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Gerät zum Abmessen und Zählen von Flüssigkeits- und Gasvolumen
Die
Erfindung bezieht sich auf Geräte zum Abmessen und Zählen von Flüssigkeits- oder
Gasvolumen, deren Messungen von auf veränderliche Größen, z. B. Temperatur, ansprechende
Regelvorrichtungen beeinflußt werden. Es sind bereits Konstruktionen bekanntgeworden,
die einen zwischen der Meß- und der Zählvorrichtung gelegenen drehbaren Teil und
ein mit einer gegenüber der Drehachse des drehbaren Teils geneigten Fläche versehenes
Berichtigungsglied aufweisen. Hierbei stellt die Regelvorrichtung die Lage der Fläche
ein, und mit der Fläche zusammenwirkende Rollen beeinflussen die Bewegung einer
der beiden Vorrichtungen zum Abmessen bzw. zum Zählen.
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Jedoch sind diese bekannten Ausführungsarten verhältnismäßig kompliziert
aufgebaut und außerdem in ihren räumlichen Abmessungen ziemlich groß. Dies wirkt
sich sowohl auf die Herstellung als auch auf den Einbau dieser Geräte in andere
Vorrichtungen ungünstig aus. Um nämlich die Geräte möglichst vielfältig verwenden
zu können, müssen sie so klein sein, daß ein Einbau in bereits bestehende Konstruktionen
ohne besondere Schwierigkeiten möglich ist.
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Um die Nachteile der bekannten Anordnungen zu vermeiden, besteht
erfindungsgemäß das Berichtigungsglied aus einer Nockenscheibe, die verschiebbar
auf einer Drehachse des von dieser an-
getriebenen Drehteils gelagert
ist und Mantellinien besitzt, die schräg zur Drehachse liegen.
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Hierdurch wird einerseits der Aufbau erheblich vereinfacht, so daß
die Reperaturanfälligkeit stark herabsinkt und auch die Herstellungskosten wesentlich
verringert werden. Außerdem können auch die Abmessungen erheblich kleiner als bei
den bekannten Konstruktionen gehalten werden, so daß sich eine große Anzahl von
Anwendungsmöglichkeiten ergibt. Hinzu kommt, daß bei der erfindungsgemäßen Konstruktion
zwei Regelmöglichkeiten vorliegen. Bei den bekannten Geräten kann man lediglich
bei konstantem gefördertem Volumen das Verhältnis zwischen Meß-und Zählgerät auf
Grund des Einflusses einer veränderlichen Größe regeln. Dagegen ist es nunmehr möglich,
auch noch den Hub der Kolben der Meßvorrichtung zu ändern.
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Bei der beispielsweisen Anwendung einer Temperaturkompensation ist
vorzugsweise die thermostatische Vorrichtung mittels eines Trägers in ihrer Lage
auch von Hand einstellbar.
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Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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Fig. I zeigt schematisch im Schnitt einen Aufriß eines Volumen-Meß-
und Zählgeräts, in dem die aus radial angeordneten Zylindern bestehende Meßvorrichtung
durch eine Nockenscheibe mit der Zähl- und Anzeigevorrichtung verbunden ist; Fig.
2 zeigt einen Teil der Fig. I in vergrößertem Maßstab; Fig. 3 zeigt eine Draufsicht
der Nockenscheibe; Fig. 4 zeigt eine andere Ausführung und Lagerung der Nockenscheibe;
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht der Nockenscheibe nach Fig. 4 in verkleinertem Maßstab;
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem die Zylinder parallel zur Achse angeordnet
sind; Fig. 7 zeigt im Aufriß und teilweise im Schnitt ein anderes Ausführungsbeispiel
des Geräts, und Fig. 8 zeigt einen Schnitt nach der Linie 8-8 der Fig. 7.
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Die Erfindung ist gemäß des in Fig. I bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiels
auf einen Volumenmesser des bekannten Typs angewandt, dessen Meßvorrichtung radiale
Zylinder besitzt, in denen sich Kolben verschieben, die mit einer auf einer zentralen
Welle angebrachten Nockenscheibe zusammenarbeiten, wobei die Welle einerseits ein
die Flüssigkeit auf die Zylinder verteiiendes Ventil und andererseits den Zähler
des abgegebenen Volumens antreibt.
