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Woltmannzähler senkrechter Bauart
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Woltmannzähler senkrechter Bauart,
mit einem in eine Haltebohrung des Gehäusekopfflansches eingesetzten Gehäusedeckel,
an dem das Zählwerk und darunter der in das Zählergehäuse hineinragende, unten in
der Bohrung der waagerechten Gehäusetrennwand geführte Meßeinsatz sitzt, dessen
Meßflügel im Mantelrohr rotiert und unten in der über Rippen mit dem Mantelrohr
verbundenen Eingangslagernabe und oben im Zählwerk gelagert ist, wobei der senkrecht
nach oben durch den Meßeinsatz fließende Wasserstrom durch einen Umlenktrichter
zum Zählerausgang geleitet wird.
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Bei derartigen bekannten Woltmannzählern senkrechter Bauart ist das
den Meßflügel umgebende Mantelrohr des Meßeinsatzes über eine Anzahl gleichmäßig
aul dem Umgang verteilter Radialrippen mit dem am Gehäusedeckel befestigten Umlenktrichter
verbunden, so daß der senkrecht nach oben geführte Wasserstrom nach seinem Austritt
aus dem Mantelrohr zunächst in den durch die Radialrippen gebildeten Sektorenkammern
weiter senkrecht nach oben strömt, bevor die einzelnen Sektorenteilströme an der
Wasserleitfläche des Umlenktrichters strahlenförmig nach außen in die freie Gehäuseringkammer
fließen. In der Gehäuseringkammer vereinigen sich die Sektorenkammerteilströme wieder
zu einem Gesamtstrom, der dann seitlich zum Zählerausgang gedrängt wird.
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Durch die mehrfache Wasserumlenkung in den Sektorenkammern undin der
die Sektorenkammern umgebende Gehäuseringkammer ließ es sich nicht vermeiden, daß
der Durchlaßwert infolge des beim Durchströmen dieses Zweikammersystems auftretenden
relativ
hohen Druckverlustes bisher wesentlich niedriger lag als bei einem Woltmannzähler
waagerechter Bauart mit geradliniger Wasserführung. Außerdem war bisher für die
außerhalb des Mantelrohres und der Sektorenkammem liegende Gehäuseringkammer ein
Mindestquerschnitt erforderlich, der entweder zu einer bauchigen oder einer im Durchmesser
großen und damit schweren Zählergehäuseform gef'ührt hat. Auch ergab sich durch
die vorgesehene Schraubverbindung zwischen dem abgestuften Flansch des Umlenktrichters
und dem Gehäusedeckel eine große Zählerbauhöhe und durch die Flanschabstufung sowie
das Zweikammersystem eine relativ kleine konkav gekrümmte Wasserleitfläche für den
Umlenktrichter.
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Aufgabe der Erfindung ist es, Woltmannzähler senkrechter Bauart so
auszubilden, daß der Durchlaßwert der Zähler, bezogen auI den durch die Norm vorgeschriebenen
Druckverlust, erheblich vergrößert und der Zählerauf'bau gleichzeitig einfacher
und gedrungener wird.
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Die Lösung dieser Aufgabe wird in den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruchs 1 gesehen. Bei der Erfindung wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß
die bisher unterhalb des Umlenktrichters zur Halterung des Mantelrohres sternförmig
angeordneten Radialrippen, die den Wasserumlenkraum in eine Anzahl von auf dem Umfang
verteilter Sektorenkammern aufteilen, und die außerhalb derselben angeordnete Gehäuseringkammer
die wesentlichsten Ursachen für den hohen Druckverlust sind. Der aus dem Meßflügelraum
kommende Wasserstrom ist bestrebt, möglichst auf direktem Wege seitlich zum Zählerausgang
zu fließen. Er wird jedoch durch die schräg und insbesondere die quer zu dieser
Abströmrichtung stehenden Radialrippen darin stark behindert und gezwungen, zunächst
diese Stauflächen unter Inkaufnahme von Drosselverlusten zu strömen und muß danach
in die Gehäuseringkammer fließen, bevor er den Zählerausgang erreicht.
