise wird für Woltmannzähler kleinerer Nennweite, bei
denen der den Umgehungskanal blldende Ringraum relatlv klein ist, als Reguliereinr'ichtung
mirtdestens ein radial in den Umgehungskanal mehr oder weniger eintauchender und
in der Gehäusewand dichtend geführter Staukolben mit außerhalb des Gehäuses liegendem
Betätigungsansetz
vorgeschen. Eine solche Reguliereinrichtung ist
durch die zylindrische Ausbildung einfach und billig und gewährleistet auch bei
Esprigungsungenauigkeiten im Zähler eine gleichbleibende Verteilung der Flüssigkeitsmenge
auf Haupt- und Umgehungskanal.
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Außerdem läßt sich dieser Staukolben auch bei Innendruck im Zähler
betätigen, da der Betätigungsansatz außerhalb des Gehäuses liegt. In der Normastellung
ragt der Staukolben mit seiner Unterkante etwa bis zur Mitte des Umgehungskanals
und wird bei Plusregulierung weiter in den Umgehungskanal eingefahren und bei Minusregulierung
aus diesem ausgefahren.
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Für größere Nennveiten empfiehlt es sich, als Reguliereinrichtung
Mindestens einen "i t seinem radial angeordneten Drehzakípl'en in der Genäusewand
drehbar gelagerten und abgedichteten Stauflügel vorzuehen, dessen im Umgehungskanal
liegendes Flügelblatt in der Normalstellung eine mittlere Schräglage einnimmt und
zur Regulierung mehr oder veniger sehräg zur Durchflußrichtung eingestellt wird.
Ein solcher Stauflügel bietet eine größe Regelstaufläche und ist ebenfalls bei Innendruck
von außen verstellbar.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung wird darin gesehen, daß die
das Eingangslager für das Flügelrad tragende und über dünnwandige Radialleitrippen
mit dem Mantelrohr des Meßeinsatzes fest @ bundene Nabe einen größeren Außendurchmesser
als die Flügelradnabe besitzt und als Strömungsleitkörper ausgebildet ist. Dadurch
wird dnr Strömungswiderstand genau so wie im und vor dem Umgehungskanal auch im
Meßeinsatz auf ein Mindestmaß gebracht und der sonst auf das Flügelrad im bremsenden
Sinne einwirkende Längsschub kann wei@gehend von der großen Nabe abgehalten werden.
Damit werden im Umgehungskanal und im Meßeinsatz über den ganzen Meßbereich etwa
gleichbleibende Verhältnisse erzielt.
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Außerdem empfiehlt es sich, den Einlaufring zusammen mit dem Mantelzur
des Meßeinsatzes, der Eingangslagernabe mit Radialleitrippen und den Strömungsleitrippen
fUr den Umgehungskanal als einteilige Baueinheit auszubilden, vorzugsweise aus Kunststoff
zu spritzen und
die Strömungsleitrippen eingangsseiting in den im
Gehäuseeingang befestigten Haltering auslaufen zu lassen. Dadurch ist der komplette
Meßeinsatz mit dem Einlaufring und den Strömungsleitrippen als Ganze oti vorn zentrisch
in das Gehäuse eirischiebbar und in dieser Stellung festschraubbar. Werden das Mantelrohr
mit Nabe und Radialleitrippen zusammen nilt dein Einlaufring, den Strömungsleitrippen
und dem HalterinL einteilig aus Kunststoff gespritzt, so ist dafür nur ein Spritzvorgang
erforderlich und die einzelnen Teile liegen genau zentrisch iiieinander und besitzen
eine hohe Oberflächenglätte und Genauigkeit, ;o daß Zur alle Zähler nahezu die gleichen
günstigen Strömungsbedingungen im Haupt- und Umgehungskanal vorliegen und nur noch
verhältnismäßig wenig nachzureguleiren ist.
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Diese Vortelle lassen sich bei einer aus Kunststoff gespritzten eintelligen
Baueinheit noch dadurch verbesseren, daß die Strömungsleitrippen einen angespritzten,
dünnwandigen Außenmantel tragen, so daß die zu messende Flüssigkeit im Bereich der
lür die Messung maßgebenden Begrenzungsflächen überhaupt nicht mehr mit der relativ
rauhen oder durch Rost und Ablagerungen veränderbaren gußeisernen Gehäuseinnenwand
in Berührung kommt.
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Zweckmäßigerweise sind die Strömungsleitrippen für den Umgehungskanal
und die Radialleitrippen des Meßeinsatzes so angeordnet, daß sie in strömungsrichtung
gesehen miteinander fluchten. Dadurch werden die durch die Strömungsleitrippen gebildeten
Ringsektoren Für den, Umgehungskanal bis ins Zentrum des Meßeinsatzes verlängert
und es wird ein einheitlichen Strömungsbild erzielt.
