DE2759176C3 - Durchflußzähler für Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchflußzähler für Flüssigkeiten mit einem Gehäuse, einer in bezug auf eine zentrale Achse rotationssymmetrischen Meßkammer, mit zwei in die Meßkammer mündenden Flüssigkeitsanschlüssen, mit einer in der Meßkammer zur Ausführung einer Taumelbewegung um ein auf der zentralen Achse gelegenes Taumelzentrum in der Meßkammer beweglich gelagerten und die Meßkammer in zwei bei ihrer Bewegung um die zentrale Achse umlaufende Teilkammern unterteilenden, kreisförmigen Trennwand, wobei die Meßkammer im wesentlichen zu einer zur zentralen Achse senkrechten und diese zentrale Achse im Taumelzentrum schneidenden Ebene spiegelbildlich ausgebildet ist und von zwei Stirnwänden in Form von Kegelstumpfmantelflächen mit annähernd im Taumelzentrum liegender Kegelspitze und einer die äußeren Ränder der Stirnflächen verbindenden, zum Taumelzentrum konzentrischen sphärischen Ringwand begrenzt wird, wobei die einander benachbarten Abschnitte der Stirnwände mit zum Taumelzentrum konzentrischen Kugelpfannen versehen sind, in welchen ein im Zentrum der Trennwand angeordneter kugeliger Lagerkörper gelagert ist, der einen radialen, zur Trennwand senkrechten Vorsprung aufweist, der in eine in einer der Lagerpfannen ausgebildete Ringnut eingreift, derart, daß der Vorsprung mit der zentralen Achse einen Winkel einschließt, der den Kegelwinkel der Stirnwände zu 180° ergänzt.

Derartige als unmittelbare Volumenzähler wirkende burchflußzähler sind als sogenannte Taumelscheibenzähler an sich bekannt. Die durch einen der Flüssigkeitsanschlüsse in die Meßkammer eintretende Flüssigkeit verdrängt die Trennwand, die dadurch eine Taumelbewegung ausführt, während welcher jeweils eine in Richtung einer Mantellinie verlaufende Berührungsgerade zwischen der Trennwand und der oberen und der unteren Stirnwand auf den kegelstumpfförmigen Stirnwänden abgerollt wird. Die Flüssigkeit tritt somit in einen umlaufenden Raum ein und gelangt dadurch zum anderen Flüssigkeitsanschluß, durch welchen sie wieder aus der Meßkammer austritt. Solche Volumenzähler weisen eine über den gesamten, relativ großen Meßbereich lineare Mengenmeßkurve mit relativ geringen Meßfehler auf, würden sich also besonders dort als geeignet erweisen, wo es auf große Genauigkeit der Messung ankommt, also z. B. im medizinischen

Bereich. Gerade dort ist aber meistens die Durchflußmenge relativ gering und insbesondere deshalb hat man deshalb bisher auf diesen Gebieten Taumelscheibenzähler trotz ihrer Meßgenauigkeit nicht angewandt.

Der Grund ist darin zu sehen, daß die bekannten i Taumelscheibenzähler eine spürbare innere Reibung aufweisen, die der durchströmenden Flüssigkeit einen Widerstand entgegensetzt, so daß ein gewisser statischer Druck erforderlich ist, wozu auch noch eine den Anlauf des Zählers erschwerende träge Masse der beweglichen Teile hinzukommt. Weshalb sich diese Zähler bisher nicht für kleine und kleinste Flüssigkeitsdurchnüsse geeignet haben.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Durchflußzähler der erwähnten Taumelscheibenbauart so weiterzubilden, daß er sich auch zum Messen kleiner und kleinster Flüssigkeitsdurchflüsse eignet, weshalb die Masse der bewegten Teile gering gehalten werden muß, die innere Reibung weitgehend abgebaut und zur weiteren Ausdehnung der Anwendungsbereiche das Volumen des Zählers insgesamt sehr gering gehalten werden muß. Dabei soll außerdem eine äußerst einfache, kostengünstige und leichte Konstruktion mit einem Minimum an Einzelteilen geschaffen werden, die sich weitgehend aus einem geeigneten Kunststoff herstellen läßt.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe besteht die Erfindung darin, daß das Gehäuse als Wandung der Meßkammer ausgebildet, mit angeformten Flüssigkeitsanschlüssen versehen und längs der die zentrale Achse im Taumelzentrum schneidenden Ebene in zwei Teilstücke geteilt ist, daß der Umfangsrand der Trennwand federelastisch in radialer Richtung dichtend an der Innenwandung der Meßkammer anliegt und daß die Trennwand einerseits und das Gehäuse andererseits mit miteinander berührungslos zusammenwirkenden, ein der Taumelfrequenz proportionales Signal erzeugenden Signalgeberelementen versehen sind.

