DE10256851B3 - Vorrichtung zur Messung der Volumenströme von Flüssigkeiten - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zur Messung der Volumenströme von Flüssigkeiten weist einen ersten unter erhöhter Druckbeanspruchung stehenden Raum 1 und einen zweiten, unter atmosphärischem Druck stehenden Raum 2 auf. In dem druckbeanspruchten Raum 1 ist ein Getriebe 5 angeordnet, welches, in Laufrichtung des Drehbewegungssignals gesehen, der Radkammer 4 nachgeordnet ist und zur Reduzierung des auf das Messwerk 3 ausgeübten Drehbewegungssignals dient. Die zwischen den Räumen 1, 2 vorgesehene Abdichtung kann somit wesentlich kleiner bauen, der Volumenzähler wird insgesamt störungsunanfälliger.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Volumenströme von Flüssigkeiten mit zwei durch eine Abdichtung getrennten Räumen, wobei der erste Raum unter erhöhter Druckbeanspruchung steht und eine Radkammer aufweist, in welcher zwei nach Art eines Zahnradmotors kämmende Zahnräder gelagert sind und wobei der zweite Raum unter atmosphärischem Druck steht und mit einem Messwerk ausgerüstet ist.
• Derartige Vorrichtungen dienen zur Messung der Volumenströme von Flüssigkeiten wie beispielsweise Öl in Hydraulikanlagen. Speziell an Einsatzstellen, die schwer zugänglich und nicht einsichtig sind, ist die Verwendung eines solchen Volumenzählers angebracht. Dies ist beispielsweise bei Schiffen der Fall, die eingesetzt werden, um in Häfen, Flüssen oder Kanälen die Fahrrinnen freizuhalten, in dem der Schlamm vom Grund mechanisch entfernt wird. Da die entsprechenden Bagger- und Fördereinrichtungen nicht einsehbar sind, muss deren Funktion ständig überprüft werden, in dem die vorgenannten Volumenzähler die Funktion der hydraulischen Einrichtungen überwachen, wobei diese Volumenzähler mit besonders hoher Genauigkeit messen, müssen. Ein solcher Volumenzähler ist beispielsweise aus der DE 295 09 788 U1 bekannt. Diese Volumenzähler funktionieren, in dem das Messwerk nach dem Prinzip des Zahnradmotors vom Flüssigkeitsstrom angetrieben wird. Die Zahnräder laufen berührungslos in der Messkammer, ihre Bewegung wird durch ein oder mehrere im Deckel befindliche Sensoren berührungslos abgetastet, wobei sich zwischen Sensorraum und Messkammer eine druckfeste Trennscheibe befindet. Das durch den Volumenstrom übertragene mechanische Drehbewegungssignal muss dabei von einem unter erhöhtem Druck stehenden ersten Raum in einen unter atmosphärischem Druck stehenden zweiten Raum übertragen werden, wobei ein elektronischer oder magnetischer Sensor zwischengeschaltet ist. Dabei werden Magnetkupplungen eingesetzt, wie sie beispielsweise aus der DE 80 31 813 U1 bekannt sind. Diese sind allerdings insbesondere beim stoßartigen und für den Meßvorgang erheblichen Anlaufen der Zahnräder äußerst unpräzise. Der Abstand zwischen den Polen der Magnetkupplung muß nämlich entsprechend groß bemessen sein, um hier ausreichend Dichtmaterial als Trennschicht unterbringen zu können, was zu hohen Meßungenauigkeiten infolge von Schlupfwirkungen führt, je weiter die Pole voneinander weg positioniert sind. Darüber hinaus stellt die mit der mechanischen Trennung zwischen den beiden Räumen einhergehende notwendige Dichtung in diesem Bereich ein großes technisches Problem dar, da diese hohen Druckbelastungen ausgesetzt ist. Dies bedeutet, dass besonders empfindliche und zugleich extrem teure Dichtungen eingesetzt werden müssen. Aus der DD 157630 ist eine Anordnung zum Abtrieb der mengenproportionalen Drehbewegung bei Drehkolbenzählern bekannt. Diese ist nach dem Anordnungsprinzip Hochdruckkammer/Dichtung/Getriebe/Niedrigdruckraum aufgebaut. Die Dichtung ist also dem denkbar hohen Druck ausgesetzt und muss entsprechend ausgebildet sein. Das Vorhandensein einer solchen Dichtung führt aber in Konsequenz auch zu einer verschlechterten Qualität der Messung, da besondere Aggregate notwendig sind, um die hohe Druckdifferenz erfassen zu können.
