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Druckgasmesser
Die Erfindung betrifft einen Messer für Druckgas, das
z. B. an Kraftfahrzeuge abgegeben wird.
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Bisher erfolgte bekanntlich die Messung der an Kraftfahrzeuge abgegebenen
Druckgasmengen nur annäherungsweise, indem der Druck an einem Manometer abgelesen
und die Berechnung nach dem geometrischen Volumen der zu füllenden Behälter angestellt
wurde.
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Die Erfindung betrifft nun die Schaffung einer Vorrichtung, die die
volumetrische Messung von Hochdruckgas ermöglicht, indem eine Zurückführung auf
einen geeigneten Bezugsdruck und eine geeignete Bezugstemperatur erfolgt.
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Das Prinzip besteht darin, daß in den Gasstrom vor dem die Abgabemenge
regelnden Hahn ein volumetrischer Messer angeordnet wird, der mit Vorrichtungen
zur selbsttätigen Korrektur des Volumens in Abhängigkeit von dem Druck und von der
Temperatur ausgerüstet ist.
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Die gewählte Anordnung dieses Messers ermöglicht es, die Korrekturkoeffizienten
in vernünftigen Grenzen zu halten, indem man als Bezugsdruck einen Druck von IOO
Atmosphären absolut wählt.
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Der vOr dem Abgaberegelhahn vorhandene Druck liegt nämlich zwischen
350 kg, dem Maximaldruck der Speicherbehälter, und 80 oder IOO kg, dem Mini-
mahldruck
der praktisch in den Speicherbehältern herrscht.
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Der Korrekturkoeffizient liegt demnach zwischen o, 8 und 3,5, wenn
man den Druck von 100 Atmosphären absolut als Bezugsdruck wählt.
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Die Erfindung benötigt zu ihrer Verwirklichung folgende Mittel: a)
einen der Reihenfabrikation entnommenen volumetrischen Messer, der in ein dichtes
Gefäß eingeschlossen ist, das dem Maximaldruck des zu messenden Gases widerstehen
kann, b) eine von dem Messer aus dem Gefäß herausführende Bewegungsübertragung (diese
Bewegungsübertragung geht durch eine Hochdruckstopfbuchse hindurch, die völlig dicht
ist und ein geringes Bremsmoment verursacht), c) eine Summiereinrichtung für die
von dem Messer angegebenen Rohvolumina, die in Abhängigkeit von dem Druck und der
Temperatur des Gases von einer selbsttätigen Korrekturvorrichtung betätigt wird.
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Die Zeichnung zeigt schematisch als Ausführungsbeispiel die prinzipgemäße
Anordnung des Messers, der Übertragung zur Korrekturvorrichtung, der Korrekturvorrichtung
und des Summierwerkes.
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-In der Zeichnung -sind folgende Teile ersichtlich: Zu a: I ist das
dichte Gefäß. Dieses Gefäß ist mit einer Gaseintrittsleitung 2, einer Gasaustrittsleitung
3, einer Druckentnahmeöffnung 4 und einem thermometrischen Fühler 5 versehen. Im
Innern des Gefäßes ist ein volumetrischer Messer 6 angeordnet, dessen Austritt mit
der Rohrleitung 3 in dichter Verbindung steht.
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Zu b: Zwei Kegelzahnräder 7 und 8 übertragen die Bewegungen des Messers
über die durch eine Hochdruckstopfbuchse I0 hindurchführende Welle g vom Innern
des Gefäßes I nach außen, Zu c: Zwei Kegelzahnräder II und 12 übertragen die Bewegung
der Welle g unter Vermittlung eines Zahnrädersatzes I3 auf ein erstes Korrektursystem,
das eine mit einem Klinkenträgerarm 15 verbundene Welle 14 aufweist. Der Arm 15
trägt an jedem seiner Enden eine Achse I6, die an einem Ende mit einer Klinke I7
und am anderen Ende mit einer einen Daumen 19 tragenden Kurbel I8 verbunden ist.
Die Daumen 19 liegen unter dem Einfluß einer nicht dargestellten Feder an zwei Kurven
von identischem Profil an, von denen die eine, 20, fest auf der Achse 14 zentriert
ist, während sich die andere, 2I, um di3 o zentriert ist, während sich die andere,
2I, um die Achse 14 drehen kann. Die Stellung der Kurve 2I bestimmt sich durch die
Verformungen einer manometrischen Windung 22 mit Hilfe des Zahnsektors 23 und des
auf der Kurve 21 befestigten Zahnrades 24 Die manometrische Windung 22 steht mit
der Druckentnahmeöffnung 4 in Verbindung. Die beiden Klinken I7 können ein Klinkenrad
25 antreiben.
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Die Bewegung des Klinkenrades 25 wird durch einen Zahnrädersatz 26
auf ein zweites Korrektursystem übertragen, das dem vorhergehenden genau gleicht.
