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Flügelradzähler für Anzeige des Produktes aus Menge und einer zweiten
Meßgröße Die bisher bekanntgewordenen Geräte, die das Produkt aus der Flüssigkeitsmenge
und einer zweiten Meßgröße (Temperatur t, Drucks, Wichte <3) anzeigen, bestehen
meist aus zwei Anzeigegeräten und einer Integriervorrichtung, die die Anzeige des
Flüssigkeitszählers mit der des zweiten Anzeigegerätes für t, p oder <3 selbsttätig
multipliziert. Ein solches Gerät setzt sich also im Grunde aus drei Einzelgeräten
zusammen und ist demzufolge in Aufbau verhältnismäßig kompliziert.
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Hinzu kommt, daß fast alle bekannten Integriervorrichtungen intermittierend
arbeiten.
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Die Produktbildung erfolgt in einzelnen Zeitabschnitten mit gleich
langen Pausen, obwohl das zu messende Mittel gleichmäßig fließt.
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Bei häufigen und starken Schwankungen der zweiten Meßgröße können
sich ungenaue Anzeigen ergeben.
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Bei den Wärmezählern als dem bekanntesten Anwendungsbeispiel derartiger
Geräte ist das zweite Anzeigegerät ein Temperaturmesser; das angezeigte Product
sindWärmeeinheiten.
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Während alle bisher in der Technik verwendeten Geräte dieser Art
mit Integriervorrichtungen arbeiten, erübrigt sich dies bei der vorliegenden Erfindung.
Das gelingt erstens durch Anwendung eines Flügelradzählers als Mengenmesser und
zweitens durch Veränderung der Beaufschlagung des Flügelrades proportional zur Veränderung
der zweiten Meßgröße. Dieser Grundgedanke ist an sich bekannt. Obwohl eine Reihe
von Vorschlägen in dieser Richtung vorliegen, weisen aber alle, wie noch näher gezeigt
wird, mehr oder weniger grundsätzliche Mängel auf, was offenbar auch der Grund ist,
daß Geräte nach diesem Konstruktionsprinzip bisher nicht bekanntgeworden sind.
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Jeder Flügelradzähler ist mit einer Regelvorrichtung versehen, durch
die die aus der Herstellung oder infolge Abnutzung bei längerem Betrieb sich ergebenden
Abweichungen ausgeglichen werden, die also, kurz gesagt, zum Eichen dient. Ein bekannter
Vorschlag geht dahin, diese Regelvorrichtung
beweglich zu gestalten
und mit dem Anzeigegerät für die zweite Meßgröße mechanisch zu kuppeln. Man erhält
so ein nur in einem sehr beschränkten Meßbereich anzeigendes Gerät.
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Von einem Gerät für Produktanzeige muß aber u. a. verlangt werden,
daß es auch die Nullwerte anzeigt, wenn die zweite Meßgröße a.uf den Nullwert herabsinkt,
während die Iilüssi;eit strömt. Die üblichen Regelvorrichtungen haben aber nur einen
Verstellbereich von # 10%, höchstens # 25% der Anzeige. Wollte man dazu übergehen,
die Regelvorrichtungen so umzukonstruieren, daß ihr Verstellbereich größer wird
so würde sich z.B. bei allen Regel vorrichtungen, die nach dem Stauprinzip arbeiten,
eine völlige Ab, sperrung des Flüssigkeitsstromes für den Grenzfall ergeben, daß
sich die zweite Meßgröße dem Grenzwert Null nähert. Ferner besteht bei derartigen
wie auch bei fast allen anderen Regelvorrichtungen die Schwierigkeit, daß sich die
Flügelbeaufschlagung nicht genau linear mit der Regelstellung ändert, was ebenfalls
eine grundlegende Voraussetzung ftir die Produktbildung ist. Schließlich kann die
Regelvorrichtung bei derartigen Flügelradzählern, da sie bereits für andere Zwecke
in Anspruch genommen wird, nicht mehr die normale Regelung ausführen, die aber bei
diesen Flüssigkeitszählern nicht entbehrt werden kann.
