DE3236392A1

DE3236392A1 - Durchflussmessvorrichtung

Info

Publication number: DE3236392A1
Application number: DE19823236392
Authority: DE
Inventors: Adrianus Dordrecht Groeneweg
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1981-10-08
Filing date: 1982-10-01
Publication date: 1983-04-28
Also published as: JPS635688B2; NL8104577A; FR2514496B1; ES267671Y; BE894637A; FR2514496A1; GB2107399A; CA1198000A; GB2107399B; US4468964A; ES267671U; DE3236392C2; JPS58127123A

Description

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Durchflußmeßvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Durchflußmeßvorrichtung mit einem .Rotor, der im wesentlichen aus zwei koaxialen Hohlzylindern besteht, die auf einer Seite durch eine gemeinsame Stirnplatte verschlossen sind und die beide auf der Gegenseite an einer Bodenplatte abge- dichtet anliegen, gegenüber der der Rotor verdrehbar ist, wobei zwischen den Mantelflächen der beiden Hohlzy- linder ein ringförmiger Meßraum gebildet ist, ferner mit zwei in etwa diametral in der Bodenplatte gegenüber- liegenden Öffnungen, die in den Meßraum münden und als Einlaß bzw. Auslaß für die Flüssigkeit dienen, des weiteren mit radial ausgerichteten, durch Schlitze in dem Rotor geführten, radial verschiebbaren Flügeln, die mit Hilfe einer Stellvorrichtung derart bewegt werden, daß bei jeder Umdrehung des Rotors eine definierte Flüssigkeitsmenge eingeschlossen und vom Einlaß zum Auslaß befördert wird, sowie schließlich mit einem Trennelement, das in dem ringförmigen Meßraum diametral gegenüber der Stelle angeordnet ist, an der die definierte Flüssigkeitsmenge eingeschlossen bzw. gebildet wird.

Bei einer bekannten Durchflußmeßvorrichtung dieser Art (DE-PS 20 09 879) dreht sich der Rotor, der zwischen seinen koaxialen Mantelflächen den ringförmigen Meßraum einschließt, in einem feststehenden, ebenfalls koaxial

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angeordneten zylinderförmigen Gehäuse. Zur radialen Führung der Flügel sind in dem Rotor, und zwar sowohl in dem inneren als auch in dem äußeren Hohlzylinder, durch die Wandung hindurchgehende Schlitze vorhanden. Der Innendurchmesser des Stator-Gehäuses muß in diesem Fall möglichlist genau mit dem Außendurchmesser des Rotors übereinstimmen, damit-die bei der Bemessung nicht erfaßte und somit die Genauigkeit der Messung beeintrchtigende Flüssigkeitsmenge, die durch die Führungsschlitze hindurch nach außen fließt und sich einen Nebenweg sucht, gering wird. Andererseits muß natürlich ein Mindestspalt eingehalten werden, weil sonst das Reibungsmoment und der Verschleiß zu hoch würde. Aus den Erfahrungen und aus Berechnungen ergibt sich, daß der Spalt zwischen dem Rotor und dem Gehäuse nur einige 0,01mm betragen darf. Daraus ergeben sich sehr hohe Anforderungen, die geometrischen Toleranzen der einzelnen Bauteile, die nur mit hohen Herstellungskosten zu erreichen sind, zumal bestimmte Exzentrizitäten der Lagerbohrung, des Lagerringes des Rotors und des Gehäuses nicht zu vermeiden sind»

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der vorgenannten Art derart weiterzubilden, daß die Forderungen an die Geometrie und damit die Herstellungskosten erheblich gesenkt werden können, ohne daß dies mit einer Verringerung der Meßgenauigkeit _f erhöhten Verschleiß oder dergleichen erkauft werden müßte.

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Es hat sich nun gezeigt, daß sich diese Aufgabe in technisch sehr fortschrittlicher Weise mit der in Anspruch 1 beschriebenen Durchflußmeßvorrichtung lösen läßt, deren Besonderheit darin besteht, daß an der Außenfläche des Rotors bzw. des äußeren Hohlzylinders ein oder mehrere gemeinsam mit dem Rotor umlaufende Dichtkörper angeordnet sind, die die Mantelfläche des Rotors flüssgikeitsdicht verschließen, und daß das Trennelement selbstjustierend ausgebildet und/oder angeordnet ist.

