DE2946399A1

DE2946399A1 - Durchflussmengenmessgeraet fuer fluessige und gasfoermige medien

Info

Publication number: DE2946399A1
Application number: DE19792946399
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl Ing Boldt
Original assignee: VADUZ SELBSTFINANZIERUNG
Current assignee: VADUZ SELBSTFINANZIERUNG
Priority date: 1978-11-16
Filing date: 1979-11-16
Publication date: 1980-05-29
Also published as: CH639198A5; FR2441832B3; FR2441832A1

Description

Durchflussmengenmesser für flüssige und gasförmige Medien

Die Erfindung betrifft ein Durchflussmengenmessgerät für flüssige und gasförmige Medien, mit einem einen Hohlraum allseits umschliessenden, aus nicht ferromagnetische!!! Material bestehenden Führungskörper, der im Abstand zueinander eine Eintritts- und eine Austrittsöffnung für das Medium und einen zwischen diesen Oeffnungen angeordneten Steuerschieber aufweist, der durch eine dar Strömung entgegengesetzt wirksame Kraft zur Eintrittsöffnung hin und durch die Strömung zur Austrittsöffnung hin verschiebbar ist und mit mindestens einer am Umfang des Führungskörpers in Bewegungsrichtung des Steuerschiebers angeordneten Feldspule, die in einen elektrischen Stromkreis geschaltet und mit einem Anzeigegerät verbunden ist.

Es sind mehrere Durchflus'smengeninessgeräte nach der eingangs beschriebenen Art bekannt geworden. So gibt es beispielsweise ein Durchflussmengenmessgerät das einen Schwimmkörper im Innern eines Führungsorgans aufweist. Der steuerwirksame Kolben des in vertikaler Lage angeordneten Gerätes verharrt in Ruhestellung in einem zylindrischen Teil der die Eintrittsöffnung für das Medium aufweist. Bei dem zur obenliegenden Austrittsöffnung des FUhrungsorgans hin gerichteten Ende des Kolbens erweitert sich der zylindrische Teil gleichmässig konisch und endet an der Austrittsöffnung, welche einen geringen Querschnitt aufweist.

Der Kolben ist ebenfalls konisch ausgebildet, jedoch ist dessen Konuswinkel grosser als derjenige des sich konisch erweiternden Teil des Führungsorgans.

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Nach unten besteht der Schwimmkörper aus einem Verbindungsteil und einer ferromagnetischen Büchse, die in dieser Reihenfolge mit dem Kolben verbunden sind. Selbstverständlich stützt sich der Schwimmkörper in Ruhestellung auf einer den Boden des Führungsorgans bildenden Verschraubung ab. Unmittelbar oberhalb der ferromagnetischen Büchse weist das Führungsorgan am Umfang eine zur Verschiebungsachse des Schwimmkörpers koaxiale Feldspule auf, deren Länge etwa derjenigen der ferromagnetischen Büchse entspricht. Die Feldspule ist an eine Brückenschaltung geschaltet die mit einem elektrischen Generator gespeist wird.

Derartige Durchflussmengenmessgeräte weisen die Nachteile auf, dass durch die seitliche Eintrittsöffnung im steuerwirksamen Bereich des Führungsorgans eine grosse Turbulenz entsteht, welche die Messergebnisse beeinträchtigt. Zudem entsteht durch die beschriebene Ausfuhrungsform ein relativ grosser Platzbedarf, der speziell in vertikaler Richtung den Einbau in bestehende Anlagen erschwert. Gleichzeitig ist die Herstellung eines solchen Gerätes aufgrund der vielfältigen·Teile relativ aufwendig und teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die beschriebenen Uebelstände zu beheben und ein Durchflussmengenmessgerät zu schaffen, das sich für dynamische Messvorgänge eignet, ein von der Viskosität des Strömungsmediums unabhängiges Messergebnis liefert und welches durch eine kompakte Bauart wenig Raum beansprucht.

Das erfindungsgemässe Durchflussmengenmessgerät der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber und der Innenraum des Führungskörpers in ihrem vom Flüssigkeitsdurchsatz abhängigen steuerwirksamen Bereich eine zur Eintrittsöffnung hin sich parallel verjün-

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gende Kegelform aufweisen und dass der aus ferromagnetischem Material gebildete Teil des Steuerschiebers beim Durchströmen des Mediums wenigstens teilweise in der am Führungskörper angeordneten Feldspule liegt.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Steuerschieber in seiner Gesamtheit aus ferromagnetischem Material gebildet.

