DE2254481A1

DE2254481A1 - Durchflussmesser fuer fluessigkeiten und gase mit einem fuehlelement

Info

Publication number: DE2254481A1
Application number: DE2254481A
Authority: DE
Inventors: Tor Lennart Bernt Griverus
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-11-10
Filing date: 1972-11-07
Publication date: 1973-05-30
Also published as: NO137028B; NO137736B; NL7214695A; CH573589A5; HU166706B; SU803869A3; NO137028C; JPS4859864A; DK139048B; DE2254482A1; DK140488C; AU469462B2; FR2159514B1; GB1406039A; AU4828272A; NL157105B; CH575595A5; FR2159514A1; IT970606B; DE2254481C3

Description

Durchflußmesser für Flüssigkeiten und Gase mit einem Fühlelement.

Die Erfindung betrifft Durchflußmesser, also Vorrichtungen, mit denen die Strömungsparameter von strömenden Medien (Kontinua) gemessen werden. Unter dem Begriff Strömungsparameter werden die physikalischen Größen verstanden, die normalerweise bei strömenden Newtönschen Medien, also normalerweise Flüssigkeiten und Gasen, ferner bei Nicht-Newtonschen Medien, beispielsweise Farben, und aus mehreren Komponenten bestehenden Medien interessieren. Zu ihnen ge-¹ hören beispielsweise die Größen Massentransport, Volumentransport und Geschwindigkeiten. Die Erfindung ist jedoch nicht nur auf herkömmliche Messmethoden beschränkt, sondern soll

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipi.-Wirfsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

auch zurSteuerung und Überwachung von Systemen dienen, und zwar als Wandlerelement zur Erzeugung eines Steuersignals, das den Strömungsparametern des betreffenden Mediums oder der betreffenden Medien proportional ist.

Es sind DurchfluBmesser bekannt, bei denen das zu messende Medium veranlaßt wird, in tangentialer Richtung in eine kreisrunde oder ringförmige Kammer zu strömen, während ihm eine Dreh- oder Kreisbahnbewegung erteilt wird. In der Kammer ist ein frei beweglicher, stabiler Umdrehungskörper angeordnet, der normalerweise die Form einer Kugel hat, und das zirkulierende Medium in einer endlosen Bahn begleitet, die von den Wänden der Kammer begrenzt wird. Die Bewegung der Kugel in der genannten Bahn oder spezieller die Geschwindigkeit oder Drehzahl, mit der die Kugel sich auf der Bahn bewegt, stellt eine Messgröße dar, die dem zu messenden ftrameter proportional ist. Die Kugelbewegung kann durch nicht mechanische Einrichtungen, wie beispielsweise photoelektrische oder magneto-induktive Einrichtungen oder dergleichen angezeigt werden, wobei die Information, die die Bewegung der Kugel in der endlosen Bahn betrifft, in digitaler Form erhalten wird.

Bekannte Durchflußmesser des genannten Typs, die in den meisten Fällen dazu dienen, die Strömungsgeschwindigkeit kleiner Volumina zu messen, weisen eine Anzahl Nachteile auf, die hauptsächlich durch die erzwungene Bewegung der Kugel entlang der Wände der Messkammer verursacht werden. Zunächst bewegt sich die Kugel in der Kammer nicht auf einer stabilen Bahn, sondern ist außerordentlich unstabil und oszilliert zwischen äußeren, inneren, oberen und unteren Berührungspunkten mit der Bahn. Dies hat eine Reihe Stöße zwischen der Kugel und den Wänden der Kammer zur Folge, sowie eine konstante Änderung der Spinachse der Kugel,

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wodurch der Geräuschpegel und die Rsibung ansteigen, was wiederum einen stärkeren Verschleiß und einen erheblichen Druckverlust zur Folge hat. Desweiteren bedeutet die Notwendigkeit der inneren Begrenzungswand, daß sich eine kreisrunde Wand lotrecht zu der radialen Bahn des Strömungsflusses erstrecken muß, die den Ausfluß des Mediums in unerwünschter Weise behindert und zum Entstehen eines hohen Druckverlustes beiträgt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, einen lagerungsfreien DurchfluBmesser der oben genannten Art zu schaffen, mit dem die Strömungsgeschwindigkeit irgendeines Volumens eines Mediums gemessen werden kann und die bei/den bekannten DurchfluBmessern dieses Typs auftretenden Nachteile beseitigt werden. -

Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß ein DurchfluBmesser zur Messung der Strömungsparameter von flüssigen, gasförmigen und sich aus mehreren Komponenten zusammensetzenden Medien vorgeschlagen, der ein Gehäuse aufweist, das eine Strömungskammer umgibt, durch die das Medium in einer Wirbelbewegung strömt. Das Medium führt ein symmetrisches, kugelförmiges Fühlelement mit sich, das zwangsläufig in einer geschlossenen Kreisbahn in der Kammer geführt wird, wobei es wechselseitig mit gegenüberliegenden Führungskörpern in Berührung tritt, die in Verbindung mit dem Gehäuse vorgesehen sind. und die so beschaffen sind, daß sie einen schmalen Polkappenteil der Kugel mit einem geringen Spiel berühren, wobei wenigstens der eine Führungskörper die Form einer Nut hat.

