DE3247376A1

DE3247376A1 - Durchflussmengenzaehler fuer fluessigkeiten

Info

Publication number: DE3247376A1
Application number: DE19823247376
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Chem. Dr. 7251 Heimsheim Konrad; Adam Ing.(grad.) 7300 Esslingen Mechel
Original assignee: ANDRAE WASSERMESSER
Current assignee: ANDRAE WASSERMESSER
Priority date: 1982-12-22
Filing date: 1982-12-22
Publication date: 1984-07-05
Also published as: JPS6260007B2; JPS59135319A; US4512201A; DE3247376C2; KR840007624A; KR890002320B1

Description

HOEGER₁ ST-EMTRHQHT grpÄRTNER

UHLANDSTRASSE 14 c · D 70OO STUTTGART 1

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A 45 310 b Anm.: Wassermesserfabrik

22. November 1982 ANDRAE GmbH & Co.

b-204 Neue Ramtelstraße 48

7250 Leonberg 3

Durchflussmengenzähler für Flüssigkeiten

Die Erfindung betrifft einen Durchflussmengenzähler für Flüssigkeiten mit einem becherförmigen Aussengehäuse, welches an seinem Umfang einander ungefähr gegenüberliegend eine Zufluss- und eine Abflussöffnung aufweist, sowie mit einem in das Aussengehäuse einsetzbaren Messkammereinsatz, welcher eine Flügelradkammer und eine diese umfassende Einströmkammer bildet, wobei die letztere eine mit der Zuflussöffnung in Verbindung stehende Einlassöffnung aufweist und in der ersteren ein Flügelrad mit zum Boden des Aussengehäuses ungefähr senkrechter Rotationsachse drehbar gelagert ist, sowie mit einer zur Flügelradachse insbesondere konzentrischen Flügelradkammer-Umfangswand, in der sich mehrere gegenüber der radialen Richtung in Umlaufrichtung jeweils gleichsinning geneigte Anströmöffnungen befinden, und mit mindestens einer mit der Abflussöffnung in Verbindung stehenden Auslassöffnung der Flügelradkammer.

Wenn vorstehend von einem becherförmigen Aussengehäuse die Rede war, so sollen hierunter auch Aussengehäuse ■ verstanden werden, bei denen nur ihr Unterteil nach Art eines Bechers ausgebildet ist. Auch soll klargestellt werden, daß die Einströmkammer die Flügelradkammer nicht vollständig, d.h. über 360°, umfassen muß.

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Die Einströmkammer kann z.B. von der ümfangswand der Fiügelradkammer und dem Aussengehäuse gebildet werden, so daß die Einlassöffnung der Einströmkammer in diesem Fall von der Zuflussöffnung des Aussengehäuses gebildet wird. Für die Erfindung bevorzugt werden jedoch Ausführungsformen, bei denen der Messkammereinsatz auch die Begrenzungswände; der Einströmkammer und somit deren Einlassöffnung bildet, so daß sämtliche, für die hydraulischen Eigenschaften des Durchflussmengenzählers wesentlichen Elemente vom Messkammereinsatζ gebildet werden, was den Vorteil mit sich bringt, daß der Durchflussmengenzähler geöffnet und der Messkammereinsatz ausgetauscht werden kann, ohne daß eine erneute Eichung des Zählers erforderlich wird, für die das Außengehäuse aus der Leitung
ausgebaut werden müsste, um die Eichung bei einer Eichstelle durchzuführen. Schliesslich soll noch darauf hingewiesen werden, daß sich Zufluß- und Abflußöffnung des Außengehäuses nicht streng gegenüberliegen müssen, sondern mit ihren öffηungsachsen z.B. einen Winkel von nur 110° statt von 180° bilden können.

Die Erfindung betrifft insbesondere solche Durchflussmengenzähler, die für die Messung des Verbrauchs von Kalt-, Warmund Heißwasser sowie als Volumenmessteil für Wärmemengenzähler eingesetzt werden.

Bei bekannten Durchflussmengenzählern bildet der Messkammereinsatz zusammen mit einem becherförmigen Aussengehäuse die
Einströmkammer, und da der Messkammereinsatz derart im Aussengehäuse angeordnet ist, daß sich die Rotationsachse des Flügelrads im Zentrum des Aussengehäuses befindet, hat die Einströmkammer - in Richtung der Flügelradachse gesehen - ungefähr die Form eines Teils eines zur Flügelradachse konzentrischen Kreisrings. Die in der gleichzeitig die Ümfangswand
der Flügelradkammer bildenden Ümfangswand des Messkammereinsatzes befindlichen Anströmöffnungen sind sämtlich gleich
ausgebildet und dimensioniert; sie befinden sich irii unteren

Teil der Flügelradkammer-ümfangswand, in deren oberem

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Bereich mehrere, über den Umfang der Flügelradkammer gleichmassig verteilte Auslassöffnungen angeordnet sind. Diese allgemein übliche Gestaltung und Anordnung der Einströmkammer sowie der Anström- und Auslassöffnungen führt unter anderem infolge einer unsymmetrischen Anströmung des Flügelrads zu einer unsymmetrischen Belastung der Flügelradlager und damit zu nicht-optimalen messtechnischen Eigenschaften der bekannten Durchflussmengenzähler, und zwar aus folgenden Gründen:

