DE3035047A1

DE3035047A1 - Verfahren zum umschalten von verbundzaehlern und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE3035047A1
Application number: DE19803035047
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl.-Ing. 6905 Schriesheim Dittrich
Original assignee: Elster Ag Mess und Regeltechnik 6700 Ludwigshafen; Elster AG Mess und Regeltechnik
Current assignee: Spanner Pollux GmbH
Priority date: 1980-09-17
Filing date: 1980-09-17
Publication date: 1982-04-01
Also published as: AT387285B; FR2490338A1; IT1144866B; CH655575B; NL8104251A; IT8168212A0; ATA400581A; DE3035047C2

Description

DIPL.-HfG. W. GOIiLWITZEB · DEPL.-XNG. F. W. MOLL·

6740 LANDAtr/PFAT,Z · LANGSTBAS SE 5

POSTFACH 2080 · TELEFON 06341/87000, 6035 · TELEX 04 53 333 POSTSCHECK LTTDWIGSHAFEN 27 6β2-β7β · DEUTSCHE BANK LANDAU 0215 4OO (BLZ 548 700 93)

15. September 1980

Elster AG, Meß- und Regeltechnik, Ludwigshafen

"Verfahren zur Umschaltung von Verbundzählern und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umschaltung von Verbundzählern fur flüssige oder gasförmige Medien. Solche Verbundzähler sollen einen sehr großen Meßbereich haben und bestehen deshalb aus zwei zusammengebauten Einzelzählern, dem Hauptzähler und dem Nebenzähler. Der Hauptzähler spricht nur bei Erreichen eines bestimmten Mindestdurchflußwertes an. Die kleineren Durchflußwerte müssen deshalb von dem Nebenzähler erfaßt werden. Wird eine bestimmte Durchflußgrenze bei steigendem Durchfluß erreicht, kann mittels einer Umschaltvorrichtung entweder vom Nebenzähler auf den Hauptzähler umgeschaltet werden oder es kann auch dem Nebenzähler der Hauptzähler hinzugoscha]-tet werden. Die Umschaltvorrichtung muß also bei Erreichen dieses

ORIGINAL INSPECTED

3335047

Durchflußglanzwertes den Durchgang des Hauptzählers öffnen. Bei fallendem Durchfluß muß sie bei Erreichen eines anderen bestimmten Durchflußgrenzwertes den Durchgang des Hauptzählers schließen.

Sowohl der öffnungs- als auch der Schließvorgang für den Durchgang des Hauptzählers müssen sehr schnell (quasi schlagartig) erfolgen. Es kann sonst eintreten, daß der Hauptzähler beim Umschaltvorgang von langsam steigenden Mengen durchströmt wird, die unterhalb des Ansprechbereiches des Hauptzählers liegen.

Bei bekannten Ausfuhrungsformen solcher Verbundzähler wird das Schließorgan für den Durchgang des Hauptzählers durch Gewichtskraft, Federkraft oder auch magnetische Kraft geschlossen gehalten. Der Schließkraft steht eine Kraft entgegen, die als Produkt aus dem bei der Durchströmung des Verbundzählers durch das jeweilige Medium entstehenden Druckverlust und der jeweiligen Wirkfläche des Schließorganes entsteht. Bei den vorbestimmten Durchflußgrenzen, bei denen der Umschaltvorgang eintreten soll, herrscht Gleichgewicht zwischen der Schließkraft und der durch das Medium erzeugten Gegenkraft.