Die Stellung der beweglichen Kurve 21 dieses zweiten Systems wird bestimmt durch
die Verformungen einer mit dem Fühler 5 verbundenen thermometrischen Windung 27.
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Das Klinkenrad 256 des zweiten- Systems betätigt ein Rollensummierwerk
beliebiger Bauart 28.
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Die Arbeitsweise ist folgende: Bei in Betrieb befindlicher Meßeinrichtung
tritt das Gas unter Druck in den Behälter I und von dort in den Messer 6 ein. Der
Messer hat nur einen Druck auszuhalten, der gleich dem Unterschied zwischen dem
Ein- und dem Austrittsdruck ist. Infolgedessen kann ein aus der gewöhnlichen Reihenfertigung
stammender Messer Verwendung finden.
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Die Messerbewegung wird über die Zahnräder 7, 8, II und 12 und den
Radsatz I3 auf die Achse 14 des ersten Korrektursystems übertragen. Die Achse 14
nimmt den Arm 15 mit, auf dem die Klinken I7 und ihr Daumen 19 gelagert sind.
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Wenn der Daumen 19 auf den vorspringenden Teilen der Kurven 20 und
21 ruht, so treibt die ausgehobene Klinke 17 das Klinkenrad 25 nicht an. Wenn der
Daumen 19 sich dagegen auf den zuruckspringenden Teilen der Kurven 20 und 21 befindet,
so nimmt die Klinke I7 das Klinkenrad 25 mit.
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Die beiden Kurven 20 und 2I, die indentisches Profil haben, besitzen
je einen vorspringenden und einen zurückspringenden Teil von I80". Wenn die vorspringenden
Teile der beiden Kurven bei einer Umdrehung der Achse 14 sich genau überdecken,
so treibt jede der Klinken I7 das Klinkenrad 25 während I80" an. Da zwei diametral
gegenüberliegende Klinken vorhanden sind, so wird das Rad 25 auf einem vollen Umlauf
von 360" angetrieben, so daß jeder Umdrehung der Achse 14 eine Umdrehung des Rades
25 entspricht. Wenn dagegen die vorspringenden Teile der beiden Kurven 20 und 21
sich diametral gegenüberliegen, so halten die Daumen 19 die Klinken I7 ständig in
ausgehobener Stellung, und das Klinkenrad 25 dreht sich nicht mehr.
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Man sieht also, daß durch eine Änderung der Relativstellung der Kurven
20 und 2I dafür gesorgt werden kann, daß bei einer Umdrehung der Achse 14 das Rad
25 Winkelbewegungen macht, die zwischen o und 360" liegen. Die Relativstellung der
Kurve 21 wird nun aber durch die Verformungen der manometrischen Windung 22 bestimmt,
die auf die Kurve 21 durch den Zahnsektor 23 und das Zahnrad 24 einwirkt. Daraus
folgt, daß das Geschwindigkeitsverhältnis zwischen der Achse 14 und dem Rad 25 in
linearer Abhängigkeit von den Druckänderungen des gemessenen Gases steht.
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Es liegt auf der Hand, daß diese Vorrichtung die Möglichkeit bietet,
theoretisch alle auftretenden Druckkorrekturen zu bewirken. Wenn es sich nun um
Hochdruck handelt, so könnte jedoch das Geschwindigkeitsverhältnis zwischen der
Achse 14 und dem Rad 25 sehr groß werden, wenn man als Bezugsdruck in üblicher Weise
den atmosphärischen Druck wählt. Aus diesem Grunde nimmt man bei Druckgas als Bezugsdruck
zweckmäßig 100 kg absolut, wodurch sich dann in der Praxis ein maximaler Korrekturkoeffizient
zwischen 50 und 4000/0 ergibt.
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Die Bewegung des Klinkenrades 25 wird über den Zahnrädersatz 26 auf
die Achse I4a des zweiten Korrektursystems übertragen. Wählt man ein Übertragungsverhältnis
von I : I, SO entspricht die Dreh-
geschwindigkeit der Achse I4a
somit dem von dem Messer angegebenen und in Abhängigkeit von dem Druck des gemessenen
Gases korrigierten Volumen.
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I) as zweite Korrektursystem arbeitet genau wie das erste, nur daß
die Stellung der Kurve 21a durch die Verformungen der thermometrischen Windung 27
bestimmt wird, die durch ein geeignetes Verbindungssystem iibertragen werden, das
schematisch durch den Zahnsektor 23a und das Zahnrad 24a dargestellt ist. Aus den
gleichen Gründen wie denen, die mit Bezug auf das erste Korrektursystem angegeben
wurden, richtet sich das Geschwindigkeitsverhältnis zwischen der Achse 14a und dem
Rad 25<: genau nach den Temperaturänderungen des gemessenen Gases. Wenn die Verbindung
zwischen der Windung 27 und der Kurve 2Ia in Abhängigkeit von den festgestellten
Temperaturen und bezüglich einer beliebig gewählten Bezugstemperatur in geeigneter
Weise ausgeführt ist, so wird somit die Geschwindigkeit des Rades 25° Volumina angegeben,
die der in Abhängigkeit von der Temperatur des gemessenen Gases korrigierten Drehgeschwindigkeit
der Achse I4a entsprechen.