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Wie Fig. I zeigt, besitzt das Meßgerät normalerweise ein Gehäuse
I mit vier Zylindern 2, in denen sich je ein vorzugsweise mit Dichtungen versehener
Kolben 3 bewegt, der axial durch eine Vorrichtung, z. B. durch eine Stange 4, geführt
ist, die in der Mitte des Zylinderdeckels 5 befestigt ist.
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Kanäle 6 verbinden die Zylinder 2 mit einem Verteilerventil 7, das
auf bekannte Art die Zylinder 2 entweder mit der Eintrittsöffnung 8 oder mit der
Austrittsöffnungg der Flüssigkeit verbindet. Das Verfeilerventil 7 besteht aus einem
Schieber, dessen Verschiebungen durch den auf die Mittelwelle 10 aufgekeilten Exzenter7,
erfolgen. Der Exzenter besitzt Öffnungen 7b für den Flüssigkeitsdurchtritt zur Austrittsöffnung
9.
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Auf die Mittelwelle 10 ist eine Nockenscheibe II aufgekeilt, auf
die von den Kolben getragene Rollen 12 wirken, und zwar je eine pro Kolben.
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Unter der Wirkung der vom Verteiler kommenden Flüssigkeit üben die
Kolben auf die Scheibe II Drücke aus, die eine Drehung der Scheibe II und der Welle
10 hervorrufen.
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Nach der Erfindung ist die Nockenscheibe II mittels Nut 11, und Keil
111 (Fig. 2) auf der Welle 10 so befestigt, daß sie drehfest mit der Welle Io verbunden
ist, sich aber frei auf ihr verschieben kann.
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Die Scheibe II hat die Form eines um eine exzentrisch liegende Achse
drehbaren schrägen Zylinderstumpfes, d. h. eines Zylinderstumpfes, der durch zwei
parallele Ebenen begrenzt ist, die beide im gleichen Winkel zur Achse und zu den
Mantellinien des Zylinders geneigt sind. Der Stumpf II hat vorzugsweise ein solches
bekanntes Profil, daß die Summe der durchgeflossenen, durch die Verschiebung der
Kolben 3 in den Zylindern 2 bestimmten Mengen bei gleichförmiger Drehung der Scheibe
11 konstant ist. Ein solches Profil ist notwendigerweise symmetrisch, und der größte
Vektorstrahl R und der kleinste Vektorstrahl r liegen einander entgegengesetzt und
fallen mit der Symmetrieachse des Profils zusammen, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist.
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Man erkennt aus Fig. 2 und 3, daß die beiden Mantellinien m-n und
p-q, die mit dem größten und dem kleinsten Strahl in einer Ebene senkrecht zur Drehachse
liegen, einander parallel und gegen die Drehachse I0 der Scheibe II geneigt sind.
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Wenn die Länge des größten wirksamen Radius, gemessen von der Achse
der Welle 10 auf der oberen Fläche der Scheibe gleich R ist, so beträgt seine Länge
bei der Messung auf der unteren Scheibenseite R + a wobei adie durch die Schräge
der Mantellinien verursachte Verschiebung des Profils ist. Wenn die Dicke der Scheibe
11 h ist und b der Neigungswinkel, so ist a = h tgb.
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Desgleichen vermindert sich die Länge r des kleinsten wirksamen Radius
der oberen Fläche auf den Wert r - der unteren Scheibenfläche. Der Hub der Kolben
3 ist gleich der Differenz zwischen dem wirksamen größten und kleinsten Radius,
er ist also gleich R - r, wenn die Scheibe gesenkt ist, so daß die Kolbenrollen
12 in der Nähe der oberen Fläche der Scheibe laufen. Ist die Scheibe II gehoben,
so daß die Rollen in der Nähe der unteren Fläche laufen, so ändert sich der Kolbenhub
auf R + a-(r-a) = R-r + 2a. Die Änderung beträgt also 2 a.