Da bei den bekannten Durchflussmengenzählern die Anströmöffnungen sämtlich gleich dimensioniert und in gleicher Weise gegenüber der radialen Richtung geneigt sind, bieten die auf der einen Seite der durch die Flügelradachse und die Zentren der Zufluss- sowie die Abflussöffnung des Aussengehäuses verlaufenden Ebende liegenden Anströmöffnungen der Flüssigkeit einen grösseren Strömungswiderstand als die auf der anderen Seite dieser Ebene befindlichen Anströmöffnungen, so daß das Flügelrad schon aus diesem Grund unsymmetrisch angeströmt wird. Ferner haben Messungen gezeigt, daß auch die Strömungsgeschwindigkeiten der Flüssigkeit vor den Anströmöffnungen einen Einfluss auf die Belastung der Flügelradlager sowie auf die noch messbare Mindestdurchflussmenge je Zeiteinheit haben; es ist aber leicht einzusehen, daß wegen des in Strömungsrichtung gesehen überall ungefähr gleichen Querschnitts der Einströmkammer die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in der Einströmkammer mit der Entfernung von der Zuflussöffnung des Aussengehäuses abnimmt. Entsprechendes gilt für die abströmende Flüssigkeit im Bereich zwischen den Auslassöffnungen der Flügelradkammer und der Abflussöffnung des Aussengehäuses. Eine weitere Unsymmetrie der Belastung der Flügelradlager bringt der

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Umstand mit sich, daß bei den bekannten Durchflussmengenzählern die Flüssigkeit unten in die Flügelradkammer einströmt und diese in ihrem oberen Bereich verlässt, so daß das Flügelrad-- sieht man einmal von der Strömungskomponente in Umlaufrichtung ab - von unten nach oben angeströmt wird.

Die bekannten Konstruktionen haben aber noch weitere Nachteile: Da die Flügelradkammer unten einen mit sogenannten Staurippen versehenen Boden aufweist, neigt in den Durchflussmengenzähler eintretender Schmutz dazu, sich am Boden der Flügelradkammer und damit im Bereich des einen Flügelradlagers anzusammeln. Außer der Beeinträchtigung dieses Lagers wird dadurch die Wirkung der Staurippen vermindert* Ferner bedingen die scharfen Kanten an den Enden der gegenüber der radialen Richtung geneigten Anström- und Auslassöffnungen bzw. -Kanäle spitzwinklig auslaufende Teile der Spritzgusswerkzeuge für die Herstellung der als Kunststoff-Spritzgussteile ausgebildeten Bestandteile des Messkammereinsatzes; da man den letzteren aus Gründen der geforderten Festigkeit, Stabilität und Temperaturbeständigkeit jedoch am besten aus Glasfaser-verstärkten Kunststoffen herstellt, bei deren Verarbeitung sich ein gewisser Verschleiss der Spritzgusswerkzeuge nicht vermeiden lässt, wirkt sich dieser Verschleiss an scharfkantigen bzw. spitzwinklig-auslaufenden Werkzeugteilen verhältnismässig rasch aus, so daß in der .'Großserienfertigung eine Identität der hergestellten Teile und damit der messtechnischen Eigenschaften nicht gewährleistet ist.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Durchflussmengenzähler der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der insbesondere dank einer geringeren Belastung der Flügelradlager bessere messtechnische Eigenschaften (wie Leichtgängigkeit und geringer Verschleiß) als die beschriebenen bekannten Durchflussmengenzähler aufweist

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und sich dennoch ebenso billig oder sogar noch kostengünstiger und mit gleichbleibender Genauigkeit in Großserie herstellen lässt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird zunächst erfindungsgemäss vorgeschlagen, die Konstruktion so zu gestalten, daß die Strömungsquerschnitte der Einströmkammer zu beiden Seiten ihrer Einlassöffnung in Strömungsrichtung abnehmen und/oder die Flügelradkammer in Achsrichtung zu beiden Seiten der Anströmöffnungen jeweils mindestens eine Auslassöffnung aufweist. Durch die erste dieser Massnahmen wird erreicht, daß die Strömungsgeschwindigkeiten der Flüssigkeit vor den Anströmöffnungen vergleichmässigt und dadurch die Unterschiede in der Belastung der Flügelradlager in radialer axialer Richtung zumindest vermindert werden. Die zweite Maßnahme hat zur Folge, daß die Belastung der Flügelradlager in axialer Richtung vermindert wird. Durch jeder der erfindungsgemässen Massnahmen kommt man also der angestrebten symmetrischen Belastung der Flügelradlager einen erheblichen Schritt näher, weshalb in jeder Maßnahme für sich eine Erfindung gesehen wird. Ein weiterer Vorteil der Maßnahme, sowohl im oberen als auch im unteren Bereich der Flügelradkammer Auslassöffnungen vorzusehen, besteht darin, daß nunmehr spezifisch schwerer Schmutz nach unten und Luft sowie spezifisch leichter Schmutz nach oben aus der Flügelradkammer austreten kann.

Absolut gleiche Strömungsgeschwindigkeiten vor allen Anströmöffnungen werden dadurch erreicht, daß der Strömungsquerschnitt der Einströmkammer unmittelbar vor jeder Anströmöffnung dividiert durch den Strömungsquerschnitt der Einströmkammer unmittelbar vor der ersten Anströmöffnung der betreffenden Kammerseite zumindest ungefähr- ' beträgt, wobei "m" die Gesamtzahl der Anströmöffnungen einer Kammerseite und "n" die Zahl derjenigen Anströmöffnungen bedeutet, die auf dieser Kammerseite vor der betreffenden Anströmöffnung liegen.