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Ein zweiter bekannter Vorschlag ist die Anwendung des sog. Teilstromprinzips,
das darin besteht, daß dem Meßraum des Flüssigkeitszählers eine Zweigleitung parallel
geschaltet ist. Durch ein Ventil, das von der weiten Meßgröße gesteuert wird, kann
der Zweigstrom abgesperrt oder zugeschaltet werden. Bei der einfachsten Ausführungsform
dieses Prinzips wird der untere Grenzwert des angezeigten Produktes dann erreicht,
wenn die Flüssigkeit gleichzeitig durch den Nileßraum und die vollgeäffnete Nebenleitung
strömt. Das entspricht aber niemals dem Wert Null. Zur Erreichung des Wertes Null
für das Produkt, bei Nullwerden der zweiten Meßgröße, ist es nötig, daß auch die
Meßleitung ein ähnliches Ventil erhält; dies bedeutefaber schon einen erheblichen
technischen Aufwand und Überwindung einer Reihe von Konstruktionsschwierigkeiten.
Es ist in diesem Zusammenhang die Anwendung beweglicher, dicht schließender Zungen
als Ventilsystem vorgeschlagen worden. Die technische Ausführbarkeit dieses Gedankens
ist aber so schwierig, daß er noch keine praktische Anwendung gefunden hat.
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Schließlich ist versucht worden, Flügelradzähler mit asialer Beaufschlagung
(Turbinenflügel, Woltmanflügel) mit einem verstellbaren Leitapparat zu versehen,
der durch die zweite Meßgröße gesteuert wird. Derartige Zähler können aber nur für
große Rohrweiten und große Durchflußmengen benutzt werden. Für das Gebiet der kleineren
und mittleren Durch flüsse, die an sich von größerer Bedeutung silld, würde demnach
kein Meßgerät zur fügung stehen. Außerdem sind derartige Zähler gegen Strömungsstörungen
durch Krümmer und nicht ganz geöffnete Schieber am empfindlichsten, so daß an den
veränderlichen Leitapparat hydraulische Forderungen gestellt werden müssen, die
sich praktisch noch nicht verwirklichen ließen.
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Gegenüber den zuletzt geschilderten, bereits bekannten Konstruktionsvorschlägen
bezieht sich die vorliegende Erfindung bewußt auf Flügelradzähler mit radialer Beaufschlagung.
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Ihr wesentlicher Inhalt besteht in folgender Überlegung: Das Flügelrad
wird durch den Impuls des beaufschlagenden NVasserstrahles (Einstrahlzähler) bzw.
der unterteilten Wasserstrahlen (Älehrstrahlzähler) in Bewegung gesetzt. Es sei
der Einfachheit halber in der Folge nur der Einstrahlzähler betrachtet, weil er
das Grundsätzliche mit genügender Klarheit zeigt; die Anwendung auf den Mehrstrahlzähler
stellt nur eine Vervielfachung desselben Prinzips dar. Dieser Impuls ist für einen
bestimmten Leitungsquerschnitt und für ein bestimmtes, in dieser Leitung herrschendes
Druckgefälle ein konstanter Wert J. Die Drehzahl des Flügels und damit die Anzeige
des Zählers ist proportional dem Drehimpuls D.
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D---J'r. (i Hier bedeutet r den Hebelarm, an dem der Impuls angreift.
Bei gegebenem Radius R des Flügels wird zur Erzielung eines masimalen Wirkungsgrades
ein normaler Flüssigkeitszähler so eingerichtet, daß (2) wird (Abb. I). Bei der
vorliegenden Erfindung dagegen wird eine lineare Beziehung zwischen r und der zweiten
NIeßgröße t, f' <3 bergestellt, so daß r = c1 t oder . .p oder cs # 8 (3) wird
und damit z. B.