Auf diese Weise wird erfindungsgemäß ein einfacher und geräuscharmer also vibrationsfreier Durchflußmesser geschaffen, der mit einem hohen MaB an Linearität in der Anzeige arbeitet, und der Druckverlust wird auf einem niedrigen Wert gehalten.

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 eine Querschnittsansicht längs der Linia I-I in Figur 2 einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen DurchfluBmessers in seiner einfachen Grundform

Figur 2 eine Querschnittsansicht längs der Linie II-II in Figur 1 des erfindungsgemäßen Durchflußmessers in seiner einfachen Grundform,

Figur 3 einen Teil der Ausführungsform von Figur 1 und 2 in einem größeren Maßstab, um bestimmte Elemente in dieser Ausführungsform herauszustellen.

Figur 3a - 3f Querschnittsansichten von Führungsnuten in einem größeren Maßstab, die verschiedene Nutprofilformen aufweisen,

Figur 4 eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Durchflußmessers längs der Linie IV-IV in Figur S,

Figur 5 eine Schnittansicht der anderen Ausführungsform des DurchfluBmessers längs der Linie V-V in Figur 4,

Figur 6 eine senkrechte Halbschnittansicht einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Durchflußmessers, und zwar längs der Linie VI-VI in Figur 7,

Figur 7 eine senkrechteSchnittansicht längs der linie VII-VII in Figur B,

Figur θ eine Schnittansicht einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strömungsmessers, und zwar

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- längs der Linie VIII-VIII in Figur 9,

Figur 9 eine Schnittansicht der vierten Ausführungsform des Strömungsmessers längs der Linie IX-IX-inFigur B,

Figur 1o eine senkrechte Halbschnittansicht einer fünften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Durchflußmessers,

Figur 11 eine entsprechende Schnittansicht einer sechsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Durchfluß-, messers.

Figur 12 eine waagerechte Schnittansicht einer siebten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Durchflußmessers und

Figur 13 eine Teilschnittansicht, die im wesentlichen der Figur 3 entspricht und zeigt, wie ein DurchfIuB-messer Strömungsinformationen in Form von Drucksignalen erzeugen kann.

In den Figuren 1- 3 ist eine erste Ausfuhrungsform eines Durchflußmessers 1o dargestellt. Der DurchfluBmesser weist ein Gehäuse 12 auf, das im wesentlichen einen Boden oder unteren Wandteil 14 und einen Deckel oder oberen Wandteil aufweist, die beide parallel zueinander angeordnet sind und mit Hilfe einer spiralförmigen Seite oder Seitenwand 1B in einem bestimmten Abstand zueinander gehalten werden. Der Boden 14, der Deckel 16 und die Seitenwand 1B bilden zu sammen eine Kammer 2o, die einen tangential angeordneten Eintritt 22 und einen zentral liegenden Austritt 24 aufweist, der in geeigneter Weise im Boden 14 angeordnet sein kann. Dem in die Kammer 2o durch den tangentialen Eintritt 22 einlaufenden Medium wird eine Dreh- oder Zirkulationsbewegung in an sich bekannter Weise erteilt« und das Medium

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wird gleichzeitig zur Mitte der Kammer bewegt, von wo es durch den Austritt 24 ausgetragen wird. Was den Aufbau der Kammer anbelangt, so wird darauf verwiesen, daß diese Kammer vorteilhaft so geformt sein kann, wie dies in der mitanhängigen Patentanmeldung Nr beschrieben ist,

die sich auf die Konfiguration der Messkammer in Durchflußmessern des hier in Betracht kommenden Typs bezieht.

In der Kammer 2o ist ein Fühlelement angeordnet, daß die Form eines symmetrisch ausgebildeten Drehkörpers, vorzugsweise die Form einer Kugel 3o hat, die so positioniert ist, daß sie von dem Medium, das in der Kammer strömt, angetrieben wird, um in dem Gehäuse einer im wesentlichen kreisförmigen Bahn zu folgen. Die Kugel kann massiv oder hohl sein und besteht aus einem Material, das sich für die auftretenden Bedingungen eignet. Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird die Kugel 3o in kreisrunden, flachen Nuten 26, 26 geführt, diesich im Boden 14 bzw. im Deckel, 16 des Gehäuses 12 befinden. Wie aus den Figuren hervorgeht, sind die Nuten einander gegenüberliegend angeordnet, so daß entsprechende Segmente oder "Polkappen" der Kugel in die Lage versetzt werden, in die Nuten einzugreifen und diesen auf einer kreisförmigen Bahn in der Kammer 2o zu folgen.