• Der vorliegenden Erfindung stellt sich damit die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Messung der Volumenströme von Flüssigkeiten zu schaffen, die eine exakte Übertragung der Drehbewegungssignale ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in dem druckbeanspruchten Raum ein Getriebe angeordnet ist, welches in Laufrichtung des Drehbewegungssignals gesehen der Radkammer nachgeordnet und der Abdichtung vorgeordnet ist und zur Reduzierung des auf die Abdichtung zwischen erstem Raum und zweitem Raum ausgeübten Drehbewegungssignals dient.
• Mit dieser Anordnung, bei welcher die Drehbewegungsuntersetzung zwischen Zahnrädern und Messwerk und die Dichtung zwischen erstem und zweitem Raum in vorteilhafter Reihenfolge zueinander angeordnet werden, wird eine formschlüssige und damit schlupffreie Signalübertragung ermöglicht. Die Vorrichtung zur Drehzahluntersetzung wird in dem druckbeanspruchten Raum angeordnet, so dass die Beanspruchung der Dichtung zwischen dem druckbeanspruchten und dem unter atmosphärischen Druck stehenden Raum deutlich geringer wird. Das dem druckbeanspruchten anstatt dem unter atmosphärischen Druck stehenden Raum zugeordnete Getriebe dient damit an besonders geeigneter Stelle zur Reduzierung des letztlich auf das Messwerk ausgeübten Drehbewegungssignals.
• Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der entsprechende Volumenzähler ohne den Einsatz von Messelektronik auskommt. Über die mit Sensoren oder anderen Einrichtungen zusammenhängende Empfindlichkeit hinaus ist also auch keine Stromversorgung für die Messeinrichtung vonnöten. Dazu ist vorgesehen, dass dem Getriebe an seinem dem Messwerk zugewandten Ende innerhalb des druckbeanspruchten Raumes ein Signalübertragungselement zugeordnet ist. Dieses dient zur schlupffreien Übertragung der Drehzahlsignale in diesem Bereich und letztlich auf das Meßwerk.
• Die Anordnung des Getriebes mit der damit einhergehenden Drehsignalreduzierung führt vorteilhafterweise dazu, dass die Abdichtung durch die Druckdifferenz zwischen den Räumen und die Gleitgeschwindigkeit an der Dichtfläche des Signalübertragungselementes belastet ist. Die entscheidend höhere Belastung durch die Flüssigkeit entfällt wegen der Drehzahluntersetzung bzw. deren zweckmäßiger Anordnung. Damit können deutlich kleinere und unkomplizierter bauende Abdichtungen für Niederdruckbereiche zwischen den beiden Räumen Einsatz finden, da sie wesentlich geringeren Druckbeanspruchungen ausgesetzt sind. Dies ist nicht nur in kostenmäßiger Hinsicht ein Vorteil, sondern führt auch zu einer geringeren notwendigen Empfindlichkeit der Dichtung und einer damit verbundenen sinkenden Leckagegefahr.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht dabei vor, dass als Abdichtung eine plastische Gleitdichtung dient. Diese kann für beidseitige Druckbeaufschlagung ausgelegt sein. Diese braucht beispielsweise nur die Abmessungen D 8 × D 16 × 4 aufzuweisen und kann damit deutlich kleiner bauen, als die bisher verwendeten Abdichtungen. Ermöglicht ist der Einsatz einer Niederdruckdichtung durch die Reduzierung der Beanspruchung aufgrund der Anordnung des Getriebes und der damit einhergehenden geringeren Druckdifferenz auf beiden Seiten der Dichtung.
• Ergänzend hierzu wird vorgeschlagen, dass zwischen dem Signalübertragungselement und dem Messwerk ein Wälzlager angeordnet ist, also im Bereich des Übergangs zwischen dem ersten und dem zweiten Raum.