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Eine schwache Neigung der Mantellinien genügt, um eine empfindliche
Änderung des Kolbenhubes zu erhalten. Eine Neigung von 2 z. B. genügt, um bei einer
axialen Verschiebung der Scheibe 11 von I5 mm eine Änderung von 40/0
eines
Hubes von 40 mm zu erhalten, wie eine einfache Rechnung zeigt.
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In der Nähe der Scheibe II ist die Welle 10 z. B. in einem Kugellager
I3 gelagert, und die Scheibe II selbst besitzt eine Nabe 14, die ein in einem Trägerin
befestigtes Kugellager 15 trägt.
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Der Träger I6 besitzt an seinem unteren Ende einen Flansch I6a. Das
Kugellager 15 verbindet die Scheibe II und den Träger I6 in axialer Richtung und
liegt zwischen zwei elastischen Ringen I7 und I8, die in Ringnuten der Nabe I4 bzw.
des Trägers I6 eingreifen.
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Der Flansch 16a ist an das untere Ende eines Faltenbalges 19 angelötet,
dessen oberes Ende mit dem Deckel 20 eines den Balg 19 umgebenden Behälters 21 verlötet
ist. Der Raum innen zwischen dem Balg 19 und den Wänden des Behälters 2I ist mit
einer Flüssigkeit 21a gefüllt, die vorzugsweise identisch mit der durch das Gerät
während seines Betriebs strömenden Flüssigkeit ist. Nach der Füllung wird der Behälter
21 dicht verschlossen, z. B. zugelötet.
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Der Balg 19 und der Behälter 21 bilden zusammen einen am unteren
Deckel 22 des Volumenmessers mittels einer Schraube 23 befestigten Thermostaten.
Die Schraube 23 erlaubt, den Thermostaten zusammen mit der Scheibe 11 zu heben oder
zu senken; um den Kolbenhub im Einklang mit der im Augenblick dieser Einstellung
herrschenden Temperatur von Hand auf den gewünschten Wert einzustellen. Eine geschlossene
Gegenmutter 24 sichert die Schraube 23 in der gewünschten Stellung und hält eine
Dichtung 25 fest.
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Der untere Deckel 22, der Thermostat 2I, der Träger I6 und die Scheibe
11 bilden zusammen eine abnehmbare auswechselbare Einheit. Die Scheibe II gleitet
auf der Mittelwelle I0, wenn man diese Einheit nach unten herauszieht.
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Das nutzbare Volumen des Thermostaten ist nach bekanntem Verfahren
unter Berücksichtigung des Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Flüssigkeit,
der Größe des Balgs I9 und des gewünschten Hubes berechnet.
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Schließlich ist die Welle I0 über irgendeine Übersetzung mit festem
Verhältnis, z. B. über zwei Getrieberäder 26, 27 (Fig. I) mit einer Zähl-und Anzeigevorrichtung
28 verbunden.
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Wenn sich die Temperatur der durchlaufenden Flüssigkeit ändert, nimmt
der Thermostat die gleiche Temperatur an, und der Trägern6 steigt und fällt mit
der Ausdehnung der im Thermostaten enthaltenen Flüssigkeit. Bei Temperaturerhöhung
bewegt sich die Scheibe 11 nach oben, und der-Kolbenhub wächst, wie oben beschrieben.
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Umgekehrt bewegt sich die Scheibe II bei Temperaturerniedrigung nach
unten, und der Kolbenhub wird kleiner.
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Als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 4
und 5 eine Scheibe 29 dargestellt, die von zwei parallelen Ebenen senkrecht zur
Zylinderachse begrenzt ist und deren Mantellinien alie parallel der Welle 10 verlaufen.
Die Scheibe 29 besitzt eine zur Achse der Welle 10 schräg liegende Bohrung 29a,
mittels deren sie auf einer Hülse 30 gleitend angeordnet ist. Diese Hülse 30 ist
in der gleichen Schräge wie die Bohrung 29a auf der Welle befestigt und mit der
Welle 10 durch Stifte 3I verbunden. Das Loch 29a und die Hülse 30 haben einen vieleckigen,
z. B. einen rechteckigen Querschnitt.