Figur 3 zeigt in einem größeren Maßstab einen Teil der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform, um das Führen der Kugel 3o in den Nuten 26 und 28 zu verdeutlichen. Die Querschnittsform der Nuten 26 und 26 kann derjenigen eines Kreissegmentes entsprechen, wobei die gebogene Form im allgemeinen mit der Krümmung der Kugel zusammenfällt, während zwischen der Oberfläche der Kugel und den Begrenzungsflächen der Nuten ein gewisses Spiel zugelassen wird. Wenn die Kugel 3o den sich in dem Gehäuse im Kreise bewegenden Medien folgt, wird sie der Zentrifugalkraft unterworfen und wird ausserdem durch eine Kraft, die durch die Strömung erzeugt wird, in eine radiale Richtung gedruckt. Somit wird in bezug auf

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die Kugel eine radiale Gleichgewichtskraft aufreehterhal-

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ten, da der resultierenden Kraft aus der Zentrifugalkraft' und der Strömungskraft durch die Kräfte das Gleichgewicht gehalten wird, die normalerweise von den Nuten auf die Kugel ausgeübt werden. In Abhängigkeit von der Richtung, in der die resultierende Kraft wirkt, die sich durch die Große und Masse der Kugel, ferner durch die Dichte des Mediums und die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums bestimmt, wird die Kugel entweder radial nach außen gedruckt, (diese Lage der Kugel ist in voll ausgezogenen Linien in Fig. 3 gezeigt) oder radial nach innen (diese Kugellage ist mit unterbrochenen Linien 31 gekennzeichnet). Somit folgt die Kugel ihrer kreisrunden Bahn im Gehäuse, während sie auf jeder Nut mit Punktberührung abrollt. Bei der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform rollt die Kugel 3o in jeder Nut 26 und 2B auf einer Kreislinie, die der in radialer Richtung äußeren Begrenzungslinie oder der Kante 27a und 29a der entsprechenden Nuten eng benachbart ist, wie dies durch die Berührungspunkte 27c bzw. 29c angezeigt wird. Unter anderen Bedingungen, was· Größe, Dichte und Strömungsgeschwindigkeit anbelangt, wird die Kugel stattdessen auf Kreislinien in den Nuten rollen, die in der Nähe der in radialer Richtung inneren Kanten 27b und 29b der Nuten liegen. Die Kreisbahn - oder Umlaufbewegung der Kugel ist auf diese Weise vollständig stabil und klar definiert, wodurch Vibrationen oder Ablenkungen in der Bewegung der Kugel auf ihrer Bahn nicht vorkommen.

Nach den obigen Erläuterungen und den in den Figuren 3 und 3A gezeigten Beispielen ist das Bodenprofil der Nut ein Kreisbogen, jedoch ist das Profil keineswegs auf diese Form beschränkt, wie dxB Figuren 3b - 3f zeigen. In diesen Figuren ist die Innenkante der Nut mit i bezeichnet, während ihre AussBnkante das Bezugszeichen ο aufweist. Somit zeigt Figur 3a einen von i bis-ο durchlauf enden Kreisbogen. In Figur 3b ist eine Profilkonfiguration dargestellt, die sich aus« zwei Kreisbögen und einer mittleren geraden Linie zusammensetzt, so daß Abbiegungsoder Übergangspunkte X₁ und X₂ zwischen der geraden

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Linie und den Bögen gebildet werden. Umgekehrt zeigt Figur 3c ein Profil, das aus zwei geraden Linien und einem mittleren Kreisbogen zusammengesetzt ist, wo die Übergangspunkte mit Y₁ und y~ bezeichnet sind. Figur 3d zeigt ein Profil, das dem Profil von Figur 3c ähnlich ist, mit Ausnahme der Tatsachs, daß die äußeren geraden Linien durch Kreisbögen ersetzt sind, die in bezug auf den mittleren Bogen entgegengesetzte Krümmung aufweisen, d.h. die Nut zeigt zwischen den Abbiegungspunkten z.

und Z^ und den Kanten ο bzw. i der Nut eine leicht konvexe Form im Gegensatz zu dem mittleren Bereich zwischen den Abbiegungspunkten, der konkav geformt ist. Figur 3e zeigt den besonderen Fall, wenn das Profil der Nut rechteckig ist, und schließlich stellt Figur 3f einen Grenzfall dar, der nämlich dann eintritt, wenn die eine Nut einen Radius unbegrenzter Länge aufweist, mit anderen Worten, die Kugel wird in diesem Fall nur durch eine einzige Nut geführt, die vorzugsweise in der oberen Stirnwand der Messkammer angeordnetist, während die untere Stirnwand vollständig eben ist. Auch in diesem Fall wird die Kugel angetrieben, um einer einheitlich definierten Bahn zu folgen, obgleich die Spinachse aufgrund der Tatsache etwas geneigt ist, daß die Berührungskreise der Kugel an der Nut bzw. die ebene Oberfläche unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Somit wird der Kugel bei ihrer Umlaufbewegung eine gewisse Präzessionsbewegung aufgedrückt.

