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Einmembrangasmesser mit gleichmäßiger Membranbelastung Bei einmembranigen
Gasmessern ist es bekanntlich nötig, während des Membranhubes eine Kraft aufzuspeichern,
die am Ende des Hubes die Umschaltung der Steuerorgane vollzieht. Sofern nun als
Kraftspeicher eine Feder (oder auch mehrere)- dient, wächst während eines Membranhubes
mit fortschreitender Federspannung die aus der Membranbewegung abgenommene Kraft
und als Folge davon der Druckverlust. Dieses Anwachsen des Druckverlustes bei jedem
Membranhube von neuem ist aber in hohem Grade unerwünscht, weniger wegen der absoluten
Höhe des Druckverlustes, als vielmehr wegen der Schwankung desselben, da diese sich
in den Gasverbrauchsgeräten lästig bemerkbar macht.
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Es ist bereits bekannt, diese Druckverlustschwankung durch Einschaltung
einer veränderlichen Übersetzung in die Übertragung der Membranbewegung auf das
Kippspannwerk zu kompensieren.
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Erfindungsgemäß wird nun der mit fortschreitender Spannung der Speicherfeder
Wachsende Arbeitsbedarf in seiner Rückwirkung auf den Gasdruck durch Größenänderung
der wirksamen Membranfläche kompensiert, welche zur Deckung dieses Mehrbedarfs an
Arbeit herangezogen wird. Zur näheren Erläuterung, wie dies erreicht wird, wird
die folgende Betrachtung angestellt.
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Der Arbeitsaufwand, auf Kosten dessen sich die Vorgänge im Gasmesser
abspielen, erschöpft sich letzten Endes darin, daß die hindurchgegangene Gasmenge
an Druck einbüßt; eine andere Quelle, aus welcher Arbeit gewonnen werden könnte,
ist nicht vorhanden. Betrachten wir eine bestimmte Zeitdauer und sind in dieser
Zeit V Liter Gas durch den Gasmesser geströmt, und hat dieses Gas dabei um P Millimeter
Wassersäule an Druck verloren, so kann man den dabei verbrauchten Arbeitsaufwand
A durch die Gleichung ausdrücken: A-V#P, wobei betont werden muß, daß in in diesem
Falle unter P nicht der Gesamtdruckverlust des Gasmessers, sondern lediglich der
Druckunterschied zu versteifen ist, der zwischen den Räumen unmittelbar vor und
unmittelbar hinter der Membran besteht, denn nur dieser leistet den mechanischen
Antrieb, von dem allein hier die Rede sein soll. Diese Gleichung gilt auch dann,
wenn man nur Bruchteile ganzer Gasmesserumdrehungen in Betracht zieht.
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Vergleicht man zwei kurze, gleiche Zeiträume t1 und- t2 miteinander,
von welchen t1 zu Beginn der Federspannung und t2 mehr am Ende derselben liegt,
und soll in beiden Zeiträumen auch die Zunahme der Federspannung gleich sein, dann
ergibt sich selbstverständlich für den Zeitraum t2 ein größerer Arbeitsaufwand als
für den gleichen Zeitraum t1, weil nun die gesteigerte Vorspannung der Feder überwunden
werden muß. Also der zu t2 gehörige Arbeitsaufwand A2 ist größer
als
der zu t1 gehörige Arbeitsaufwand A,. Wenn also für den Zeitraum t1 die Gleichung
gilt: Al- V-Pl, dann gilt für den Zeitraum 12 die Gleichung A,-Tl-P.. Will man nun
gemäß der Erfindung den in Rede stehenden :Mehrbedarf an Arbeit aus dein Faktor
V decken, so würden die beiden Gleichungen lauten: für t1 : Al - hl
- P,
für t.: A. - Tl., - P.