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Dadurch,daß die beiderseits der Längsmittelebene des Zählergehäuses
liegenden beiden Abströmhälften des Umlenkraumes
als rippenfreie
Abströmkanäle ausgebildet sind, kann das durch den Meßeinsatz nach oben strömende
Wasser nun auf kürzestem Wege zum Zählerausgang strömen. Im Bereich der rippenfreien
Abströmhälften der Umlenkkammer sucht sich nämlich das aus dem Mantelrohr des Meßeinsatzes
ausströmende Wasser jetzt ungehindert den Weg des geringsten Widerstandes, wobei
das Wasser mit beginnender Umlenkung am Umlenktrichter sofort in eine durch den
runden Gehäusemantel aufgezwungene Umfangsbewegung in Abflußrichtung gebracht wird.
Durch dieses Ineinanderfließen der Umlenkung mit der zweiseitigen Umfangsabströmung
kann das Wasser wirbelfrei und dadurch reibungsarm als weitgehend homogener Strom
durch die beiden Abströmhälften zum Zählerausgang strömen, wobei durch die Erweiterung
der Wasserleitfläche des Umlenktrichters nach außen bis auf den Durchmesser der
Haltebohrung des Gehausekopfflansches der nicht vermeidbare Wasseraufprall am Umlenktrichter
weitgehend gedämpft wird und die Umlenkung sanfter und dadurch widerstandsfreier
erfolgt.
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Außerdem wird durch die Erweiterung der Wasserleitfläche des Umlenktrichters
ein kontinuierlicher sturenrreier Übergang zum Ringraum zwischen der Gehäuseinnenwand
und der Meßkammeraußenwand ermöglicht, so daß sich auch der den Meßeinsatz umströmende
Wasserteilstrom mit geringstem Widerstand zum Zählerausgang bewegen kann. Durch
die strömungsgünstige Wasserführung in den beiden rippenfreien Abströmhälften des
Umlenkraumes und an der nach außen erweiterten Wasserleitfläche des Umlenktrichters
läßt sich somit infolge des geringeren Strömungswiderstandes und der verringerten
Neigung zur Wirbelbildung ein wesentlich höherer Durchlaßwert des Zählers als in
den Normen vorgeschrieben erzielen.
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Die strömungsgiimstige Wasserführung und ein glatter Leitflächenübergang
vom Umlenktrichter zum Zählergehäuse wird weiterhin dadurch gewährleistet, daß der
Umlenktrichter losgelöst vom Meßeinsatz einteilig mit dem Gehäusedeckel in Metall
gegossen oder in Kunststoff gespritzt ist. Hier-
durch werden nämlich
alle für eine lösbare Meßeinsatz-Deckelverbindung erforderlichen vorspringenden
Abstufungen und vorstehenden Verbindungselemente, wie Schraubenköpfe und dergleichen
vermieden und der sonst für die lösbare Verbindung notwendige Raum wird für die
Umlenktrichtererweiterung ausgenutzt.
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Durch das Merkmal des Anspruchs 2 ergibt sich infolge der tief heruntergezogenen
Nabenstirnfläche des Umlenktrichters eine besonders frühzeitige Einleitung der Wasserumlenkbewegung,
und durch die verlängerte Flügelabdeckung mit Hilfe des etwas hochgezogenen Mantelrohres
wird der Wasserstrom zwangsweise soweit senkrecht nach oben geführt, daß auf den
unterhalb der Umlenktrichternabe freiliegenden Teil des Meßflügels kein Querstrom
auf treffen und damit auch kein Seitenschub entstehen kann.
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Die gemäß Anspruch 5 in der Längsmittelebene des Zählergehäuses vorgesehene
Längsleitrippe stört nicht den strömungsgünstigen Wasserabfluß über die beiden Abströmhälften
des Umlenkraumes, fängt jedoch eine mögliche Drallbewegung des Wasserstromes im
Meßeinsatz ab, so daß eine zwangsweise Aufteilung des Wasserstromes in die beiden
Abströmhälften erfolgt.
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Durch das Merkmal des Anspruchs 4 ist die zur Unterdrückung der Drallbewegung
vorgesehene Längsleitrippe auf der dem Zählerauslaß gegenüberliegenden Seite maximal
nach außen gelegt und erhöht hier die Drallbremswirkung, während die kürzere Rippenseite
am Zählerauslaß die Zusammenführung der aus den beiden Abströmhälften kommenden,
zwangsgeteilten Wasserströme erleichtert.
