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Durchflußmeßgerät Die Erfindung betrifft ein Durchflußmeßgerät für
flüssige Medien, vorzugsweise Schwefelsäure, mit einem in einem Gehäuse befindlichen
Durchflußkanal.
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in welches ein vom strömenden Medium in Drehbewegung versetzbares
Meßrad angeordnet ist, dessen Umdrehung Maß für die Menge des durchströmten Mediums
ist, und mit Mitteln zur bbertragung des Meßwerts auf ein Anzeigeinstrwnent.
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Bekannt sind Durchflußmeßgeräte zur Bestimnlung einer durch eine
Leitung strömenden Flüssigkeitsmenge, z.B. Wasserzähler. Bei dieser wird vom strömenden
Medium ein Meßrad in Drehung versetzt und die Drehbewegung über Getrieberitzel und
Wellen mehrfach unter- bzw. übersetzt, wobei das Getriebe schließlich mit einer
Anzeigevorrichtung
in Verbindung steht, an welcher sich die durch
die Leitung geströmte Menge Wassers ablesen läßt.
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Dieses bekannte Durchflußmeßgerät ist jedoch nicht geeignet, zur
Abmessung von Schwefelsäure benutzt zu werden.
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Die zur Übertragung der Meßwerte benötigten Getriebeteile befinden
sich größtenteils in dem von der Flüssigkeit umspülten Pum, so daß diese Teile einem
enormen Angriff des aggressiven Mediums Schwefelsäure ausgesetzt wären, was einen
sehr raschen Verschleiß mit sich bringen würde. Auch bestehen Dichtprobleme an den
Stellen, an denen Getriebeteile aus cter die Flüssigkeit führenden Leitung austreten.
Und schließlich ist der bekannte Wasserzähler im übrigen konstruktiv aufwendig,
was zu einer unangenehmen Verteuerung eines Gerätes führt, welches in größeren Stückzahlen
Verwendung finden soll. Als weiterer Nachteil wird es empfunden, daß die bekannten
Meßvorrichtungen infolge ihrer vielen mechanisch beanspruchten Teile einen großen
Wartungsaufwand erfordern, wenn sie zufriedenstellend arbeiten sollen.
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Ausgehend von diesen Nachteilen des Standes der Technik liegt der
Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Durchflußmeßgerät der eingangs erwähnten Gattung
zur mengenmäßigen Bestim-nung eines durchfließenden, aggressiven
Lediums,
insbesondere Schwefels@res verschiedenster Konzentrationsgrade nutzbar zu machen
und dabei zugleich ein konstrukriv einfaches und wartungsreies Gerät zu schaffen.
Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß als Mittel zur Übertragung des Meßwerts
ein elektronischer Geber vorgesehen ist, der mit meßradseitig angeordneten mitteln
zur berührungsfreien lmpulsgabe zusammenwirkt.
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Bei diesem neuen Durchflußmeßgerät bestehen die einzig mechanisch
beanspruchten Teile aus dem Meßrad, seiner Lager- und Drehachse sowie dem Meßrad
zugeordneten mitteln zur berührungsfreien Impulsgabe. Der elektronische Geber, der
mit den Impulsabe-Mitteln nicht in berührendem Kontakt steht, kann somit außerhalb
des von dem aggressiven Medium benetzten Raumes angeordnet werden. Das Durchflußmeßgerät
gemäß der Erfindung zeichnet sich somit dadurch aus, daß zur Ubertragung der Drehbewegung
des Meßrades auf ein Anzeigeinstrument keine mechanisch beanspruchten Übertragungsglieder
wie Getriebe od.dgl. erforderlich sind.
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Damit verbunden ist der weitere Vorteil, daß eine sehr genaue Messung
dadurch erzielt werden kann, daß die strömende Flüssigkeit lediglich das Meßrad
antreibt, Verlustleistungen durch mechanische Übertragungsglieder jedoch nicht auftreten.