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Bei Woltmannzählern mit größeren Nennweiten,kann es auch billiger
sein, als Meßeinsatz mit Mantelrohr und FlUgelrad den serienmäßigen Meßeinsatz eines
normalen Woltmannzählers kleinerer Nennweite einzubauen und den Eingangshaltering
mit den Strömungsleitrippen und dem Einlaufring und/oder einem weiteren Haltering
zu einem einteiligen Ström mungsleitkäfig zusammenzufassen, der mit dem Meßeinsatz
verschraubt ist und diesen zentrisch im Gehäuse tragt.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, zwischen dim Zählereingang und dem vor
dem
Meßeinsatz sitzenden, düsenartig verengten Einlaufring einen Einlaufabschnitt vorzusehen,
wodurch bei kurzen Einlaufringen eine zus äzliche Zuström- und Beruhigungszone geschaffen
wird. Bei manchen Zähleraus führungen kann es jedoch erforderlich sein, die düsenartige
Verengung des Einlaufringes sehr langgezogen auszubilden, damit der Druckverlust
am konischen Übergang so gering wie möglich bleibt.
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In diesem Fall empfiehlt es sich, die Spitze des vor dem Meßeinsatz
sitzenden, düsenartig verengten Einlaufringes so anzuordnen, daß sie mit dem Zählereingang
t'luchtet.
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Um beim Rückwärtslauf des Zählers gleiche Einström und Verteilungs
erhältnisse wie beim Vorwärtslauf zu erhalten, kann es auch zweckmäßig sein, hinter
dem Meßeinsatz einen zweiten, düsenartig zum Zählerausgang hin erweiterten Einlaufring
für den Rückwärtslauf des Zählers vorzusehen und mit dem Meßeinsatz fest zu verbinden.
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Außerdem wird vorgeschlagen, die dünnwandigen, radialen Strömungsleitrippen
an ihrer Eingangsseite zuzuspitzen, damit der Strömungswiderstand ach hier auf ein
Minimum herabgesetzt wird.
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Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung
näher erläutert, und zwar zeigt: Fig. 1 einen Woltmannzähler insbesondere für größere
Nennweiten im Längsschnitt mit eingebautem Meßeinsatz für die Partialstrommenssung
und einem in den Umgehungskanal eingebauten drehbaren Stauflügel als Reguliereinrichtung
und Fig. 2 ein weitere Ausführungsbeispiel eines Woltmannzählers mit einteiligem
Einsatz und einem Stau-Kolben als Reguliereinrichtung.
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Der iri der Fig. 1 gezeigte Woltmann-Flüssigkeitszähler besteht aus
einem zylindrischen Gehäuse 1 mit dem Eingangsflansch 2 und dem \usgangsflansch
5 sowie dem Gehäuseaufsatz 4. Der Woltmannzähler ist als Partialzähler ausgebildet,
d. h. der aus dem Flügelrad 5 und dem das Flügelrad umgebende Mantelrohr 6 gebildete
Meßeinsatz 7
13t im Durchmesser wesentlich kleiner als der Innendurchmesser
des Gehäuses 1 und damit wesentlich kleiner als die Zählernennweite.
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Dadurch fließt; nur ein Teil der in den Zähler einströmenden Flüssigkeit
durch den Neßoinsatz 7, während der andere Teil des Flüssigkeitsstromes über den
einen konzentrischen Ringraum zwischen dem Meßeinsatz 7 und dem Gehäuse 1 bildenden
Urngehungskalal 8 durch den Zähler stromt.
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Als Meßeinsatz ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 der bei der
Anmelderin serienmäßige Meßeinsatz eines normalen Woltmannzählers kleinerer Nennweite
verwendet worden, bei dem sich das Mantelrohr bi; aber den Bereich der Eingangsnabe
9 ersteckt. Diese Eingangsabe t3 ist über Radialleitrippen lo fest mit dem Mantelrohr
6 verbunden und trägt das Eingangslager 11 für die Flügelradwelle 12. Die Eingangsnabe
3 ist im Außendurchmesser größer als die Nabe 15 des Flügelrades 5 und als Strömungsleitxörper
ausgebildet, so daß nur noch ein geringer Längsschub auf das Flügelrad und damit
auf da:; Ausgangslager übertragen wird.