Wie in Figur 3 dargestellt ist, folgt die Kugel 3o als Ganzes frei dem durch den Durchflußmesser strömenden Medium, d.h. die Kugel ist vollständig von dem Medium umgeben und unterliegt der vollen Kraftwirkung dieses Mediums. Zm Vergleich zu dieser Wirkung sind die Reibungskräfte, die durch das das leichte rollende Anstoßen der Kugel an den Führungsnuten verursacht werden, vernachlässigbar gering. Demzufolge ist die Kugel außerordentlich empfindlich für Veränderungen in der Strömung bzw. im Durchfluß,

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und der Druckverlust im Durchfluftmesser ist niedrig. Die Empfindlichkeit des Durchflußmessers wird weiter durch die "strömungsdynamische Getriebegeschwindigkeit" erhöht, die durch die Anordnung dBr Führungsnuten 26 und 28 möglich gemacht wird. Die Kreisbahnbewegung, die dem durch die Kammer 2o laufenden Medium erteilt wird, enthält eine tangentialeGeschwindigkeitskomponente, die sich mit abnehmendem Radius vergrößert, d.h. mit abnehmender Entfernung vom

wie

Mittelpunkt der Kreisbahnbewegung, dies in der obengenannten, mit anhängigen Patentanmeldung diskutiert ist.

Somit können die Führungsnuten 26 und 2Θ wahlweise so gebaut werden, daß die Bahn, auf der sich die Kugel entlangbewegt, einen solchen Radius erhält, daß die Geschwindigkeit, mit der sich die Kugel auf der Bahn entlangbewegt, größer ist als die Geschwindigkeit des zu messenden Mediums, bei dessen Einströmen in den Durchflußmesser und Herausströmen aus diesem Messgerät.

Die Bewegung der Kugel auf ihrer Bahn und hauptsächlich die Anzahl der Bahnumläufe pro Zeiteinheit oder die Umlaufgeschwindigkeit der Kugel lassen sich mit Hilfe irgendeines mehrerer bekannter Verfahren bestimmen. Zu diesem Zweck ist in Figur 1 nur beispielsweise eine.photoelektrische Anordnung dargestellt, die erfordert, daß der Boden und der Deckel 14 bzw. 16 des Durchflußmessers vollständig oder teilweise transparent sind oder mit transparenten bzw. durchsichtigen Fenstern an geeigneten Stellen versehen sind. Bei der dargestellten Ausführungsform wirft eine Lichtquelle 32 einen Lichtstrahl auf eine Fotozelle 34, der Strahl läuft durch das Gehäuse des Durchflußmessers an einer Stelle in der Bewegungsbahn der Kugel, so daß er einmal bei jedem Umlauf der Kugel von der Kugel unterbrochen wird. Die Geschwindigkeit, mit der die Kugel in der Kammer kreist, kann mit Hilfe eines elektrischen Messwertwandlers 36 und eines Anzeigeinstrumentes angezeigt werden, so beispielsweise

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eines Anzeigers oder Schreibers 38. Wie oben bereits erwähnt wurde, ist die photoelektrische Anzeigevorrichtung hier nur als Beispiel zu verstehen und läßt sich durch eine Reihe anderer Verfahren bzw. Vorrichtungen ersetzen» so beispielsweise magnetische, induktive und strömungsmittel* betätigte Vorrichtungen.

In den Figuren 4 und 5 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, die sich insbesondere für sehr kleine Messgeräte eignet. Im allgemeinen ist diese Ausführungsform der in den Figuren 1 und 2 dargestellten ähnlich, weicht jedoch von dieser Ausführungsform darin ab, daß sie mit einer vollständig kreisrunden Messkammer versehen iat. Somit weist dieser Durchflußmesser 1o' ein Gehäuse 12' auf, das sich aus einem Boden 14', einer Seitenwand 18', die vorzugsweise mit ihm untrennbar verbunden ist, und einem oberen Stirnwandteil oder Deckel 16* zusammensetzbar ist. Die von diesem Körper gebildete Kammer 2o' ist somit in Draufsicht vollständig kreisrund und ist wie auch die vorhergehende Ausführungsform mit einem tangentialen Eintritt 22' und einem zentralen Austritt 24* versehen. Die Kammer 2o' nimmt ein Fühlelement in Form einer Kugel 3o auf, das wie dieKugsl 3o der vorhergehenden Ausführungsform durch flache Nuten 26' und 28' geführt wird, die in den oberen und unteren Stirnwänden 12* bzw. 14* der Messkammer vorgesehen sind. Die Bewegung der Kugel wird mit Hilfe einer photoelektriechen Anordnung, die der Anordnung von Figur 1 ähnlich ist, abgefühlt oder abgetastet» Diese Anordnung weist eine Lichtquelle 32', eine Photozelle 34', einen elektronischen Messwertwandler 36' und ein Anzeige-Schreib- oder Zählinstrument 38' auf. In diesem Fall erkennt man jedoch, daß die Lichtquelle und die Photozelle auf der Auesenseite an diametral gegenüberliegenden Punkten der Bahn der Kugel angeordnet sind, und daß die Photozelle somit jedesmal, wenn die Kugel auf ihrer Bahn einen Umlauf vollendet, somit zwei Impulse erzeugt.