Dies ist besonders auch deshalb wichtig, weil mechanische Verlustleistungen zwar
kalkulierbar
sind, diese sich jedoch unter verschiedenen Betriebssituationen
derart ändern können, daß das Meßergebnis verfälscht wird. Da das neue Durchflußmeßgerät
praktische ohne Verschleißteile arbeiten kann, ist es äußerst wartungsarm, bei normaler
Funktion der Teile sogar absolut wartungsfrei.
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Im Sinne der Erfindung hat es sich als zweckmäßig erwiesen, nahezu
alle Teile, die mit dem aggressiven Medium Schwefelsäure in Berührung kommen, beispielsweise
aus Hart-PVC zu fertigen; dieser Werkstoff ist unter üblichen Betriebsbedingungen
absolut resistent.
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In konstruktiver Ausgestaltung des Erfindungsgedankens hat es sich
als zweckmäßig erwiesen, daß das Meßrad als Flügelrad ausgebildet ist und sich seine
Achse in Strömmngsrichtung erstreckt und daß die Mittel zur Impulsgabe aus wenigstens
zwei umfangsseitig am Flügelrad angebrachten Metallplättchen od.dgl. bestehen, die
mit dem ortsfesten elektronischen Geber zusammerwirken. Durch diese Anordnung des
Meßrades quer zur Strömungsrichtung kann der Strömungsquerschnitt maximal ausgenutzt
werden, so daß auch praktisch der gesamte Querschnitt des strömenden Mediums die
Drehbewegung des Meßrades bewirkt. Es entstehen somit weniger Meßverluste. Die Mittel
zur Impuisgabe können im einfachsten
Falle aus wenigstens zwei umfangsseitig
am Flügelrad angebrachten Metallplättchen bestehen, die in der Lage sind, beispielsweise
die induktivität eines induktiven Gebers impulsmaßig zu verändern. Dieser Geber
ist ortsfest angeordnet und zweckmäßig am Gehäuse selbst befestigt.
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Durch Verwendung eines Flügelrads als Meßrad ist es leicht möglich,
durch vorbestimmte Neigung der FlügeXräder dafür Sorge zu tragen, daß dieses Flügelrad
eine bestimmte Anzahl von Umdrehungen macht, wenn eine bestimmte Menge Flüssigkeit
durch das Rad geströmt ist, wobei zweckmäßig die Anzahl der Umdrehungen des Flügelrades
ein ganzzahliges Vielfaches der in Litern oder Gewichtseinheiten gemessenen Flüssigkeitsmenge
ist. Auf diese Weise erhält man die Piöglichkeit, angezeigte lmpulswerte unmittelbar
in Mengen-bzw. Gewichtsgrößen umzusetzen. Für diesen Faktor ist auch die Anzahl
der impulsgebenden Mittel maßgeblich, ihre Anzahl richtet sich jedoch zweckmäßig
einerseits nach der Anzahl der vorhandenen Flügel des Flügelrads sowie danach, daß
eine Unwucht des Flügelrades vermieden werden muß.
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Das heißt, die Metallplättchen od.dgl. müssen derart über den Umfang
des Flügelrades verteilt angeordnet werden, daß sich die einzelnen Unwuchtmassen
ausgleichen.
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Der ortsfest angeordnete elektronische Geber kann in zum Durchflußkanal
radialer Richtung auf der Höhe der
Impulsgabe-Mittel des Flügelrades
in die Wandung des Gehäuses eingesetzt sein. Dies kann dadurch erfolgen, daß der
Gelber mittelbar in einer Bohrung in der ltiandung des Gehäuses aufgenommen ist.
Würde der Geber unmittelbar in einer durchgehenden Bohrung in der Wandung des Gehäuses
aufgenommen sein, so würden sich Dichtprobleme ergeben, der Geber würde aber auch
dem aggressiven Medium Schwefelsaure ausgesetzt sein. Die Erfindung würde es daher
zunächst als vorteilhaft ansehen, von außen in die Wandung des Gehäuses lediglich
eine Sackbohrung einzubringe,so daß der Geber innerhalb der Bohrung noch durch eine
gewisse Wandstärke des Gehäuses selbst vom strömenden Medium abtrennt ist.