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Da die beiden Korrektursysteme in Reihe geschaltet sind, so ist die
Endkorrektur das Produkt der beiden Druck- und Temperaturkorrekturen entsprechend
dem Mariotte- und Gay-Lussacschen Gesetz.
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Die Bewegung des Rades 25" wird entweder, wie in dem Schema angegeben,
unmittelbar oder unter Vermittlung eines Satzes von Übersetzungs- oder Untersetzungsrädern
auf ein Summierwerk 28 übertragen. Die Verbindung zwischen dem Rad 25a und dem Summierwerk
28 bestimmt sich durch die Wahl des Bezugsdruckes und durch die auf dem Summierwerk
abgelesene Maßeinheit.
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Der Rahmen der Erfindung wird nicht verlassen, wenn die Vorrichtung
nach dem beschriebenen Prinzip mit äquivalenten mechanischen Mitteln ausgeführt
wird.
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Insbesondere kann der Messer des Fluidums von beliebiger Bauart sein,
so daß es sich um einen Messer für Gas oder irgendein anderes Fluidum handeln kann,
da die Vorrichtung z. B. auch für andere zusammendrückbare Fluidums und insbesondere
zur Messung von Druckluft in Druckluftnetzen mit veränderlichem Druck Verwendung
finden kann. In diesem besonderen Fall kann der Messer als Tubinenmesser oder als
volumetrischer Messer ausgebildet sein.
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Die Druck- und Temperaturmeßvorrichtungen können ebenfalls beliebiger
Art sein. Die Art der Verbindung zwischen der Windung 22 und der Kurve 2I, die in
dem Schema beispielsweise dargestellt ist, ermöglicht nur die Durchführung von Korrekturen
entsprechend linearen Funktionen. Es versteht sich, daß man auch dafür sorgen kann,
daß Korrekturen entsprechend allen anderen Arten von Funktionen durchführbar sind,
indem man die Windung 22 auf den Sektor 23 unter Zwischenschaltung einer geeignet
gefertigten Kurve einwirken läßt.
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Für den Fall, daß man nur eine der beiden Korrekturen vornehmen will,
z. B. nur die Druckkorrektur, kommt eine der Windungen in Fortfall.
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Das Summierwerk kann ebenfalls von beliebiger Bauart und mit einem
Zifferblatt, einem Zeiger einer auf Rollen angebrachten Bezifferung mit oder ohne
Nullrückstellung versehen sein.
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Das Summierungssystem der Drücke und Temperaturen darstellenden Winkel
kann ebenfalls beliebig sein. Es kann dabei eine der zahlreichen bekannten Vorrichtungen
Verwendung finden, die diese Summierung ermöglicht, vorausgesetzt, daß diese Summierung,
wie vorgesehen, in Reihe erfolgt, so daß man das Produkt aus V, P und T erhält.
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In der Zeichnung ist die Verbindung zwischen dem Fluidummesser und
dem Summierwerk der Korrekturen als unmittelbare Zahnradverbindung dargestellt worden.
Man kann diese, wenn es sich um nicht entflammbares Fluidum handelt, durch eine
Vorrichtung mit synchronisiertem Motor ersetzen.
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Eine derartige Vorrichtung besitzt beispielsweise ein elektrisches
Kontaktsystem, das auf der Austrittsachse des Fluidummessers angeordnet ist und
einen elektrischen Stromkreis, der jedesmal geschlossen wird, wenn diese Achse eine
oder T Umdrehung n macht, wodurch dann ein Elektromotor in Tätigkeit gesetzt wird,
der bei jeder Kontaktgabe eine bestimmte Anzahl von Umdrehungen macht, die so einer
bestimmten, den Fluidummesser durchströmenden Fluidummenge entsprechen. Der so synchronisierte
Motor dient zur Summierung, ohne daß es notwendig ist, das von dem Fluidummesser
selbst gelieferte Drehmoment zu Hilfe zu nehmen.
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In dem Ausführungsbeispiel ist der Bezugsdruck mit' 100 Atmosphären
absolut gewählt worden, um den Korrekturkoeffizienten in Grenzen zu halten, die
eine praktisch mögliche Ausführung gestatten. In Anpassung an das zu messende Fluidum
kann man jedoch unter Umständen auch einen anderen Bezugsdruck wählen.