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Ferner ist es natürlich nicht notwendig, die Führungsnuten in den tatsächlichen Wandteilen des Gehäuses auszubilden! sie können vielmehr auch beispielsweise in getrennten Ringen ,oder Scheibenkörpern ausgebildet sein, die in die Stirnwände eingelassen sind, oder auch in speziellen Einrichtungen, die in der Kammer des Durchflußmessers angeordnet sind, wie dies in den Figuren 6 und 7 dargestellt ist. Bei der in den Figuren B und 7 gezeigten Ausführungsform entspricht der Durchflußmesser loa seiner Konstruktion nach im wesentlichen dem Durchflußmesser 1o und hat ein Gehäuse 12a mit einer Messkammer 2oa, einem Eintritt 22a, jedoch doppelte Austritte 23a und 24a. Wie aus den Zeichnungsfaguren hervorgeht, sind zwbi Ringe, nämlich ein oberer Ring 4o und ein unterer Ring 42, in der Kammer 2oa angebracht, um die Kugel 3oa auf ihrer Bahn entlangzuführen. Gemäß dem grundlegenden Merkmal der hier beschriebenen Erfindung sind die flachen Führungsnuten 41 und 43 geeigneter Querschnittsform in den gegenüberliegenden Oberflächen der entsprechenden Ringe angeordnet, um gekrümmte Teile der Kugeloberfläche aufzunehmen.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen ist jede die Kugel führende Nut in einer Ebene angeordnet, die sich im wesentlichen paralle zur Bewegungsebene des in der Kammer zirkulierenden Mediums erstreckt. Die Kugel kann jedoch auch wirkungsvoll in Nuten geführt werden, die sich in Ebenen befinden, welche rechtwinklig zur Durchfluß- oder Strömungsebene verlaufen, d.h. in zylindrischen, koaxialen Oberflächen. Die Figuren 6 und 9 zeigen beispielsweise diese Alternative der Nuten. Die in den Figuren 8 und 9 dargestellte Ausführungsform weist einen Durchflußmesser 1ob mit einem Gehäuse 12b auf, das im allgemeinen dem in den Figuren 6 und 7 dargestellten Gehäuse 12a entspricht und eine Kammer 2ob einschließt, die mit einem sich in tangentialer Richtung erstreckenden Eintritt 22b und· einem einzigen koaxialen Austritt

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24b versehen ist. In dem Boden oder unteren Wandteil 14b des Gehäuses 12b ist sin Kanal 44 gelegen* der zwei Führungsbänder oder -ringe enthält, nämlich einen äußeren Führungsring 46 und einen inneren Führungsring 48. Die Ringe aind mit wechselweise gegenüberliegenden, niedrigen Flanschen 46' bzw. 46' versahen, in denen flache Kugelführungsnuten 5o und 52 angeordnet sind, die gemäß den obengenannten Vorschriften so ausgebildet sind, daß Polkappenteile der Kugel von den Nuten leicht umfaßt werden. Bei der in den Figuren θ und S dargestellten Aueführungsform sind jedoch die Nuten 5o und 52 in koaxialen Oberflächen angeordnet, deren Achsen mit der Umlaufachse dar Strömung bzw. des Ourchflueses zusammenfallen. Somit erstrecken sich die Nuten 5o und 52 in bezug auf die Umlaufebene rechtwinklig zu der Richtung, in der die in den Figuren 6 und 7 gezeigten Nuten 41 und 43 laufen.

Die Nuten 5o und 52 weisen einen gebogenen Querschnitt auf und besitzen vorzugsweise einen Kreisbogenquerschnitt. In Abhängigkeit von den oben erwähnten Bedingungen bezüglich Größe, Dichte und Strömungszustand wird die Kugel entweder gegen die äußere Nut 5o oder gegen die innere Nut 52 gedruckt. Es wird darauf hingewiesen, daß die Kugel ihre stabile Roll-Lage auf einer zentralen Kreislinie am Boden der entsprechenden Nuten sucht. Somit versucht dieKugel in diesem Fall nicht, die Ränder oder Kanten der Nut zu erreichen. Die dargestellte Anordnung, bei der die Kugel teilweise im Boden der Kammer 2ob "untergetaucht" ist, stellt nur ein mögliches Ausführungebeispiel dar, wobei man rasch erkennt, daß die Bahn, der die Kugel^olgt, auch an anderer Stelle in der Kammer angeordnet sein kann und sogar an einer Stelle, die der in den Figuren 6 und 7 greigten entspricht. Im letzteren Fall werden zwei konzentrische Ringe angeordnet, die mit wechselseitig gegenüberliegenden Nuten zur Aufnahme und Führung der Kugel auf ihrer Bahn versehen werden.