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Die Fertigung einer derart genauen Sackbohrung ist jedoch nicht stets
einwandfrei zu erzielen, so daß die Erfindung darüber hinaus vorschlägt, daß der
elektronische Geber in einer Buchse, vorzugsweise aus Kunststoff, aufgenommen ist,
die ihrerseits in der gehäusewandseitigen Bohrung eingesetzt ist, wobei die zum
Durchflußkanal weisende Stirnseite der Buchse geschlossen ist. Es hat sich dabei
herausgestellt, daß die Stirnseite der Buchse lediglich eine Wandstärke von etwa
0,5 mm aufweisen muß. Eine derart gestaltete Buchse bringt mehrere Vorteile mit
sich. Einmal ist der empfindliche Geber von der aggressiven, Schwefelsäure getrennt,
so daß er von ihr nicht angegriffen werden kann. Darüber hinaus ermöglicht die
Buchse
ein Auswechseln des-Gebers auch dann, wenn die Leitung mit Schwefelsäure gefüllt
ist, also auch im Betriebszustand. Die Buchse als Spritzgußteil ist ein sehr einfaches
und wohlfeiles Bauteil. Es ist in diesem Zusammenhang eine sein einfache Befestigung
dieser Elemente dadurch möglich, daß man die Buchse in die Bohrung des Gehäuses
einschraubt und in eine Innenbohrung der Buchse wiederum den Meßwertgeber einschraubt.
Um jegliche Leckage zu vermeiden, sieht man nach der Erfindung vor, die Buchse gegenüber
der gehäusewandseitigen Bohrung abgedichtet zu haltern, was im einfachsten Falle
dadurch geschehen kann, daß die Buchese einen umlaufenden Bund aufweist, zwischen
welchem und der Gehäusewandung wenigstens ein säureresistenter Dichtring eingesetzt
wird.
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Im Sinne der konstruktiv einfachen Gestaltung ist es vorgesehen,
die Achse des Flügelrads in Einsätzen zu lagern, die ihreerseits am Gehäuse gehaltert
sind. Das Gehäuse, welches im wesentlichn die Form eines kompakten Rohrstückes aufweist,
kann in einfacher Weise stirnseitig mit Mitteln versehen sein, an welchen die Einsätze
befestigt werden können. Im einfachsten Falle weisen die Einsätze außenseitig einen
Befestigungsflansch auf, der in eine entsprechend gestaltete Nut an den Stirnseiten
des Gehäuses einsetzbar ist und dort mittels nicht durch
die Schwefelsäure
zerstörbarer Kunststoffschrauben befestigt werden kann.
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Die ansatze, die von den Stirnseiten des Gehäuses aus insInnere des
Durchflußkanals weisen, können darüber hinaus noch Mittel zur Beruhigung des Medienstromes
aufweisen, die aus Stegen gebildet sein können, die sich von einem zentrischen Kern
etwa radial nach außen erstrecken. Der zentrale Kern der Einsätze beinhaltet die
Gleitlager für die Drehachse des Flügelrades. Derartige Lagereinsatze sind vorgesehen,
damit bei einer evtl. Beschädigung des Lagers nicht die gesamten Einsätze ausgetauscht
werden müssen. Zu diesem Zwecke sind die zusätzlichen Lagerbuchsen entfernbar, beispielsweise
im Preßsitz gehaltert. Im Grunde dieser Einsatzbuchsen sind ferner Drucklagerplättchen,
gleichfalls ausstoßbar, eingesetzt.
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Diese Drucklagerplättchen sind bevorzugt Achatsteine, die eine hohe
Druckbelastung reibungsarm aufnehmen können.
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So wird insgesamt eine sehr verlustarme Lagerung des Meßrades ermöglicht,
wodurch besondere Gewähr für ein unverfälschtes Meßergebnis besteht. Dank dieser
Lagerung ist das neue Durchflußmeßgerät in jeder beliebigen Einbaulage zu einer
eichgenauen Messung fähig. In der Praxis häufig sind Anwendungen insbesondere mit
senkrechtem
oder horizontalem Durchfluß. Bei vertikalem Durchfluß
liegt das Hauptgewicht des Meßrades auf dem nach unten weisenden Achsstummel. Die
hierbei hauptsächlich auftretenden Reibungskräfte an der Stirnseite der Achse sind
gering. Bei horizontalem einbau des Durchflußmeßgeräts kommen hauptsächlich Lagerreibungskräfte
zwischen den Achsen des Meßrades und den sie lagernden Einsatzbuchsen infrage.
