DE8317576U1

DE8317576U1 - Durchflussmengenmesser nach dem schwebekoerperprinzip

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Publication number: DE8317576U1
Application number: DE19838317576
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-06-16
Filing date: 1983-06-16
Publication date: 1985-01-31

Description

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! Die Erfindung richtet sichjauf ein Durchflußmengenmesser

j nach dem Schü/ebekörperprinzip, insbesondere auf eine

; konstruktive Gestaltung, die bei viskoseren Madien den

' Einfluß der Viskosität auf die lineare Abhängigkeit der

Hubhöhe des Schuiebekorpers van der Durchflußmenge kömpensiert, so daß die Markierungsabstände bei der Anzeige der

; Durchflußmenge gleich weit voneinander angeordnet sind.

Für Durchflußmengenmesser nach dem Schuebekb'jrperprinzip gilt ein linearer Zusammenhang zwischen Hubhöhe des Meßkörpers und der Durchflußmenge nach folgender Gleichung.

^QFring

lüobei folgende Bedeutungen gelten: Q Durchflußmenge (Volumen),

F - = Durchtrittsquerschnitt, Fläche des Ringspaltes,

ς = Dichte des Schuebekörpermaterials, ^ = Dichte des zu messenden Mediums, Ct = Durchflußzahl.

Die Durchflußzahl CJi ist eine Funktion der Hubhöhe und der sogenannten Ruppelzahl Ru, die den Einfluß der Viskosität des Mediums unter Turbulenz der Strömung berücksichtigt. (oC = f (h,Ru)). Diese Ruppelzahl ist eine dimensionslose Kennziffer. Die Funktionen = f (h, Ru) wurde uon den Herstellern für jeden Gerätetyp in Modellversuchen ermittelt und ist auf Kennlinienblättern den einzelnen Geräten beigefügt. Die Genauigkeit, mit der diese Kurven erstellt wurden, bestimmt die Genauigkeit der Durchflußmengenmessung.

Bei Medien mit höherer Viskosität hat sich gezeigt, daß sich die Kennziffer Ru nicht mehr mit eine r ausreichenden Genauigkeit ermitteln läßt. Das Scherverhalten des

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Mediums führt zu Temperaturveränderungen und die sich außerdem entwickelnde Turbulenz bfei höheren Strömungsgeschwindigkeiten führen zu einem solch komplexen funktionalen Zusammenhang, daß die Linearität der Grundgleichung durch eine entsprechende Abhängigkeit der Durchflußzahl d nicht mehr vorhanden ist« Dies gilt insbesondere für 1/iskoseMedien, deren Viskosität stark temperaturabhängig ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine konstruktive AusfUhrungsform für Durchflußmesser nach dem Schwebekörperprinzip zu schaffen, bei denen aufgrund der Gestaltung der Einfluß der Viskosität und temperaturbedingte Viskositätsänderungen zurückgedrängt ist und ein linearer Zusammenhang zwischen Durchflußmenge und Hubhöhe des Schwebekörpers auch bei Viskosenmedien gegeben ist.

Als Viskosemedien werden solche bezeichnet mit Viskositäten von 1 bis 2000 mr/s.

Diese Aufgabe wird gelöst durch Durchflußmengenmesser nach dem Schwebekörperprinzip mit einem im zylindrischen Innenraum eines Gehäuses angeordneten Käfig mit durch-¹ brochenen Wänden, der einen sich längs des Käfig ändernden Durchtrittquerschnitt zwischen Gehäusewand und einem innerhalb des Käfigs angeordneten Schwebekörper ergibt.

Das Kennzeichnende einer Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß innerhalb des Käfigs ·5 in seinem oberen Teil nach dem Schwebekörper 4 eine Spiralfeder angeordnet ist, deren oberes Ende am oberen Käfigende mechanisch fixiert ist und gegen deren unteres Ende der Schwebekörper 4 ab einer bestimmten Hubhöhe drückt und in der oberen Hälfte des Käfigs 5 seine Außenwand sich keilförmig nach oben verjüngende Schlitze 3 auf-

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Weist, so dal3 im Bäreich der Feder 2 mit steigender Hubhöhe des Schwebekörpers 4 ein siöh stetig verringernder Durchi'iT'-'lttsquerschnitt zwischen Gehäuswänd und em Sehtuebekörper 4 vorhanden ist. der sich am oberen Ende des Käfigs 5 am Ende der Schlitze 3 wieder auf den freien Innenquerschnitt des Käfigs 5 vergrößert.