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Die Verschiebung der Scheibe 29 nach oben bewirkt eine Zunahme des
größten und eine Abnahme des kleinsten wirksamen Halbmessers und vergrößert so den
Kolbenhub, der ja gleich der Differenz der Scheibenhalbmesser ist. Umgekehrt bewirkt
die Verschiebung der Scheibe 29 nach unten eine Verminderung dieser Halbmesserdifferenz
und damit des Kolbenhubes.
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Die Fig. 6 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel des Volumenmessers,
bei dem die Zylinder 32 parallel zur- Welle 10 angeordnet sind. In diesem Fall ist
jeder Kolben 33 durch eine Stange 34 mit einem Arm eines Winkelhebels 35 verbunden,
der um eine feste Achse 36 drehbar ist, und der an seinem anderen Arm eine Rolle
37 trägt, die mit der Nockenscheibe II in der oben beschriebenen Weise zusammenarbeitet.
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In den verschiedenen beschriebenen Beispielen ist die Scheibe II
mit der Zähl- und Anzeigevorrichtung verbunden und wirkt auf die Meßvorrichtung.
Im Gegensatz dazu ist in Fig. 7 und 8 eine andere Art der Ausführung gezeigt, in
der die Scheibe mit der Meßvorrichtung verbunden ist und durch ihre axialen Verschiebungen
die Übertragung zwischen dieser Meßvorrichtung und der Zähl- und Anzeigevorrichtung
beeinflußt.
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Ein üblicher Volumenmesser 38 besitzt eine Ausgangswelle 39, auf
der die Scheibe 11 verschiebbar befestigt ist. Die axialen Verschiebungen der Scheibe
11 werden durch das eine Ende eines Bimetallstreifens 40 verursacht, dessen anderes
Ende in einem festen Halter 41 eingespannt ist.
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Zwei Schrauben 42 und 43 gestatten die willkürliche Einstellung der
Grundsteliung der Scheibe 11.
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Der Thermostreifen ist hier lediglich als Beispiel eines vom Meßgerät
unabhängigen Regelorgans gewählt. Selbstverständlich kann er durch einen Thermostaten
ersetzt sein, der gemäß den vorhergehenden Beispielen in der gemessenen Flüssigkeit
versenkt ist.
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Die Scheibe II wirkt auf zwei Rollen 44 und 45, von denen je eine
von einem Ende der beiden je um die feste Achse 48 bzw. 49 drehbar angeordneten
Hebel 46 bzw. 47 getragen wird. Am andern Ende des Hebels 46 bzw. 47 ist eine Schaltklinke
50 bzw. 5I angebracht. Die beiden Klinken 50 und 5I greifen in ein Zahnrad 52 mit
sehr feinen Zähnen ein, das über die Welle 53 und die Kegelräder 54, 55 die Zähl-
und Anzeigevorrichtung antreibt, die beispielsweise aus einem mit Zahlenscheiben
versehenen Zähler 56 besteht.
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Man sieht, daß für jede Umdrehung der Scheibe 11 die Größe des Vorschubes
der Klinken 50 und 5I und folglich der Drehwinkel des Rades 52 und
die
Anzeige des Zählers 56 abhängig ist von der axialen Lage der Scheibe II auf der
Welle 39, wobei diese Lage als Funktion der Umgebungstemperatur durch einen Bimetallstreifen
40 selbsttätig eingestellt wird.
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Selbstverständlich soll die Erfindung nicht auf die hier beschriebenen
Ausführungsbeispiele beschränkt sein. In der zuletzt beschriebenen Ausführungsform
könnten das Rad 52 und die zwei Klinken 50 und 5I, die wegen ihrer Einfachheit und
Übersichtlichkeit dort beschrieben sind, vorzugsweise durch eine bekannte Freilaufkupplung
ersetzt werden.