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Die Wahl des Werkstoffes PVC für das Flügelrad hat jedoch noch den
besonderen Vorteil, daß das Flügelrad in der Schwefelsäure aufzuschwimmen bestrebt
ist, wodurch sich die Lagerreibung durch weitestgehende Kompensation des Gewichts
von Flügelrad und Achse erheblich vermindert.
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Im Hinblick auf eine universelle Einbaumöglic1keit des neuen Durchflußmeßgeräts
ist es gemäß einem weiteren Vorschlage der Erfindung vorteilhaft, das Gehäuse endstirnseitig
flanschartig auszubilden. An diesem Flansch können Befestigungsbohrungen vorgesehen
sein, die mit ueblichen Rohr-Anschlußmaßen übereinstimmen. Das Durchflußmeßgerät
könnte dann ohne großen Montageaufwand in eine vorhandene Rohrleitung eingebaut
werden. Es ist jedoch auch möglich, daß mit den Endstirnseiten des Gehäuses Flansche
kuppelbar sind, die eine Gewindemuffe aufweisen.
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Man kann daher auf die Endstirnseiten des Durchflußmeßgeräts
nicht
nur Rohre aufsetzen, beispielsweise aufschrauben, sondern gesonderte Flansche, die
als Adapter für den Anschluß von Rohren oder Schläuchen dienen, welche ihrerseits
ein bemit Gewinde versehenes Runpelende/sitzen. Um eine einwandfreie Abdichtung
der Flansche vom Durchflußmeßgerät zu erzielen, braucht lediglich ein säurebestctndiger
Dichtring zwischen den Flanschen und den Endstirnseiten des Gehäuses des Durchflußmeßgeräts
eingelegt zu werden.
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Insgesamt gesehen ist es der Erfindung also gelungen, ein Durchflußmeßgerät
für die speziellen Anforderungen an eine möglichst genaue Messung eines aggressiven
flüssigen Iiediums, insbesondere Schwefelsäure beliebiger Konzentration, äußerst
vorteilhaft zu gestalten. Alle wesentlichen Teile dieses Durchflußmeßgeräts sind
aus einem säurebeständigen Kunststoff gestaltet, mit Ausnahme der das Flügelrad
tragenden Welle, die besonders biegesteif sein muß und lediglich noch mit Ausnahme
der die Zählimpulse initiierenden Impulsgabemittel auf dem Flügelrad, die in der
Lage sein müssen, in Verbindung mit dem elektronischen Meßwertgeber impulse oder
eine Steuerspannung zu liefern. Diese Metallteile, deren Anteil höchst gering ist,
können aus einem speziellen, hochlegierten und ebenfalls säurebeständigen Stahl
gefertigt werden, ohne daß dadurch das gesamte Gerät unverhältnismäßig verteuert
würde.
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Das neue Durchflußmeßgerät gestattet einerseits eine sogenannte digitale
Messung, d.h. über einen Meßwertgeber werden laufend Inrpulse gezählt, so daß jederzeit
die seit Nullstellung des Anzeigegeräts durchgelaufene Menge an Säure ablesbar ist.
Es kann jedoch auch eine analoge Messung durchgeführt werden, wenn man die impulse
auf einen Digital-Analog-Umsetzer gibt, so daß ein proportionaler Gleichstrom erzeugt
wird. Es liegt dann eine Spannung vor, die beispielsweise auf ein Schreibgerät gegeben
werden kann, welches in Abhängigkeit von der Zeit die jeweils durchfließende Menge
aufzeichnet. Män erhält so eine Kurve, aus der sich ablesen läßt, welche Menge Flüssigkeit
zu einer bestimmten Zeit durch die Leitung geflossen ist. Diese Messungen lassen
sich wahlweise ausfUien. Es ist jedoch auch in einfachster Weise möglich, daß zwei
elektronische Geber zugleich an das Gerbt angeschlossen werden, wobei der eine die
analoge, der andere die digitale Messung ermöglicht.