Weitere erfindungsgemässe Ausführungsformen sind im nachfolgenden Beschreibungsteil näher erörtert.

Einzelheiten und Wirkungsweise der Erfindung sind anhand der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung beispielsweise erläutert.
Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Eturchflussmengenmessgerät.

Figur 2 den Steuerschieber in stereometrischer Darstellung gemäss Figur 1.

Figur 3 einen Längsschnitt durch eine weitere erfindungsgemässe Ausführungsform eines Durchflussmengenmessgerätes .

Figur 4 einen Längsschnitt durch eine weitere erfindungsgemässe Ausführungsform eines Durchflussmengenmessgerätes .

Figur S einen Querschnitt durch ein Durchflussmengenmessgerät gemäss der Linie V ♦ V in Figur 4.

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Figur 6 einen Längsschnitt durch eine weitere erfindungsgemässe Ausführungsform eines Durchflussmengenmessgerätes.

Figur 7 einen Querschnitt durch ein Durchflussraengenmessgerät gemäss der Linie VII r VII in Figur 6.

Ein mit 1 bezeichnetes Durchflussmengenmessgerät für flüssige sige und gasförmige Medien nach Figur 1 besitzt einen aus nicht ferroraagnetischem Material gefertigten Führungskörper 2, der im Abstand zueinander eine Eintritts- 3 und Austrittsöffnung 4 für das Medium und einen zwischen diesen Oeffnungen angeordneten Steuerschieber 5 aufweist. Die Eintrittsleitung 6 ist aus einem rohrförmigen Stutzen 7 gebildet, welcher über einen nicht gezeichneten Schlauch mit der Druckleitung einer Pumpe verbunden ist.

Die Eintrittsleitung 6 mündet in den Steuerraum 8, welcher sich in der Strömungsrichtung des Mediums kegelförmig in einen zylindrischen Raum 9 erweitert. An den zylindrischen Raum 9 des Steuerraumes 8 schliesst sich die Austrittsleitung 10 unmittelbar an, die aus einem demontierbaren zylindrischen Auslassstutzen 11 besteht, an welchen ein Schlauch zur Weiterführung des Mediums angeschlossen wird. Der Auslassstutzen ist durch die mit strichpunktierten Linien 15 angedeutete Schraube festgehalten. Eine Ringnute 12 mit einem Dichtungsring 13 dichtet den Steuerraum 8 gegen ein Leck. Am Umfang des Führungskörpers 2, vorzugsweise im Bereich des kegelförmigen Steuerraumes 8, ist eine Feldspule 14 befestigt. Dazu ist am Führungskörper 2 eine Schulter 16 vorgesehen, aufgrund welcher eine genaue Positionierung der

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Feldspule 14 in Längsrichtung erfolgen kann. Die Feldspule wiederum ist durch eine Schutzhülse 22 aus Kunststoff oder einem anderen, vorzugsweise isolierenden Material, vor äussersn Einflüssen geschützt. Die Hülse kann mittels Schrauben 17 (in Figur 1 als strichpunktierte Linien dargestellt) am Umfang der Schulter 16 befestigt werden.

Der Steuerschieber 5 aus ferromagnetische!!! Material weist eine zum Steuerraum 8 parallele Kegelform auf, sodass bei Strömungsunterbruch die Mantelflächen von Steuerraum 8 und Steuerschieber 5 dicht anliegen. Bei Verwendung des Durchflussmengenmessgerätes in dargestellter Vertikallage wird durch das Eigengewicht des Steuerschiebers 5 eine der Strömung entgegengesetzt wirksame Kraft erzeugt, welche den Steuerschieber als Schwimmkörper wirken lässt, d.h. die Steuerung des Durchflussmengenmessgerätes kann ohne zusätzliche Krafteinwirkung auf den Steuerschieber erfolgen.

Zur Verbesserung der Trägheitseigenschaften eines frei schwimmenden Steuerschiebers, wird letzterer mit einer Druckfeder 18, welche eine kleine Federkonstante, jedoch einen grossen Vorspannweg aufweist, belastet. Diese Druckfeder 18 wird zwischen den Auslassstutzen 11 und den Steuerschieber 5 derart eingebaut, dass sie im Ausserbetriebszustand des Durchflussmengenmessgerätes 1 leicht vorgespannt ist. Zur besseren Führung der Druckfeder 18 enthalten Steuerschieber 5 und auch Auslassstutzen 11 sackförmige Bohrungen 19 und 20. Der Vollständigkeithalber sei noch auf die hinterstochene Ringnute 21 hingewiesen, welche eine fertigungsabhängige Massnahme darstellt. Die Pfeile bezeichnen die Strömungsrichtung des Mediums.

