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Mengenzähler für in Rohrleitungen strömende Mittel mit Umschaltvorrichtung
für zwei Meßbereiche
Die vorliegende Erfinding bezieht sich auf Mengenzähler für
in ltohrleitungen strömende Mittel mit umschaltvorrichtung für zwei Meäbereiche,
und zwar insbesondere auf die selbsttätige Steuerung dieser UTmschaltvorrichtung.
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Es ist bei Mengenzählen für strömende Mitttel bekannt, in Abhängigkeit
von der Durchflußstärke. z. B. hei Unter- oder Überschreitung eines bestimmten Betrages
derselben, mit Hilfe einer selbsttätig gesteuerten Schalteinrichtung eine Umschaltung
der Messung auf den unteren oder ol,eren Teil des Meßbereichs vorzunehmen und sich
für diese Umschaltung eines in der Zuleitung angeordneten Ventils zu bedienen, bei
dessen Schließung der Meßmittelstrom durch eine vor dem Ventil angeschlossene Neben
leitung einem kleinen Nebenzähler zugeleitet wird, welcher der Erfassung des unteren
Teils des N1eßbereicbs dient. Dabei wird der Umschaltvorgang vorzugsweise durch
ein drehzahlvergleichendes Differentialgetriebe gesteuert. welches von der einen
Seite durch die Zählerwelle mit einer ihrer Drehzahl proportionalen Geschwindigkeit,
von der anderen Seite mit einer der Umschaltdurchflußstärke entsprechenden konstanten
Vergleichsgeschwindigkeit angetrieben wird, wobei der Ausschlag der Planetenradwelle,
gegebenenfalls über einen Servomotdr, das Schaltglied steuert.
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Diese bekannten Einrichtungen genügen jedoch den Anforderungen der
Meßpraxis in keiner Weise und bringen insbesondere in betriebstechnischer Hinsicht
schwerwiegende Nachteile. Einmal weil bei ihnen eine einwandfreie Steuerung des
Schaltvorgangs vielfach nicht gewährleistet ist, zum anderen. weil bei ihnen zur
Erzeugung der konstanten Vergleichsdrehzahl Hilfsvorrichtungen
(Federuhrwerke,
Synchronmotoren u. dgl.) erforderlich werden. welche fremder Antriebsenergie bedürfen,
deren Funktion dem Einfluß von Zufälligkeiten (Stromzufuhr, Eingriffen von außen
usw.) unterliegt. und die daher zusatzliche Sicherheits-und Überwachungsmaßnahmen
notwendig machen.
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Für Umschaltvorrichtungen hei Woltmann-Zählern konimen diese bekannten
Steuervorrichtungen aus den gleichen Gründen nicht in Betracht.
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Bei Woltmannh-Zählern sind nun auch schon Umschaltvorrichtungen zur
selbsttätigen UTm stellung eines und desselben Zählers von einem auf den anderen
Meßbereich bekannt. darunter auch solche mit einem Umschaltventil der vorcrwähnten
Art. wobei die Nebenleitung den Meßmittelstrom über einen dem unteren Teil des Meßbereichs
entsprechenden Teil des vor dem Meßrad befindlichen Drosselquerschnitts dem Meßrad
zuleitet. Bei anderen bekannten Ausführungen wird l)ei der Umschaltung auf den unteren
Teil des Meßbereichs eiii Teil des dem Meßrad vorgeschalteten Drosselquerschnitts
durch Abdeckung ausgeschaltet und l>i der Rückschaltung wieder freigegeben.
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Bei diesen neueren Umschaltvorrichtungen wird also dem durchströmenden
Meßmittel beim Übergang der messung auf den unteren Teil des Meßbereichs ein größerer
Impuls aufgezwungen. welcher etwa dem Impuls des Meßmittels im olieren Teil des
Meßbereichs entspricht. I)ahei erfolgt die Umstellung unter dem Einfluß des Wirkdrucks,
welcher nu dem vor dem Meßrad hefindlicllen Drosselquerschnitt entsteht. Dieser
Wirkdruck ist nun bei Woltmann-Zählern, besonders in dem für <lie Umschaltung
in Betracht kommenden Bereich. meist so gering, daß zur Gewinnuing der erforderlichen
Kräfte unverhältnismäßig große membran- oder Kolbenflächen fiir den VEntilschalter
notwendig werden.