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Ferner kann das neue Durchflußmegerät auch als Dosiergerät verwendet
werden. Hierzu ist es möglich, das Anzeigegerät auf eine vorbestimmte Durchflußmenge
einzustellen. Wenn diese voreingestellte Menge durchgeflossen ist, d.h. wenn die
Impulse den voreingestellten Wert am Anzeigegerät ihrer Zahl nach erreicht haben,
kann auf elektrischem bzw. elektronischen Wege ein in der Rohrleitung vorgesehenes
Ventil betätigt werden, welches sofort den weiteren Fluß stoppt. Auf diese Weise
kann das Durchflußgerät durch geeignete elektronische Schaltung, die jedoch an sich
bekannt ist, auch als Abfülldosierer benutzt werden.
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Im übrigen versteht sich die erfindung am besten anhand der nachfolgenden
Beschreibung sowie der beigefügten Zeichnungen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.
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Die Fig. zeigt einen Längsschnitt durch das neue Durchflußmeßgerät.
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Das Durchflußmeßgerät besteht im wesentlichen aus einem rohrstückförmigen
Gehäuse 10, welches in eine Rohr- oder Schlauchleitung einsetzbar ist. Das Gehäuse
10 weist im Inneren einen Durchflußkanal 11 auf, durch welchen die Schwefelsäure
hindurchströmen kann. In diesen Durchflußkanal ii ist ein Meßrad 12 quer zur Strömungsrichtung
angeordnet. Dieses Meßrad ist als Flügelrad ausgebildet; durch Auftreffen der Strömung
auf die Flügel 12a wird das Meßrad 12 in Drehung versetzt.
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Die Drehlagerung des Meßrades 12 erfolgt durch Lagerung seiner Achse
13, die beidseits an ihren äußeren Enden in einem Gleitlager 14, 15 aufgenommen
ist. Dieses Gleitlager besteht aus je einer Einsatzbuchse 14 und einem Achatstein
15, welcher im Bodenbereich der Einsatzbuchse 14 eingelagert ist. Dieses aus Einsatzbuchse
14 und Achatstein 15 bestehende Gleitlager selbst ist wiederum
in
einem einsatz IG aufgenommen. Die beiden hins«tze 16 begrenzen den Durchflußkanal
11 im Bereiche der beiden Stirnseiten des Gehäuses 10. Die Einsätze bestehen aus
einem Kunststoff-Formteil, welches im wesentlichen aus einem Kern 16a, sich von
ihn aus radial erstreckenden gebildet ist Rippen 1Gb sowie einem Ringflansch 162.
Im Kern 16a sind die aus je einer Einsatzbuchse 14 und einem Achatstein 15 gebildeten
Gleitlager aufgenommen, die mit Preßsitz gehalten sind. Die Rippen 1Gb dienen einerseits
der Verbinclung des Kerns 16a mit dem Flansch 16c sowie andererseits zur Beruhigung
des auf den Einsatz 16 auftreffl nden Flüssigkeitsstrahl. Der Ringflansch 16c ist
in einer entsprechenden Ringnut an den Stirnseiten des Gehäuses 10 eingelagert,
und mittels Schrauben 17 ist die feste Verbindung zwischen den Einsätzen 16 und
dem Gehäuse 10 hergestellt.
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Das aufgrund des Flüssigkeitsstromes rotierbare Meßrad 12 weist außenseitig
mehrere - im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei gegenüberliegide - ferromagnetische
Plättchen 18 auf. Diese Plättchen sind in der Lage, die Induktivität eines induktiven
Impulsgebers 19 zu beeinflussen, so daß der Geber 19 bei jedem Vorbeigang eines
Plättchens 18 einen Impuls an ein Anzeigegerät vermittelt.
