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Meßkammer für Strömungsmesser
Die Erfindung betrifft eine Meßkammer
mit einer konischen Innenbohrung, insbesondere ein senkrecht angeordnetes Meßrohr
für Strömungsmesser. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Strömungsmesser,
dessen Wirkungsweise auf Veränderung des Querschnittes beruht, ein Meßrohr zu schaffen,
in welchem der Schwimmer in axialer Richtung zuverlässig geführt ist.
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Derjenige Strömungsmesser, auf den sich die vorliegende Erfindung
bezieht, besteht im wesentlichen aus einem senkrechten Meßrohr mit axial veränderlicher
Querschnittsfläche, das von einer Flüssigkeit durchströmt werden kann, und aus einem
Meßschwimmer, der sich in dem Rohr frei auf und ab bewegen kann, wobei der Meßschwimmer
einen querdurch sich erstreckenden, die Strömung einengenden Teil hat, der mit der
inneren Wand des Meßrohrs eine grundsätzlich ringförmige Öffnung von veränderlicher
Querschnittsfläche bildet, wenn der Schwimmer sich axial in dem Rohr bewegt entsprechend
den Veränderungen in der Strömungsgröße.
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In seiner gebräuchlichsten Form enthält der Strömungsmesser ein dufchsichtiges
abwärts verjüngtes, senkrechtes Meßrohr, durch das die Flüssigkeit aufwärts fließt,
und einen Meß-
schwimmer, der sich in dem Rohr frei auf und ab bewegen
kann entsprechend den Anderungen in der Strömungsgröße der Flüssigkeit. Der Meß
schwimmer hat einen in der Querrichtung verbreiterten, die Strömung erfassenden
Kopf, der zusammen mit der inneren Wand des Rohres eine ringförmige Öffnung bestimmt,
die eng ist, wenn der Schwimmer nahe am unteren Rohrende ist, und verhältnismäßig
weit, wenn der Schwimmer nahe am oberen Ende ist. Der Schwimmer hat ein etwas größeres
spezifisches Gewicht als die Flüssigkeit, so daß, wenn keine Aufwärtsbewegung in
dem Rohr vorhanden ist, der Schwimmer am unteren Ende des Rohres bleibt. Es ist
wohl bekannt, daß der Schwimmer, wenn die Strömungsgröße wächst, im Rohr aufwärts
bewegt wird, wobei die Höhe des Schwimmers, die an einer geeigneten kalibrierten
Skala am Rohr oder daneben abgelesen werden kann, ein Maß für die Strömungsgröße
ist.
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Als Führung für den Schwimmer verwendet man in der Regel einen in
der Meßrohrachse gespannten Draht oder Stab.
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Es sind auch schon Meßrohre ohne Drahtführung für den Schwimmer bekannt,
die aus einem konischen Rohr mit Rinnen in der Rohrwand bestehen.
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Die Erfindung besteht darin, daß bei einer Meßkammer mit einer konischen
Innenbohrung mehrere auf ihr im Kreise angeordnete, nach-innen vorragende und sich
axial erstreckende Schwimmerführungsrippen von konvexem Querschnitt und verhälteismäß!ig
geringer kreisförmiger Abmessung, deren Ränder auf einer zylindrischen Fläche koaxial
mit dem Rohr und parallel zu dessen Achse liegen, angeordnet sind.
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In dem Meßrohr nach der Erfindung findet demnach nur Punktberührung
zwischen Schwimmer und Führung statt und wird darum die Reibung auf einen Mindestwert
herabgesetzt.
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Diese Ausgestaltung des Meßrohres bietet den weiteren Vorteil, daß
bei Verwendung eines Schwimmers mit einer oder mehreren schmalkantigen Scheiben,
eine weitgehende Unabhängigkeit des Meßergebnisses von der Viskosität der Flüssigkeit
erzielt wird.