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Außerdem hat das Ansprechen des Ventilschalters zur Voraussetzung,
daß sich der an sich schon geringe Wirkdruck um ein bestimmtes Nlin (lestlnaß ändert.
Das bedeutet aber. insbesondere bei \ Niederdruckzählern. eine erhebliche Verschiebung
der Durchflußstärke gegenüber dem für die Umschaltung gewählten Betrag. Dieser Betrag
ist so gewählt. daß sich die Messung iii beiden Teilen des Meßbereichs innerhalb
der eich-behördlich zugelassenen Toleranzen liewegt. eine Voraussetzung. die aber
bei der vorerwähnten Verschiebung nicht mehr erfüllt werden kann.
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Durch die vorliegende Erfindung wird eine Umschaltvorrichtung geschaffen,
welcher die Mängel der bekannten Einrichtungen nicht anhaften und welche sich insbesodnere
audi für Woltmann-Zähler mit zwei Meßbereichen oder solche Verbundzähler eignet.
von denen der eine, welcher den oberen Teil des Meßbereichs erfaßt, ein \Voltmann-Zähler
ist.
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Die Erfindung bezieht sich im hesonderen auf Umschaltvorrichtungen,
bei denen als Antrieb des Schaltgliedes (Ventil. Abdeckplatte am DrosselquerschnittA)
ein Servomotoor mit vom Betriebsdruck angetriebenen Verstellglied (Kolben, Membran
od. dgl.) und als Steuerung für die Zufuhr des Betriebsdrucks zum Servomotor ein
drehzahlvergleichendes Differentialgetriebe dient. welches von der einen Seite durch
die Zahlerwelle mit einer ihrer Drehzahl proportionalen ii geschwind igkeit. von
der anderen Seite mit einer der gewollten Umschaltdurchflußstärlke entsprechenden
konstanten VErgleichsgeschwindigkeit angetrieben wird.
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Die Erfindung bestcvht inl wesentlichen darin. daß das drehzahlvergleichende
Differentialgetriebe drei Sonnen räder besitzt, je die al le drei oei ihren Antrieh
von der Zählerwelle empfangen, das mittlere über eine Schleifkuppiung. wobei seine
Drehgeschwindigkeit durch eine Unruhe konstant gehalten wird. die beiden äußeren
unter Zwischenschaltung je einer Übersetzung. die beim einen ein Vialfaches derjenigen
heini anderen beträgt. und daß die Verschwenkung der Kreuzwellen der beiden zugehörigen
Planetenräder beim einen im einen, heim anderen im umgekehrten Sinne steuernd auf
die Schaltung wirkt.
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Bei der erfindungsgemäßen ausbildung der Steuerung leiten bereits
Gangunterschiede zwischen der konstanten Vergleichsgeschwindigkeit und der jeweiligen
Geschwindigkeit der Zählerwelle in der Größenordnung geringer Bruchteile eines Prozents
mit Sicherheit die Umschaltung ein. Es tindet daher auch praktisch keine Verlagerung
des Umschaltpunkts statt. so daß sich die Umschaltung ohne Änderung des Fehlarwerts
vollzieht. welcher bei Berücksichtigung der Eichtoleranzen für beide Meßbereiche
für die Wahl <lc 1 Umschaltpunkts maßgebend war Dabei wird rd die zur Steurerung
der Umschaltvorrichtung erforderliche Kraft vom Wirkdruck hergeleitet, jedech iiti
r mittelbar ül über die vom entsprechenden Impuls abhangige Drehgeschwindigkei 1
zur Zählerwelle und es ist ion ei ii minimal ei.