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Damit die Teile des Gebers selbst nicht mit der
Schwefelsäure
in Berührung kommen, ist eine hunststoffbuchse 20 vorgesehen, die stirnseitig dünnwandig
geschlossen ist. Diese dünne Stirnwand 20a schirmt also den Geber zum Durchflußkanal
hin ab. Die IQ'unststoffbuchse 20 ist in eine Bohrung 21 in der Wandung des Gehäuses
10 eingeschraubt. Zwischen einem Flansch 20b und einer durch Abfasung erzielten
ebenen Fläche 10a des Gehäuses 10 ist ein Kunststoffring 22 eingelagert, der beidseits
0-Dichtringe 23 tragt, so daß n&ch außen hin eine absolute Abdichtung erzielt
ist.
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Der Geber 19 ist seinerseits wieder in eine Innenbohrung der Kunststoffbuchse
20 eingeschraubt und reicht mit seinem vorderen Meßende bis vor die dünne Stirnwand
20a. Die spezielle Halterung des Gebers 19 ermöglicht es, ihn gegen einen anderen
selbst dann auszuwechseln, wenn der Durchflußkanal 11 mit Schwefelsäure gefüllt
ist.
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Vom Geber 19 führt eine elektrische Leitung 24 zu einem elektronischen
Anzeigegerät. Die Leitung 24 übermittelt Impulse, die direkt eine digitale Messung
ermöglichen, die jedoch auch auf einen Digital-Analog-Umsetzer gegeben werden können,
so daß ein proportionaler Gleichstrom erzeugt wird.
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Mit Ausnahme des Gebers, der Plättchen 18 sowie der Achse 13 und
schließlich der Achatsteine 15 sind
sumtliche Einzelteile des Durchflußmeßger-ts
aus einem säurefesten Kunststoff, vornelmlich Hart-PVC gefertigt.
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Die Achse 13 besteht - da sie äußerst verwindungssteif sein muß -
aus einem hochfesten und zur Vermeidung eines frühzeitigen Verschleißes aus einem
resistenten Stahl wie auch die Plättchen 18.
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Zum Einbau in eine Rohrleitung ist das Gehäuse 10 des Durchflußmeßgeräts
an seinen Stirnflächen lOb mit Schraubaufnahmen -25 versehen, die auf einem gebräuchlichen
Teilkreisdurchmesser angeordnet sind. Um einen Anschluß des Durchflußmeßgeräts auch
an eine Schlauchleitung mit Gewindestutzen zu ermöglichen, kann das Gehäuse 10 mit
einem flanschartigen Adapter 25 versehen werden. Dieser Adapter 26 besteht aus einem
Runststoff-Flansch 27, der auf die Stirnflächen lOb des Gehäuses 10 aufschraubbar
ist. Nach außen vorstehend ist in eine zentrische Bohrung des Adapters 26 ein Gewindestutzen
28 flüssigkeitsdicht eingesetzt. Auf diesen Gewindestutzen kann eine Schlauchleitung
mit einem Gegengewindeende aufgeschraubt werden. Zur Abdichtung des Flansches 27
gegenüber der Stirnfläche 1Ob des Gehäuses 10 ist ein in eine Ringnut der Stirnfläche
1Ob eingelassener O-Dichtring 29 vorgesehen. Mittels des Adapters 26 ist somit das
Durchflußmeßgerät universell in eine säureführende Leitung einsetzbar.
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Es ist selbstverständlich, daß ein Adapter 26 bei Bedarf entweder
nur einseitig oder beidseitig mit den Stirnflächen 1 Ob des Gehäuses 10 verbunden
werden kann.
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Damit - wie bereits erwähnt - die Gleitlager, nämlich die Einsatzbuchse
14 sowie der Achatstein 15 bei Bedarf ausgewechselt werden können, sind in Verlängerung
der Achse 13 Bohrungen 30 im Einsatz 16 vorgesehen. Diese Bohrungen gestatten die
Einführung eines Werkzeuges, mit welchem Einsatzbuchse 14 und Achatstein 15 aus
dem Einsatz 16 herausgeschlagen oder -gedrückt werden können.