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Figur 2 zeigt in stereoraetrischer Darstellung den als Kegelstumpf ausgebildeten Steuerschiebar 5 mit einer der Aufnahme der Druckfeder 18 dienenden sackförmigen Bohrung 19. Selbstverständlich kann die Druckfeder annähernd den Durchmesser des zylindrischen Raumes 9 aufweisen, um dadurch geführt zu werden. Erfolgt die Steuerbewegung des Steuerschiebers 5 ohne Einwirkung einer Druckfeder, so ist die grössere Stirnfläche des Steuerschiebers mit Vorteil ohne Bohrung 19 ausgebildet. Die am Ende der Bohrung 19 anschliessende kleinere Bohrung ist zur Herstellung einer für die Druckfeder 18 ebenen Ringfläche erforderlich.

Wird das Durchflussmengenmessgerät 1 bei Strömungsmedien verwendet, deren maximaler und minimaler Durchsatz relativ weit auseinanderliegen, dann muss sich der Steuerschieber auf einer längeren Wegstrecke bewegen.

In diesem Falle weist der Steuerschieber 5 geraäss Figur 3 an seiner grösseren Stirnseite eine Bohrung 25 auf, in welche eine Hülse 26 fest eingesetzt ist. Hülse 26 enthält an ihrem Umfang eine Anzahl Durchlässe 27, weiche den zylindrischen Teil 28 des Führungskörpers 2 und das Innere der Hülse 26 verbinden.

Der Durchsatzmenge entsprechend weist der zylindrische Raum 28 vorteilhaft einen gegenüber dem maximal erweiterten konischen Teil 30 des Steuerraumes 8 grössere Querschnittsfläche auf. Auslassstutzen 11 ist mittels Schrauben 12 oder einem nichtdargestellten Gewinde mit dem Führungskörper 2 fest verbunden. Die Dichteinrichtung 29 sorgt dafür, dass das durchströmende Medium nicht austreten kann.

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Auslassstutzen 11 besitzt eine Bohrung 31, von der Hülse 26 verschiebbar aufgenommen wird. Vorteilhaft ist die Bohrung 31 mit einer Büchse 32 ausgekleidet, damit bei der Verschiebung des Steuerschiebers 5 keine allzu grosse Reibung entsteht.· Hülse 26 und Büchse 32 dürfen gegenseitig ein Spiel aufweisen, welches einem leichten Laufsitz entspricht. Damit ist gewährleistet, dass der Steuerschieber 5 im Ruhezustand des Durchflussmengenmessgerätes 1 an der konischen Mantelfläche des Steuerräumes 8 mehr oder weniger dicht anliegt und so kein Leck gegenüber geringen Durchflussmengen bildet. Auch diese Ausführungform kann vorteilhaft eine Druckfeder 18 mit geringer Federkonstante aufweisen. Der Vollständigkeithalber sei hier noch auf die strichpunktierten Linien 33, 34 hingewiesen, deren Lage die Ruhestellung des Steuerschiebers 5 darstellt. Daraus ist erkennbar, dass die Länge des Steuerschiebers 5 und diejenige der Feldspule 14 in Ruhestellung sich decken. Wie in Figur 1 bildet Schutzhülse 17 den Abschluss des Gerätes.

Gemäss Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Durchflussmengenmessgerätes dargestellt, das gegenüber Figur 3 im wesentlichen einen geänderten Steuerschieber 5 aufweist.

Anders als in Figur 3 erweitert sich der konsiche Teil 35 des Steuerschiebers 5 in einen zylindrischen Teil 36, welcher im zylindrischen Raum 9 des Führungskörpers 2 geführt ist. Auch bei dieser Ausführung dürfen Gleit- und Führungskörper innerhalb eines leichten Laufsitzes liegen, sodass die vollständige Dichtheit des konsichen Teils 35 im Führungskörper nicht in Frage steht.