Das bedeutet also, daß man
den Gasmesser so einzurichten hat, daß die in der Zeit t2 geförderte Gasmenge im
richtigen Mäße größer ist als die in der Zeit t1 geförderte Menge. Und der Mehrbedarf
an Arbeit ist dann in der Form gedeckt, daß eine relativ größere Menge Gas um den
gleichen Betrag an Druck verliert, anstatt daß eine etwa gleiche Gasmenge einen
ansteigenden Druckverlust erleidet.
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Die praktische Durchführung dieses Grundgedankens kann in der Art
erfolgen, daß die Membran so eingefaßf und eingebaut wird, daß sie zu Beginn ihres
Hubes nur mit einem Teil ihrer Fläche dem Gasdruck ausgesetzt ist, und daß sich
dieser dem Gasdruck ausgesetzte Teil während des Hubes" stetig oder stufenweise
vergrößert. Dadurch wird pro Einheit der Hublänge ein stets steigendes Gasquantum
gefördert; da aber die Hubbewegung im allgemeinen etwa proportional mit der Federanspannung
verläuft, so ist also auf diese Weise das gesteckte Ziel erreicht.
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Ein Ausführungsbeispiel des Gasmessers gemäß Erfindung ist in der
Fig. i als senkrechter Schnitt und in stark schematisierter Weise dargestellt. Und
zwar wurden zur klaren Darstellung die wichtigen Teile sämtlich in die Zeichnungsebene
verlegt, obwohl sie bei praktischer Ausführung besser eine andere Anordnung im Raume
erhalten würden. Fig. 2 zeigt einen Schnitt A-B der Fig. I.
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Das Gehäuse des Gasmessers gemäß diesem Schema hat man sich im wesentlichen
zylindrisch mit der Achse n-ya vorzustellen und mit auf den Mantel aufgebautem Steuerungsraum.
Der Eingang E liegt unten, der Ausgang A oben. .
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Die beiden Meßkammern i und 2 sind durch eine Membran voneinander
getrennt, welche abweichend von sonstigen Membranen konstruiert ist.
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Ein zylindrischer Hohlkörper 3 ist an zwei Gliedern 4. pendelnd aufgehängt
und dadurch in axialer oder ungefähr axialer Richtung leicht beweglich. Ein beiderseitig
nach innen umgestülpter und so nahezu in sich zurücklaufender Schlauch 5 aus Leder
oder anderem weichem Stoff ist mit den Enden auf den Zylinder 3 aufgezogen und durch
zwei Bänder 6 festgespannt. Zwischen den beiden Bindungen 6 sind Löcher 7 im Zylindermantel
angebracht, durch welche der Innenraum des Zylinders 3 stets mit dem ringförmigen
Hohlraume kommuniziert, den der umgestülpte Lederschlauch 5 umschließt. Beide Räume
zusammen ergeben den Membranenhohlraum. Durch den Überdruck des in diesem Raume
befindlichen Gases beutelt sich der Schlauch in der Weise auf, wie es in der Fig.
i gezeigt ist.
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Der Zylinder 3 ist mit zwei Böden S und 9 verschlossen, deren jeder
ein Ventil enthält, hier z. B. angenommen als Löcher io und 12 mit auf der Innenseite
darübergelegten Lederstreifen i i und 13, die an ihren Enden durch die Falzleisten
14 gehalten sind (zu vgl. Fig.2). Ventile dieser Art wirken als Rückschlagventile,
indem sie sich dem Gasstrom nur in einer Stromrichtung öffnen, in der anderen aber
verschließen, und sie sprechen bereits auf geringste Druckdifferenzen zuverlässig
an. Übrigens können auch mechanisch bewegte Ventile statt dessen verwendet werden.
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In Fig. i ist die Stellung der Membran gezeichnet, die sie kurz vor
dem Ende des von rechts nach links verlaufenden Hubes hat; also die Kammer 2 steht
mit dem Eingang E in Verbindung und füllt sich, die Kammer i steht mit dem Ausgang
A in Verbindung und entleert sich. Der in der Meßkammer 2 herrschende Überdruck
füllt durch das offene oder sich ihm öffnende Ventil 12, 13 den Membranenhohlraum
mit Gas, das unter Eingangsdruck steht, so daß als eigentliche Begrenzung zwischen
den Meßkammern i und 2 im wesentlichen die linken Begrenzungswände des Membranenhohlraumes
gelten. Das Ventil io, i1 wird durch den inneren Überdruck geschlossen oder geschlossen
gehalten.