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Um für die die Flügelradkammer verlassende Flüssigkeit dieselben Verhältnisse zu schaffen wie für die die Einströmkammer durchströmende Flüssigkeit, d.h. die Strömungsgeschwindigkeiten hinter den Abflussöffnungen zu Vergleichmassigen, wird empfohlen, die Konstruktion so zu gestalten, daß für die die Flügelradkammer verlassende Flüssigkeit sowohl von den oberen als auch von den unteren Auslassöffnungen jeweils ein Strömungspfad zur Abflussöffnung des Aussengehäuses führt und daß die Strömungsquerschnitte dieser Strömungspfade in Richtung auf die Abflußöffnung zunehmen. Um eine solche Zunahme des Strömungsqüerschnitts bei einem der erwähnten Strömungspfade zu erzielen, wird vorgeschlagen, mindestens einen der Strömungspfade für die die Flügelradkammer verlassende Flüssigkeit von der Einströmkammer durch eine Trennwand zu trennen, die, senkrecht zur Flügelradachse sowie zur Verbindungslinie von Zufluss- und Abflussöffnung gesehen,schräg zu einer zur Flügelradachse senkrechten Ebene verläuft. Durch diese Massnahme kann gleichzeitig erreicht werden, daß sich der Strömungsquerschnitt der Einströmkammer in Strömungsrichtung verkleinert. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemässen Durchflussmengenzählers wird die Einströmkammer in Richtung der Flügelradachse beidseitig durch Trennwände begrenzt, die in Richtung zur Abflussöffnung schräg aufeinander zulaufen.

Bei einem Durchflußmengenzähler mit einer solchen schräg verlaufenden Trennwand lässt sich die Bauhöhe dadurch verringern, daß die Umfangswand der Einströmkammer in Richtung der Flügelradachse an dieser Trennwand endet,

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denn dann lässt sich der Raum zwischen Einströmkammer-Umfangswand und Aussengehäuse als zusätzliches Volumen für die aus der Flügelradkammer abströmende Flüssigkeit heranziehen.

Der angestrebten symmetrischen Belastung der Flügelradlager kommt man auch dadurch näher, daß man die Anströmöffnungen nicht alle gleich dimensioniert, sondern erfindungsgemäss die zur Einlassöffnung des Aussengehäuses hin geneigten Anströmöffnungen mit einem kleineren Gesamtquerschnitt versieht als die von dieser Einlassöffnung wegweisenden Anströmöffnungen. Auf diese Weise werden die den Strömungswiderstand beeinflussenden unterschiedlichen Umlenkverhältnisse für die in die Anströmöffnungen eintretende Flüssigkeit kompensiert.

Um dem Ideal näher zu kommen, daß alle Auslassöffnungen der die Flügelradkammer verlassenden Flüssigkeit denselben Strömungswiderstand bieten, wird ferner empfohlen, in.den die Flügelradkammer in Richtung der Flügelradac'hse beidseitig begrenzenden Stirnwänden jeweils mehrere Auslassöffnungen vorzusehen und die der Abflussöffnung näher liegenden Auslassöffnungen mit einem kleineren Querschnitt zu versehen als die ferner liegenden.

Das Merkmal, daß sich die Strömungsquerschnitte der Einströmkammer zu beiden Seiten ihrer Einlassöffnung in Strömungsrichtung vermindern, lässt sich nicht nur durch die bereits erwähnten schräg verlaufenden Trennwände erreichen, sondern naclk einem weiteren Vorschlag auch durch eine exzentrische Anordnung der Einströmkammer:

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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Durchflussmengenzählers ist die Einströmkammer relativ zur Flügelradachse exzentrisch angeordnet und zur Zuflussöffnung des Aussengehäuses hin verlagert. Auf diese Weise erhält die Einströmkammer, in Richtung der Flügelradachse gesehen, eine ungefähr sichelförmige Gestalt. Durch diese Massnahme wird auch noch ein weiterer Vorteil erzielt: Der Querschnitt der Einströmkammer im Bereich der Zuflussöffnung des Aussengehäuses wird durch den für den Durchflussmengenzähler erforderlichen Druckverlust bestimmt und kann deshalb nicht verkleinert werden. Bei einem vorgegebenen Durchmesser der Flügelradkammer und zur Flügelradachse konzentrisch angeordneter Einströmkammer liegt also der Mindestdurchmesser des Durchflussmengenζählers fest. Er lässt sich jedoch gegenüber den bekannten Konstruktionen durch die exzentrische Anordnung der Einströmkammer verkleinern, und zwar um das Mass der Exzentrizität. Während bisher sog. Mehrstrahlzähler, bei denen mehrere Anströmöffnungen für das Flügelrad vorgesehen sind, eine Baulänge von mindestens 165 mm aufwiesen, kann der erfindungsgemässe Durchflussmengenzähler mit exzentrischer Einströmkammer eine Baulänge von nur 130 mm aufweisen. Durch die erfindungsgemäß geschaffenen An- und Abströmverhältnisse wird außerdem der vom Zähler hervorgerufene Druckverlust gegenüber bekannten Konstruktionen verringert.

In diesem Zusammenhang soll erwähnt werden, daß bei einem erfindungsgemässen Durchflussmengenzähler mit exzentrisch angeordneter Einströmkammer die vorstehend erwähnten Trennwände zwischen Einströmkammer und Strömungspfaden für die die Flügelradkammer verlassende Flüssigkeit in Richtung der Flügelradachse gesehen teilringförmig gestaltet sind und eine sich in Richtung zur Aussengehäuse-Abflussöffnung verringernde Breite aufweisen.