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Die die Drallbewegung unterdrückende Wirkung der langen Rippenseite
wird noch durch das Merkmal des Anspruchs 5 erhöht, da der noch freie Raum zwischen
Gehäuseinnenwand und Außenkante der langen Rippenseite durch die Zusatzrippe ebenfalls
in der Längsmittelebene des Zählergehäuses geteilt wird.
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Eine genaue zentrische Mittellage des Meßeinsatzes mit Meßflügel zum
Umlenktrichter und gleichzeitig eine genaue Fixierung der Höhe und damit der Größe
des Umlenkraumes wird durch die Merkmale des Anspruchs 6 erzielt. Dadurch werden
bei allen Zahlern stets die gleichen Durchströmverhältnisse und somit gleichbleibende
Meßwerte eingehalten. Außerdem ist durch die Zentrierung und Abstandsfixierung über
die sowieso vorhandende Längsleitrippe kein zusätzlicher Abstandshalter erforderlich
und der Strömungswiderstand bleibt dadurch unverändert gering.
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Durch die Verbindung der Langsleitrippe mit dem Mantelrohr des Meßeinsatzes
über die Halteelemente nach Anspruch 7 ergibt sich eine einfache, für die Montage
und Demontage zusammenhängende Baueinheit aus Gehäusedeckel, Umlenktrichterd Längsleitrippe
und Meßeinsatz.
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Durch die besondere Anordnung und Ausbildung des Außenmantelrohres
entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 8 wird ein Partialmeßeinsatz gebildet,
bei dem ein Teil der Wassermenge in den Partialringraum zwischen dem Innenmantelrohr
und dem Außenmantelrohr abströmt, während der andere Teil über den Meß'flügel durch
den Innenraum des Mantelrohres fließt. Der Partialstrom wird dadurch, daß er unterhalb
vom oberen Rand des Innenmantelrohres aus dem Außenmantelrohr ausströmt, von dem
vom Umlenktrichter umgelenkten Hauptstrom zwangsweise zum Zählerausgang hin gelenkt,
so daß nicht mehr die gesamte Durchflußmenge auf' die Wasserleitfläche des Umlenktrichters
auftrifft, sondern nur der durch den Meßflügel fließende Hauptstrom. Durch die hierbei
erzielbare Verringerung des Druckverlustes wird der Durchlaßwert des Zählers noch
weiter erhöht. In dem senkrechten Außenmantelrohr bildet sich ein konzentrisch zum
Hauptstrom aufsteigender Partialringstrom aus, der durch seine Zwangs führung über
die geeignete Länge und den entsprechenden Ringquerschnitt die gewünschte prozentuale
Wasseraufteilung auf Haupt- und Partialstrom über den ganzen Zählermeßbereich gewährleistet.
Durch die Zurück-
setzung des unteren Randes des Innenmantelrohres
bildet sich vor der prozentualen Aufteilung des Gesamtwasserstromes zunächst eine
gerichtete Gesamtströmung aus.
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Die exzentrisch verschobene Anordnung von Meßeinsatz bzw.
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Partialmeßeinsatz, Zählwerk, Trichternabeund Gehäuse-Halteöffnungen
gemäß dem Merkmal des Anspruchs 9 bewirkt eine noch straffer zum Zählerausgang hin
gerichtete Abströmung im Zählergehäuse, so daß der Durchlaßwert dadurch noch weiter
gesteigert werden kann. Für den Wasserabfluß steht nämlich nach dem Durchströmen
des Meßeinsatzes ein kontinuierlich größer werdender Abströmraum zum Zählerauslaß
hin zur Verfügung, der besonders bei großen Durchf'lüssen eine widerstandsarme Durchströmung
des Zählergehäuses erbringt.
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Dadurch, daß die Wasserleitrläche des Umlenktrichters zum Zählerausgang
hin entsprechend dem Merkmal des Anspruchs lo kontinuierlich größer wird, wird die
Hauptumlenkung des Wasserstromes zur Auslaßseite des Zählergehäuses hin verlagert
und der Abströmweg dadurch verkürzt.