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Bruchteil der zur Verfugung stchenden Kräfte. der hier benötigt und
von der Zählerwelle abgezweig@ wird. Denn die vorerwäbnte hochgradige Feinifühligkeit
des erfindungsgemäßen Umsteuermechanismus erlaubt die Einschalung einer so starken
Untersetzung, daß das Meßrad durch den Antrieb des mechanismus praktisch keine <1
je Fehlerkurve beeinflussende Belastung erfährt.
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Die Erfindung und ihre Wirkungsweise sei im folgenden an Hand einiger
iii der Zeichnung dar gestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Fig. l zeigt in perspektivischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung für Woltmann-Zähler mit zwei Meßbereichen
z. B. einer der eingangs erwähnten bekannten Bauarten.
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Von der Zählerwelle 1 wird über ein Räderpaar 2. 3 und einen Mituehmer
4 eine chleifkupplung angetrieben. dercheine Seite 5 ihre Umdrehung über eine Zwischenlage
6 der anderen Seite 7 mitteilt, die ihrerseits auf Kugelii 8 gelagert ist. Der Kupplungsteil
7 trägt einen Stutzeio 9. in welchem eine an einem Teller 10 befestigte Spindel
11 leicht drehbar ist. Die Mitnahme des Tellers 10 durch den Kupplungsteil 7 erfolgt
durch eine leder 12. Ani Teller 10 ist eine Welle 13 befestigt. auf welcher ein
Zahnrad 14 Sitzt. dieses greift iii ciii Ritzel 15
ein. dessen Gang
tlurch eine Unruhe tC. 17. lS über ein Hemmrad 19 konstant gehalten wird.
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Die auf diese Weise gewonnene konstante Drehgeschwindigkeit der Welle
13 wird nun als Vergleichsgeschwindigkeit über das Räderpaar 20, 21 und die Welle
22 dem auf dieser elle befestigten mittleren Sonnenrad 23 eines mehrteiligen Differentialgetriebes
übertragen. Auf der Welle 22 sind frei drehbar die weiteren Sonnenräder 24 und 25
und frei verschwenkhar die Kreuzradwellen 26 und 27 der hier als Reibräder ausgebildeten
Planetenräder 28 und 20 angeordnet. Die drei Sonnenräder 23, 24, 25 werden durch
die Kraft einer nicht gezeichneten Feder leicht zusammengedrückt. so daß das Anliegen
der Planeten räder an den Sonnenrädern gewährleistet ist. t)ie beiden äußeren. Sonnenräder
24 und 25 empfangen ihren Antrieb ebenfalls von der Zählerwelle i . und zwar über
ein Räderpaar 30. 3I und die Welle 32 sowie tlas weitere Räderpaar 33, 34 und die
Welle 35. Auf dieser sind die beiden Räder 36 und 37 befestigt. von denen das Rad
36 mit dem Sonnenrad 24 unter tlas Rad 37 mit dem sonnenrad 25 des Vergleichsdifferentials
im Fingriff steht, und die Anordnung ist so getroffen, daß das Übersetzungsverhaltnis
zwischen den Rädern 37 und 25 ein gewolltes Vielfaches desjenigen zwischen den Rädern
36 und 24 beträgt.
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Zur Beghrenzung der Schwenkhewegung der Kreuzradwellen 26 und 27
sind drei feste Anschläge vorgesehen. ein mittlerer. 38 dem in der Ruhestellung
die Kreuzwellen 26 und 27 anliegen, die eine von der einen. die andere voll der
anderen Seite, und zwei äußere. 39 und 40. zwischen denen cine Gabel 41, 42 in der
einen Richtung unter der Wirkung der einen, in der anderen Richtung unter der Wirkung
der anderen Kreuzradwelle verschieblich ist. Die Bewegung dieser Gabel 41, 42 wird
über ein Gestänge 43 auf einen Pendelschalter übertragen. Dieser besteht aus einem
Gabelpendel 44.