Eine andere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Innenbohrung des Gehäuses (1) 2 - 2o mm größer ist als der Außendurchmesser des Käfigs (5) und daß der Käfig (5) außen mit einem enganliegenden Schlauch (8) aus elastischem Material umgeben ist, dessen beide Enden jeweils in der Nähe der beiden Enden des Käfigs (5) auf dessen Außenseite befestigt sind.

Weitere_f bevorzugte Ausführunysformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Bei der konstruktiven Gestaltung der ersten Ausführungsform wirkt die Federkraft der vom strömenden Medium auf den Schwebekörper ausgeübten Hubkraft entgegen. Außerdem erzeugt das strömende Medium durch den sich im oberen Teil des Käfigs im Bereich der Feder verringernden Durch-

(ririttsquerschnitt und die anschließende schnelle Vergrößerung in diesem Bereich der Querschnittsverengung eine Saugwirkung, die der Kraft der Feder entgegenwirkt. Das Käfigende und der anschließende Teil der Innenbohrung des Cleßgehäuses kann auch die Form einer Uenturi-Düse aufweisen, d.h. als ein Rohr mit Verengung, wobei der Übergang so geformt ist, daß die Querschnittsveränderung der Strömung möglichst ohne Wirbelbildung erfolgt. Für die Veränderung der Strömungsbedingungen in diesem Bereich des Käfigs gilt die Gleichung von Bernoulli und die Kontinuitätsbedingung F₁ χ V₁ = F₂ χ V^ = konstant,

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wobei V
schnitt

die Geschwindigkeit im Rohrteil mit dem Quer- ⁷A und Vj, die Geschwindigkeit im Rohrteil mit

dem Querschnitt F- ist.

Die Spiralfeder wird mit einer solchen Federkonstante ausgewählt und die Querschnittsverengung zur Erzeugung einer Saugwirkung so ausgebildet und auf die Federkonstante abgestimmt, daß insgesamt ein linearer Zusammenhang zwischen der Durchflußzahl<X und der Hubhöhe des Schwebekörpers entsteht. Durch diese konstruktiv Ausbildung wird der Einfluß der Viskosität und Turbulenz in Form der sogenannten Ruppelzahl auf das Meßergebnis vermindert. Es wird eine lineare Abhängigkeit der Durchflußmenge von der Hubhöhe des Schwebekörpers über den gesamten Meübereich auch für Viskose Medien erreicht.

Bei der weiteren Ausführungsform der Erfindung wird mit steigender Durchflußmenge der elastische Schlauch aufgeweitet, und zwar im mittleren Bereich am stärksten. Die Aufweitung kann maximal soweit gehen, daß die Außenseite des Schlauches an die Innenseite des Gehäuses an- ' stößt. Durch die Aufweitung des Schlauches entsteht eben- I falls ein sich längs des Käfigs verändernder Durchtrittsquerschnitt zwischen Schwebekörper und Schlauchinnenwand, i so daß im unteren Teil des Käfigs sich zunächst der Durch- >

trittsquerschnitt vergrößert, sich jedoch in der oberen j Hälfte des Käfigs wieder verringert. Diese Art der Querschnittsgestaltung kann zusätzlich noch dadurch verstärkt werden, daß in der Außenwand des Käfigs von unten zur Witte keilförmig sich verbreiternde Schlitze und im oberen Teil sich zum oberen Ende hin keilförmig verkleinernde Schlitze vorhanden sind. Die Rückstellkraft des elastischen Schlauches wirkt auf das Medium sin und kompensiert so den Einfluß hoher Viskosität und von Viskositätsschwankungen auf das fleßergebnis. Zusätzlich kann auch noch im oberen

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Teil des Käfigs eine Spiralfeder in gleicher liJeise wie bei der ersten Ausführungsform der Erfindung vorhanden sein, die vom Schwebekörper mit steigender Hubhöhe zusammengedrückt wird. In diesem Falle werden die Elastizität des Schlauchmaterials, die Fedarkonstante und die Schlitzgestaltung der Käfigwand so aufeinander abgestimmt, daß ebenfalls ein linearer Zusammenhang zwischen Durchflußmenge und Hubhöhe entsteht und der Einfluß der Viskosität auf die Durchflußzahl OC so gering ist, daß der Einfluß der erfindungsgemäßen konstruktion Gestaltung aufgrund seiner Abstimmung überwiegt.