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D = c1.J.t. @4 Es ergibt sich also ein grundsätzlicher t nterschied
gegenüber dem weiter oben geschilderten Teilstromprinzip, nach welchem j verändert
wird, so daß J=C.t (5) ist. Hierbei muß z. B. für t = Sull auch J Null werden, was
nur so zu verwirklichen
ist, daß durch das Meßgerät überhaupt keine
Flüssigkeit strömt. Bei der vorliegenden Erfindung wird dagegen das Meßgerät stets
durchströmt. Es entfällt jede komplizierte Umleitung. Für t = Null wird einfach
nach der Gleichung (3) r=O, (6) d. h. der Strömungsimpuls J' trifft die Achse des
Flügel rades, wodurch kein Drehmoment erzeugt wird (Abb. I). Der Fortschritt liegt
ferner in der exakten Anwendung der physikalischen Beziehungen nach den Gleichungen
(I) und (3), wodurch die stets einwandfreie Produktbiidung zwischen den beiden zu
multipl izierenden Meßgrößen gemäß Gleichung (4) von vornherein gewährleistet wird.
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Die Zeichnung zeigt'Prinzip und Ausführungsbeispiele der Erfindung;
es zeigt Abb. I eine schematische Darstellung eines Flügel rades mit den beiden
durch Pfeile 1 und J' angedeuteten Grenzrichtungen des Flüssigkeitsstrahles, Abb.
2 einen Einstrahlflügelradzähler mit durch einen Schieber verschließbaren Einströmkanälen
und Abb. 3 einen Einstrahlflügelradzähler mit einer schwenkbaren Düse.
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In Abb. 2 sind zwei Einströmkanäle E1 und E2 angeordnet, deren Mündung
durch den SchieberS ganz bzw. teilweise geöffnet oder geschlossen werden. Ist die
Mündung des Kanals E2 durch den Schieber S geschlosen, so übt die durch den tangential
angeordneten Kanal es strömende Flüssigkeit ein maximales Drehmoment auf das Flügelrad
F aus. Das - Flügelrad erreicht seine maximale Umdrehungszahl. Wird die Mündung
des Kanals E1 durch den Schieber S geschlossen, so übt die durch den radial angeordneten
Kanal E2 strömende Flüssigkeit kein Drehmoment auf das Flügelrad F aus. Es wird
nicht in Umdrehung versetzt. Zwischen diesen beiden Grenzfällen liegen die Stellungen
des Schiebers S, bei dem weder der tangentiale Kanal es noch der radiale Kanal E2
ganz geschlossen sind. Bei diesen Schieberstellungen durchströmt das zu messende
Mittel beide Kanäle E1 und E2. Es wird ein entsprechendes, zwischen Null und dem
Masimum liegendes Drehmoment auf das Flügel rad F ausgeübt und somit auch eine entsprechende,
zwischen Null und einem Maximum liegende Umdrehungszahl des- Flügels erreicht.
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Es ist einleuchtend, daß je nach der Schieberstellung eine lineare
Abhängigkeit des Drehmomentes sich ergibt, was Versuche auch bestätigt haben. Der
Schieber S wird mit einem die zweite Meßgröße anzeigenden Gerät T (Thermometer,
Manometer oder Aräometer) gekuppelt. Dadurch werden die Umdrehungszahlen des Flügelrades
F entsprechend der zweiten Meßgröße verändert. DieUmdrehungszahl des Flügels wird
in bekannter Weise durch ein Räderwerk konstanter Übersetzung auf ein Zeigerwerk
übertragen, auf dem unmittelbar das Product aus Menge und der zweiten Meßgröße ablesbar
sind.
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Die vorstehend beschriebene Anwendiung des Schiebers S in Verbindung
mit den Kanälen E1 und E2 ist nur eine Ausführungsform der Erfindung. Eine weitere
ist z. B. in Abb. 3 dargestellt. Hier wird durch das Anzeigegerät der zweiten Meßgröße
eine schwenkbare Düse D gesteuert, die im Einströmkanal E eingebaut ist, so daß
sich auch hier eine einwandfreie lineare Veränderung- des Drehmomentes am Flügel
ergibt.
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Die Erfindung ist auch auf Mehrstrahlzähler anwendbar. Der Unterschied
zwischen dem Einstrahlzähler und dem Mehrstrahlzähler besteht nur in der Anzahl
der Einströmkanäle.