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Zwischen dem Meßeinsatz 7 und dem Zählereingang 1 ist ein Einlaufabschnitt
15 vorgesehen und unmittelbar vor den Meßeinsatz befindet sich der Einlaufring 16,
desseil Innenpartle 17 in Durchflußrichtung gesehen von der Ringvorderkante 18 an
bis zum Meßeinsatz 7 hin düsenartig verengt ist. Die düsenartige Verengung ist vorzugsweise
geradlinig ausgebildet. Sie kann aber auch, je nach den Durchflußverhälntissen,
gekrümmt verlaufen. Die äußere Partie 19 des Einlaufringes 16 bildet die innenwand
des ringförmigen Umgehungskanals 8 und läuft zur Vorderkante 18 hin spitz aus, so
daß die Vorder-Kante 18 eine Ringschneide bildet, die eine strömungstechnisch günstige
Verteilung des Durchflußstromes einerseits auf den Medeinsatz 7 und andererseits
auf den Umgehungskanal 8 gewährleistet.
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Der Meßeinsatz 7 ist über mehrere, gleichmäßig auf dem Umfang verteilte,
radial verlaufende dünnwandige Strömungsleitrippen 20 im Gehäuse 1 zentrisch gehalten.
Diese Strömungsleitrippen 20 erstrecken sich auch über den Einlaufabschnitt 15 und
unterteilen den Umgehungskanal 8 in mehrere Ringsektoren. Die Strömungsleitrippen
20 sind über den Haltering 21 auf der Zählereingangsseite 14 und den Haltering 22
auf der gegenüberliegenden Seite zu einem einteiligen Leitkäfig 23 miteinander verbunden.
Die Verbindung des Meßeinsatzes 7 mit dem Leitkäfig 23 erfolgt über die Befestigungsschrauben
24,
die gleichzeitig auch den Einlaufring 16 fest mit dem Meßeinsatz
7 verbinden. Der so gebildete Einsatzkörper kann als Ganzes von e} In das Gehäuse
1 eingeschoben und am Eingangshaltering 21 mittels Senkschrauben im Eingangflansch
2 fest verschraubt werden.
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Zur Zählerregulierung ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ein
in einem Ringsektor des Umgehungskanals 8 eingesetzter drehbarer Stauflügel 25 vorgesehen,
dessen radial angeordneter Drehzapfen 26 in Gehäuse 1 gelagert ist. Zu diesem Zweck
ist eine Führungsbüchse 27 fest in die Gehäusewand eingeschraubt und über einen
0-Ring 28 nach außen abgedichtet. Die Betätigung des Drehzapfens 26 erfolgt von
außen über den Vierkant 29. Zur Abdichtung sind die 0-Ringe 5o vorgesehen, die gleichzeitig
auch den Stauflügel 25 zusätzlich zu einer Kontermutter reibungsschlüssig gegen
selbsttätige Verdrehung ichern.
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Ausgangsseitig wird das flügelrad 5 im Ausgangslager 51 gehalten,
das über den Arn 52 im Gehäuse 1 zentrisch gelagert ist. Die Umdrehungen des Flügelrades
5 werden über das im Ausgangslager sitzende Schneckzengetriebe 33 nach oben auf
das im Gehäuseaufsatz 4 eingebaute Zählwerk 34 übertragen, die Durchflußmenge im
Zählerkopf ) ) zur Anzeige bringt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind das Mantelrohr 6, der
Einlaußring 16 und der Strömungsleitkäfig 23 zu einem einteiligen Kuntststoffspritzkörper
36 zusammengefaßt, der als Ganzes von vorn in den Zählereingang 14 eingeschoben
wird. Die Strömungsleitrippen 20 des Umgehungskanals 8 bzw. des Einlaufabschnittes
15 sind hierbei mit den Radialleitrippen lo der Eingangsnabe 9 im Meßeinsatz 7 zu
Gesamtleitrippen 37 zusammengefaßt und besitzen einen angespritzten Außenmantel
38, so daß die durch die einteilige Baueinheit 56 strömende Flüssigkkeit im Bereich
der Meßzone nicht mit der metallischen Gehäusewand in Berührung kommt, sondern nur
von Kunststofflächen begrezt ist.
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Als Rtguliereinrichtune ist bei dem Ausfilhrungsbeispiel nach Fig.
2 ein Staukolben 39 vorgesehen, der in seiner Mittelstellung etwa bis in die fritte
des Umgehungskanals 8 hineinragt,.Je nach Regulierung wird der Staukolben 39 tiefer
in den Umgehungskanal eingeschraubt
oder herausgeschraubt. In
der gezelchneten Stellung befindet sich der Staukolben 39 in maximalen Plusstellung,
d. h.
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der Umgehungskanal 8 wird in einem Ringsektor im Querschnitt maximal
eingeengt und es fließ mehr Wasser durch den Meßeinsatz 7.
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Der Staukelben 39 ist über den O-Ring 40 nach außen abgedichtet.
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L e e r s e i t e