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Flüssigkeitsmeß- und -zapfvorrichtung Die Erfindung bezieht sich auf
Flüssigkeitsmeß- und -zapfvorrichtungen, wie sie hauptsächlich zum Abgeben von Benzin
und anderen Treibstoffen in öffentlichen Zapfstellen Verwendung finden:. Es sind
Vorrichtungen dieser Art bekannt, bei denen in, einem Meßzylinder ein Kolben unter
der Wirkung des Druckes der selbsttätig umgesteuerten Flüssigkeit zwischen Hubbegrenzungsanschlägen
hin und her bewegt wird und diese Bewegungen auf ein Zählwerk übertragen werden.
Die Umsteuerung erfolgt bei diesen Vorrichtungen mit Hilfe eines vorzugsweise als
entlasteter Rohrschieber ausgebildeten Umsteuerorgans, das durch Vermittlung eines
hinsichtlich seines Auslösezeitpunktes einstellbaren Spannwerkes durch an der Meßkolbenstange
sitzende Mitnehmer betätigt wird.
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Der zuverlässige Betrieb derartiger Meß- und Zapfvorrichtungen bedingt
einen sehr leichten Gang des Umsteuerorgans, der seinerseits voraussetzt, daß das
letztere mit einem gewissen Spiel in seinem Führungsgehäuse arbeitet. Dies Spiel
hat aber zur Folge, daß eine gewisse, wenn auch kleine Menge der zu fördernden Flüssigkeit
durchleckt, also nicht mitgemessen wird. Da das Verhältnis dieser Schlupimenge zu
der geförderten Flüssigkeitsmenge sich mit der Zapfgeschwindigkeit ändert, findet
eine einigermaßen genaue Messung nur bei einer bestimmten Zapfgeschwindigkeit statt,
für die die Vorrichtung geeicht ist. Bei anderer; z. B. niedrigerer Geschwindigkeit,
fällt die in der Zeiteinheit ziemlich konstant bleibende Schlupfmenge relativ so
ins Gewicht, daß sie eine weit über das zulässige Maß hinausgehende Mehrausgabe
darstellt.
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Gemäß der Erfindung wird nun eine den praktischen Erfordernissen entsprechende
Meßgenauigkeit innerhalb weiter Zapfgeschwindigkeitsgrenzen unter Beibehaltung des
mit Spiel arbeitenden und deshalb sehr leicht gehenden Umsteuerschiebers dadurch
erreicht, daß man zum Ausgleich des durch das Spiel des Schiebers bedingten, die
gezapfte Flüssigkeitsmenge über das durch den Meßkolbenhub bestimmte Maß vergrößernden
Schlupfdurchganges den Meßkolben bei niedrigerer Zapfgeschwindigkeit, wenn also
der Schlupfdurchgang relativ größer ist, einen geringeren als den durch die Hubbegrenzungsanschläge
bestimmten Hub ausführen läßt. Zu diesem Zweck läßt man den Zeitpunkt, zu dem das
Schaltwerk des Umsteuerschiebers ausgelöst wird, nicht wie man es sonst zur Erzielung
größter Meßgenauigkeit für erforderlich hielt, mit dem Zeitpunkt des Gegentreffens
der Anschläge des Meßkolbens an seine Hubbegrenzungen zusammenfallen, vielmehr wird
der Zeitpunkt der Schaltwerkauslösung um einen solchen Betrag vorverlegt, daß die
Umsteuerung eine gewisse Zeitspanne vor Beendigung des normalen, Kolbenhubes erfolgt.
Bei normaler Betriebsgeschwindigkeit vollendet dann der Meßkolben infolge der größeren
Beschleunigung sowohl des Kolbens wie auch der auf ihn drückenden Flüssigkeitssäule
trotzdem seinen Hub, so daß das gesamte Meßzylindervolumen ausgegeben wird.
Bei
geringerer Betriebsgeschwindigkeit dagegen machen sich die Trägheitskräfte weniger
geltend, so daß der Kolben je nach seiner Geschwindigkeit auf einer größeren oder
kleineren Entfernung von seiner Hubbegrenzung umkehrt, also eine entsprechend geringere
Flüssigkeitsmenge ausgegeben wird. Diese Minderausgabe wird durch die durch das
Spiel des Umsteuerschiebers bedingte Leckflüssigkeitsmenge ausgeglichen, so daß
auch bei langsamem Arbeiten des Apparates annähernd der volle Inhalt des Meßzylinders
ausgegeben wird. Erreicht wird die Vorverlegung des Auslösezeitpunktes durch entsprechende
Bemessung der Abstände der das Schaltwerk des Umsteuerschiebers auslösenden Mitnehmer
der Meßkolbenstange von den betreffenden Hubbegrenzungsanschlägen.