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Zum Zweck der Veranschaulichung der Erfindung, ist in den Zeichnungen
eine Ausführungsform dargestellt, die gegenwärtig bevorzugt wird, weil festgestellt
wurde, daß sie zufriedenstellende und zuverlässige Resultate ergibt, obgleich -
wohlverstanden - die verschiedenen Einrichtungen, aus denen die Erfindung besteht,
verschieden angeordnet und ausgebildet sein können und die Erfindung durch die hier
dargestellten und beschriebenen besonderen Ausführungen und Anordnungen der Einrichtungen
nicht begrenzt ist.
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In den Zeichnungen, die sowohl den Erfindungsgedanken als auch Einzelheiten
erkennen lassen, stellt dar Fig. I eine perspektivische Ansicht eines Meßrohres,
das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet, wobei Teile weggeschnitten
sind zur besseren Darstellung der Bauart, Fig. 2 einen Grundriß des Rohres nach
Fig. I, Fig. 3 einen waagerechten Querschnitt generell längs der Linie 3-3 der Fig.
1, Fig. 4 einen waagerechten Querschnitt generell längs der Linie 4-4 der Fig. I,
Fig. 5 einen waagerechten Querschnitt generell längs der Linie 5-5 der Fig. I, Fig.
6 eine Draufsicht der Ausführungsform nach Fig. I, Fig. 7 im Aufriß eine mehr oder
weniger schematische Ansicht eines in der Ausbildung befindlichen Dornes zur Herstellung
des Meßrohres nach Fig. 1.
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In den Fig. I bis 6 ist ein durchgängig mit dem Bezugszeichen 10
bezeichnetes Meßrohr dargestellt, welches zusammen mit einem Meßschwimmer II die
Strömungsgröße der durch' das Rohr fließenden Flüssigkeit anzeigen kann. Das Meßrohr
nach der vorliegenden Erfindung kann aber auch mit and ren Formen des Meßschwimmers
benutzt werden, und die vorliegende Erfindung ist nicht beschränkt auf den Schwimmer
II, der Gegenstand einer besonderen Erfindung ist.
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Das Rohr 10 kann in einem geeigneten Gestell mit - nicht dargestellten
- Köpfen oder Muffen oder an besonderen - nicht dargestellten - Köpfen oder Muffen
befestigt werden, wobei die Enden des Rohres in diesen Köpfen oder Muffen durch
-nicht dargestellteStopfibüchsen oder Beschläge wasserdicht befestigt werden.
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;Das Rohr 10 ist abwärts verjüngt über den größten Teil seiner Länge,
also vom oberen Ende 12 bis zum Punkt I3.
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Das Rohr 10 ist vorzugsweise an seinem unteren Ende 15 mit einer
zylindrischen inneren Bohrung I4 versehen, also vom Punkt I3 bis zum unteren Ende
15. Drei einwärts sich erstreckende Rippen oder Flossen 16 sind auf der inneren
Bohrung des genannten Rohres 10 angebracht, wobei diese Rippen 1-6 im Kreis in I20°
Abstand angeordnet sind.
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Die Rippen 16 sind im QuersChnitt abgerundet und so geformt, daß
ihre inneren Oberflächen oder Ränder senkrecht sich erstreckende Schwimmerführungslinien
längs des konischen Teils des Rohres 10 bilden. Die Rippen 10 sind dabei verhältnismäßig
ausgeprägt am oberen Ende I2 des Rohres 10 und werden schrittweise weniger ausgeprägt
abwärts des konischen Rohrteiles, bis sie in Punkt 13 verschwinden.
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Wie insbesondere aus Fig. 6 ersichtlich ist, bilden die inneren Oberflächen
der Rippen 16 Fortsetzungen der zylindrischen unteren Bohrung 14 des Rohres 10.
Die Rippen werden infolge der konischen Gestalt des. Rohres notwendigerweise um
so ausgeprägter, je mehr sie sich längs des Rohres aufwärts erstrecken. Die Ränder
der Rippen haben durchgehend den gleichen Abstand vor der Achse.