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Welches bei 45 an einer Kurbel 46 leicht schwenkl>ar aufgehängt
ist. deren Welle 47 ihren Antrieb von der Zählerwelle 1 über ein Räderpaar 48. 49.
die Welle 50 und das Räderpaar 51, 52 empfängt. l.)as Gabelpendel 44 besitzt zwei
Mitnehmer 53 und 54, welche mit einem um die Welle 55 schwenkbaren Hebel 56 zusammenwirken.
Die Verdrehung der Welle 55 wird über einen Kurbeltrieb 57, 58 und das Gestänge
59 auf den steuerschieber 60 eines Servomotors übertragen. Dabei bildet die Kurbel
57, 58 zusammen mit einer an ihr befestigten Feder 61 ein Spannwerk, welches den
Steuerschieber schlagartig in die jeweils einzunehmende, durch nicht gezeichnete
Anschläge bestimmte. Endstellung überführt und darin festhält.
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Als Servomotor kann lieispielsweise einer der in vielen Ausführungen
bekannten Kolben- oder Membrandruckschalter dienen. dem der Betriebsdruck der Meßleitung
die für die Schalthübe erforderliche Antriebsenergie liefer.t Die Ausbildung solcher
Servomotoren ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Es sei hier nur ein
Ausführungsbeispiel angegeben und so vieldarüber gesagt, wie zum guten Verständnis
der vorliegenden Erfindung nützlich erscheint.
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Fig. 2 zeigt einen solchen Servomotor. Das nicht dargestellte Schaltglied,
sei es der Teller eines dem Zähler vorgeschalteten Ventils, sei es eine Abdeckplatte
am Drosselquerschnitt einer der eingangs erwähnten Woltmann-Zähler-Bauarten. sitzt
am Arheitsschaft 62 einer Membran 63. die in einem Gehäuse 64, 65 hin und her bzw.
auf und ab lxeweglich ist. Die Hubarbeit dieses Schalters erfolgt unter der Wirkung
des Betriebsdrucks der Meßleitung, welcher je nach der Stellung des Steuerschiebers
60 über eine der beiden Leitungen 66 und 67 der zugehörigen Nfembranseite zugeleitet
wird. Dabei wird die Membran 63 und ihr Arbeitsschaft 62, welcher das Schaltglied
betätigt, unter Verdrängung des auf der anderen Membranseite befindlichen Meßmittels
von der einen in die andere Endstellung bewegt. Dieser Schaltvorgang wird durch
Umsteuerung des Steuerschieber 60 seitens der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung
herbiegeführt.
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Bei ihr (Fig. t) sind die Verhältnisse nun so zu wählen. daß die
vom Uhrwerk 15. 10, 17, 18, 19 unter dem Antrieb der Zählerwelle I eingestellte
konstante Drehgeschwindigkeit der Welle 13 derjenigen Teilbelastung des Zählers
und damit derjenigen Drehzahl der Zählerwelle entspricht, bei welcher die Umschaltung
vom einen auf den anderen Teil des Meßbereichs stattfinden soll.
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Sinkt die Drehzahl des Zählers unter diesen Wert, so ffird die Drehgeschwindigkeit
des Sonnenrades 25 kleiner als die konstante Vergleichsdrehzahl des Sonnenrades
23. Infolgedessen wird die Kreuzwelle 27 des Planetenrades 29 im Sinne der Drehrichtung
des Sonnenrades 23 verschwenkt. bis sie gegen den Ast 41 der Gabel 41, 42 trifft.
den sie bis zum Anschlag 39 verschiebt. Dabei nimmt sie über die Stange 43 das Gabelpendel
44 mit, dessen Mitnehmer 53 unter den Hebel 56 des Schaltwerks gelangt. Infolge
der Kreisbewegung der Kurbel 46 wird das Gabelpendel 44 auch auf und ab bewegt,
und der Mitnehmer 53 verschwenkt den hebel 56, wobei die Feder 61 seinen schlagartigen
Übergang in die dieser Bewegung zugeordnete Endstellung bewirkt. Die Kurbel 57,
58 ist der Sichtbarkeit halber in einer etwas voreilenden Phase gezeichnet.