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In der Zeichnung ist in Fig. i eine Meß- und Zapfvorrichtung, auf
die die Erfindung Anwendung findet, in einer beispielsweisen Ausführungsform in
senkrechtem Längsschnitt veranschaulicht, während Fig. 2 ein Diagramm darstellt,
aus dem sich die gemäß der Erfindung erreichbare Meßgenauigkeit ergibt.
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Die dargestellte Meß- und Zapfvorrichtung enthält einen Meßzylinder
A aus Glas oder sonstigem durchsichtigem Material, in dem der Meßkolben B auf und
ab beweglich ist. Mit dem Kolben B steht die Kolbenstange C in fester Verbindung,
die nach unten aus dem Zylinder B herausragt. Die Kolbenstange ist auf der einen
Seite mit einer Zahnung versehen, die in ein Zahnrad 24 eingreift. Auf der Welle
dieses Zahnrades sitzt ein Exzenter 25, das durch eine Exzenterstange und einen
Schalthebel die Aufundabbewegungen des Kolbens B auf die Hauptwelle des Zählwerkes
D überträgt.
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Das untere Ende des Meßzylinders B steht mit dem die Kolbenstange
C und das Exzentergetriebe einschließenden Gehäuse F in. freier Verbindung. Dies
Gehäuse ist bis auf einen Durchgang, der zu dem Innern des Gehäuses des Umsteuerventils
oder Umsteuerorgans E führt, dicht geschlossen. Das Umsteuerventil E ist als Rohrschieber
mit durchgehender Bohrung ausgebildet, der zur Sicherung eines leichten Ganges mit
ziemlich erheblichem Spiel in seinem Gehäuse geführt ist. Das Gehäuse des Schiebers
E weist drei Ringkanäle 12, 13 und 14 auf, von denen der mittlere, 13, durch eine
Leitung mit dem oberen Ende des Meßzylinders A in Verbindung steht. Zu dem Ringkanal
12 führt die von der (nicht dargestellten) Flüssigkeitszufuhrpumpe kommende Flüssigkeitszuleitung
16, während an den Ringkanal 14 die Zapfleitung 17 angeschlossen ist, die zur Zapfstelle
führt.
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Der Umsteuerschieber wird durch Vermittlung eines Winkelhebels 5 hin,
und her bewegt, der innerhalb des Gehäuses F bei 18 drehbar gelagert ist und mit
einem Langloch 22 einen Zapfen 23 umfaßt, der an einem mit dem Umsteuerschieber
E fest verbundenen Bock ig sitzt. Das andere Ende des Winkelhebels 5 trägt einen
mit einer schneidenförmigen Kante versehenen Nocken 6. Mit diesem Nocken 6 wirkt
ein gleichfalls schneidenförmig ausgebildeter Nocken 7 zusammen, der am freien Ende
eines bei 2o gleichfalls im Innern. des Gehäuses F gelagerten Hebels 8 sitzt, der
unter der Wirkung einer Zugfeder g steht. Der den Nocken 6 tragende Schenkel des
Winkelhebels 5 ist mit einem Fortsatz 21 versehen, der in. der Bewegungsbahn zweier
an der Kolbenstange C seitlich vorspringender Mitnehmerstifte i, 2 liegt. -Das untere
Ende der Kolbenstange C trägt einen Bund io, der als Anschlag dient, wenn der Meßkolben
B das obere Ende seines Hubes erreicht hat. In diesem Augenblick trifft der Bund
io auf einen nach innen vorspringenden Flansch 4 des Gehäuses F. Die Begrenzung
des Abwärtshubes des Meßkolbens B erfolgt durch Gegentreffen von auf der Unterseite
des Kolbens vorgesehenen Putzen ii an einen Vorsprung 3 des Gehäuses F.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Sobald der Kolben B, wie in. Fig.
i veranschaulicht, das untere Ende seines Hubes erreicht hat, ist durch Vermittlung
des Mitnehmers i der Kolbenstange C der Fortsatz 2i des Winkelhebels 5 so weit nach
unten bewegt, daß der Nocken 6 mit seiner Schneide die Schneide des Nockens 7 überschreitet.