Durch diese Ausbildung ergibt sich nicht nur ein außerordentlich einfacher Aufbau des Geräts insgesamt, sondern auch ein Durchflußzähler, bei welchem die durch die durchströmende Flüssigkeit zu bewegenden Massen sehr gering sind, wobei die Einrichtung zur Anzeige des Meßergebnisses dem Durchlauf der Flüssigkeit praktisch keinerlei Widerstand entgegensetzt. Die innere Reibung des Durchfiußzählers resultiert praktisch nur aus der Lagerung der Trennwand und deren Abdichtung innerhalb des Gehäuses, wobei wegen der Tatsache, daß der Durchflußi-ähler nur einem sehr geringen statischen Flüssigkeitsdruck ausgesetzt werden wird, auch die Dichtung so ausgebildet werden kann, daß der Widerstand auf ein Minimum beschränkt wird.

Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung besteht dabei darin, daß der Umfangsrand der Trennwand eine sich radial auswärts öffnende Nut aufweist, in welcher ein federelastischer Dichtungsring angeordnet ist, der aus einem ringförmigen, durch einen Trennschlitz unterbrochenen Teil und an dessen radial innenliegender Seite angeordneten, radial einwärts gerichteten, eo federelastisch radial auswärts verformbaren Vorsprüngen besteht.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung ist es ferner, daß der an der IAnenwandung der Meßkammer anliegende Randabschnitt der Trennwand eine gegenüber der axialen Ausdehnung der Trennwand sehr geringe axiale Ausdehnung aufweist. Dies bedeutet praktisch, daß die Trennwand die Meßkammerwandung nur mit einer membrar artigen Lippe berührt

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

An Hand der nun folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung wird diese näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Durchflußzählers, F i g. 2 eine Draufsicht zu F i g. 1,

Fig.3 eine Draufsicht auf einem Dichtungsring für eine besondere Ausführungsform der Trennwand,

Fig.4 einen achsparallelen Detailschnitt durch eine mit dem Dichtungsring gemäß Fig.3 versehene Trennwand nach der Linie IV-IV in F i g. 3,

F i g. 5 einen Axialschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Trennwand und

F i g. 6 eine Draufsicht auf diese Trennwand.

Gleiche oder einander entsprechende Teile der einzelnen Ausführungsformen werden in der nachfolgenden Beschreibung durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.

Der in Fig I gezeigte Durchflußzähler besitzt ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Gehäuse, das aus zwei Gehäuseteilstücken 10a und 10ό besteht, wobei an dem in Fig. 1 unteren Teilstück 10bzwei einander diametral gegenüberliegende Flüssigkeitsanschlüsse 12a und \2b ausgebildet sind.

Im Inneren des Gehäuses ist eine insgesamt mit 14 bezeichnete Meßkammer ausgebildet, die durch eine Trennwand 16 in zwei Teilkammern 16a und 16£> unterteilt wird.

Die Meßkammer 14 ist im wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer zentralen Achse 18 ausgebildet und wird von zwei sich gegeneinander verjüngenden kegelstumpfförmigen Stirnwänden 20a und 20b, sowie durch eine sphärische Ringwand 22 begrenzt. Die Trennwand 16 weist einen zentralen, kugeligen Lagerkörper 24 auf, der in ihm zugeordneten kugeligen Lagerpfannen 26a und 266 der beiden Gehäuseteilstükke 10a bzw. 106 gelagert ist, wobei in dieser Lagerpfanne 26a des oberen Gehäuseteilstücks 10a noch eine Ringnut 28 ausgebildet ist, die einen kegelstumpfförmigen Zapfen 30 umschließt. Am kugeligen Lagerkörper 24 ist ein radial vorspringender Ansatz 32 ausgebildet, der in die Nut 28 eingreift und dadurch die Trennwand 16 derart führt, daß sie innerhalb des Gehäuses eine Taumelbewegung ausführen kann.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, besteht das Gehäuse des Durchflußzählers im wesentlichen aus den beiden Teilstücken 10a und 1Oi, wobei in den kegeligen Räumen außerhalb der Meßkammer 14 noch genügend Raum verbleibt, um die zur Meßwertanzeige erforderlichen Einrichtungen unterzubringen, zu deren Schutz auf beide Gehäuseteilstücke noch Abdeckplatten 34a bzw. 340 aufgesetzt, beispielsweise verrastet werden können. Beide Gehäuseteilstücke 10a und 10ό sind längs eines umlaufenden Flansches durch Schraubverbindungen 36 miteinander verbunden. An den Berührungsflächen beider Gehäuseteilstücke 10a und 10ft kann eine Dichtung vorgesehen sein, die beispielsweise in F i g. 3 dargestellt und mit 38 bezeichnet ist.