Durch die erfindungsgemäße konstruktive Gestaltung des Durchflußmengenmessers können Medien, die magnetischen oder induktiven Messungen nicht zugänglich sind, beispielsweise Öle beim Strömen mengenmäßig erfaßt werden.

Für die Messung von Ölen wird vorzugsweise ein Silikonkautschuk als Schlauchmaterial verwendet. Schläuche mit einer Wandstärke von o,5 mm - 2 mm haben einerseits die erforderliche Reißfestigkeit, Temperaturbeständigkeit und die nötige Elastizität, um die beabsichtigte Wirkung zu erzieler;.

Die Erfindung wird nun anhand der Figuren noch näher erläutert.

Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch die erste Ausführungsform des Durchflußmengenmessers.

Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Durchflußmengenmessers mit dem von einem Schlauch überzogenen Käfig.

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Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform mit einem von einem Schlauch überzogenen Käfig und sich keilförmig verengenden Schlitzen im oberen Teil des Käfigs.

Figur 1 zeigt eine Ausführungsform des &rfindungsgemäßen Strömungsrriesse^'s, bei dem in einem Gehäuse (1) ein Käfig , (5) mit durchbiochener Außenwand zur Aufnahme des Schuiebekörpers (4) angeordnet ist. Der Käfig (5) weist im unteren ι Teil in der Wand keilförmige Öffnungen auf, deren Querschnitt sich nach oben vergrößert, so daß mit steigendem Hub des Schu/ebekörpers ein sich vergrößernder Austrittsquerschnitt für die Flüssigkeit aus dem Käfig ergibt. Im oberen Teil des Käfigs (5) ist eine Spiralfeder (2) angeordnet, deren oberes Ende am oberen Ende des Käfigs (5) mechanisch fixiert ist. flit steigender Höhe des Me .ßkörpers wird die Feder (2) zusammengedrückt und entwickelt eine Gegenkraft, so daß das strömende Medium mehr Kraft aufwenden muß, um den Schwebekörper weiter anzuheben. Dies würde zu einer nicht mehr linearen Beziehung zwischen Hubhöhe des Schwebekörpers und Durchflußmenge führen. Erfindungsgemäß wird deshalb im oberen Teil des Käfigs im Bereich der Feder (2) durch eine Verengung des Durchflußquerschnittes bis zum oberen Ende des Käfigs (B) und anschließende Querschnittserweiterung innerhalb des Ge-

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häuses (1) in diesem Bereich des Käfigs eine Saugwirkung in der Flüssigkeit erzeugt, die der Wirkung der Federkraft entgegengesetzt ist· Federkraft und Querschnittsverringe— rung des Durchtritts im oberen Teil des Käfigs sind so aufeinander abgestimmt, daß ein linearer Zusammenhang ziijischen der Hubhöhe des Schwebekörpers und der Durchflußmenge auch für V/iskoseFlüssigkeit gegeben ist, d. h. das Gerät eine lineare Anzeigeskala aufweist.

An den Gehäuseenden sind jeweils Innengewinde (B) zvim Einschrauben der Anschlußleitungen vorhanden. Die Stellung des Käfigs (5) innerhalb des Gehäuses (1) ist durch zwei Einsatzringe (7) fixiert.

Es ist grundsätzlich auch möglich, den Käfig so auszubilden, daß in der Nähe seiner Enden in der Außenwand eine außenliegende Nut zur Aufnahme einer O-Ring-Dichtung vorhanden ist und ein verlängertes Wandstück mit einem Außengewinde vorhanden ist, das seinerseits in das Innengewinde (B) der Gehäusewand eingeschraubt werden kann. In diesem Falle weist das verlängerte Anschlußstück ein Innengewinde zum Einschrauben der Anschlußleitung auf.