• Um zu gewährleisten, dass es zu keinen Messungenauigkeiten bei der Erfassung des durch das Getriebe bzw. die Kupplung reduzierten Drehbewegungssignals zum Messwerk hin kommt, sollte das Getriebe an seinem der Radkammer zugewandten Ende und an seinem dem Signalübertragungselement zugewandten Ende eine formschlüssige Verbindung für die Signalübertragung aufweisen. Die Ausbildung einer formschlüssigen Verbindung in diesem Bereich führt dazu, dass kein Schlupf bei der Drehsignalreduzierung entsteht, sondern die von der Volumenströmung ausgehenden Kräfte werden über die Zahnräder und das Getriebe in einem vorgegebenen Verhältnis umgesetzt und dann vom Messwerk erfasst und entsprechend angezeigt.
• Eine Version der Erfindung, bei welcher insbesondere erheblich an Platz im Innenraum des Volumenzählers gespart wird, ist realisiert, wenn das Getriebe und das Zahnrad als kombiniertes Bauteil ausgebildet sind. Dabei sind das Getriebe und das Ritzel des Zahnrads durch dasselbe Bauteil verwirklicht, was zu einer Baulängenreduzierung führt, so dass ein deutlich kleiner bauender Volumenzähler erreicht werden kann.
• Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass eine Vorrichtung zur Messung der Volumenströme von Flüssigkeiten geschaffen ist, die einerseits besonders präzise Messergebnisse liefern kann und andererseits ohne auf eine separate Stromversorgung angewiesene Bauteile wie Sensoren funktioniert. Dazu ist der erfindungsgemäße Volumenzähler mit einem Getriebe ausgerüstet, das Bestandteil des ersten, stark druckbeanspruchten Raumes ist, in welchem sich auch die Radkammer mit den beiden nach Art eines Zahnradsmotors kämmenden Zahnrädern befindet. Das hohe durch den Volumenstrom auf die Zahnräder ausgeübte Drehzahlsignal wird mittels des Getriebes entscheidend reduziert. Die Dichtung zwischen beiden Räumen als neuraligischer Punkt eines solchen Volumenzählers ist damit nur einem verhältnsimäßig niedrigen Druck ausgesetzt, kann einfacher und kleiner bauen und ist von daher störungsunanfällig. Vorteilhafterweise kann die Abdichtung zwischen dem druckbelasteten und dem nur unter atmosphärischen Druck stehenden Raum entsprechend klein bauen, da das innerhalb des Gehäuses des ersten Raumes angeordnete Getriebe bzw. dessen Anordnung dazu führt, dass am den Zahnrädern abgewandten Ende des Getriebes ein deutlich verringertes mechanisches Drehzahlsignal ausgeübt wird. Die Drehzahluntersetzung erfolgt schlupffrei, da eine formschlüssige Verbindung an beiden Enden des Getriebes gewährleistet ist, was mit exakteren Meßergebnissen nicht nur beim für den Meßvorgang erheblichen Anlaufen der Zahnräder verbunden ist. Die Anordnung des Getriebes durch das Vertauschen der beiden Problemstellen Drehbewegungsuntersetzung und Dichtung führt gleichzeitig zu einer formschlüssigen und damit schlupffreien Signalübertragung mit entsprechend exakten Messergebnissen.
• Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigt:
• Fig. eine Vorrichtung zur Messung der Volumenströme von Flüssigkeiten im Schnitt.
• Die Fig. zeigt eine Vorrichtung zur Messung von Volumenströmen im Schnitt. Diese besteht aus einem ersten Raum 1, der einer erhöhten Druckbeanspruchung ausgesetzt ist, hervorgerufen durch den zu messenden Volumenstrom der Flüssigkeit und die damit auf die Zahnräder ausgeübten Kräfte. Dagegen steht der zweite Raum 2 unter atmosphärischem Druck. Die Räume 1, 2 sind durch die Abdichtung 8 atmosphärisch voneinander getrennt, wobei diese Abdichtung 8 wegen des Vertauschens der beiden Problemstellen Drehbewegungsuntersetzung und Dichtung vorteilhaft klein baut. Der unter erhöhtem Druck stehende Raum 1 weist eine Radkammer 4 mit zwei nach Art eines Zahnradmotors kämmenden Zahnrädern 6, 7 auf. Der Gehäuseteil 9 weist einen hier durch den Ablauf 18 verdeckten Zulauf auf, durch den die zu messende Flüssigkeit in die Vorrichtung eintritt, woraufhin es die Zahnräder 6, 7, die über die als Lagerstifte dienenden Zylinderstifte 16, 17 gelagert sind, passiert. Während die Flüssigkeit, beispielsweise