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Bildet der Messkammereinsatz mit seiner ümfangswand. die Einströmkammer, die in Richtung der Flügelradachse beidseitig durch Stirnwände begrenzt wird/ so empfiehlt es sich ausserdem, zumindest-, im Bereich der Einlassöffnung in der oberen Stirnwand mindestens eine Entlüftungs- und in der unteren Stirnwand mindestens eine öffnung für spezifisch schweren Schmutz vorzusehen, so daß Luft und Schmutz schon vor der Flügelradkammer weitgehendst abgesondert werden.

Bei den bekannten Durchflussmengenzählern ist ein Filter in einem die Zulauföffnung bildenden Stutzen des Aussengehäuses angeordnet. Um nun alle die hydraulischen Eigenschaften des Durchflussmengenzählers beeinflussenden Elemente in einem austauschbaren Messkammereinsatz zu vereinen, wird vorgeschlagen, das Filter in der in einer Umfangswand der -Einströmkammer liegenden Einlassöffnung anzuordnen. Besonders bevorzugt wird dann eine Konstruktion, bei der ein die Einström- und die Flügelradkammer bildendes Gehäuse des Messkammereinsatzes quer zur Flügelradachse und durch die Einlassöffnung hindurch geteilt ist und das Filter eine gegen das Aussengehäuse anlegbare Dichtlippe aufweist sowie als gesondertes Teil ausgebildet und in dieEinlassöffnung eingesetzt ist. Eine solche Konstruktion hat den Vorteil, daß die Dichtlippe des Filters die Abdichtung des Messkammereinsatzes gegenüber dem Aussengehäuse übernehmen kann, wofür das aus den vorstehend erwähnten Gründen aus relativ hartem Kunststoff gefertigte Gehäuse des Messkammereinsatzes nicht geeignet ist; beim heutigen Stand der Kunststoff-Spritzgusstechnik stellt es aber überhaupt kein Problem dar, das Filter mit einer weichelastischen Dichtlippe zu versehen.

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In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß eine Abdichtung des Messkammereinsatzes gegenüber dem Außengehäuse durchaus nicht unbedingt auf der Zulaufseite des Messkammereinsatzes erfolgen muß; es ist vielmehr durchaus auch möglich, die den Messkammereinsatz verlassende Flüssigkeit noch in letzterem zu sammeln und eine Dichtung zwischen Messkammereinsatz und Abflußöffnung des Außengehäuses vorzusehen, um auf diese Weise zu vermeiden, daß sich ein ungewollter Bypass zwischen Zufluss- und Abflussöffnung des Außengehäuses an der Flügelradkammer vorbei ergibt.

Um auch bei einer Serienfertigung die Reproduzierbarkeit des erfindungsgemässen Durchflussmengenzählers zu gewährleisten, empfiehlt es sich, die Begrenzungen zumindest der Anströmöffnungen so zu gestalten, daß sie im Schnitt quer zur Flügelradachse keine spitzwinkligen Kanten aufweisen. Auf diese Weise lassen sich spitzwinklig bzw. scharfkantig auslaufende Teile oder Bereiche, die verhältnismässig rasch verschleissen würden, am Spritzgusswerkzeug vermeiden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Durchflussmengenzählers wurden die sich infolge des schrägen Verlaufs der Anströmöffnungen ergebenden spitzwinkligen Kanten der Flügelradkammer-Umfangswand durch - im Schnitt quer zur Flügelradachse - Abflachungen mit einer Breite von ca. 0,5 bis 1 mm oder durch Radien von ca, 0,2 bis 0,5 mm ersetzt.

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Damit der Durchflussmengenzähler wie üblich auch bei einer Rückwärtsströmung die den Zähler durchströmende Flüssigkeitsmenge erfassen kann, werden die Auslassöffnungen der Flügelradkammer bezüglich der Umlaufrichtung des Flügelrads so geneigt, daß sich bei einer Anströmung des Zählers durch die Abflussöffnung ein der normalen Drehrichtung des Flügelrads entgegengerichtetes Drehmoment ergibt. Dieses Merkmal aufweisende Zähler sind auch dann als unter die Erfindung fallend anzusehen, wenn der erfindungsgemässe Durchflußmengenzähler umgekehrt angeschlossen wird, d.h. wenn die vorstehend als Abflußöffnung bezeichnete Öffnung des Außengehäuses an den Flüssigkeitszulauf angeschlossen wird, so daß der Zähler schon normalerweise in umgekehrter Richtung durchströmt wird. Auch ein solcher Zähler weist die vorstehend beschriebenen Vorteile auf.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und/oder aus der nachfolgenden Beschreibung sowie der beigefügten zeichnerischen Darstellung mehrerer besonders vorteihafter Ausführungsformen des erfindungsgemässen Durchflussmengenzählers;

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In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform parallel zu der und durch die Flügelradachse;

Figur 2 einen Schnitt senkrecht zur Flügelradachse gemäss der Linie 2-2 in Figur 1;

Figur 3 einen weiteren Schnitt senkrecht zur Flügelradachse entsprechend der Linie 3-3 in Figur 1, jedoch bei abgenommener verschlussplatte;

Figur 4 eine Seitenansicht des Meßkammereinsatzes, gesehen in Richtung des Pfeils A in Figur 3;