Bei den bekannten Ausführungsformen werden verschiedenartige Mittel angewendet, um möglichst schnell ein möglichst großes Ungleichgewicht zwischen den beiden Kräften herbeizuführen, wobei entweder die Schließkraft oder die Kraft des Mediums oder beide verändert werden. Dadurch soll das erwähnte sehr schnelle Schalten beim Erreichen der bestimmten DurchfluB-grenze erzwungen werden. So steuert zum Beispiel bei der Schalt-.; einrichtung nach der DE-PS 1 077 884 ein einziger in sich starrer Klappenteller beim öffnen bzw. Schließen des Durchganges des Hauptzählers einen zusätzlichen, in seiner Querschnittsfläche

COPY ORIGINAL INSPECTED

größeren Durchgang, durch den immer die ganze den Verbundzähler durchströmende Flüssigkeitsmenge (es handelt sich dort um einen Flüssigkeits-Verbundzähler) hindurch muß, also durch den Haupt- und den Nebenzähler. Dieser zusätzliche Durchgang wird beim Schaltvorgang durch einen fest mit dem Klappenteller verbundenen steuernden Teil von voller Öffnung bis auf einen engen Spalt und umgekehrt verändert. Dadurch tritt an dieser Stelle eine plötzliche zusätzliche Drosselwirkung mit Druckverlust sowie eine Änderung der Wirkfläche des steuernden Teiles ein, oder sie entfällt. Wegen dieser Änderung dieses Druckverlustes und der Wirkfläche ändert sich die hydraulische Öffnungskraft schon bei Beginn des Schaltvorganges sehr schnell. Die Schließkraft ändert sich nicht oder nur sehr wenig. Dadurch wird sowohl beim öffnen als auch beim Schließen des Durchganges für den Hauptzähler ein plötzliches, sehr schnelles Schalten erzwungen. Die Wirkungsweise dieser bekannten Vorrichtung ist äußert zufriedenstellend. Der zusätzliche Durchgang und der diesen steuernden Teil des Klappentellers müssen aber im Verhältnis zum Querschnitt des Durchganges des Hauptzählers verhältnismäßig groß gehalten sein. Der Platzbedarf einer solchen Schalteinrichtung ist deshalb beträchtlich.

Dagegen werden bei einer weiteren bekannten Ausführungsform eines Umschaltventiles für Verbundzähler nach dem Deutschen Patent 1 960 735 und dem diesem zugehörigen Zusatzpatent 2 157 326 die ausschließlichen Änderungen der Schließkräfte zur Veränderung des Gleichgewichtes beim Erreichen der vorbestimmten Durchflußgrenzen benutzt. In Öffnungsrichtung wirkt immer der Druckverlust auf den Ventilteller des Durchganges für den Hauptzähler und auf die Fläche eines Verschiebekolbens für diesen Ventilteller. In Schließrichtung wirken dagegen zwei Federsysteme. Das erste Federsystem ist ein Haltesystem für die Schließstellung, das nur auf einem ganz kurzen ersten Teil des öffnungs- bzw. dem

COPY

allerletzten Teil des Schließhubes wirksam wird. Die Zu^- bzw, Abschaltung dieses Haltesystems erfolgt abhängig vom Hub unter der Einwirkung einer Zugfeder stehenden Gelenkhebel und einer Kegelfläche. Das zweite Federsystem, bestehend aus einer großen und mehreren kleineren Schraubenfedern wirkt in Schließrichtung über den ganzen Ventilhub auf den Ventilteller, jedoch nur beim Schließhub mit einer stetigen linearen Kraft-Weg-Charakteristik. Beim Öffnungshub ergibt sich wegen der einseitig kraftschlüssigen Verbindung zwischen Ventilteller und Verschiebekolben eine unstetige Charakteristik. Der Platzbedarf in radialer Richtung dieser Vorrichtung ist geringer als bei der erstbeschriebenen Art. Die notwendige axiale Ausdehnung ist aber auch recht groß/ vor allem benötigt diese Schaltvorrichtung sehr viele Einzelteile, die in komplizierter Weise zusammenwirken und deshalb genau aufeinander eingestellt sein müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Umschaltung von Verbundzählern zu finden, das einerseits die bekannten meß.technischen Vorteile aufweist, andererseits aber in seinen äußeren Abmessungen, insbesondere in seiner Baulänge, so klein wie möglich und damit auch so leicht wie möglich gehalten werden kann. Dabei sollen zur Erzielung größtmöglicher Betriebssicherheit möglichst wenige und einfache Teile in der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens benötigt werden. Schließlich sollte es, zumindest mit einer Weiterbildung der Erfindung, möglich sein, die Vorrichtung lagenunabhängig einzubauen und nur noch ein einziges bewegtes Teil vorzusehen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Umschaltung von Verbundzählern für flüssige oder gasförmige Medien bei Erreichen bestimmter Grenzen der Durchflußwerte dergestalt, daß bei Erreichen dieser Durchflußwerte ein Bypaß zum Durchgang für den Hauptzähler geöffnet bzw. geschlossen und da-