Wird von dem einen Flüssigkeitsanschluß zum anderen Flüssigkeitsanschluß ein Flüssigkeitsstrom durch das Gehäuse 10 geschickt, so übt die Trennwand 16 eine taumelnde Bewegung aus. Die Geschwindigkeit dieser Taumelbewegung ist ein Parameter für die Durchflußmenge, weshalb durch geeignete Übertragungseinrichtungen diese Geschwindigkeit ermittelt

und in eine entsprechende Anzeige umgewandelt werden muß.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist am oberen Gehäuseteilstück 10a eine Infrarotdiode oder eine andere Lichtquelle schematisch angedeutet und durch 40 bezeichnet. Der zentrale Lagerkörper 24 der Trennscheibe 16 ist mit einer Durchlicht-Bohrung 42 versehen, die während der Taumelbewegung der Trennscheibe 16 jeweils nach einem Taumeiumlauf die Infrarotdiode 40 optisch mit einem Phototransistor oder -widerstand 44 verbindet, der im unteren Gehäuseteilstück 106 angeordnet ist, so daß jeder Taumeiumlauf durch einen vom Phototransistor oder -widerstand 44 ausgehenden Impuls angezeigt wird, der beispielsweise einem Zählwerk zugeführt werden kann. Es erfolgt somit eine berührüngsfreie Signalerzeugung, die der Trennwand 16 und damit der Flüssigkeit keinerlei Widerstand entgegensetzt.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, auf der Trennwand 16 in einem Abstand vom Taumelzentrum, das mit dem Zentrum des Lagerkörpers 24 identisch ist, einen Permanentmagneten 46 anzuordnen, dem an einer bestimmten Stelle des Gehäuses 10 ein Reed-Kontakt 48 (siehe auch F i g. 2) zugeordnet ist.

Aus dem Gehäuse sind nach außen geeignete elektrische Anschlüsse geführt, die beispielsweise bei 50 dargestellt sind.

Um den Taumelumlauf anzuzeigen, bieten sich dem Fachmann vielfältige weitere Möglichkeiten an, beispielsweise die Verwendung eines Näherungsschalters, einer Reflexionslichtschranke, einer Feldplatte, eines Hallgenerators usw.

Für die Konstruktion des Durchflußmessers ist die Ausbildung der Dichtung zwischen der Trennwand 16 und der sphärischen Gehäusewandung 22 von besonderer Bedeutung, um die innere Reibung möglichst gering zu halten. Eine besonders vorteilhafte Lösung dieses Problems zeigen die Fig. 3 und 4. In Fig. 4 ist der Randabschnitt einer Trennwand 16 dargestellt, der mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden, sich radial auswärts öffnenden Nut 70 versehen ist. In dieser Nut 70 liegt eine nach Art eines Kolbenrings bei 72 geschlitzter Dichtungsring 74 (Fig. 3), der in gleichmäßigen Winkelabständen vorzugsweise mindestens drei radial

κι einwärts gerichtete federnd verformbare Vorsprünge 76 aufweist, wobei diese Vorsprünge vorzugsweise Stützzungen 78 besitzen, die in gleichem Krümmungssinn wie der Ring 74 mit etwas stärkerem Radius gekrümmt sind, so daß sich die freien Enden der Stützzungen zunächst gegen den Grund der Nut 70 leger, und den Ring 74 radial auswärts gegen die Gehäusewandung 22 drücken werden.

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine andere Lösung des Dichtungsproblems. Hier ist die Trennwand 16 im Radialschnitt (Fig. 5) wellenförmig profiliert und aus federelastischem Material geformt, so daß sich der äußere Rand 77 federelastisch an die Gehäusewandung 22 anschließen wird. Dieser äußere Rand 77 weist im Vergleich zur axialen Dicke der Trennscheibe 16 nur eine äußerst geringe axiale Ausdehnung auf, so daß die Berührungsfläche zwischen der Trennwand und dem Gehäuse und damit die Reibung äußerst gering gehalten ist. In gleicher "Weise besitzt auch der Dichtungsring 74 am äußeren Umfang eine Dichtlippe 80 mit sehr geringer axialer Ausdehnung.