Figur 5 eine Ansicht des Meßkammereinsatzes von Hinten, gesehen in Richtung des Pfeils B in Figur 4;

Figur 6 eine der Figur 1 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform;

Figur 7 einen Schnitt durch diese zweite Ausführungsform entsprechend der Linie 7-7 in Figur 6;

Figur 8 einen Schnitt durch die zweite Ausführungsform gemäss der Linie 8-8 in Figur 6_r jedoch bei abgenommener Verschlussplatte;

Figur 9 eine Seitenansicht des Meßkammereinsatzes, gesehen in Richtung des Pfeils C in Figur 8;

Figur 10 eine Ansicht des Meßkammereinsatzes von hinten, gesehen in Richtung des Pfeils D in Figur 9;

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Figur 11 den Ausschnitt "E" aus Figur 7 in grösserer Darstellung;

Figur 12 eine Modifikation des in Figur 7 gezeigten Ausschnitts ¹¹E";

Figur 13 eine den Figuren 3 und 8 entsprechende Darstellung einer dritten Ausführungsform, die bei umgekehrter Anströmung dieselben Vorteile ergibt wie die anderen Ausführungsformen, und

Figur 14 einen Schnitt nach der Linie 14-14 in Figur 13.

Die zunächst anhand der Figuren 1 bis 5 zu erläuternde erste Ausführungsform zeichnet sich durch eine exzentrisch zur Flügelradachse angeordnete Einströmkammer aus.

Der Durchflussmengenzähler besitzt ein ungefähr becherförmig ausgebildetes Aussengehäuse 10 mit einem Zufluss- und einem Abflußstutzen 12 bzw. 14, die über eine Zufluss- bzw. eine Abflußöffnung 16 bzw. 18 in den Gehäusehohlraum einmünden. In den Zuflußstutzen 12 ist ein Filter 20 eingesetzt. Das Aussengehäuse 10 besitzt eine umlaufende Innenschulter 22, auf der sich eine Verschlussplatte 24 abstützt, wobei ein O-Ring 26 zwischen Verschlussplatte 24 und Aussengehäuse 10 die Abdichtung des einen Messkammereinsatz 28 aufnehmenden Gehäusehohlraums nach oben übernimmt. Auf der Verschlussplatte 24 sitzt ein übliches Rollenzählwerk 32, über dem ein am Aussengehäuse 10 angelenkter Deckel 34 geschlossen werden kann.

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Der Messkainmereinsatz 28 besitzt eine äussere Umfangswand 36, welche eine in der Draufsicht sichelförmige Einströmkammer 38 umschliesst. Exzentrisch zur Ümfangswand 36 und zur Einströmkammer 38 besitzt der Messkammereinsatz 28 eine Flügelradkammer 40 mit einer ümfangswand 42, in der sich schräg verlaufende Anströmöffnungen 44a bis 44f befinden. Die Flügelradkammer nimmt ein Flügelrad 46 auf, das auf einer Flügelradachse 48 befestigt ist. Die Flügelradkammer 40 wird durch eine obere und eine untere Stirnwand 4 9 bzw. 50 sowie die Ümfangswand 42 begrenzt, wobei die obere Stirnwand 4 9 einen im Querschnitt kappenförmigen Zentrieransatz 52 und die untere Stirnwand 50 einen hohlzylindrischen Zentrieransatz 54 trägt, die mit einem hohlzylindrischen Zentrieransatz 56 der Verschlussplatte 24 bzw. einem massiven Zentrieransatz 58 des Bodens 60 des Aussengehäuses 10 so zusammenwirken,- dass ein in die äussere Ümfangswand 36 des Messkammereinsatzes 28 eingelassener und die Zuflussöffnung 16 des Aussengehäuses 10 umfassender O-Ring 64 abdichtend gegen die Innenseite des Aussengehäuses 10 gepresst wird. Hervorzuheben ist, dass die Flügelradachse 48 und die Flügelradkammer 40 zentrisch im Aussengehäuse 10 angeordnet sind. Die Einströmkammer 38 wird über schräg aufeinander zu laufende obere und untere Trennwände 68 und 70, über die die äussere Ümfangswand 36 mit der Einströmkammer-Umfangswand 42 in Verbindung stehen , vom Hohlraum des Aussengehäuses 10 abgetrennt. In der Nähe der vom O-Ring 64 umschlossenen Einlass-Öffnung 72 in der äusseren ümfangswand 36 befindet sich in der oberen Trennwand 68 eine Entlüftungsöffnung 74 und in der unteren Trennwand 70 eine Schmutzöffnung 76, so dass spezifisch schwere Schmutzteilchen, die das Filter 20 passiert haben, zum grössten Teil über die Schmutzöffnung 76 wieder aus dem Messkammereinsatz 28 austreten,

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ehe sie in die Flügelradkammer 40 gelangen können, während Luft und spezifisch leichter Schmutz den Messkammereinsatz 28 über die Entlüftungsöffnung 74 wieder verlassen.

Wie sich am deutlichsten aus den Figuren 3 und 5 ergibt, besitzen die obere und die untere Trennwand 68 bzw. 70 eine ungefähr rnondsicheiförmige Gestalt und werden weder von der äusseren Umfangswand 36 noch von der ümfangswand 42 in Richtung der Flügelradachse 48 überragt.