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Es ist darum ersichtlich, daß die Rippen drei Schultern oder Stützen
bilden, die den Schwimmer 11 in der genauen Lage längs der Achse des Rohres 10
halten.
Zusätzlich verstärken die Rippen das Rohr und vergrößern materiell die Stärke seiner
Struktur.
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Das Rohr 10 wird auf einem in den Fig. 7 und 8 dargestellten Dorn
I7 hergestellt in einer später beschriebenen Weise.
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Der Dorn 17, der aus tadellosem Stahl oder anderem geeignetem hartem
und widerstandsfähigem Material besteht, ist abwärts konisch über den größten Teil
seiner Länge, nämlich von seinem oberen Ende 18 bis zum Punkt 19. Das untere Ende
des Dornes 17 hat eine zylindrische Außenfläche 20, die sich vom Punkt 19 bis zum
unteren Ende 21 des Dornes erstreckt.
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Drei Rinnen22 sind in dem konischen Teil des Dornes7 angebracht.
Diese Rinnen 22 sind im Kreis im Abstand von I20° auf dem Dorn angeordnet und erstrecken
sich axial auf ihm. Die Grundflächen der Rinnen 22 sind grundsätzlich parallel und
bilden die Verlängerung der zylindrischen Oberfläche 20. Infolge der konischen Gestalt
des Dornes sind darum die Rinnen verhältnismäßig tief am Ende IS des genannten Dornes
und werden schrittweise flacher, bis sie am Punkt 19 verschwinden.
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Wie in den Fig. 7 und 8 dargestellt ist, werden die Rinnen 22 vorzugsweise
mit einem rotierenden Fräser 23 hergestellt. Der Dorn ist gegenüber dem Fräser 23
so justiert, daß dessen Zähne genau bis -zur Oberfläche des zylindrischen Teils
des genannten Dornes reichen. Der Dorn wird dann langsam gegen den umlaufenden Fräser
(senkrecht unten in Fig. 7) bewegt. Es ist ersichtlich, daß die auswärts sich erweiternde
Außenfläche des Dornes sich über tden Fräser 23 hinaus bewegt, so daß die -Zähne
des Fräsers fortschreitend tiefer in den Dorn einschneiden und so eine fortschreitend
tiefere Rinne in ihn eingraben. Die Zähne des Fräsers 23 bleiben in derselben Lage
gegenüber der Achse des Domes I7, so daß die Grundfläche der Rinne parallel zur
Achse ist und die Fortsetzung der zylin- -drischen Oberfläche 20 bildet.
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Nachdem eine Rinne fertiggestellt ist, wird der' Dorn zur Herstellung
der zweiten Rinne einfach um I20° gedreht, worauf die dritte Rinne in ähnlicher
Weise hergestellt wird.
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Zur Herstellung des gerippten Rohres 10 wird ein zylindrisches Glasrohr
von einem inneren Durchmesser etwas größer als der größte Durchmesser des gerieften
Dornes I7 auf den Dorn gesteckt. Das zylindrische Rohr und der Dorn werden dann
auf einer geeigneten Glasdrehbank angebracht, auf der sie langsam um ihre Achse
gedreht werden und das Glasrohr äußerlich erhitzt wird.
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Das Glasrohr wird evakuiert und fortschreitend vom schmalen bis zum
breiten Ende des Dornes zum Erweichen gebracht und infolge des Druckunterschiedes
fortschreitend auf dem gerieften Dorn zusammengedrückt.
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Der an dem zylindrischen Teil 20 des Dornes I7 anliegende Teil des
Glasrohres wird dadurch in die zylindrische Bohrung 14 geformt. Der an dem gerieften,
konischen Teil des Dornes I7 anliegende Teil des Glasrohres wird in eine konische
innere Bohrung umgeformt; die Rippen 16 werden geformt, wenn das erweichte Glas
in die Rinnen 22 des Dornes I7 eingepreßt wird.
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Wenn die Rippen I6 geformt werden, entstehen leichte Vertiefungen
in der Außenwand des Rohres 10.