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In den Figuren 1o und 11 sind schematisch zwei Ausführungsformen des hier zu beschreibenden Durchflußmsssers dargestellt, bei denen dem zu messenden Medium eine Dreh- oder Kreisbahnbewegung erteilt wird, während es in einem gerade gerichteten Kanal oder einer solchen Leitung entlangströmt, wobei diese Bewegung durch eine Anzeigekugel ermittelt wird, die so angeordnet ist, daß sie geeigneten Nuten der erfindungsgemäßen Art folgt. Die in Figur 1o gezeigte Ausführungsform weist ein Gehäuse mit einem Eintritt 6o und einem Austritt 62 auf, das im wesentlichen aus zwei koaxialen, zylindrischen Hülsen besteht, die gemeinsam einen geraden Durchfluß* kanal bilden. Die Enden der Hülsen, die nebeneinander liegen, sind mit Flanschteilen versehen,die eine äußere Aussparung oder Nut 64 in der Wand des Kanals begrenzen, in der zwei Führungsringe 66 und 68 angeordnet sind. Die Ringe sind mit flachen, wechselweise gegenüberliegenden Flanschtsilen 66' und 68' versehen, in denen Führungsnuten 7o und 72 für eine Kugel 78 angeordnet sind, wie aus Figur 1o klar hervorgeht. Wie dort schematisch angedeutet, ist ein stationäres System aus Führungsflügeln 74 im Eintritt 6o befestigt und zentral so angeordnet, daß dem strömenden Medium eine tangsntiale Geschwindigkeitskomponente erteilt wird, d.h. daß das Medium veranlaßt wird, eine Dreh- oder Kreisbahnbewegung auszuführen. In dem Austritt 62 ist ferner ein festliegendes System von Führungsflügeln 76 angebracht, die so liegen, daß sie der von dem ersten Führungsflügslsystem 74 erzeugten Bewegung entgegenwirken. Die Führungsflügel gehen von einer gemeinsamen Mittelnabe 79 aus. Die Anzeigekugel folgt: der Rotationskomponsnte der Bewegung des durchfließenden Mediums, und die Geschwindigkeit der Kugel wird in der oben beschriebenen Weise gemessen.

Unter ähnlichen Bedingungen, die auch für die in den Figuren 6, 7, 8 und 9 dargestellten Ausführungsformen zutreffen, ■ können die Führungsnuten der Ausführungsform von Figur to um 9o° gedreht werden,sodaß eins Konstruktion entsteht,

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die der Ausführungsform von Figur 11 ähnlich ist. Bei dieser letzteren Ausführungsform weist das Gehäuse eine einzige, ungeteilte, zylindrische Hülse Bo auf. Eine tropfenförmige, rotationssymmetrische Nabe Θ2 ist in der Mitte des Gehäuses angeordnet und in der Nähe ihrer Enden mit dem Gehäuse durch zwei festliegende Führungsflügelsysteme 84 und B6 verbunden, von denen das erstere auf der Eintrittsseite des Gehäuses gelagert und so angeordnet ist, daB es dem strömenden Medium eine Drehbewegung erteilt, während das letztere System auf der Austrittsseite des Gehäuses so angeordnet ist, daB es dieser Drehbewegung entgegenwirkt. Auf der Innenseite des Gehäuses Oo ist in geeigneter Lage zwischen den Führungsflügelsystemen eine Ringwulst Θ8 vorgesehen, während zwischen der Wulst und der Nabe B2 eine Anzeigekugel 7B, die, ähnlich wie bei den im obigen beschriebenen Ausführungsformen, in zwei flachen, wechselseitig gegenüberliegenden Nuten 9o und 92 geführt wird, die in der Wulst BB bzw. der Nabe B2 angeordnet sind.

Figur 12 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgernäßen DurchfluBmeseers, die der in den Figuren 1-3 beschriebenen insofern ähnlich ist, als das Medium veranlaßt wird, tangential in eine DurchfluBmesskammer hineinzuströmen und aus dieser Messkammer durch einen Austritt auszuströmen, der koaxial zur Messkammer liegt. Die praktische Konstruktion dieser letzteren Ausführungsform unterscheidet sich jedoch von der Ausführungsform nach den Figuren 1 - 3, da in diesem Fall der Durchflußmesser ein äußeres, im allgemeinen kreisrundes Gehäuse 1oo aufweist, das mit einem Eintritt 1o2 versehen ist, deohicht tangential zum Gehäuse angeordnet zu sein braucht, sondern radial oder axial zum Gehäuse liegen kann, wie dies durch die gestrichelte Linie 1o2* angedeutet ist. In dem Gehäuse ist koaxial und in einer bestimmten Entfernung von der inneren Gehäuseoberflache ein festliegendes System aus Führungsflügeln 1o4 angeordnet. Somit befindet sich auf der Aussenseite des Führungsflügelsystems

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sine Druckausgleichkammer 1o6 fur das einströmende Medium, dem von den Flügeln 1o4 beim Eintreten in eine kreisrunde Kammer 1o8, die sich in radialer Richtung innerhalb der Flügel befindet, eine TangentialJaewsgung oder Zirkulationsbewegung erteilt. Auf eine ähnliche Weise, wie sie im obigen beschrieben wurde, wird eine Anzsigekugel 11o durch Krafteinwirkung veranlaßt, der Zirkulations- oder Kreisbahnbewegung des Mediums zu folgen, die zwischen Nuten geführt wird, welche in den Wänden des Gehäuses oder in an dem Gehäuse angebrachten Körpern angeordnet sind und von denen nur die eine Nut 112 in der Zeichnungsfigur sichtbar ist. Innerhalb der Bewegungsbahn der Kugel befindet sich ein Austritt 114, der sich.koaxial zum Gehäuse erstreckt. Diese Ausführungsfarm gestattet eine groiere Freiheit bei der praktischen Konstruktion des Gehäuses und insbesondere im Hinblick auf die Anordnung seines Eintritts.