047

durch eine zusätzliche Wirkfläche für den Druckverlust hinzu- bzw. abgeschaltet wird.

Es handelt sich hier also um ein Verfahren, das rein mit der vorteilhaften Ausnutzung der Strömungskraft des Mediums arbeitet und die angestrebte und notwendige sehr schnelle plötzliche Veränderung der Öffnungskraft des Mediums bewirkt.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Umschaltung von Verbundzählern weist in an sich bekannter Weise einen gewichts- oder federbelasteten Schließkörper für das den Durchgang des Hauptzählers zu-bzw. abschaltende Ventil auf, wobei dieses Ventil als Doppelsitzventil ausgebildet ist, bei welchem bei geschlossenem Durchgang für den Hauptzähler nur die Fläche des kleineren Sitzes oder die Differenz der beiden Sitzflächen, bei geöffnetem Durchgang des Hauptzählers die größere Sitzfläche dem Druckunterschied vor und hinter dem Schließkörper des Ventils ausgesetzt ist.

Ein solches Ventil zeichnet sich neben den vorstehend genannten Vorteilen dadurch aus, daß es eine sehr geringe Baugröße sowohl in radialer als auch in axialer Richtung gegenüber den bekannten Vorrichtungen aufweist. Handelt es sich um eine Vorrichtung mit einem federbelasteten Schließkörper des Ventils, dann ist seine Funktion unabhängig von der Einbaulage.

Der Bypaß zum Durchgang des Hauptzählers kann entweder durch den Schließkörper des Doppelsitzventiles gesteuert sein oder es kann ein besonderes Ventil zur Steuerung dieses Bypasses vorge sehen se in.

In vorteilhafter Ausbildung des Doppelsitzventiles können wenigstens ein oder auch beide Sitze als Schiebesitze ausgebildet sein.

ORIGINAL INSPECTED

3 335047

Das Schaltventil ist vorzugsweise als in das Schaltventilgehäuse einsetzbare Baueinheit ausgebildet.

Zur weiteren Verringerung der Baulänge können Teile der Schaltvorrichtung in den Innenraum des Hauptzählers hineinragen. In weiterer Fortgestaltung kann die als Baueinheit ausgebildete Schaltvorrichtung im Gehäuse des Hauptzählers untergebracht sein.

.Weitere Merkmale der Erfindung und Einzelheiten der durch dieselbe erzielten Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener zur Durchführung des Verfahrens geeigneter Vorrichtungen, die in den beigefügten Zeichnungen rein schematisch und beispielsweise wiedergegeben sind.

Fig. 1 zeigt den Längsschnitt durch eine Schaltvorrichtung mit gewichtsbelastetem Schaltventil in geschlossener Stellung, in

Fig. 2 ist wiederum ein Längsschnitt durch eine Schaltvorrichtung mit Schaltventil vereinfachter Ausführungsform wiedergegeben,

Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch eine Schaltvorrichtung mit federbelastetem Schaltventil in geschlossener Stellung, in

Fig. 4 ist dieselbe Schaltvorrichtung in geöffneter Stellung wiedergegeben.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 fließt bei geringem Durchfluß durch den Verbundzähler die ganze Flüssigkeit (bei einem Flüssigkeits-Verbundzähler) durch den Nebenzähler und tritt