Auf einige vorteilhafte Ausführungsarten der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen die Unteransprüche hin.

Weitere Datails, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung anhand der beigefügten Abbildungen hervor.

Es zeigen:

Fig. 1 in axialem Querschnitt eine Durchflußmeßvorrichtung gemäß einer Ausführungsart der Erfindung

Fig. 2 im Schnitt senkrecht zur Achse die Vorrichtung nach Fig. 1, und

Fig. 3 in Teildarstellung eine Draufsicht auf das Trennelement der vorrichtung nach Fig. 1 und Fig. 2/ mit der angrenzenden, im Schnitt dargestellten Bodenplatte.

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Nach Fig. 1 besitzt die erfindungsgemäße Durchflußmeßvorrichtung eine Bodenplatte l,die mit einem Gehäuse 2 flüssigkeitsdicht verbunden ist. Eine an der Bodenplatte 1 befestigte längliche Hülse 3 trägt zwei Lager und 5, mit deren Hilfe ein Rotor 6 drehbar in dem Gehäuse 2 angeordnet ist. Ein Ring 7 ist fest mit dem Rotor 6 durch (nicht eingezeichnete) Speichen oder ähnliche Bauelemente verbunden. Der Rotor 6 besteht im wesentlichen aus einer scheibenförmigen Stirnplatte, die mit zwei koaxialen Hohlzylindern 8,9 verbunden ist« Auf der Gegenseite stehen die beiden Hohlzylinder 8 und 9 des Rotors 6 mit der Bodenplatte 1 in flussigkeitsdichter Verbindung, und zwar derart^, daß sich der gesamte Rotor 6 gegenüber der Bodenplatte 1 drehen kann. Durch diese Anordnung ist ein ringförmiger Meßraum 10 entstanden.

Gegen axiale Verschiebung gegenüber der Bodenplatte 1 ist der Rotor 6 durch Muttern 11 und ein Drucklager 12 auf einer zentralen Welle 14 gesichert, die durch die Bodenplatte 1 hindurch nach außen verlängert ist, um zum Beispiel einen Zeiger oder ein Anzeigewerk anschließen zu können. Die Welle 14 ist ihrerseits durch ein Lager 15 gehaltert.

In dem ringförmigen Meßraum 10 im Inneren des Rotors 6 ist ein Trennelement 16 angeordnet und mit einem Bolzen 17 gehaltert, der in eine relativ weite Bohrung 18 im Trennelement 16 eingreift. Mit der Bodenplatte 1 ist der Bolzen 17 fest verbunden.

Auf der Außenfläche, d.h. auf der Mantelfläche des äußeren Hohlzylinders 9 befindet sich auf dem Rotor 6 eine Umhüllung oder Verkleidung 18', die mit dem Rotor

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umläuft und die den Durchtritt von Flüssigkeit durch die aus Fig. 2 erkennbaren radialen Führungsschlitze hindurch verhindert.

Ein Einlaß in der Bodenplatte 1 für die Flüssigkeit, deren Menge oder Geschwindigkeit gemessen werden soll, ist in Fig. 2 mit 19 symbolisiert. Durch einen Kanal und einem Führungsschlitz 21 hindurch fließt die Flüssigkeit in den Meßraum 10.

Auf gleiche Weise ist ein Auslaßschlitz 24 auf der diametral in der Bodenplatte 1 gegenüberliegenden Seite über einen Kanal 23 mit dem Auslaß 22 verbunden.

Vier im wesentlichen rechteckige Flügel 25 sind beweglich im Rotor 6 angeordnet. Die Führung dieser Flügel erfolgt mit Hilfe von zur Drehachse bzw. zur Welle 14 der Meßvorrichtung parallele Führungsschlitze im inneren und äußeren Hohlzylinder 8 und 9 , die ein definiertes Volumen im Innern des Meßraumes 10 einzuschließen.