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Eine zum Zählerausgang hin verlagerte, direktere Strömungsführung
wird auch noch durch die gemäß Anspruch 11 zur Auslaßseite hin schräge Austrittsstirnfläche
des Manelrohres und/oder des Außenmantelrohres erreicht, wobei durch die zum Zählerausgang
hin kontinuierlich zunehmende Höhe des Umlenkraumes an der am Auslaß gelegenen Seite
ein größerer Abströmquerschnitt als auf der gegenüberliegenden Seite zur Verfügung
steht. Auch hierdurch wird der Abströmweg zum Zählerausgang kürzer.
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Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung
näher erläutert, und zwar zeigt: Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Woltmannzähler senkrechter
Bauart im Längsschnitt, Fig. 2 einen Querschnitt durch den Woltmannzähler nach Linie
II-II der Fig. 1,
Fig. 5 eine lösbare Verbindung zwischen der Längsleitrippe
und dem Mantelrohr des Meßeinsatzes im Schnitt, Fig. 4 den oberen Teil eines anderen
Woltmannzählers mit exzentrisch versetzter Anordnung der Haltebohrung im Gehäusedeckel,
der Umlenktrichternabe und des Meßeinsatzmantelrohres im Längsschnitt, Fig. 5 einen
Querschnitt durch den Woltmannzähler nach Linie V - V der Fig. 4, Fig. 6 einen anderen
Woltmannzähler mit schrägem Mantelrohrausgang im Längsschnitt und Fig. 7 einen weiteren
Woltmannzähler mit Partialmeßeinsatz im Längsschnitt.
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Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Woltmannzähler senkrechter Bauart
besitzt das Zahlergehäuse 1 mit Eintritts flansch 2 und Austrittsflansch 3. Am Kopf
des Zählergehäuses 1 ist der Gehäusekopfflansch 4 mit Haltebohrung 5 für die Aufnahme
des Gehäusedeckels 6 vorgesehen. Der Gehäusedeckel 6 ist einteilig mitdem Umlenktrichter
7 gegossen oder gespritzt, der die konkav gekrümmte rotationssymmetrische Wasserleitfläche
8 trägt, die innen in der Trichternabe 9 ausläuft und nach außen bis zum Durchmesser
der Haltebohrung 5 des Gehäusekopfflansches 4 erweitert ist. Mit dem Umlenktrichter
7 und dem Gehäusedeckel 6 einteilig gegossen oder gespritzt ist auch die in der
Langsmittelebene 1o des Zählergehäuses 1 liegende zweiteilige Längsleitrippe 11,
12.
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Zwischen der Längsleitrippe 11, 12 und der Gehäusetrermwand 15 ist
der Meßeinsatz 14 vorgesehen, der aus dem Mantelrohr 15 mit Eingangslagernabe 16
und den das Mantelrohr mit der Nabe verbindenden Innenrippen 17, sowie aus dem Meßflügel
18 mit Flügelwelle 19 besteht. Der Meßeinsatz 14 ist unten mit seinem Mantelrohr
15 in der Bohrung 2o der Gehäusetrennwand 15 geführt und stützt sich über die
Dichtung
21 an der Gehäusetrennwand 15 ab. Der obere Rand 22 des Mantelrohres 15 liegt an
der Längsleitrippe 11, 12 an, wobei die senkrechten Seiten 23 der Winkelausschnitte
der Längsleitrippe 11, 12 die Zentrierung des Meßeinsatzes 14 übernehmen, während
die waagerechten Seiten 24 der Winkelausschnitte als Anschläge für die Abstandsfixierung
des Meßeinsatzes 14 ausgebildet sind. Die Flügelwelle 19 des Meßflügels 18 ist unten
in der Eingangslagernabe 16 und oben im Übersetzungswerk 23 drehbar gelagert und
überträgt die Meßflügelumdrehungen über das Übersetzungswerk 25 aul das Zählwerk
26. Das waagerecht in das Zählergehäuse 1 eintretende Wasser strömt vom Eingangsflansch
2 senkrecht nach oben durch das Mantelrohr 15 des Meßeinsatzes 14 und wird in dem
aus den beiden Abströmhälften 27 und 28 bestehenden Umlenkraum zum Austrittsflansch
3 geleitet, aus dem es wieder waagerecht ausfließt.
