DE2926566A1 - Stroemungsmesser mit positiver verdraengung - Google Patents

Stroemungsmesser mit positiver verdraengung

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    • G01F3/10—Geared or lobed impeller meters

Description

Oval Engineering Comp.Ltd, Tokyo 60 P
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Strömungsmesser nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei derartigen Strömungsmessern sind die Rotoren ohne Auftreten von Pulsationen drehbar, wobei ein Zahn-zu*-Zahn~Oberflächenkontakt vom Wert Kali wegen des Nichtvorliegens einer Energieübertragung zwischen den beiden Rotoren angestrebt wird.
Es ist ein Strömungsmesser mit einem Paar von Roots-Rotoren als Rotor mit positiver Verdrängung bekannt» Ein Paar von Roots-Rotoren steht miteinander durch Leit2ahnräder in Eingriff, die mit entsprechenden Achsen der Roots-Rotoren verbunden sind. Hierbei bringt eine gleichmäßige Drehung der Roots-Rotoren eine gewisse Pulsation mit sich, was in mancherlei Hinsicht ungünstig ist.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Strömungsmessers mit positiver Verdrängung, welcher schraubenartig gezahnte Rotoren aufweist, wobei ein Paar von Rotoren ohne Pulsationen drehbar ist. Es wird hierbei ein Ze.hn-zu-Zahn-Oberflächenkontaktdruck im Werte Null angestrebt, da eine Energieübertragung zwischen den beiden Rotoren nicht vorliegt. Ungleich dem Strömungsmesser nach dem Stand der Technik entfällt hierbei die zusätzliche Anbringung von Leitzahnrädern. Ferner wird ein Paar von Rotoren mit Schraubenzahnaufbau verwendet, bei denen die entsprechenden Zahnprofilkurven kontinuierlich miteinander in Berührung stehen, ohne daß irgendeine Blockierung
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von Fluid zwischen den entsprechenden Zahnprofilkurven auftritt, auch weist jeder der beiden Rotoren das gleiche Profil und die gleichen Abmessungen auf, wobei das Windungsverhältnis i. jedes Rotors durch eine positive ganze Zahl i gegeben ist, beispielsweise 1, 2, 3, .. .. .
Die Erfindung schafft einen Strömungsmesser der erwähnten Art, bei welchem das Windungsverhältnis entsprechend dem Wert Eins oder nahe diesem Wert definiert ist und bei welchem die nnzahl von Zähnen auf drei festgelegt ist, wobei sich für ein Paar von Rotoren die maximal mögliche theoretische Abgabemenge ergibt» Man erhält somit einen Strömungsmesser, bei welchem ein Paar von Rotoren ohne Pulsationen drehbar ist, so daß ein Zahn-zu-Zahn-Oberflächenkontaktdruck entsprechend dem Wert Null aufrechterhalten werden kann, weil eine Energieübertragung nicht vorliegt»
Die Erfindung schafft auch einen Strömungsmesser der erwähnten Art, bei welchem mehrere gekrümmte Vorsprünge (sogenanntes ''primäres Zahnprofil") jeweils vom Schlupfverhältnis Null an einer Zahnprofilkurve (sogenanntes "sekundäres Zahnprofil") an jedem Zahn in dem Rotor gebildet werden» Das obige Gebilde ist in der Lage, Abwasserflüssigkeiten zu messen, beispielsweise Faulschlamm.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen.