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Am Umfang enthält der zylindrische Teil 36 des Steuerschiebers 6 rinnenförmige Kanäle 3 7 die sich über die Länge des zylindrischen Teils 36 erstrecken und am Umfang des konischen Teils 35. austreten. Figur 5 zeigt diese rinnenförmigen Kanäle 37, deren Ausmass und Anzahl sich nach den Volumen der durchzusetzenden Medien richten. Selbstverständlich kann die nach Figur 4 dargestellte Konstruktion des Durchflussmengenmessgerätes eine zwischen Auslassstutzen 11 und Steuerschieber 5 einsetzbare Druckfeder (nicht gezeichnet) enthalten. Diese Druckfeder kann vorteilhaft am zylindrischen Teil 35 des Führungskörpers 2 anliegen.

Figur 6 stellt eine weitere Variante eines unter den eingangs genannten Gattungsbegriff fallenden Gegenstandes dar. Im Gegensatz zu den bisher beschriebenen Durchflussmengenmessgeräten 1 besitzt hier der Führungskörper 2 eine um seine Längsachse zylindrische Form, die aufgrund des konstruktiven Aufbaus des Gerätes, unterschiedliche Durchmesser aufweist. Im Bereich des Mediumsein- und austrittes hat sich gegenüber der zuvor erörterten Ausführungsarten nichts geändert, indem weiterhin Ein- 7 und Auslassstutzen 11 zur Befestigung eines Schlauches mit Briden verwendet werden. Auch eine Verschraubung würde den Zweck erfüllen, jedoch ist sie aufgrund der Herstellung,,der erforderlichen Dichtheit und Verschleissanfälligkeit (Zerschlagen) aufwendiger. Der Steuerraum 8 des Führungskörpers 2 erweitert sich in Strömungsrichtung des Mediums in einen zylindrischen Raum 38. Dieser zylindrische Raum 38 dient der gleitenden Führung des an den konischen Teil 39 des Steuerschiebers 5 mittelbar anschliessenden Zylinders 40. Zwischen konischem Teil 39 und Zylinder 40 weist der Steuerschieber 5 eine Ringnut 41 auf, deren Boden 42 eine oder mehrere Bohrungen 43 enthält, welche mit der koaxialen Zylinderbohrung 44 in

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Leitungsverbindung stehen. Die Zylinderbohrung 44 mündet in den zylindrischen Raum 38, welcher mit der Austrittsleitung 10 kommuniziert. Das Medium flieset nach Eintritt in den Steuerraum 8 durch die Bohrungen 43 und Zylinderbohrung 44 in den zylindrischen Raum 38, von wo es durch die Austrittsleitung 10 das Gerät verlässt. Als alternative Möglichkeit kann der Zylinder 40 an seinem Umfang rinnenförraige Kanäle besitzen, die sich auf seiner ganzen Länge bis zur Ringnut 42 erstrecken und mit dieser leitungsverbunden sind. Durch diese Ausbildung des Zylinders 40 kann auf die Bohrungen 43 und Zylinderbohrung 44 verzichtet werden. Siehe Figur 7.

(Die strichpunktierten Linien in Figur 6 & 7 zeigen eine alternative Ausführungsform des Zylinders 40).

Am Umfang des den grossten Querschnitt aufweisenden Teils des Führungskörpers 2 sind zwei gleich grosse Nuten 45 eingedreht, welche sich in gleichmässigen Abständen auf die Länge des in Ruhelage befindlichen Zylinders 40 des Steuerschiebers 5 verteilen. In die Nuten 45 sind je eine Feldspule 46 aufgewickelt, die zusammen bei Erregung mittels Wechselstrom eine Differentialspule bilden und über eine Messbrücke an eine elektrische Stromquelle angeschlossen sind.

Anstelle einer Differentialspule kann am Umfang des Führungskörpers eine einfache Feldspule befestigt sein, die vorzugsweise die gleich Länge wie der Zylinder 40 des Steuerschiebers 5 aufweist und sich mit diesem in Ruhelage des Steuerschiebers 5 deckt.

Zum Schutz der elektrischen Ausrüstung sind die Feldspulen jeweils von einer Schutzhülse 22 gedeckt. Damit das Gerät in jeder Lage eingebaut werden kann wird in den zylindrischen Raum 38 eine Druckfeder mit geringer Federkonstante eingelegt.

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Bei Inbetriebsetzung des Durchflussmengenmessgerätes 1 hebt sich der Steuerschieber 5 aus seiner Ruhelage, womit sich die Strom- bzw. Spannungsverhältnisse in den an eine Stromquelle angeschlossenen Feldspulen ändern. Die geänderten Werte werden auf einem mit proportional zu den Strom- bzw. Spannungswerten versehenen Mengenwertskala abgelesen.