In Figur 13 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäBen Durchflußmessers dargestellt, die sich insbesondere für die Verwendung ,unter Bedinjjngen eignet, wo die Umgebung des DurchfluBmessers eine Messung mit Hilfe einer elektrischen Signalvorrichtung ausschließt. Aufgrund der Tatsache, daß die Anzeigevorrichtung in festliegenden Nuten der oben beschriebenen Art geführt wird, IaBt sich der Durchflußmesser leicht so anpassen, daß er Drucksignale erzeugt, die an ein geeignetes Signalverarbeitungssystem übertragen, werden können. Die in Figur 13 gezeigte Ausführungsform weist ein Gehäuse 12o auf, das im allgemeine η mit dem Gehäuse der Ausfuhrungsform nach den Figuren 1 und 2 übereinstimmt. So hat das Gehäuse 12o einen oberen Wandteil oder Deckel.122 und einen unteren Wandteil oder Soden 124« Ähnlich wie die vorherigen AusfUhrungsformen sind in den Wandteilen des Gehäuses zur Führung eines Messkorpers Nuten 126 und 12B vorgesehen, wobei dieser Messkörper die Form einer Kugel 13o hat. Zum Anzeigen der Bewegung der Kugel befindet sich in wenigstens einer der Nuten ein oder mehrere Kanäle, die sich in die wirklichen Nuten hinein öffnen, wie dies beispielsweise

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mit dem Kanal 132 angedeutet ist. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, öffnet sich der Kanal 132 in die Nut 126 hinein, und jedesmal dann, wenn die Kugel die Mündung des Kanals passiert, wird in dem Kanal ein Druckimpuls erzeugt, der über einen Anschluß 134 an ein nicht dargestelltes Anzeigesystem weitergeleitet wird. Auf diese Weise wird in dem Kanal 132 bei jedem Umlauf der Kugel 13o ein Druckimpuls erzeugt, und das zusammengesetzte Signal, das mit dieser Ausführungsform erhältlich ist, hat die Form einer Impulskette, die den Impulsen ähnlich ist, welche bei den vorherigen Ausführungsformen erhalten werden, jedoch hier in Form von Strömungsmittelimpulsen.

Alle oben beschriebenen Ausführungsformsn losen die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, d.h. einen einfachen, geräuscharmen DurchfluBmesser zu schaffen, der praktisch vollständig linear und reproduzierbar arbeitet und dabei einen nur geringen Druckverlust aufweist. Dieses Ergebnis wird durch das oben beschriebene Konstruktionsprinzip erreicht, dessen grundlegendes Merkmal die Tatsache ist, daß der Anzeigekörper so angeordnet wird, daß der in dem strömenden Medium im größtmöglichen MaBe frei schweben kann, d.h. vollständig von dem Medium bedeckt wird, wobei die Tangentialgeschwindigkeitskomponente der Bewegung des Mediums dem gemessenen Stromungsparameter proportional ist.

Gleichzeitig wird die Kugel in ihrer Bahn unter stabilen Bedingungen in einer Weise geführt, die die geringstmögliche Reibung verursacht, wobei die Bewegung der Kugel in ihren flachen Führungsnuten mit der Bewegung der Lagerkugeln in Laufringen eines unbelasteten Kugellagers vergleichbar ist.

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ORtQtNAL INSPECTED

Claims

Patentansprüche -

1 J Durchflußmesser für flüssige, gasförmige und mehrere Komponenten aufweisende Newtonsche und Nicht-Newtonsche Medien, mit einem Gehäuse, das mit einem Eintritt und einem Austritt versehen ist, durch die das Medium zur Messung oder überprüfung eines oder mehrerer Strömungsparamater hindurchfließt, wobei das Gehäuse so gebaut ist, daß dem Medium bei seinem Durchfluß in dem Gehäuse wenigstens teilweise eine Drehbewegung erteilt wird, und wobei in dem Gehäuse ein Fühlelement in Form eines symmetrischen Drehkörpers, beispielsweise einer Kugel angeordnet ist, die von dem strömenden Medium auf einer in etwa kreisrunden Bahn in dem Gehäuse vorwärtsgetrieben wird, und , wobei ferner eine an sich bekannte Einrichtung vorgesehen ist, mit der die Bewsjung der Kugel messbar ist, um die gewünschten Strömungsparameter zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (3o) so angeordnet ist, daß sie sich in Richtung der tangentialen Geschwindigkeitskomponente der Bewegung des Mediums frei bewegen kann, während sie einer im wesentlichen kreisrunden Bahn beliebigen Radius folgt, daß die Kugel zwangsläufig und ununterbrochen auf ihrer Bahn geführt wird, indem sie mit wechselseitig gegenüberliegenden Führungskörpern in Berührung tritt, von denen wenigstens einer die Form einer flachen Nut (26,, 28) aufweist, daß'die Führungskörper zu dem Gehäuse (12) gehören, und jeder Führungskörper so geformt ist, daß er einen schmalen Polkappenteil der Kugel (3o) berührt, wobei zwischen ihm und der Kugel ein geringes Spiel vorhanden ist, so daß die Kugel zwangsläufig zwischen den Führungskörpern haltbar ist, ahne irgendeine andere Berührung mit dem Gehäuse (12) zu haben, wobei die Kugel dazu gebracht wird, den Führungskörper zu folgen, während sie eine klar definierbare und stabile Abrollbewegung auf nicht mehr als zwei festgelegten Berührungskreisen ausführte