Figur 2 zeigt die Ausführungsform mit einem größeren Innendurchmesser der Bohrung des Gehäuses (1), so daß zwischen dem Käfig (5) und der Innenwand des Gehäuses (1) sin Zwischenraum vorhanden ist. An dan Gehäuseenden sind jeweils Innengewinde (B) zum Einschrauben der Anschlußlei tungen vorhanden. Die Stellung des Käfigs (5) innerhalb des Gehäuses (1) ist durch zwei Einsatzringe (7) ixiert* Der Käfig (5) weist im unteren T_eil in seiner Wand sich keilförmig nach oben hin verbreiternde Schlitze auf, die in der oberen Hälfte gleichbleibend breit sind. Auf diese Weise wird zunächst der Durchtrittsquerschnitt aus dem inneren Käfig nach außen Vergrößert. Im oberen Teil des

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Käfigs (5) ist eine Spiralfeder (2) angeordnet, deren oberes Ende am oberen Käfigende mechanisch fixiert ist. Der Käfig (5) ist mit einem flexiblen Schlauch (θ) außen umgeben. Der Schlauch (s) u/eist an beiden Enden einen Randwulst (9) auf, der in eine Nut auf der Innenseite won Einsatzringen (io) eingesetzt ist und auf diese Meise die Schlauchenden zwischen Gehäusewand und Käfig Außenseite einspannt und mechanisch fixiert. Im oberen Teil des Käfigs (5) ist eine Spiralfeder (2) angeordnet, deren oberes Ende am oberen Ende des Käfigs (5) mechanisch fest fixiert ist, vorzugsweise mittels eines Stiftes. Das obere Ende des Schwebekörpers drückt ab einer gewissen Hubhöhe gegen das untere Ende der Feder (2) und preßt diese zusammen·

Der Schlauch (8) besteht aus einem elastischen Material, das gegenüber dem zu messenden Medium resistent ist und seine Elastizität auch bei längerem Gebrauch nicht verliert. Ein besonders bevorzugtes Material ist Silikonkautschuk. Es sind jedoch auch andere elastomere Kunststoffe geeignet. Die Spiralfeder wird aus entsprechendem Federstahl mit einer korrosionsbeständigen Oberflächenbescf.ichtung hergestellt. Ein solcher Oberflächen-Korrosionsschutz ist nicht erforderlich, wenn das verwendete Material für die Feder (2) selbst ausreichend korrosionsbeständig gegenüber dem zu messenden Medium ist.

Der in Figur 2 nicht gezeigte Schwebekörper (A) hat die for solche Durchflußmengenmesser übliche Form und besteht aus geeigneten korrosionsbeständigen Materialien.

In Fig. 3 ist eine Aüsfülirüngsform wiedergegeben * bei der der Käfig 5 mit einein flexiblen Schlauch 8 in gleicher Weise überzogen ist,wie in Fig. 2 wiedergegeben* Im oberen Teil des Käfigs 5 sind in der Außenwand sich nach oben verengende, keilförmige Schlitze 3 vorhanden, wie bei der in Figur 1 gezeigten Asuführungsform.

Der Schlauch 8 weist an beiden Enden je einen Randwulst 9 auf, mit den Einsatzringen 10 werden die Enden jeweils eingespannt und fixiert.

Die Gehäusewand ist mit 1 bezeichnet. Das Gehäuse 1 weist Anschlußgewinde 6 an beiden Enden auf. Der Käfig ist mit den Einsatzringen 7 innerhalb des Gehäuses fixiert.

Um bei undurchsichtigen Gehäusen eine Anzeige der Stellung des Meßkörpers zu ermöglichen, uiird der rteßkörper bei einer solchen Ausfühttungsform oder wenn es eruünscht ist, mit einem axialmagnetisierten Magneten versehen, der mit außerhalb des Gehäuses angeordneten Schaltelementen oder Anzeigeinstrumenten, die durch das Magnetfeld beeinflußt werden, zusammenwirkt, um die Stellung des Meßkörpers innerhalb des Käfigs anzuzeigen.