Im Falle einer Differentialspule am Führungskörper, wie in den Zeilen voran beschrieben, erfolgt beim Durchströmen des Mediums ein Aufsteuern des Steuerschiebers 5 derart, dass der Zylinder 40 aus der einen Feldspule 46 heraus tiefer in die andere eintaucht. Mit der Positionsänderung des Zylinders 40 ändern sich die Scheinwiderstände in den Feldspulen und bewirken so eine Spannungsänderung, die in Verbindung mit einer Messbrücke eine dem Weg des Steuerschiebers 5 proportionale Strom- bzw. Spannungsanzeige, die als Durchflussgrösse z.B. in 1/rain direkt angezeigt wird.

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Claims

Selbstfinanzierungsanstalt Vaduz Vaduz FL PATENTANSPRUECHE

1.)Durchflussmengenmessgerät für flüssige und gasförmige Medien, mit einem einen Hohlraum allseits uraschliessenden, aus nicht ferroraagnetischem Material bestehenden Führungskörper, der im Abstand zueinander eine Eintrittsund eine Austrittsöffnung für das Medium und einen zwischen diesen Oeffnungen angeordneten Steuerschieber aufweist, der durch eine der Strömung entgegengesetzt wirksame Kraft zur Eintrittsöffnung hin und durch die Strömung nach der Austrittsöffnung hin verschiebbar ist und mit mindestens einer am Umfang der Führungskörper in Bewegungsrichtung des Steuerschiebers angeordneten Feldspule, die in einen elektrischen Stromkreis geschaltet und mit einem Anzeigegerät verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,

dass der Steuerschieber und der Innenraum des Führungskörpers in ihrem vom Flüssigkeitsdurchsatz abhängigen steuerwirksamen Bereich eine zur Eintrittsöffnung hin sich parallel verjüngende Kegelform aufweisen und dass der aus ferromagnetische!!! Material gebildete Teil des Steuerschiebers beim Durchströmen des Mediums wenigstens teilweise in der am Führungskörper angeordneten Feldspule liegt.

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2. Durchflussmengenmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber aus ferromagnetic schem Material gebildet ist.

3. Durchflussmengenmessgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der aus ferromagnetische!!! Material ausgebildete Teil des Steuerschiebers und die Feldspule die gleiche Länge aufweisen.

4. Durchflussraengenmessgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Länge des ferromagnetischen , Teils des Steuerschiebers und diejenige der Feldspule im Ausserbetriebszustand decken.

5. Durchflussmengenmessgerät nach Anspruch 1 oder einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldspule am Führungskörper im Bereich des sich zur Eintrittsöffnung hin parallel verjüngenden Steuerschiebers und Innenraums angeordnet ist.

6. Durchflussmengenmessgerät nach Anspruch 3,4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldspule eine zum steuerwirksamen Teil des Steuerschiebers parallele Wicklung aufweist.

7. Durchflussmengenmessgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskörper an seinem Umfang eine aus zwei Feldspulen bestehende Differentialspule aufweist.

8. Durchflussmengenmessgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der aus ferromagnetischem Material bestehende Teil des Steuerschiebers in Ausserbetriebszustand symmetrisch zwischen den Feldspulen liegt.

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9. Durchflussmengenmessgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,¹ dass der Steuerschieber in seinem steuerwirksamen Bereich aus nicht ferromagnetischem Material gebildet ist.

10. Durchflussmengenmessgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der der Austrittsöffnung zugekehrte ferromagnetische Teil des Steuerschiebers zylindrisch ausgebildet ist.

11. Durchflussmengenmessgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Führungsteil des Steuerschiebers am Umfang längsgerichtete Kanäle aufweist, welche sich über den zylindrischen Teil erstrekken und in den Innenraum des Führungskörpers münden.

12. Durchflussmengenmessgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Führungsteil des Steuerschiebers längsgerichtete Kanäle aufweist, welche durch einen zwischen dem steuerwirksamen Teil des Steuerschiebers und dessen Führungsteil in einen zur Achse des Steuerschiebers konzentrischen Ringspalt münden, der beim Durchströmen des Mediums mit dem Innenraum des Führungskörpers kommuniziert.

13. Durchflussmengenmessgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der der Austrittsseite zugekehrten Stirnseite des Steuerschiebers und der austrittseitigen Innenfläche des Führungskörpers eine Druckfeder angeordnet ist.

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