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Dabei wird nun, ebenfalls schlagartig, auch der Steuerschieber 60
des Servomotors in die in Fig. 2 mit gestrichelten Linien eingetragene Stellung
übergeführt, in welcher dem Servomotor das Meßmittel durch die Leitung 66 zugeführt
wird, so daß dessen obenstehendes Stellglied (Membran 63) sich al>-wärts bewegt
und die Umschaltung des Zählers auf den unteren Teil des Meßbereichs vollzieht.
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Nach erfolgter Umschaltung strömt das Meßmittel nun nur noch durch
einen dem unteren Teil des Meßbereichs zugeordneten Teil des dem Meßrad vorgeschalteten
Drosselquerschnitts. Infolge dieser Querschnittsverringerung steigert sich aber
die Strömungsgeschwindigkeit am Meßrad und damit dessen Drehgeschwindigkeit. Infolgedessen
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höht sich nun auch wieder die Drehgescllwindigkeit des Sonnenrades
25 über die Vergleichsgeschwindigkeit des Sonnenrades 23, und die Kreuzradwelle
27 wird im Sinne der Umdrehung des Rades 25 zurückverschwenkt, bis der Anschlag
38 dieser Bewegung ein Ende setzt und nur noch ein Gleiten der Räder 25, 29, 23
aneinander stattfindet.
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Das Planetenrad 28 folgt dabei zunächst noch dem Drehsinn des Sonnenrades
23, weil das Übersetzungsverhältnis zwischen den Rädern 36 und 24 um ein Vielfaches
kleiner ist als dasjenige zwischen den Rädern 37 und 25, bis sich dieKreuzradwelle26
am Anschlag 38 anlegt.
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Steigt nun die Durchflußstärke wieder an, so steigt auch die Drehzahl
des Sonnenrades 24 weiter an. Infolge der gewählten kleinen Übersetzung zwischen
den Rädern 36 und 24 erreicht sie die Größe der Vergleichsgeschwindigkeit des Sonnenrades
23 etwa dann, wenn die Drehgeschwindigkeit der Zählerwelle im unteren Teil des Meßbereichs
eine Größenordnung annimmt, welche etwa der größten Belastung des Zählers im oberen
Teil seines Meßbereichs entspricht.
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Bei weiterem Ansteigen derDurchflußstärke folgt das Planetenrad 28
der Drehbewegung des Sonnenrads 24 unter entsprechender Verschwenkung der Kreuzradwelle
26. Diese trifft dabei auf den Ast 42 der Gabel 4', 42, die sie bis an den festen
Anschlag Ao verschiebt. Bei dieser Bewegung wird das Gabelpendel 44 im entsprechenden
Sinne verschwenkt, und bei seiner Aufundabbewegung ergreift der Mitnehmer 54 den
Hebel 56, dessen Stellung jetzt um etwa go0 von der gezeichneten Stellung abweicht,
und legt ihn unter Überwindung der Spannung der Feder 61 um.
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Dadurch wird zugleich auch der Steuerschieber 6o in die gezeichnete
Stellung zurückgeschaltet, in welcher er den Betriebsdruck des Meßmittels über die
Leitung 67 auf die Unterseite der Membran 63 des Servomotors leitet, während der
Raum oberhalb der Membran durch die Leitung 66 entleert wird. Die Membran 63 bewegt
sich demzufolge nunmehr aufwärts und nimmt über den Arbeitsschaft 62 die Rückschaltung
in der beschriebenen Weise vor. Danach kann nun wieder der gesamte dem Meßrad vorgeschaltete
Drosselquerschnitt vom Meßmittelstrom durchflossen werden, und die wieder sinkende
Strömungsgeschwindigkeit am Meßrad läßt auch dessen Drehgeschwindigkeit wieder zurückgehen.