Die erforderliche radiale Verschiebbewegung der Flügel 25 wird durch eine an sich bekannte Verstelleinrichtung, vergleiche Fig. 1 und Fig. 2, gesteuert, die über eine auf der Hülse 3 befestigte Scheibe 26 verfügt, die ihrerseits bei der Drehung des Rotors auf die relativ großflächigen Enden 27,28,29,30 der Flügel 25 bzw. der mit den Flügeln verbundenen Führungswellen einwirkt. Jeweils zwei diametral gegenüberliegende Endflächen 27,

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28 bzw. 29, 30 werden durch die Brücken 31, 32 bzw. mit Hilfe der Schlitze 26 und der Brücken 31, 32 auf dem Abstand gehalten, der dem Durchmesser der Scheibe 26 entspricht. Die Brücke 32 ist aus Gründen einer übersichtlichen Darstellung in Fig. 2 nicht wiedergegeben. Die gestrichelte Linie 33 in Fig. 2 zeigt den Weg, in den die Flügelenden bei der Drehung des Rotors 6 beschreiben. Außerdem ist in Fig» 2 das Trennelement gezeigt, das durch den Bolzen 17 mit Spiel in seiner Lage gehalten wird. Das Trennelement 16 besitzt eine Bohrung 34 und auf seiner der Bodenplatte 1 zugewandten Seite eine Nut 35„

Fig. 3 zeigt ebenfalls das Trennelement 16? jedoch nunmehr im Aufriß. Aus dieser Abbildung ist ersichtlich, daß auch die Bodenplatte 1 über eine Nut 36 verfügt, die in ihrer Anordnung der Nut 35 im Trennelement entspricht. Beide Nuten 36,35 nehmen zusammen einen aus elastischem Material bestehenden Dichtstreifen 37 auf.

Die beschriebene Flüssigkeitsmeßvorrichtung arbeitet wie folgt:

Die unter Druck über den Einlaß 19, den Kanal 20 und die öffnung 21 in den Meßraum 10 eingeleitete Flüssigkeit, deren Durchfluß und/oder Geschwindigkeit gemessen werden soll, übt in dem Meßraum 10 eine Kraft auf den Flügel aus, der sich im unteren rechten Teil gemäß Fig. 1 befindet. Dadurch wird ein auf den Rotor 6 im Uhrzeigersinn einwirkendes Drehmoment erzeugt. Ein Druckausgleich im Meßraum im Gegenuhrzeigersinn kann nämlich nicht stattfinden, weil sich um 180° versetzt zu dem das Keßvolumen einschließenden Raum das mit der Bodenplatte 1 verbundene, feststehende Trennelement 16 in dem Meßraum 10 befindet.

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Die einströmende Flüssigkeit set^it somit den Rotor 6 in Bewegung. Die im wesentlichen aus der feststehenden Scheibe 26, den Endflächen 27 bis 30 und den Brücken 31 und 32 bestehende Stellvorrichtung erzwingt die bereits beschriebene radiale Hin- und Herbewegung der vier Flügel 25. Der Bewegungsablauf ist derart vorgegeben, daß immer zwischen zwei Flügel (das sind in Fig. 2 die beiden im untersten Viertel befindlichen Flügel) ein definiertes, konstantes Volumen im Meßraum 10 eingeschlossen und von dem Einlaß 19 zum Auslaß 22 gefördert wird. Auf diese Art und Weise wird Rotordrehung bzw. die Umdrehungszahl des Rotors zur durchlaufenden Flüssigkeitsmenge proportional.