ORiGlMAL INSPECTE

O J ^ J u' 4-

durch den Durchgang 1 in Richtung des dort eingezeichneten Pfeiles 1' in die Schaltvorrichtung ein und bei 3 in Richtung der dortigen Pfeile 3' wieder aus. Der Durchgang 2 für den Hauptzähler ist durch den als Ventilteller ausgebildeten Schließkörper 4 verschlossen. Dieser Schließkörper 4 hat ein solches Gewicht, daß er bei steigender Durchflußmenge mit Sicherheit bis zum Erreichen der vorbestimmten Durchflußgrenze, bei der der Hauptzähler hinzugeschaltet werden soll, geschlossen hält. Dabei steht der Schließkraft, die durch das Gewicht des Schließkörpers 4 gegeben ist, als Öffnungskraft das Produkt aus dem Druckverlust der beim Durchströmen des Nebenzählers und des Durchganges 1 entsteht und der Ringfläche als Wirkfläche entgegen, die als Differenz aus der Querschnittsfläche des großen Sitzes 6 und der Querschnittsfläche des kleinen Sitzes 7 entsteht. Es herrscht nämlich im Durchgang 2 der gleiche Druck wie beim Eintritt des Mediums in den Verbundzähler, im Innenraum 9 der Schaltvorrichtung jedoch der um den genannten Druckverlust verringerte Druck, ebenso im durch den Nabenkörper 5 gebildeten Nabenraum 8 unter der Fläche des kleinen Sitzes 7. Die Räume 8 und 9 erhalten über eine enge Bohrung 10 im Schließkörper 4 Druckausgleich.

Der Nabenkörper 5 ist mit einer Öffnung 11 ausgestattet, die den Nabenraum 8 mit dem Durchgang 2 verbindet, die durch einen gewichtsbelasteten Ventilkörper 12 verschlossen gehalten wird. Die Gewichtsbelastung des Ventilkörpers 12 ist so bemessen, daß beim Erreichen der vorbestimmten Durchflußgrenze durch den Druckunterschied zwischen dem Raum des Durchganges 2 und dem Nabenraum 8 das Ventil 11, 12 geöffnet wird. Dergestalt entsteht ein Bypaß zum Durchgang 2 des Hauptzählers über die öffnungen und 11.

In der engen Bohrung 10 entsteht sofort ein Druckabfall,

KJ ._, j υ 4 /

der beinahe gleich dem Druckunterschied zwischen dem Raum des Durchganges 2 und dem Innenraum 9 ist, da das Ventil 11, 12 zur Einhaltung seiner Offenstellung nur eines sehr geringen Druckabfalls bedarf. Der Druckverlust des Nebenzählers mit seinem Durchgang 1 wirkt deshalb ganz plötzlich als Druckunterschied auf die Fläche des großen Sitzes 6 des Schließkörpers 4 ein. Der Schließkörper 4 wird ebenso plötzlich angehoben und öffnet den Durchgang 2 für den Hauptzähler.

Beim Anheben des Schließkörpers 4 kommt zusätzlich in an sich bekannter Weise eine Engstelle in einem Durchgang 13 zur Wirkung, es tritt eine zusätzliche Drosselung mit Druckverlust, also eine zusätzliche Erhöhung der Öffnungskraft ein, bis der Rand 14 des Schließkörpers 4 den Durchgang 13 passiert hat. Bei eventuellem weiterem Ansteigen der Durchflußmenge durch den Verbundzähler öffnet das Ventil in bekannter Weise weiter.