Das untere Ende der Flügelradachse 48 ist in einem von der unteren Stirnwand 50 gehaltenen Lager 80 drehbar gelagert, wohingegen oben das Flügelrad 46 selbst mit einem Lagerzapfen 82 versehen ist, für den der Zentrieransatz 52 eine Lagerstelle aufweist. Mit 84 wurde eine vom Flügelrad 46 getragene Hälfte einer Magnetkupplung bezeichnet, deren andere, nicht dargestellte Hälfte im Zählwerk 3 2 angeordnet ist; diese Magnetkupplung dient der Übertragung der Flügelraddrehungen auf das Zählwerk 32. Ein solcher Antrieb vollständig trockenlaufender Zählwerke ist bekannt, so dass hierauf nicht näher eingegangen zu werden braucht.

In der oberen und der unteren Stirnwand 4 9 bzw. 50 der Flügelradkammer 40 befinden sich jeweils sechs Auslassöffnungen 88a bis 88f, deren lichter Öffnungsquerschnitt umso kleiner ist, je näher die Auslassöffnungen der Abflussöffnung 18 des Aussengehäuses 10 liegen. Dies wird durch mondsichelförmige Abdeckungen 90 erreicht, die an die jeweilige Stirnwand 49, 50 angeformt sind.

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.Die normale Durchströmungsrichtung des erfindungsgemässen Durchflussmengenzählers wurde in Figur 2 mit Pfeilen angedeutet. Die über das Filter 20 in den Durchflussmengenzähler eintretende Flüssigkeit gelangt zunächst in die Einströmkammer 38 und soll sich dann gleichmässig auf die beiden Seiten der durch die Flügelradachse j48 verlaufenden Mittelebene 92 verteilen. Dies ist aber nur dann der Fall, wenn dafür gesorgt wird, dass jede der Anströmöffnungen 44a bis 44f der zuströmenden Flüssigkeit denselben Strömungswiderstand entgegensetzt. Dies wird zweckmässigerweise durch ein Bündel von Massnahmen erreicht, indem nämlich die auf der einen Seite der Mittelebene 9 2 liegenden Anströmöffnungen 44a, 44b und 44c jeweils einen kleineren lichten Querschnitt erhalten als die auf der anderen Seite der Mittelebene 92 gegenüberliegenden 'Anströmöffnungen-44d, 44e und 44f. Wegen der starken Umlenkung der Flüssigkeit am Eintritt in die Anströmöffnungen 44d, 44e und 44f sind deren Eintrittsbereiche zur Einlassöffnung 72 hin stark abgerundet. Durch derartige Massnahmen wird erfindungsgemäss erreicht, dass auf beiden Seiten der Mittelebene 92 durch jede der Anströmöffnungen 44a bis 44f exakt die gleiche Flüssigkeitsmenge je Zeiteinheit in die Flügelradkammer 40 einströmt. Damit auch die Strömungsgeschwindigkeit an jeder Anströmöffnung zumindest ungefähr gleich gross ist, verjüngt sich die Einströmkammer 38 zu beiden Seiten der Mittelebene 92 in Richtung auf den Abflußstutzen 14 in der Weise, dass der vor jeder der Anströmöffnungen der Flüssigkeitsströmung zur Verfügung stehende Einströmkammerquerschnitt entsprechend der Summe der vor der betreffenden Anströmöffnung liegenden Anströmoffnungsguerschnitte abnimmt .

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Nachdem die Flüssigkeit das Flügelrad 46 angetrieben hat, verlässt sie die Flügelradkammer zu gleichen Teilen nach oben und unten durch die Auslassöffnungen 88a bis 88f hindurch, wobei durch die Abdeckungen 90 für die abströmende Flüssigkeit dasselbe erreicht wird wie durch die Verjüngung der Einströmkammer 38. Die Flüssigkeit strömt dann über und unter dem Messkammereinsatz 28 zu einer Abströmkammer 94 und von dort in den Abflußstutzen 14.

Oberhalb und unterhalb des Flügelrads 46 befinden sich in bekannter Weise radial verlaufende Staurippen 96 bzw. 98, die bei dem erfindungsgemässen Durchflussmengenmesser von den Wandbereichen zwischen den Auslassöffnungen 88a bis 88f gebildet werden.

Erfindungsgemäss sind ausserdem die Entlüftungs- und die Schmutzöffnung 74 bzw. 76 grosser als die Öffnungen des Filters 20, so dass gewährleistet ist, dass nur solche Schmutzpartikel das Filter 20 passieren können, die auf alle Fälle über die Öffnungen 74 und 76 die Einströmkammer 38 wieder verlassen können.

Alle Teile des Messkammereinsatzes 28, eventuell mit Ausnahme der Flügelradachse 48 sowie ■der Lager für das Flügelrad und der Magnetkupplung 84, sind erfindungsgemäss als Kunststoff-Spritzgussteile ausgebildet und lassen sich deshalb billig mit grosser Präzision fertigen. Da der Messkammereinsatz alle für die hydraulischen Eigenschaften des Durchflussmengenzählers entscheidenden Bestandteile umfasst, müssen an die Genauigkeit des Aussengehäuses 10 keine grösseren Anforderungen gestellt werden.

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Auch lässt sich der erfindungsgemässe Durchflussmengenzähler ohne weiteres so abändern, dass er sich für grössere maximale

Durchflussmengen eignet, indem nämlich die Öffnungen 74 und 76 in geeigneter Weist gestaltet und vergrossest werden, um so Bypass-Strömungspfade an der Flügelradkammer 40 vorbei zum Abflußstutzen 14 zu schaffen.