Alle beschriebenen Zähler weisen einen sehr einfachen Aufbau, vorzugsweise aus Kunststoffteilen, auf, eignen sich zum Messen geringster Durchflüsse bei linearem Anzeigeverlauf und bewältigen Strömungsmedien mit sehr großer Viskositätsbreite.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

27 59 176 Patentansprüche.

1. Durchfluißzähler für Flüssigkeiten mit einem Gehäuse, einer in bezug auf eine zentrale Achse rotationssymmetrischen Meßkammer, mit zwei in die Meßkammer mündenden Flüssigkeitsanschlüssen, mit einer in der Meßkammer zur Ausführung einer Taumelbewegung um ein auf der zentralen Achse gelegenes Taumelzentrum in der Meßkammer beweglich gelagerten und die Meßkammer in zwei bei ihrer Bewegung um die zentrale Achse umlaufende Teilkammern unterteilenden, kreisförmigen Trennwand, wobei die Meßkammer im wesentlichen zu einer zur zentralen Achse senkrechten und diese zentrale Achse im Taumelzentrum schneidenden Ebene spiegelbildlich ausgebildet ist und von zwei Stirnwänden in Form von Kegelstumpfmantelflächen mit annähernd im Taumelzentrum liegender Kegelspitze und einer die äußeren Ränder der Stirnflächen verbindenden, zum Taumelzentrum konzentrischen sphärischen Ringwand begrenzt wird, wobei die einander benachbarten Abschnitte der Stirnwände mit zum Taumelzentrum konzentrischen Lagern versehen sind, in welchen ein im Zentrum der Trennwand angeordneter kugeliger Lagerkörper gelagert ist, der einen radialen, zur Trennwand senkrechten Vorsprung aufweist, der in eine in einem der Lager ausgebildete Ringnut eingreift, derart, daß der Vorsprung mit der zentralen Achse einen Winkel einschließt, der den Kegelwinkel der Stirnwände zu 180° ergänzt, dadurch gekennzeichnet,daß das Gehäuse (10) als Wandung der Meßkammer (14) ausgebildet, mit angeformten Flüssigkeitsanschlüssen (12a, 126,-52a, 52b, 52c) versehen und längs der die zentrale Achse im Taumelzentrum schneidenden Ebene in zwei Teilstücke (10a, tob) geteilt ist, daß der Umfangsrand der Trennwand (16) federelastisch in radialer Richtung dichtend an der Innenwandung (22) der Meßkammer (14) anliegt und daß die Trennwand einerseits und das Gehäuse andererseits mit miteinander berührungslos zusammenwirkenden, ein der Taumelfrequenz proportionales Signal erzeugenden Signalgeberelementen (40, 44; 46, 48; 32,68) versehe η sind.

2. Durchflußzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (16) als in radialer Richtung federelastische Membran ausgebildet ist (F ig. 9 und 10).

3. Durchflußzähler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (16) zwischen dem Lagerkörper (24) und dem Umfangsrand (76) einen etwa wellenförmig profilierten, in radialer Richtung federelastisch verformbaren Abschnitt aufweist.

4. Durchflußzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangsrand der Trennwand (16) eine sich radial auswärts öffnende Nut (70) aufweist, in welcher ein federelastischer Dichtungsring (74) angeordnet ist, der aus einem ringförmigen, durch einen Trennschlitz (72) unterbrochenen Teil und an dessen radial innenliegender Seite angeordneten, radial einwärts gerichteten, federelastisch radial auswärts verformbaren Vorsprüngen (76) besteht.

5. Durchflußzähler nach Anspruchs dadurch gekennzeichnet, daß am ringförmigen Teil mehrere

Vorsprünge (76) in gleichen Winkelabständen angeordnet sind, und daß jeder Vorsprung in bezug auf den seine Verbindungsstelle mit dem ringförmigen Teil durchquerenden Radius symmetrisch ausgebildet ist und zwei von dieser Verbindungsstelle aus schräg einwärts verlaufende Stützzungen (78) besitzen.

6. Durchflußzähler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützzungen (78) im gleichen Krümmungssinn wie der ringförmige Teil, jedoch stärker als dieser gekrümmt sind

7. Durchflußzähler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Innenwandung der Meßkammer (14) anliegende Randabschnitt der Trennwand (16) eine gegenüber der axialen Ausdehnung der Trennwand sehr geringe axiale Ausdehnung aufweist