Um eine präzise Messung zu erreichen, ist es erforderlich, eine Leckage von dem Einlaß zum Auslaß unter Umgehung des Meßraumes 10 soweit wie möglich zu unterbinden. Zur Vermeidung einer Leckage aus dem Rotor 6 radial nach, außen ist die Außenfläche des Rotors 6, wie bereits erläutert, flüssigkeitsdicht ausgebildet. Dies wurde erfindungsgemäß durch Anbringung der der Verkleidung 18" auf die Außenfläche des Rotors 6 erreicht. Durch diese Maßnahme können die Führungsnuten im äußeren Hohlzylinder 9 des Rotors 6 durch die Wandung hindurch nach außen durchgeführt werden, was die Herstellung erleichtert. Andererseits ist es auch möglich die Verkleidung und Abdichtung des Rotors zu beschränken, in dem lediglich auf die Wandungsdurchbrüche parallel zur Achse angeordnete Streifen oder Leisten als Dichtkörper aufgebracht werden. Auch dadurch läßt sich ein Abfließen von Flüssigkeit durch die Führungsschlitze hindurch nach außen vollständig verhindern. Schließlich besteht noch

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die Möglichkeit, die Führungsnuten im äußeren Hohlzylinder 9 des Rotors 6 nicht durch die Wandung hindurchzuführen, sondern lediglich in Form von Einkerbungen in der Innenwandung des Hohlzylinders 9 auszubilden. Die Herstellung wird dadurch allerdings schwieriger.

Eine andere Stelle, an der eine die Genauigkeit des Meßergebnisses verringernde Leckage auftreten kann, befindet sich entlang dem Trennelement 16,, Bei einem unbeweglich mit der Bodenplatte 1 verbundenen Trennelement 16 würde diese Leckage ziemlich groß sein, da das Spiel zwischen dem Trennelement und dem Rotor sowohl in radialer als auch in axialer Richtung eine Mindestgröße nicht unterschreiten darf. Anderenfalls würden sich die bereits erwähnten Toleranzschwierigkeiten sowie erhöhter Verschleiß und beeinträchtigte Funktion ergeben. Erfindugnsgemäß wird deshalb das Trennelement 16 nicht fest an die Bodenplatte 1 angebracht, sondern beweglich mit dieser Platte verbünden, indem der Durchmesser der Bohrung 18 im Trennelement etwas größer gewählt wird als der Außendurchmesser des fest mit der Bodenplatte 1 verbundenen Bolzens 17. Dies gibt dem Trennelement 16 die Fähigkeit, sich selbst zu verstellen und. zu justieren. Durch den Einlaßdruck der Flüssigkeit wird . das Trennelement mit seinem nahe dem Einlaß gelegenenen Teil seiner zylindrischen Außenseite gegen das Innere des Rotorteils 9, nämlich gegen die Innenwandung des äußeren Hohlzylinders, gedrückt. Infolge der Drehung des Rotors 6 im Uhrzeigersinn entsteht ein Flüssigkeitskeil zwischen dem Trennelement 16 an dessen Außenseite und

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der anliegenden Innenseite des Rotorteils 9. Dieser Flüssigkeitskeil drückt auf der Auslaßseite das Trennelement 16 gegen die Außenseite des inneren Rotor-Hohlzylinders 8. Durch diese beiden im wesentlichen diametral entgegengesetzten, auf das Trennelement ausgeübten Drücke wird eine sich selbst justierende Abdichtung erreicht, die mit steigenden Drücken in ihrer Wirkung noch besser wird. Desweiteren können die Toleranzen der verschiedenen Abmessungen durch die selbst justierende Dichtung erheblich vergrößert werden, was die Herstellung der Teile erleichtert und die Herstellungskosten verringert. Auch in Radialrichtung kann erfindungsgemäß das Prinzip der Selbstverstellung bzw. Selbst justierung des Trennelementes angewendet werden. Durch das Anbringen des Dichtstreifens 37 wird die Leckage zwischen dem Trennelement 16 und der Grundplatte 1 unmittelbar versperrt. Dadurch wird in dem Schlitz zwischen dem Trennelement und der Grundplatte ein Dichtdruck aufgebaut, der den Einlaßdruck übersteigt und bewirkt, daß das Trennelement auf der anderen Seite gegen die sich radial erstreckende Fläche des Rotors gedruckt wird, wodurch sich eine gute Abdichtung ergibt.