Bei abnehmender Durchflußmenge wird der Schließkörper 4 mit seinem Rand 14 im Durchgang 13 solange gehalten, .bis der in der dort gebildeten Engstelle 13, 14 entstehende Druckabfall in seiner Wirkung auf die ganze Fläche des Schließkörpers 4 als Öffnungskraft kleiner wird als die immer glexchblexbende durch das Gewicht des Schließkörpers 4 gegebene Schließkraft. Dann sinkt der Schließkörper 4 durch den Durchgang nach unten, die Drosselwirkung in der Engstelle 13, 14 läßt kurz vor dem Aufsitzen des Schließkörpers 4 auf dessen Doppelsitz stark nach, beim Aufsitzen selbst tritt sofort wieder ein Druckausgleich zwischen 'dem Nabenraum 8 und dem Innenraum 9 durch die enge Bohrung 10 ein. Als Wirkfläche bleibt also wieder nur die Ringfläche des Schließkörpers 4 am Durchgang wirksam, die Schließkraft überwiegt stark gegenüber der Öffnungskraft. Damit wird auch bei Erreichen der vorbestimmten Durchflußgrenze bei abnehmender Durchflußmenge ein sehr schnelles, plötzliches Schalten bewirkt.

?C 5 047

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Schaltvorrichtung ist der Ablauf des Schaltvorganges ähnlich dem der Schaltvorrichtung nach Fig. 1. Der Bypaß zum Durchgang 2 des Hauptzählers entsteht hier jedoch beim Anheben des j Schließkörpers 4 und damit Bildung einer öffnung über dem klei- j nen Sitz 7 und über die enge Bohrung 10. Das zusätzliche Ven- : til 11, 12 entfällt.

Der feststehende Nabenkörper 5 mit dem kleinen Sitz 7 kann, wie in Fig. 3 dargestellt, auch nach der Abflußseite hinein angeordnet sein. Der Nabenraum 8 ist hier über die enge Bohrung 10 im Schließkörper 4 mit dem Raum.des Durchganges 2 für den Hauptzähler verbunden, so daß hier Druckausgleich herrscht, solange die öffnung des kleinen Sitzes 7 geschlossen ist. Der Druckunterschied der als Druckverlust im Nebenzähler und im Durchgang 1 entsteht, wirkt bei geschlossenem Durchgang 2 für den Hauptzähler, also bei kleinen Durchflüssen durch den Verbundzähler unterhalb der vorbestimmten Schaltgrenze der Durchflußmenge auch hier auf die Differenzfläche zwischen den Ouerschnittsflachen des großen Sitzes 6 und des kleinen Sitzes 7 ein.

Die dargestellte Ausführungsform ist mit einem federbelasteten Ventil ausgestattet, so daß der Öffnungskraft des Mediums die Schließkraft der im Nabenraum 8 untergebrachten Schraubenfeder 15 entgegensteht. Übersteigt die Öffnungskraft bei steigender Durchflußmenge die Schließkraft, so beginnt der Schließkörper 4 sich abzuheben, der kleine Sitz 7 wird geöffnet und der Bypaß 7, 10 tritt in Funktion. Da der kleine Sitz 7 wegen seines gegenüber der engen Bohrung 10 sehr großen Umfanges schon beim kleinsten Öffnungshub eine im Verhältnis zu dem Durchtrittsquerschnitt der engen Bohrung 10 sehr große Durchtrittsfläche freigibt, tritt in der Bohrung 10 sofort ein Druckverlust durch