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Im folgenden soll nun die zweite Ausführungsform nach den Figuren 6 bis 10 erläutert werden, die sich durch eine zur Flügelradachse konzentrische Einströmkammer auszeichnet. Es werden jedoch nur diejenigen Merkmale der zweiten Ausführungsform beschrieben, hinsichtlich welcher die letztere von der ersten Ausführungsform abweicht.

Wie am besten die Figuren 9 und 10 erkennen lassen, überragt die äussere Umfangswand 36' des Messkammereinsatzes 28' sowohl die obere als auch die untere der beiden schräg verlaufenden Trennwände 68', 70' in axialer Richtung und trägt oben einen Zentrierbund 100', der auf der Innenschulter 22 des Gehäuses 10 aufliegt. Unten wird die Zentrierung des Messkammereinsatzes 28" durch eine umlaufende Nut 102¹ des Gehäusebodens 60' übernommen, in die die äussere ümfangswand 36' eingreift.

Bei konzentrisch zur Flügelradachse 48 angeordneter Einströmkammer 38' wird die Abnahme des der Flüssigkeit in der Einströmkammer zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitts in Richtung weg von der Einlassöffnung 72' allein durch die schräg verlaufenden Trennwände 68' und 70' bewirkt, so dass diese eine grössere Neigung aufweisen müssen als bei der ersten Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 5.

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Dies hat zur Folge, dass die zweite Ausführungsform eine grössere Bauhöhe besitzt als die erste Ausführungsform.

Wie durch eine Teilungsfuge 104' angedeutet wurde, wird das Gehäuse des Messkammereinsatzes 28' aus einem oberen und einem unteren Teil zusammengesetzt. Die Teilungsfuge 104' verläuft durch die Einlassöffnung 72' hindurch, so dass es möglich ist, in diese ein mit einer weichelastischen Dichtlippe 26' versehenes und als Kunststoff-Spritzgussteil ausgebildetes Filter 20' einzusetzen. Das Gehäuse 10 ist so ausgebildet, dass der Messkammereinsatz 28' beim Einsetzen in das Gehäuse so geführt wird, dass er eine schräg nach unten und in Richtung auf die Zuflussöffnung 16 zu verlaufende Bewegung durchführt und dabei die Dichtlippe 26-' gegen die Innenseite des Gehäuses 10 gepresst wird. Bei dieser Ausführungsform ist der ideale Zustand erreicht, dass sämtliche, für die hydraulischen Eigenschaften des Durchflussmengenzählers bestimmenden Merkmale in dem ohne weiteres austauschbaren Messkammereinsatz vereinigt sind.

Die Figuren 11 und 12 zeigen, dass die zwischen den Anströmöffnungen stehenbleibenden Bereiche der ümfangswand 42 bzw. 42' keinerlei spitzwinklige Kanten aufweisen, da diese, durch Abrundungen R oder Abflachungen F ersetzt worden sind.

Bei der dritten Ausführungsform gemäss den Figuren 13 und 14 wurden die Auslassöffnungen 88a bis 88f durch derart schräg gestellte, schlitzförmige Auslassöffnungen 88" ersetzt, dass sich das Flügelrad in der Draufsicht im Uhrzeigersinn dreht, wenn die Flüssigkeit entsprechend den in die' Fig. 13 eingezeichneten Pfeilen den Zähler rückwärts durchströmt - bei normaler Durchströmung (sh. Fig. 2) dreht sich das Flügelrad im Gegenuhrzeigersinn.

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Gestaltet man also die Auslassöffnungen so, dass sie bei umgekehrter Durchströmung des Zählers einen Drall der die Flügelradkammer durchströmenden Flüssigkeit erzeugen, kann der Zähler rückwärts zählen, wie dies üblicherweise gefordert wird. Ein mit dem zuletzt erwähnten Merkmal versehener, erfindungsgemässer Durchflußmengenzähler lässt sich aber auch so einsetzen, daß er mit dem vorstehend als Abflußstutzen bezeichneten Stutzen 14 an dem Flüssigkeitszulauf angeschlossen wird, ohne daß auf die Vorteile der Erfindung verzichtet werden muß.

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Claims

HOEGER₁ STBhLRECHt Ä>ARTNER

UHLANDSTRASSE 14 c · D 7000 STUTTGART 1

A 4 5 310 b Anmelder: Wassermesserfabrik

b-201 ANDRAE GmbH + Co. .

23. November 1982 Neue Ramtelstrasse 48

D-7250 Leonberg 3

ANSPRÜCHE :

( 1. j Durchflussmengenzähler für Flüssigkeiten mit einem becherförmigen Aussengehäuse, welches an seinem Umfang einander ungefähr gegenüberliegend eine Zufluss- und eine Abflussöffnung aufweist/ sowie mit einem in das Aussengehäuse einsetzbaren Messkammereinsatz, welcher eine Flügelradkammer und eine diese umfassende Einströmkammer bildet/ wobei die letztere eine mit der Zuflussöffnung in Verbindung stehende Einlassöffnung aufweist und in der ersteren ein Flügelrad mit zum Boden des Aussengehäuses ungefähr senkrechter Rotationsachse drehbar gelagert ist, sowie mit eteer zur. Elügelraiäachse insbesondere konzentrischen Flügelradkammer.-ümfangswand ., in der sich mehrere/ gegenüber der radialen Richtung in Umlaufrichtung jeweils gleichsinnig geneigte Anströmöffnungen befinden, und mit mindestens einer mit der Abflussöffnung in Verbindung stehenden Auslassöffnung der Flügelradkammer/ dadurch gekenn zeichnet, dass die Strömungsquerschnitte der Einströmkammer (38; 38') zu beiden Seiten ihrer Einlassöffnung (72; 72') in Strömungsrichtung abnehmen und die Flügelradkammer (40) in Achsrichtung zu beiden Seiten der Anströmöffnungen (44a bis 44f) jeweils mindestens eine Auslassöffnung (88a bis 88f; 88") aufweist.