Bis hierher hat das andere Ende des Hebels 5 den Zapfen 23 vermöge des Langlochs
22 nur im letzten Hubteil ein wenig mitgenommen, so daß der Schieber E die in der
Zeichnung dargestellte Lage einnimmt, in der er nur um ein geringes aus seiner linken
Endstellung herausbe@vegt ist. Hier bleibt er aber nicht stehen, weil sofort, nachdem
die Scheitel der beiden Nocken 6, 7 aneinander vorbeigegangen sind, der unter dem
Einfluß der Feder g stehende Nocken am Nocken 6 entlanggleitend den Hebel 5 noch
weiter nach unten drückt und dadurch mittels des Langloches 22 den Zapfen 23 und
somit den Schieber E in die rechte Endstellung weiterschiebt, und zwar mit erhöhter
Geschwindigkeit. In dieser Stellung verbindet der Schieber E die Zulaufleitung 16
mit der Unterseite des Kolbens B, der jetzt aufwärts getrieben wird, zumal die über
ihm stehende Flüssigkeit nunmehr durch die Leitung 15, welche jetzt mit der Ablaufleitung
i7 verbunden ist, verdrängt werden kann. So erfolgt die Umsteuerung des Schiebers
E jedesmal, sobald der Kolben B das untere oder obere Ende seines Hubes erreicht.
In dieser Weise
arbeiteten die bisher üblichen Apparate dieser Art.
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Gemäß der Erfindung wird nun beispielsweise durch entsprechende Vergrößerung
des Abstandes der Mitnehmer i und 2 von den den Kolbenhub begrenzenden Anschlägen
ii bzw. io der Zeitpunkt, zu dem die gegenseitige Überschreitung der Nocken, 6,
7 erfolgt und damit der Umsteuervorgang eingeleitet wird, so weit vorverlegt, daß
die Umsteuerung erfolgt, wenn die Anschläge io bzw. ii noch um eine gewisse Strecke,
beispielsweise 1/2 bis 1/,0/0 des Kolbenhubes, von den Gegenanschlägen q. bzw. 3
entfernt sind. Bei normaler Betriebsgeschwindigkeit setzt der Kolben infolge seiner
Trägheit sowie der Trägheit der ihn bewegenden Flüssigkeitssäule seine Bewegung
bis zur tatsächlichen Erreichung seiner Hubgrenzen fort, so daß jeweils das ganze
Volumen des Meßzylinders durch die Leitung 17 ausgetrieben und gleichfalls das volle
Zylindervolumen auf der anderen Kolbenseite in den Meßzylinder eingeführt wird.
Bei geringerer Betriebsgeschwindigkeit macht sich dagegen die Umsteuerung schon
an einer Stelle des Kolbenhubes geltend, die je nach der Verringerung der Betriebsgeschwindigkeit
mehr oder weniger von dem durch die Anschläge 3 bzw. q. bestimmten Ende des Kolbenhubes
entfernt liegt, so daß ein entsprechend geringeres Flüssigkeitsvolumen ausgegeben
zvird°. Dieser Minderbetrag wird dann durch die durch die Undichtheiten des Umsteuerschiebers
E leckende Flüssigkeitsmenge im wesentlichen zu dem vollen Zylindervolumen ergänzt.
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Vorteilhaft ist auch, daß schon bei nicht sehr weitgehender Minderung
der Betriebsgeschwindigkeit auf beispielsweise 1/3 des normalen Wertes die Umschaltung
des Schiebers erfolgt, ohne daß der Kolben einen der Anschläge 3 oder .4 erreicht,
dabei aber der Spielraum zwischen Scheitelüberschneidung des Umschaltwerkes und
Kolbenanschlag zum Teil als Kolbenhub ausgenutzt wird, so daß zwar eine Kolbenhubverkleinerung
zustande kommt, die aber geringer ist als bei sehr weitgehender Geschwindigkeitsverminderung.
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In Fig. 2 sind die Verhältnisse der Mengenzunahme infolge des Durchschlupfes
und der Mengenabnahme infolge der , Kolbenhubverminderung abhängig von der abnehmenden
Arbeitsgeschwindigkeit schaubildlich dargestellt. Für die normale Leistung von z.
B. 301 pro Minute ist eine zusätzliche Schlupfmenge s von z. B. 1/4% bei der Eintarierung
durch entsprechende Annäherung der Kolbenhubbegrenzungsanschläge bereits 'berücksichtigt.