ORIGINAL INSPECTED

die nur dort gedrosselte Bypaßdurchströmung in Höhe der bereits vorhandenen Druckverlustes aus der Durchströmung des Nebenzählers mit dessen Durchgang 1 ein. Der Nabenraum 8 ist über den geöffneten Sitz 7 an den Druck des Innenraumes 9 angeschlossen und der volle Druckverlust, der ausreichend war, den Schließkörper 4 gegen die Schließkraft der Feder 15 anzuheben, wirkt plötzlich als Druckunterschied auf die wesentlich größere Querschnittsfläche des großen Sitzes 6. Die Öffnungskraft wächst durch die plötzlich hinzukommende Wirkfläche sehr stark und wächst bei dem deswegen folgenden weiteren Anheben des Schließkörpers 4 beim Eintritt des Randes 14 in den Durchgang 13 noch mehr. Erst nach Durchtritt des Randes 14 durch den Durchgang 13 ergibt sich bei weiterem Anheben des Schließkörpers 4 wieder eine größere freie Querschnittsfläche für die Durchströmung und der Druckverlust nimmt wieder ab. Damit stellt sich wieder Gleichgewicht zwischen öffnungs- und Schließkraft ein, der Öffnungsschaltvorgang ist beendet. Bei abnehmender Durchflußmenge erfolgt die Schaltung in der gleichen Weise, wie sie schon im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 beschrieben wurde.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 zeigt des weiteren eine Zusammenfassung des Schaltventils als Baueinheit, die als Ganzes in das Gehäuse 16 der Schaltvorrichtung eingesetzt ist. Sie ragt in den Innenraum 17 des Gehäuses 18 des Hauptzählers hinein, so daß nochmals zusätzlich Raum gespart wird.

Die beiden Sitze 6 und 7 sind mit O-Ringen abgedichtet. Der große Sitz 6 ist als Schiebesitz ausgebildet, ebenso könnte auch nur der kleine Sitz 7 als Schiebesitz oder beide Sitze als Schiebesitze ausgebildet sein. Das hängt jedenfalls von den gegebenen Betriebsverhältnissen ab, ob ein öffnen des Sitzes 6 vor oder nach dem Öffnen des Sitzes 7 gewünscht wird und wie groß der Unterschied sein soll.

ORIGINAL INSPECTED

■Al··

Leerseite

Claims

DIPI^-ING. W. GOtl/WITZER · DIPL.-HSTG. F. W. 6740 LANDAU/PFALZ · IiANOBTBASSB 5 POSTFACH 2080 · TEIiBFON 0Θ3Μ/87000, 6035 · TELEX 0*53333 POSTSCHECK LUD.WIGSHAFEN 2T 5β2-β7β · DEUTSCHE BANK LANDAU 0215400 (BLS 648 700 9») 15. September 1980 Mr. Elster AG, Meß- und Regeltechnik, Ludwigshafen "Verfahren zur Umschaltung von Verbundzählerη und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens" Patentansprüche

1. Verfahren zur Umschaltung von Verbundzählern für flüssige oder gasförmige Medien beim Erreichen bestimmter Grenzen der Durchflußwerte, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichen dieser Durchflußwertgrenzen ein Bypaß zum Durchgang für den Hauptzähler geöffnet bzw. geschlossen und dadurch eine zusätzliche Wirkfläche für den Druckverlust hinzu- bzw. abgeschaltet wird.

J J

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem gewichts- oder federbelasteten Schließkör-¹ per für das den Durchgang des Hauptzählers zu- bzw. abschaltende Ventil dadurch gekennzeichnet, daß dieses Ventil als Doppelsitzventil ausgebildet ist, bei welchem bei geschlossenem Durchgang für den Hauptzähler nur die Fläche des kleineren Sitzes oder die Differenz der beiden Sitzflächen, bei geöffnetem Durchgang des Hauptzählers die größere Sitzfläche dem Druckunterschied vor und hinter dem Schließkörper des Ventils ausgesetzt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bypaß zum Durchgang des Hauptzählers durch den Schließkörper des Doppelsitzventiles gesteuert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Bypaß zum Durchgang des Hauptzählers ein besonderes Ventil vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein oder auch beide Sitze des Doppelsitzventils als Schiebesitz ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekenn-, zeichnet, daß das Schaltventil als in das Schaltventilgehäuse einsetzbare Baueinheit ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der Schaltvorrichtung in den Innenraum des Hauptzählers hineinragen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die als Baueinheit ausgebildete Schaltvorrichtung im Gehäuse des Hauptzählers untergebracht ist.

ORIGINAL INSPECTED