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Die Übersetzungen zwischen den Rädern 37 und 25 einerseits und den
Rädern 36 und 24 andererseits sind so gewählt, daß zwischen der Geschwindigkeit
des Meßrads nach vollzogener Umschaltung im einen Sinne und der Geschwindigkeit,
bei welcher die Umschaltung im entgegengesetzten Sinne erfolgt, eine Differenz verbleibt,
derzufolge bei der nach der Umschaltung eintretenden Veränderung der Impulsverhältnisse
am Meßrad ein ordnungswidriges Zurückschalten nicht stattfinden kann.
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Natürlich sind die Übersetzungen zum Zählwerk hin dem jeweils wirksamen
Drosselquerschnitt anzupassen. Dies kann z. B. einfach in der Weise erfolgen, daß
durch die Äfembran 63 des Servomotors zugleich ein nicht gezeichnetes, verstellbares
Übersetzungsgetriebe geschaltet wird. welches in den Zählwerksantrieb eingebaut
ist.
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Die Erfindung ist nicht an das oben beschriebene Ausführungsbeispiel
gebunden und kann auch in verschiedener anderer Weise verwirklicht werden.
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So kann man z. B. an Stelle der Reibräder 28 und 29 auch gewöhnliche
Zahnräder verwenden.
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In diesem Falle würde der Anschlag 3Si in Wegfall kommen und die Verschwenkung
der entsprechend zu verkürzenden Kreuzradwellen 26 und 27 über Rutschkupplungen
auf die Äste der Gabel 41, 42 wirksam gemacht werden könnten.
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Ferner kann man beispielsweise das erfindungsgemäß Vergleichsdifferential
aus zwei gewöhnlichen Differentialgetrieben zusammenbauen, indem man ein Sonnenrad
des einen mit einem Sonnenrad des anderen kuppelt, wobei das Paar gekuppelter Sonnenräder
an die Stelle des mittleren Sonnenrades 23 bei der Ausführung nach Fig. 1 tritt.
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Die erfindungsgemäße Umsteuervorrichtung ist auch bei Verbundschaltungen
von Mengenzählern anwendbar, und zwar nicht nur in solchen Fällen, in denen der
Hauptzähler ein M7oltmann-Zähler ist, sondern auch dann, wenn der Hauptzähler irgendein
beliebiger Mengenzähler für strömende Mittel, z. B. ein Drehkolbenzähler od. dgl.,
ist.
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Bei Verbundschaltungen erfolgt der Antrieb der Welle I zweckdienlich
mittels eines tSberholungsgetriebes seitens der beiden in Verbundschaltung befindlichen
Zähler derart, daß der jeweils schneller laufende Zähler den Antrieb übernimmt.
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Ein solches Uberholungsgetriebe ist in beispielsweiser Ausführung
in Fig. 3 der Zeichnung perspektivisch dargestellt.
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Es besteht hier aus einem Paar nach Art der Sonnenräder eines Differentialgetriebes
frei drehbar auf der Welle I gelagerter Sperräder68, 69, von denen das eine über
Räder 70, 71 vom ZählerA und das andere über Räder 72, 73 vom Zähler B angetrieben
wird. Die Sperräder 68, 69 wirken mit zwei Klinken 74,/5 zusammen, die gleichsinnig
gerichtet an einer T-förmigen Kurbel 76 sitzen, welche zwischen den Sperrädern 68,
69 auf der Welle 1 befestig; ist und ihr den Antrieb) liefert.
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Läuft der Zähler A schneller. dann erfolgt der Antrieb über die Klinke
74. während die Klinke 7j über die Zähne des Slierrades 69 gleitet. Läuft der Zähler
B schneller, dann erfolgt der Antrieb über die Klinke 75, während die Klinke 74
über die Zähne des Sperrades 68 gleitet.