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Eine Glasdrehbank, die angewendet werden kann zum Drehen, Evakuieren
und Erhitzen des Glasrohres auf dem gerieften Dorn I7, ist Gegenstand einer älteren
Erfindung (USA.-Patentschrift 2423 113).
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Wie bei der Herstellung eines Glasrohres üblich ist, wird das zylindrische
Originalrohr etwas länger gemacht als das fertige konische gerippte Rohr I0; die
Enden des Rohres werden abgeschnitten und, nachdem das gerippte Rohr endgültig geformt
ist, poliert.
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Während die neue Rippenkonstruktion der vorliegenden Erfindung, die
eine den Schwimmer zentrierende Linienführung bildet, in erster Linie für den Gebrauch
mit einem konischen Meßrohr bestimmt ist, in dem die Wand schrittweise von der Rohrachse
z-urücktritt - wodurch für einen ungeführten, dynamisch und stabilen Schwimmer eine
starke Tendenz zum Flattern besteht -, können diese Rippen auch bei anderen Typen
von Meßrohren oder -kammern verwendet werden.
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Die neue Schwimmerführungsrippenkonstruktion nach der vorliegenden
Erfindung ist den üblichen Schwimmerführungsdrähten oder -stäben überlegen, denn
wenn Strömungsmesser mit solchen Schwimmerführungsdrähten oder -stäben längere Zeit
gebraucht werden, so setzen sich leicht feste Stoffe ab auf dem Führungsdraht oder
-stab und in der Führungsbohrung des Schwimmers. Diese Ablagerung verursacht Reibung
zwischen dem Schwimmer und dem Führungsdraht oder stab, wodurch Klemmen des Schwimmers
an dem draht entsteht. Der Schwimmer kann sich also infolge der Ablagerung der festen
Stoffe nicht mehr völlig frei senkrecht längs des Drahtes oder Stabes bewegen. Folglich
hat der Schwimmer nicht nur die Tendenz, im Rohre zu stocken, sondern ergibt auch
ungenaue Ablesungen der Strömungsgröße, denn bei leichtem Steigen oder Fallen der
Strömungsgröße hat der Schwimmer infolge der zusätzlichen Reibung die Tendenz, in
seiner alten Lage zu bleiben, anstatt schnell und glatt zu steigen oder zu sinken
in die der veränderten Strömungsgröße entsprechenden Lage.
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Weiterhin verhindert die Anordnung der auf der Oberfläche des Rohres
im Kreise angebrachten Rippen Klemmen und Reibung zwischen dem Schwimmer und der
Rohrwandung. Denn wenn Strömungsmesser mit den üblichen, ungerippten Meßrohren,
insbesondere Rohren mit zylindrischer Oberfläche, längere Zeit benutzt werden, so
setzen sich leicht feste Stoffe an der Rohrwand ab. Diese Ablagerung verursacht
bei dem weit ausgedehnten Umfang unzulässige Reibung und Klemmen zwischen dem die
Strömung erfassenden Rand des Schwimmers und der Rohrwand, wenn der Schwimmerumfang
mit der Rohrwand in Berührung
kommt, wie dies der Fall ist an der
Stelle, wo das Rohr zylindrische Oberfläche hat oder wo der Schwimmer am engeren
Ende des konischen Rohres anliegt.
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Andererseits ist in dem neuen gerippten Rohr nach der vorliegenden
Erfindung der Umfang des Schwimmers überall genügend weit von der Hauptwand oder
Bohrung des Rohres entfernt, so daß hier kein Klemmen oder Reiben auftreten kann.
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Die geringen kreisförmigen Abmessungen der abgerundeten Rippenränder-
erlauben keine hinreichende Ablagerung, die imstande wäre, die freie Bewegung des
Schmrimmers zu beeinflussen, weil die geringe Menge von festen Stoffen, die sich
auf den Rändern der Rippen absetzen kann, beseitigt wird, wenn der Rand des Schwimmers
daran entlang gleitet.