Falls der Durchfluß einer Flüssigkeit mit schlechten Schmiereigenschaften gemessen werden soll, kann eine Bohrung 34 mit einem geeignet dimensionierten Querschnitt in das Trennelement 16 eingebracht werden. Dadurch laßt sich erreichen, daß auch zwischen der zylindrischen Innenseite des Trennelementes und der Außenfläche des inneren Rotor-Hohlzylinders 8 an der Auslaßseite ein ausreichender Flüssigkeitsfilm entsteht.

43.

L e e r s e 11 e

Claims

Deutsche ITT Industries GmbH 29. September 1982

ZL/KDB/be / 0213R A. Grceneweg - 5

Ansprüche:

Durchflußmeßvorrichtung mit einem Rotor? der im wesentlichen aus zwei koaxialen Hohlzylindern besteht, die auf einer Seite durch eine gemeinsame Stirnplatte verschlossen sind und die beide auf der Gegenseite an einer Bodenplatte abgedichtet anliegen, gegenüber der der Rotor verdrehbar ist, wobei zwischen den Mantelflächen der beiden Hohlzylinder ein ringförmiger Meßrauni gebildet ist, ferner mit zwei in etwa diametral in der Bodenplatte gegenüberliegenden Öffnungen, die in den Meßraum münden und als Einlaß bzw. Auslaß für die zu messende Flüssigkeit dienen, des weiteren mit radial ausgerichteten, durch Schlitze in dem Rotor geführten, radial verschiebbaren Flügeln, die mit Hilfe einer Stellvorrichtung derart bewegbar sind, daß bei jeder Umdrehung des Rotors eine definierte Flüssigkeitsmenge eingeschlossen und vom Einlaß zum Auslaß beförderbar ist, sowie mit einem Trennelement, das in dem ringförmigen Meßrauro diametral gegenüber der Stelle angeordnet ist, an der die definierte Flüssigkeitsmenge einge-

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schlossen bzw. gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenfläche des Rotors (6) bzw. des äußeren Hohlzylinders (9) ein oder mehrere gemeinsam mit dem Rotor (6) umlaufende Dichtkörper (18¹) angeordnet sind, die die äußere Mantelfläche des Rotors (6) flüssigkeitsdicht verschließen, und daß das Trennelement (16) selbst justierend ausgebildet und/oder angeordnet ist.
2. Durchflußmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Dichtkörper eine mit dem Rotor (6) umlaufende Verkleidung (18') vorhanden ist.
3. Durchflußmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtkörper in Form von Leisten ausgebildet und an der äußeren Mantelfläche des Rotors (6) in Höhe der Nuten bzw. der radialen Führungsschlitze für die Flügel (25) angebracht sind.
4. Durchflußmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche bis 3, dadurch gekenzeichnet, daß der Rotor (6) aus mehreren Einzelteilen zusammengefügt ist und daß in der Innenwandung des äußeren Hohlzylinders (9) des Rotors (6) die Wandung nicht durchdringende Nuten eingefügt sind.

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Durchflußvorrichtung nach einem der Ansprüche, bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Trennelement (16) zur Selbst justierung mit einem in der Bodenplatte (1) befestigten .Bolzen (17) gehaltert ist, der in eine entsprechende, relativ weite, in dem Trennelement eingebrachte Bohrung (18) hineinragt, und daß desweiteren das Trennelement (16) in etwa die Form eines Kreissegmentes aufweist und in seiner Länge mindestens der vierfachen radialen Höhe des Meßraumes (10) entspricht»

Durchflußvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (16) auf seiner der Bodenplatte (1) zugewandten Seite mit einer Nut (35) versehen ist, daß die Bodenplatte (1) eine entsprechende Nut (36) besitzt, daß die Nuten (35,36) sich im wesentlichen in radialer Richtung erstrecken, daß die Nuten (35,36) nahe der mit dem Bolzen (17) in Eingriff stehenden Bohrung (18) angeordnet und in Bezug zu dieser Bohrung ein wenig in Drehrichtung des Rotors (6) verschoben sind, sowie daß ein Streifen (37) aus elastischem Material in den korrespondierenden Nuten (35,36) eingefügt ist.