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Mit dem Vorschreiten nach links legt sich das durch den inneren Überdruck
(Eingangsdruck) aufgebeutelte Leder mehr und mehr an die kegelstumpfförmige Begrenzungsfläche
15 der Meßkammer i an, so daß die linken Begrenzungswände der Membran mit dem Vorschub
nach links eine stetige Vergrößerung erfahren. Der Neigungswinkel der Fläche i5
ist bestimmend für das Maß der Vergrößerung.
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Wenri nun am Ende des Hubes durch Umschaltung des Ventilsatzes 17
die Kammer i mit dem Eingang und die Kammer 2 mit dem Ausgang in Verbindung kommt,
dann öffnet
sich das Ventil io, ii und es schließt sich 1z,
13. Wiederum ist der Membranenhohlrauin mit dem Eingangsdruck in Verbindung,
der nun allerdings von der anderen Seite kommt. Entsprechend wirken als eigentliche
Scheidewand zwischen den Kammern i und 2 im wesentlichen jetzt die rechten Begrenzungswände
des Membranenhohlraumes. Die anfänglich ganz kleine Ausbeutelung des Lederschlauches
5 auf der rechten Seite nimmt mit fortschreitender Rechtsbewegung der Membran zu,
wobei sich. das Leder zwischen dein Zylindermantel 3 und der Kegelstumpffläche 16
blasenartig aufbläht.
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Auf diese Weise beginnt also jeder Membranenhub mit einer gasgedrückten
Fläche von bestimmter Größe, und diese Größe nimmt während des Hubes stetig zu,
derart, daß am Ende des Hubes ein Maximalwert an Flächengröße erreicht ist. Somit
wird der Mehrbedarf an Arbeit, welcher durch die zunehmende Spannung und Gegenwirkung
der Feder des Kippspannwerkes verursacht wird, gegen Ende der Federspannung durch
die größer werdende Fläche geliefert, ohne daß es einer veränderlichen Übersetzung
bedarf.
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Die beschriebene Bauart bietet aber nicht nur die Möglichkeit, mit
zunehmender Federspannung überhaupt eine größer werdende Membranfläche zur entsprechenden
Arbeitsleistung heranzuziehen, sondern sie liefert die Möglichkeit, die zunehmende
Federspannung von Punkt zu Punkt maßgenau durch Vergrößerung der Membranfläche zu
kompensieren. Daß der Neigungswinkel der Flächen 15 und 16 entsprechend gewählt
werden kann, wurde schon erwähnt. Auch kann der Querschnitt dieser Flächen in einer
passenden Kurve statt geradlinig verlaufen.
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Ferner bietet folgender Umstand eine Anpassungsmöglichkeit an gegebene
Verhältnisse: Die gesamte Meinbranfläche besteht aus zwei Teilen, einem von unveränderlicher
Größe, dargestellt im wesentlichen durch die Größe des Bodens ä (bzw. 9), und einem
zweiten von veränderlicher Größe, dargestellt im wesentlichen durch die Ringfläche
des Lederschlauches an der Stelle der größten Aufblähung. Indem man nun den Wert
der unveränderlichen Größe im Verhältnis zum Maximalwert der veränderlichen Größe
variiert, besitzt man eine Anpassungsfähigkeit in sehr zweiten Grenzen, um die Charakteristik
des Vorganges zu bestimmen und eine möglichst vollkommene Kompensation zu eireichen.
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Das Kippspannwerk ist in der Zeichnung nicht enthalten, da seine Wirkungsweise
als bekannt vorausgesetzt werden kann, ebenso wie das durch das Kippspannwerk bewirkte
Zusammenarbeiten zwischen Membranbewegung und Ventilsatz 17.