Fig» 1 ein Ausführungsbeispiel eines Paares von Rotoren in einer senkrecht zu deren Achsen ver-
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laufenden Ebene, wobei diese Rotoren einen Bestandteil eines erfindungsgemäßen Strömungsmessers mit positiver Verdrängung bilden,
Pig= 2 eine Abdichtlinie entsprechend der Zahnprofilkurve in einem Paar von Rotoren in abgewinkelter Darstellung,
Fig» 3 das Verhältnis R /R zur Steuerung der theoretischen Abgabemenge als Funktion des Windungsverhältnisses mit der Anzahl von Zähnen,
Fig» 4 ein Paar von Rotoren in einer senkrecht zu deren Achsen verlaufenden Ebene unter optimalen Bedingungen der Zahl der Zähne, nämlich drei, und des Windungsverhältnisses i = 1,
Fig» 5 ein Paar von Rotoren in einer Ebene senkrecht zu deren Achsen, wobei jeder Rotor mit mehreren gekrümmten VorSprüngen versehen ist»
Gemäß Fig» 1 stehen die Rotoren 1, 2 miteinander in Eingriff, wobei jeder Rotor mit einer gewählten Anzahl von Zähnen versehen ist» Jeder Zahn weist das gleiche Profil und die gleichen Abmessungen auf= Das Paar von Rotoren 1, 2 ist in Bezug auf Achsen 3, 4 in einem Gehäuse für einen bevorzugten Strömungsmesserkörper drehbar* Es sind ferner ein Steigungskreis und ein Zusatzkreis 6, jeweils in Bezug auf den Ro-
^S tor I3 dargestellt„ In ähnlicher Weise sind ein Steigungskreis 7 sowie ein Zusatzkreis 8 des Rotors 2 dargestellt= Außerdem sind Abnahmekreise 9, 10 des Rotors 1 bzw» 2 dargestellt= Eine Kurve Al-, Bl, Cl des Rotors 1 sowie eine Kurve A2, B2, C2 des Rotors 2 stel-
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len Zahnprofilkurven dar, welche an entsprechenden Zusätzen gebildet sind. Beispielsweise sind die Kurve Al1 Bl und die Kurve A2, B2 mit Bogenzahnprofilen versehen, welche einen Mittelpunkt an den Steigungskreisen 5, 7 aufweisen. Ferner sind eine Kurve BlCIi. . bzw. eine Kurve B2C2(- mit einem Zykloiden-Zahnprofil versehen. Eine Kurve ClDl und eine Kurve C2D2 sind Zahnprofilkurven, welche an den Abnahmebereichen der beiden Rotoren 1, gebildet sind. Diese Bereiche sind mit gekrümmten Zahnprofilen versehen, die einen Mittelpunkt an den Steigungskreisen 5, 7 der beiden Rotoren 1, 2 aufweisen.
Die Endabschnitte der gekrümmten Zahnprofile an dem Zusatzteil und dem Abnahmeteil jedes der beiden Rotoren 1, 2 stehen in einstückiger Zuordnung zu benachbarten gekrümmten Profilen hinsichtlich der Radien von den Achsmittelpunkten 3, 4 der entsprechenden Rotoren 1, 2.
Wenn ein Paar von Rotoren, jeweils vom gleichen Profil und gleicher Abmessung, in wechselweisem Kontakt ohne Schlupf gedreht wird, so kann ein Weg einer Berührungslinie beider Rotoren in Form von vier Kurven PMQ, P1MQ1, PRQ, P'R'Q« dargestellt werden.
Gemäß Fig. 2 ergibt sich eine Längsabwicklung der Berührungslinie, d.h. einer Abdichtungslinie, der beiden Rotoren 1, 2 bei wechselseitigem Eingriff Es gilt folgende Gleichung.-.
OTT
L = IR -~— /tanß = iMIC /tanß ........ (1) (R; Radius des Steigungskreises)
Hierbei bedeuten i = Windungsverhältnis, ß = einen Win-
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dungswinkel des Schraubenzahnes jedes der Rotoren 1, 2, L = die Axiallänge des Rotors, Z = Zähnezahl, M = Modul«,
Im Falle i = 1 werden die Rotationsdrehmomente Tl, T2 der beiden Rotoren 1, 2 durch folgende Gleichung wiedergegeben» __
T1=T2 β _
J (R,2 )-
0 0
(2)
=(konstant)
Hierbei bedeuten,-
Rr den Radius cdes Abnahmekreiees, Ro den Radius des Zusatzkreises, Rc den Abstand von der Achse bis zu dem Zykloid
BlCl,
"2£. einen Winkel, welcher zwischen den beiden Enden Al an dem Zusatzkreis gebildet ist, und zwar in Anordnung in einer Radiusrichtung von dem Achsmittelpunkto
Demgemäß ist in jeder wechselseitigen Eingriffstellung das Rotationsdrehmoment der beiden Rotoren 1, 2 konstant»
Wenn das Windungsverhältnis i. den Wert 2, 3,....., erreicht, gleich wie bei i = 1, wenn ferner Tl + T2 = konstant ist und ferner Tl - T2 = O ist, so werden die beiden Rotoren mit gleicher Drehzahl und ohne Pulsationen angetrieben. Da keine Energieübertragung zwi-
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sehen den beiden Rotoren vorliegt, erhält man eine ideale Drehung eines Paares von Rotoren 1, 2, bei welcher jeglicher Zahn-zu-Zahn-Oberflächenkontaktdruck fehlt,
Es wird nun auf die theoretische Abgabemenge q Bezug genommen, welche sich angenähert aus der folgenden Gleichung ergibt.