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2. Zähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsguerschnitt der Einströmkammer (38; 38') unmittelbar ,vor jeder Anströmöffnung (44a bis 44f) dividiert durch den Strömungsguerschnitt der Einströmkammer unmittelbar vor der ersten Anströmöffnung (44a bzw. 44d) der betreffenden Kammerseite zumindest ungefähr m-n

m beträgt, wobei m die Gesamtzahl der Anströmöffnungen einer Kammerseite und η die Zahl derjenigen Anströmöffnungen bedeutet, die auf dieser Kammerseite vor der betreffenden Anströmöffnung liegen.
3. Zähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die die Flügelradkammer (40) verlassende Flüssigkeit sowohl von den oberen als auch von den unteren Auslassöffnungen (88a bis 88f) jeweils ein Strömungspfad, zur Abflussöffnung (18) führt und dass die Strömungsguerschnitte dieser Strömungspfade in Richtung auf die Abflussöffnung zunehmen.
'4. Zähler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Strömungspfade für die die Flügelradkammer (40) verlassende Flüssigkeit von der Einströmkammer (38) durch eine Trennwand (68, 70) getrennt ist, die, senkrecht zur Flügelradachse (48) sowie zur Verbindungslinie von Zufluss- und Abflussöffnung (16, 18) gesehen, schräg zu einer zur Flügelradachse senkrechten Ebene verläuft..; ,
5. Zähler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einströmkammer (40) in Richtung der Flügelradachse (48) beidseitig durch Trennwände (68, 70) begrenzt wird, die in Richtung zur Abflussöffnung (18) schräg aufeinander zulaufen.

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6. Zähler nach Anspruch 4.oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine ümfangswand (42) der Einströmkammer (38) in Richtung der Flügelradachse (48) an der Trennwand (68, 70) endet.
7. Zähler nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Einlassöffnung (72) hin geneigten Anströmöffnungen (44a, 44b, 44c) einen kleineren Gesamtquerschnitt aufweisen als die von der Einlassöffnung wegweisenden Anströmöffnungen (44d bis 44f) .
8. Zähler nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Flügelradkammer (40) in Richtung der Flügelradachse (48) beidseitig begrenzenden Stirnwänden (4 9, 50) jeweils mehrere Auslassöffnungen (88a bis 88f) vorgesehen sind, wobei die der Abflussöffnung (18) näher liegenden Auslassöffnungen (z.B. 88c, 88f) einen kleineren Querschnitt aufweisen als die fernerliegenden.
9. Zähler nach einem oder mehreren der· vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einströmkammer (38)' relativ zur Flügelradachse (48) exzentrisch angeordnet und zur Zuflussöffnung (16) hin verlagert ist.
10. Zähler nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichent, dass die Einströmkammer (38) die· Flügelradkammer (40) nur teilweise umfasst und zwischen der letzteren und der Abflussöffnung (18) eine Abströmkammer (94) vorgesehen ist, über die die Auslassöffnungen (88a bis 88f) mit der Abflussöffnung (18) verbunden sind.

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11. Zähler nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Einströmkammer (38) in Richtung der Flügelradachse (48) beidseitig begrenzenden Stirnwänden (68, 70) zumindest im Bereich der Einlassöffnung (72) oben mindestens eine Entlüftungs- und unten mindestens eine Schwerschmutz-Öffnung (74, 76) vorgesehen sind.
12. Zähler nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der in einer Umf angswand (36') der Einströmkammer (38") liegenden Einlassöffnung (72') ein Filter (20') angeordnet ist.
13. Zähler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Einström- und die Flügelradkammer bildendes Gehäuse des Messkammereinsatzes (28') quer zur Flügelradachse (48) und durch die Einlassöffnung (72') hindurch geteilt ist und dass das Filter (20') eine gegen das Aussengehäuse (10) anlegbare Dichtlippe (26') aufweist sowie als gesondertes Teil ausgebildet und in die Einlassöffnung (72') eingesetzt ist.
14. Zähler nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungen der Anströmöffnungen (44a bis 44f) und/oder der Auslassöffnungen (88a bis 88f) keine spitzwinkligen Kanten aufweisen.
15. Zähler nach,Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die sich infolge des schrägen Verlaufs der Anströmöffnungen (44a bis 44f) ergebenden spitzwinkligen Kanten der Flügelradkamrner-Umfangswand (42) durch - im Schnitt quer zur Flügelradachse - Abflachungen (F) mit einer Breite von ca. 0,5 bis 1 mm oder durch Radien (R) von ca. 0,2 bis 0,5 mm ersetzt wurden.

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16. Zähler nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnungen (88") bezüglich der umlaufrichtung des Flügelrads (46) so ge~ neigt sind, dass sich bei einer Anströmung des Zählers durch die Abflussöffnung·· ( 18 ) ein der normalen Drehrichtung des Flügelrads entgegengerichtetes Drehmoment ergibt.