Diese Menge ist in Prozenten auch bei ,l01 pro Minute und bei 2o 1 pro Minute dieselbe,
weil die Zeitveränderung durch die Veränderung des Druckgefälles ziemlich ausgeglichen
wird. Es ist nämlich zu berücksichtigen" daß die Schlupfmenge, welche durch den
Schieberspalt hindurchgeht, auch vom wirksamen Druckgefälle abhängig ist, welches
um so größer ist, je schneller gearbeitet wird, weil beire schnelleren Arbeiten
der in der Meßvorrichtung zu überwindende Strömungswiderstand entsprechend wächst.
Sobald aber die Geschwindigkeit auf weniger als etwa die Hälfte des normalen Wertes,
d. h. auf weniger als z. B. 15 bis 2o 1 pro Minute, sinkt, tritt eine der
weiteren Verlangsamung entsprechende weitere Überdruckminderung nicht mehr ein,
und der Überdruck ist jetzt nur noch von dem Widerstand abhängig, welcher durch
die Kolbenreibung und die Arbeiten der Schieberumsteuerung und des Zählerantriebes
bedingt ist. Dieses sind einigermaßen konstante Größen, so daß jetzt bei weiter
sinkender Geschwindigkeit die Schlupfmenge relativ um so größer ausfällt, je mehr
Zeit für die Abgabe der gleichen Flüssigkeitsmenge verbraucht wird. Dieses ergibt
für die Kurve Z der Mengenzunahme s durch Schlupf den Übergang in eine HyperbelZ1,
deren eine Asymptote eine um die Normalschlupfmenge s (von z. B. 1/4°/o) tiefer
liegende Horizontale-ist, während die andere Asymptote die der Zapfleitung Null
entsprechende Vertikale ist. Man sieht aus dieser Darstellung, daß bei stark sinkender
Geschwindigkeit die durch die Tarierung nicht ausgeglichene Zusatzschlupfmenge Z1
immer größer wird, so daß sie schließlich die zulässige Eichtoleranz E bei weitem
überschreitet.
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Erfolgt nun erfindungsgemäß bei verringerter Geschwindigkeit die Umsteuerung
des Schiebers jeweils beiderseits vor dem Kolbenanschlag, und zwar z. B. um ein
solches Maß, daß etwa 2mal 1/2°/o = 10/, weniger Hubvolumen erzielt wird,
so ergibt sich bei sehr kleinen Zapfleistungen von z. B. o bis 2,5 1/Min. eine Abnahme
der Ausgabemenge um il)/, des Hubvolumens entsprechender Kurve A. Wird im übrigen
angenommen, daß die Verkleinerung des Kolbenhubes bei einer Zapfleistung von etwa
io bis i51 beginnt, so nimmt sie schätzungsweise den Verlauf der Kurve A 1 ein,
deren Ordinaten mit -ai bezeichnet sind. Den zusätzlichen Schlupfmengen z1 stehen
also die Mehrabgaben a1 gegenüber, so daß nur die Differenzen beider Beträge als
Ungenauigkeitsbeträge et in die Erscheinung treten, d. h. u = z1
- a1.
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Im vorliegenden Beispielsfall beträgt die Ungenauigkeit u
erreicht also selbst bei Verlangsamung der Gescbwindigkeit
auf
2,51/Min. noch nirgends die 1/20/0 betragende Eichgrenze E, während ohne Kolbenhubverminderung
diese Grenze schon bei einer Verminderung der Geschwindigkeit auf weniger als 81/Min.
überschritten werden würde.
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Es ergibt sich also, daß durch das Mittel der Kolbenhübverkleinerung
bei verlangsamter Geschwindigkeit bei der kritischen Geschwindigkeitsabhahme auf
weniger als 1/3 der Normalgeschwindigkeit eine zweckmäßige Korrektur erzielt wird,
durch die es möglich wird, selbst bei noch kleinerer Geschwindigkeit als beispielsweise
1/l0 der normalen im Rahmen der Eichtoleranz zu bleiben.
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Es- mag dahingestellt bleiben, ob zweckmäßigerweise der Scheitelpunkt
der Umsteuerung auf 1/4, 1/2 oder 3/,0/0 des Kolbenhubes als Abstand vom Kolbenanschlag
eingestellt wird, zumal von Fall zu Fall für jedes System von derartigen Messern
ausprobiert werden muß, welche Hubminderungseinstellung am vorteilhaftesten ist.
In der Regel wird man aber stets mindestens 1/00/0 des Hubes an jedem Umsteuerungsende
einsparen müssen., d. h. im ganzen eine Gesamthubminderung von mindestens 2/0 =
1/30/0 anstreben, die auch bei einem sehr dichten Schieber infolge seiner noch immer
verbleibenden Schlupfmengenzunahme bei besonders langsamem Betrieb erforderlich
sind.