DE2759176C3 - Durchflußzähler für Flüssigkeiten - Google Patents
Durchflußzähler für FlüssigkeitenInfo
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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)
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
Priority Applications (4)
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