q = 2JtR2L [ (-IS-) 2 - l} ....... .'.„.. (3)
Da Ro/R größer ist, wird die theoretische abgabemenge jq größer und vorteilhafter»
Hinsichtlich der Anzahl der Zähne Ro/R erhält man folgende Beziehung, wobei vor allem gilt:
(~~) max = 1 + 2 sin &- ........... (4)
Daher gilt, wenn
Z = 2-9 ~- = 1-7654
Z = 3-> I2- = 1*5176
Z = 4-^ ~- = 1.3902
Wenn Z = 2 ist, so ergibt sich Ro/R als Maximum.
Da der Rotor eine Welle und ein Lager hierfür benötigt, wäre es nachteilig, den Kerndurchmesser des Rotors allzusehr zu reduzieren« Demgemäß läßt sich sagen, daß der Wert Ro/R =1,5 dem optimalen Wert entspricht.
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Andererseits ist es im Fall von schraubenförmig gezahnten Rotoren erforderlich, die Gefahr von deren Ausbau aus einem Gehäuse in Betracht zu ziehen „ Da der Windungswinkel ß begrenzt ist, muß das Windungsverhältnis i der folgenden Beziehung genügen.
7 — Ί R 7
1 ^. \ iLl -~ Xj — " *1, "COS ~~~Ό~Γ\ "^" ""~*91Γ ^^ oooooufo IjJ
Fig- 3 ist dargestellt als Ergebnis der Berechnung der obigen Gleichung (5K
Damit das Windungsverhältnis i den Wert 1 im Falle von Z = 2 erreicht, ist es erforderlich, da» Verhältnis Ro/R sehr klein zu machen, jedoch ist dies nicht praktisch= Wenn Z = 3 ist, so ergibt sich i = 1; wenn Z = 4 ist, so ergibt sich i = 1, i = 2= Jedoch beträgt die Differenz der theoretischen Abgabemenge zum Zeitpunkt von (Ro/R)max in der Gleichung (4) 40 % zwischen Z = 3 und Z = 4° Demgemäß entspricht das optimale Beispiel für eine Maximierung der theoretischen Abgabemenge eines Strömungsmessers der betrachteten Art bei kontinuierlicher gegenseitiger Berührung der Zahnprofilkurven der Bedingung, daß die Anzahl der Zähne in jedem Rotor 1 oder 2 gleich Drei und das Windungsverhältnis i_ gleich Eins ist oder angenähert diesem Verhältnis entsprichto
Gemäß Fig„ 5 sind an einer Fläche der Zahnprofilkurve AlBlCl, die an dem Zusatz jedes der beiden Rotoren 1, 2 zu bilden ist, konvex gekrümmte Vorsprünge 11, 12 als Primärzahnprofile ausgebildet, während an· einer Fläche der Zahnprofilkurve A2B2C2 konkav gekrümmte Vorsprünge 13, 14 als Primäreahnprofile aus-
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gebildet sind, wobei jeder der Vorsprünge 13, 14 ein Schlupfverhältnis von UuIl' aufweist. Infolge der gekrümmten Vorsprünge 11, 12, 13, 14 befinden sich die gekrümmten Teile unter dem Zustand einer nicht vorhandenen Berührung lediglich aufgrund der geringen Vorsprungshöhe ^ * Dies ist das Merkmal der Zahnprofilkurve in einem Rotorzahn. Da die Zahnprofilkurve des anderen Rotors identisch mit der erstgenannten Kurve ist, entfällt die Notwendigkeit einer gesonderten Beschreibung.
Wenn aufgrund des obigen Aufbaues ein Paar von Rotoren 1, 2, jeweils mit gleichen Profilen und gleichen Abmessungen, in wechselweisem Eingriff der gekrümmten Vorsprünge 11, 12, 13, 14 ohne Schlupf gedreht wird, so kann ein Weg der Berührungslinie der beiden Rotoren 1, 2 als vier Kurven PMQ, P1MQ1, PRQ, P'R'Q' betrachtet werden.