Öl, durch den Ablauf 18 wieder aus dem Gehäuse 9 austritt, ist das in der Darstellung gemäß 1 links angeordnete Zahnrad 6 über die Verbindung 20 formschlüssig mit dem Getriebe 5 verbunden. Dem auf seiner anderen Seite ebenfalls eine formschlüssige Verbindung 13 mit dem Signalübertragungselement 11 eingehenden Getriebe 5 fällt die Aufgabe zu, als Drehzahluntersetzung zwischen dem unter erhöhtem Druck stehenden Raum 1 und dem unter atmosphärischem Druck stehenden Raum 2 zu wirken. Infolge der Anordnung dieses Getriebes 5 in dem unter erhöhtem Druck stehenden Raum 1 sind die auf die Abdichtung 8 zwischen dem ersten Raum 1 und dem zweiten Raum 2 ausgeübten Kräfte deutlich geringer, als dies bisher der Fall war. Die Abdichtung 8 ist allein durch die Druckdifferenz zwischen den beiden Räumen 1, 2 sowie die Gleitgeschwindigkeit an der Dichtfläche des Signalübertragungselementes 11 belastet, welches dem Getriebe 5 an dessen dem Messwerk 3 zugewandten Ende 10 zugeordnet ist und zur Übertragung des Drehsignals auf das Messwerk 3 dient. Somit wird das Messwerk 3 quasi direkt angesprochen, d. h. die Ausbildung eines zusätzlichen, zudem noch elektrisch betriebenen Bauteils, beispielsweise eines Sensors, kann entfallen. Die in diesem Bereich ausgeübten Drehsignale brauchen also nicht weiter verarbeitet zu werden, sondern können in Abhängigkeit vom Wirkungsgrad des Getriebes auch auf dem Zeiger 15 direkt abgelesen werden. Hierzu ist der Gehäuseteil 24 an seinem oberen Ende noch mit einer Schauglasplatte 21 ausgerüstet. Ein Wälzlager 12 in Form einer Rotordichtung 14 ist zusätzlich in diesem Bereich angeordnet. Die beiden Gehäuseteile 24 und 25 sind über Schrauben 22, 23 miteinander verbunden, wobei der Gehäuseteil 24 mit dem zusätzlichen Schauglas 19 das Getriebe 5 aufnimmt, das einerseits zum Signalübertragungelement 11 die Verbindung 13 und andererseits zum Zahnrad 6 die Verbindung 20 aufweist. Im Zusammenspiel mit der Raumtrennung zwischen den Räumen 1 und 2 und dem Vertauschen der beiden Problemstellen Drehbewegungsuntersetzung und Dichtung können damit wesentlich präzisere Messergebnisse ermittelt und angezeigt werden.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Messung der Volumenströme von Flüssigkeiten mit zwei durch eine Abdichtung (8) getrennten Räumen (1,2), wobei der erste Raum (1) unter erhöhter Druckbeanspruchung steht und eine Radkammer (4) aufweist, in welcher zwei nach Art eines Zahnradmotors kämmende Zahnräder (6,7) gelagert sind und wobei der zweite Raum (2) unter atmosphärischem Druck steht und mit einem Messwerk (3) ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem druckbeanspruchten Raum (1) ein Getriebe (5) angeordnet ist, welches in Laufrichtung des Drehbewegungssignals gesehen der Radkammer (4) nachgeordnet und der Abdichtung (8) vorgeordnet ist und zur Reduzierung des auf die Abdichtung (8) zwischen erstem Raum (1) und zweitem Raum (2) ausgeübten Drehbewegungssignals dient.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Getriebe (5) an seinem dem Messwerk (3) zugewandten Ende (10) innerhalb des druckbeanspruchten Raumes (1) ein Signalübertragungselement (11) zugeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung (8) durch die Druckdifferenz zwischen den Räumen (1, 2) und die Gleitgeschwindigkeit an der Dichtfläche des Signalübertragungselementes (11) belastet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Abdichtung (8) eine plastische Gleitdichtung (12) dient.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Signalübertragungselement (11) und dem Messwerk (3) ein Wälzlager (12) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (5) an seinem der Radkammer (4) zugewandten Ende (9) und an seinem dem Signalübertragungselement (11) zugewandten Ende (10) eine formschlüssige Verbindung (13, 20) für die Signalübertragung aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (5) als Planetengetriebe ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (5) und das Zahnrad (6) als kombiniertes Bauteil ausgebildet sind.