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Der obere Rand 22 des Mantelrohres 15 ragt über die Oberkante des
Meßflügels 18 hinausund die Stirnfläche 2t-) der Trichternabe 9 reicht in den Zwischenraum
zwischen Mantelrohrrand 22 und Meßflügel 18. Der sich auf der dem Zählerausgang
gegenüberliegenden Seite bef'indliche Teil 11 der Längsleitrippe erstreckt sich
bis an den Durchmesser der Haltebohrung 5 des Gehäusekopflansches 4, während der
gegenüberliegende Teil 12 der Längsleitrippe zum Zählerauslaß hin verkürzt ist.
Die Gehäuseinnenwand 5o ist gegenüber der llaltebohrung 5 des Gehäusekopl'flansches
4 nach außen erweitert und im Bereich dieser Gehäuseerweiterung trägt das Zählergehäuse
1 eine Zusatzrippe 51, die bis nahe an den Teil 11 der Längsleitrippe heranreicht.
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In der Fig. 5 ist eine lösbare Verbindung zwischen der Längsleitrippe
11, 12 und dem Mantelrohr 13 dargestellt.
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Die beiden Teile 11 und 12 der Längsleitrippe besitzen hierlür an
den senkrechten Seiten 29 ihrer Winkelausschnitte Haltelappen 52 mit Bohrungen 93,
in die Verbindungsschrauben 3i; einFresetzt sind. Die Verbindung wird durch Sin-
drehen
der Schrauben 4 in die Gewindebohrunen )) des Mantelrohres 15 hergestellt.
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In den Fig. 4 und 3 ist die außermittige Anordnung des Meßeinsatzes
14 im oberen Bereich des Woltmannzählers im Längs- und Querschnitt dargestellt.
Der Gehäusedeckel 6 besitzt hierfür eine außermittige Bohrung 36 zum Einsetzen des
Zählwerts 2f, 26 und die Trichternabe 9 des Umlenktrichters 7 ist dementsprechend
exzentrisch angeordnet. Entsprechend versetzt liegt auch der Meßeinsatz 14 mit dem
Mantelrohr 13 und dem Meß'flügel 18. Die Radialbogen 57 der konkav gekrümmten Wasserleitfläche
8 des Umlenktrichters 7 sind entsprechend der Exzentrizität auf de iiQhlerauslaBseite
gegenüberliegenden Seite kürzer und werden zum Zählerauslaß hin kontinuierlich länger
und in ihren Krümmungsradien entsprechend größer. Wie die Fig. 5 zeigt, sind die
beiden Abströmhälften 27 und 28 des Umlenkraumes durch die Außermittigkeit gegenüber
einer zentrischen Ausbildung zur Auslaßseite hin sichelförmig erweitert, so daß
die direkte Abströmung zur Auslaßseite hin verbessert wird.
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Bei dem Woltmannzähler nach der Fig. 6 bildet der obere Rand 22 des
Mantelrohres 15 des Meßeinsatzes 14 eine zum Zählerausgang 3 hin geneigte Schrägf'läche
38, wodurch eine weitere Abströmverbesserung erzielt wird.
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Der in der Fig. 7 dargestellte Woltmannzähler mit senkrechter Zuströmung
besitzt einen Partialmeßeinsatz 59, bei dem das Mantelrohr 15 von einem Außenmantelrohr
Wo umgeben ist. Zwischen dem Außenmantelrohr 40 und dem Innenmantelrohr 13 befindet
sich der senkrechte Partialringraum 41, durch den der Partialstrom fließt, während
der Hauptstrom innen durch das Innenmantelrohr 13 über den Meßflügel 18 strömt.
Das Außenmantelrohr 40 ist über Außenrippen 42 mit dem Innenmantelrohr 19 und gleichzeitig
über die Innenrippen 17 mit der Eingangslagernabe 16 verbunden, so daß der Partialmeßeinsatz
59 eine ein-
teilige Baueinheit bildet, die sich über den unteren
Rand 1t) des Außenmantelrohres 4o an der Gehäusetrennwand 15 abstützt. Der obere
Rand 44 des Außenmantelrohres 40 liegt tiefer' als der obere Rand 22 des Mantelrohres
13. Außerdem ist der untere Rand 45 des Innenmantelrohres 13 gegenüber dem unteren
Halterand 45 des Außenmantelrohres 40 nach oben zurückgesetzt, damit vor der prozentualen
Aufteilung des Gesamtwasserstromes in Haupt- und Partialstrom zunächst eine gerichtete
Gesamtströmung entsteht.