Wie bereits oben erwähnt wurde, ist ein Strömungsmesser der erwähnten Art mit einem Paar von Rotoren versehen, von denen jeder die gewählte anzahl von Zähnen aufweist- Da jeder Zahn das gleiche Profil und die gleichen Abmessungen besitzt, bewirkt ein kontinuierlicher Zahn-zu-Zahn-Oberflächenkontakt keine Blockierung von Fluid zwischen den entsprechenden Zahnprofilkurven ο Mit anderen Worten ergibt sich solch ein Raum, daß jegliche Flüssigkeit, die zwischen entsprechenden Zahnprofilkurven der beiden Rotoren vorliegen kann, völlig entfernt wird« Dies bedeutet, daß keine Flüssigkeitsblockierung dazwischen auftreten kann. Zusätzlich sind die beiden Rotoren 1, 2, indem das Windungsverhältnis i_ als positive ganze Zahl oder als angenäherter Wert ausgelegt wird, ohne Pulsationen dreh-
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bar, wobei eine Zahn-zu-Zahn-Oberflächenberührung einen Druck von Null erreicht, da eine Energieübertragung zwischen den beiden Rotoren nicht vorliegt»
Ferner erreicht man unter der Bedingung eines Win— dungsverhaltnxsses i = 1 oder eines angenäherten Wertes und einer Anzahl von Zähnen in jedem Rotor entsprechend dem Wert Drei einen sehr genau arbeitenden Strömungsmesser auf dem Prinzip der positiven Verdrängung, welcher hinsichtlich seiner theoretischen Abgabemenge auf einen Maximalwert ausgelegt ist„
Eine bevorzugte Anzahl gekrümmter Vorsprünge ist an einer Zahnprofilkurve sowohl am Zusatz- als auch Abnahmeteil jedes Rotors angeordnet, wobei ein Paar von Rotoren in wechselweisem Eingriff der gekrümmten 15. Vorsprünge gedreht wird»
Der beschriebene Strömungsmesser ist zur Messung von Abfluid, beispielsweise Faulschlamm, geeignet» Wenn die Notwendigkeit besteht, kann der Strömungsmesser anstelle eines Hydraulikmotors, einer Pumpe oder eines anderen Fluid-Bauelementes verwendet werden.
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Claims (2)

  1. Patentanwalt _ Or. Helmut Späth
    8200 Rosanheim/Ofcfc. 60 P
    (fax-iotaii-Matt 6
    Oval Engineering Company Limited, 10-8, Kamiochiai 3-chome, Shinjuku-ku, Tokyo, Japan
    Strömungsmesser mit positiver Verdrängung
    Patentansprüche
    lc) Strömungsmesser auf dem Prinzip der positiven Verdrängung mit schraubenförmig gezahnten Rotoren, dadurch gekennzeichnet, daß die entsprechenden Zahnprofilkurven der Rotoren in kontinuierlicher Berührung miteinander stehen, um jegliches Blockieren von Fluid zwischen den entsprechenden Zahnprofilkurven zu vermeiden, wobei 'jeder Rotor das gleiche Profil und die gleichen Abmessungen aufweist, und daß das Windungsverhältnis einen Wert i = -tjj=p iiat,
    wobei jL eine positive ganze Zahl oder ein angenähert dieser entsprechender Wert ist, M = Frontmodul, L ss axiale Länge des schraubenförmig gezahnten Rotors, ß = Windungswinkel, wobei ein Paar schraubenförmig gezahnter Rotoren wechselseitig ohne Pulsationen drehbar ist und der Zahn-zu-Zahn-Oberflächenberührungsdruck auf dem Wert HuLl gehalten ist»
  2. 2. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekenn-
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    Oval Engineering ComD.Ltdo, Tokyo 60 P
    zeichnet, daß zur Maximierung einer theoretischen Abgabemenge das Windungsverhältnis i auf dem Wert 1 oder einem angenähert entsprechenden Wert gehalten ist,und daß die Anzahl der Zähne dem Wert 3 entspricht.
    3 ο Strömungsmesser nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere gekrümmte Vorsprünge (12) auf einer Zahnprofilkurve vorgesehen sind, die sowohl am Zunahme- als auch Abnahmebereich jedes der beiden Rotoren (1, 2) vorgesehen sind.
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