2. Durchflußmesser nach Anspruch i_B gekennzeichnet durch ein

in Form eines Kreisbogens (Figuren 3„3a-)o '

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3. DurchfluBmesser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Führungsnutprofil, das sich aus zwei Kreisbögen Co - X₁, *2 " i) zusammensetzt, die durch eine mittlere gerade Linie (x. - x_. Figur 3b) verbunden sind.

4. DurchfluBmesser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Führungsnutprofil, das aus zwei geraden Linien (o - y*, y_ - i) zusammengesetzt ist, die durch einen mittleren Kreisbogen (y-j - Y2* Figur 3c) verbunden sind.

5. DurchfluBmessernach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

ein Führungsnutprofil, das aus zwei Kreisbögen (o - z-, z„- i) zusammengesetzt ist, die durch einen mittleren Kreisbogen Cz-. - Zy) verbunden sind, der einen Krümmungsradius aufweist, welcher dem Krümmungsradius der beiden äußeren Kreisbögen entgegengesetzt ist, so daß der mittlere Teil des Nutbodens konkav gewölbt ist, während die sich daran anschließenden Nutbodenteile konvex ausgebildet sind (Figur 3d).

6. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsnut oder Führungsnuten eine rechteckige Querschnittsform (Figur 3a) aufweisen.

7. Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Führungskörper eine Nut aufwast, während der gegenüberliegende Führungskörper aus einer flachen Oberfläche besteht (Figur 3f).

B. DurchfluBmesser nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Führungskörper (26, 2Bi 41, 43j 7o, 72) jeder in einer Ebene liegen, die sich ganz allgemein parallel zu der Kreisbahnebene des strömenden Mediums erstreckt, beispielsweise in zwei gegenüberliegenden, parallelen Wänden, die die Stirnwände des Gehäuses bilden (Figuren 1-7, 1o., 12, 13).

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9. Durchflußmesser nach einem ^der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Führungskörper (5o, 52# 9o, 92). in zylindrischen, koaxialen Oberflächen ausgebildet sind, deren gemeinsame Achse im allgemeinen mit der Kreisbahn - oder Umlaufachse des strömenden Mediums zusammenfällt (Figuren 8, 9, 11).

10. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungskörper (26, 28)in einem Gehäuse (12, 12a, 12b) angeordnet sind, das eine zylindrische Kammer enthält, die mit einem sich in- tangentialer Richtung erstreckenden Eintritt (22, 22a, 22b) und einem koaxialen Austritt (24, 24a, 24b) versehen ist. ■ '

11. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kugel (78) führenden Führungskörper (7o, 72, 9o, 92) in einem zylindrischen Gehäuse (6o, 62, Bo) angeordnet sind, das einen geradegerichteten DurchfluBkanal umgibt, der einen koaxialen Eintritt und Austritt aufweist, daß innerhalb des Durchflußkanaleintrittes ein festliegendes System (74, 84) aus Führungsflügeln angebracht ist, um dem Medium eine Dreh- oder Zirkulationsbewegung zu erteilen, und daß innerhalb des Durchflußkanalaustrittes ein weiteres festliegendes System (76, 86) aus Führungsflügeln angeordnet ist, um der Dreh- oder Zirkulationsbewegung entgegenzuwirken, wobei die die Kugel (78) führenden Führungskörper (7o, 72) 9o, 92) in dem Gehäuse zwischen den beiden Führungsflügelsystemen angeordnet sind.

12. Durchflußmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungskörper (7o, 72) in Elementen (66, 68) vorgesehen sind, die an dem Gehäuse (o6o, 62) befestigt und in einen Kanal (64) eingesetzt sind, der in der zylindrischen Wand des Gehäuses ausgebildet ist (Figur 1o).

13. Durchflußmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Führungskörper (9o, 92) mit einem Element

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(θθ) versehen ist, das an der zylindrischen Wand dee Gehäuses (Bo) fest angebracht ist, während sich der andere Führungskörper in einer zentralen Nabe (62) befindet, die in dem Durchflußkanal angeordnet ist und die Befestigungsstelle für die beiden Führungsflügelsysteme (Θ4, 86) bildet, oder in einem Element ausgebildet ist, das mit der Nabe fest verbunden ist (Figur 11).

14. DurchfluBmesser nach einem der Ansprüche 1 -13, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Führungskörper und vorzugsweise derjenige, der eine Nut (126) aufweist, mit wenigstens einem Druckimpulsleitkanal (132) in Verbindung steht, der sich in die Nut hinein öffnet und mit einem Strömungssignal-verarbeitungssystem in Verbindung steht (Figur 13).

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