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Bezugs ze icheηliste

1 Gehäuse des Stromungsmessers

2 Spiralfeder

3 keilförmiger Schlitz im oberen Teil des Käfigs A SchüJebekörper

5 Käfig

6 Gewinde

7 Einsatzringe

6 flexibler Schlauch

g Randwulst des Schlauches

1o Einsatzringe

Claims

sprüche

1.) Dorchf lußmengenrnesser nach dem Schwebekörperprinzip mit einem im zylindrischen 'Innenraum eines Gehäuses angeordneten Käfig c.it durchbrochenen liJänden^der einen sich längs des Käfigs ändernden Durchtrittsquerschnitt zwischen Gehäusewand und einem innerhalb des Käfigs angeordneten Schwebekörper ergibt,

dadurch gekennzeichnet , daß innerhalb des Käfigs (5)_; in seinem oberen Teil nach dem Schwebekörper (4)_;eine Spiralfeder (2) angeordnet ist, deren oberes Ende am oberen Käfigende mechanisch fixiert ist und gegen deren unteres Ende der Schwebekörper (4) ab einer bestimmten Hubhöhe drückt und in der oberen Hälfte des Käfigs (5) seine Außenwand sich keilförmig nach oben verjüngende Schlitze (3) aufweist, so daß im Bereich der Feder (2) mit steigender Hubhöhe des Schwebekörpers (A) ein sich stetig verringernder Durchtr-~.ittsc|uerschnitt zwischen Gehäuseu/and und dem Schwebekörper (4) vorhanden ist, der sich am oberen Ende des Käfigs (S) am Ende der Schlitze (3)' wieder auf den freien Innenquerschnitt des Käfigs (S) vergrößert.

— 2 —

2.) Durchflußmengenmesser nach dem Schwebekörperprinzip mit einem im zylindrischen Innenraum eines Gehäuses angeordneten Käfig mit durchbrochenen Wänden, der einen sich längs des Käfigs sich ändernden Durchfcr- ittsquerschnitt zwischen Gehäusewand und einem innerhalb des Käfigs angeordneten Schwebekörper ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenbohrung des Gehäuses (1) 2 - 2o mm größer ist als der Außendurchmesser des Käfigs (5) und daß derKäfig (5) außen mit einem eng anliegenden Schlauch aus elastischem Material umgeben ist, dessen beiüe Enden jeweils in der Nähe der beiden Enden des Käfigs (5) auf dessen Außenseite befestigt sind.

3.) Durchflußmengenmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß im oberen Teil des Käfigs (5) eine Spiralfeder (2) angeordnet ist, deren oberes Ende am oberen Käfigende mechanisch fixiert ist und gegen deren unteres Ende der Schwebekörper (4) ab einer bestimmten Hubhöhe drückt.

4.) Durchflußmengenmesser nachAnsprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß im oberen Teil des Käfigs (5) seine Außenwand sich keilförmig nach oben verjüngende Schlitze (3) aufweist, so daß im Bereich der Feder (2) mit steigender Hubhöhe des Schwebekörpers (4) ein sich stetig verringernder Durchtrittsquerschnitt zwischen Gehäusewand und Schwebekörper (4) vorhanden ist, der sich am oberen Ende des Käfigs (5) am Ende der Schlitzs (3) wieder auf den freien Innenquerschnitt des Käfigs (5) vergrößer' .

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5.) Durchflu(3mengBnmesser nach Ansprüchen 2 - A.

dadurch gekennzeichnet , daß der flexible Schlauch (B) an beiden Enden jeweils

einen Randwulst (9) aufweist, der friittels Einsatzringen i

(1o) die jeweils eine innenliegende Nut aufweisen, ■

zwischen Innenwand des Gehäuses (1) und Außenwand des

Käfigs (5) eingeklemmt ist. ,

6to) Durchfiußmengenmesser nach Ansprüchen 2-5, dadurch gekennzeichnet , daß der flexible Schlauch (B) aus Silikonkautschuk mit einer Wandstärke von o,5 mm - 2 mm besteht.