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Umschaltventil für Verbundflüssigkeitszähler Bei Verbundflüssigkeitszählern
wird die Umschaltung, bei Durchfluß änderung von kleinen Mengen auf große oder umgekehrt,
durch eine vorzugsweise als Klappventil ausgebildete Armatur selbsttätig bewerkstelligt.
Derartige Ventile sind gewichtsbelastet. Ihre Betätigung bei der Ventilöffnung erfolgt
durch Differenzdruck (Druck vor und hinter dem Klappenkörper), vielfach unter Mitwirkung
des gesteuerten Nebenzählerstromes.
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Infolge dieses Druckunterschiedes entsteht ein Kraftmoment, das sich
aus dem Druck auf das Verschlußglied und dem Hebelarm, mit dem das Verschlußglied
geschwenkt wird, zusammensetzt. Das Bestreben geht dahin, dieses Kraftmoment so
gering als möglich zu halten, um auch das Belastungsgewicht möglichst klein bauen
zu können. Dies ist vor allem dadurch bedingt, weil das Gewicht nach der Öffnung
entlastet werden muß, der Entlastungsaufwand also dann auch geringer ist. Weiterhin
baut sich das ganze Umschaltventil kleiner, wodurch ein sehr niedriges Verbundzählergewicht
erzielt wird.
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Normgemäß darf der Differenzdruck beim Öffnen der Hauptklappe 2 m
WS nicht überschreiten. Diese Begrenzung wurde festgelegt, um eine Überbelastung
des Nebenzählers auszuschließen, und weiterhin deshalb, um bei gleichzeitiger Schaltung
mehrerer Zähler allzu großen Druckverlust im Leitungsnetz mit seinen unangenehmen
Folgen zu vermeiden. Damit eine günstige Ausgangsbasis bei der Ventilöffnung erreicht
wird, wird bei den meisten Verbundzähler-Bauarten der Differenzdruck voll ausgenutzt,
weil dabei eine maximale Flüssigkeitsmenge für den Schaltvorgang herbeigeführt werden
kann. Dies wirkt sich für den letzteren hinsichtlich der Meßfehlerverhütung positiv
aus. Eine Verkleinerung des Öffnungsmoments durch Minderung des höchstmöglichen
Differenzdruckes ist nicht von Vorteil. Die wirksame Druckfiäche am Absperrkörper,
die etwa dem abgedichteten Querschnitt des Hauptdurchgangs entspricht zu verringern,
ist auch nicht mehr möglich, weil der Hauptdurchgang meist schon auf die minimale
Größe eingeengt ist. Beachtet muß hierbei der ebenfalls genormte Druckverlust bei
der Höchstbelastung der Verbundzähler werden, der einen bestimmten Querschnitt am
Hauptdurchgang erfordert. Entsprechend diesem ist auch die Größe des Hebelarmes,
der sich auf das Kraftmoment der bekannten Klappenventile auswirkt, bemessen. Für
den Hebelarm ist der Abstand zwischen der Mitte des Hauptkanals und dem darüberliegenden
Drehpunkt der Klappe maßgebend.
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Weiterhin ergibt sich aus der Lage und Form des Klappenkörpers noch
eine zusätzliche Vergrößerung
des Hebelarmes, auch wenn der Körper in vorteilhafter
Weise eine exzentrische Anordnung hat. Ein gewisses Maß ragt er oder eine mit ihm
gekuppelte Scheibe immer über die obere Abschlußkante des Hauptkanals hinaus. Das
ist bei Klappenventilen konstruktionsbedingt. Der Hebelarm kann daher nicht kleiner
gehalten werden. Insgesamt betrachtet lassen sich die drei Faktoren Differenzdruck,
Druckfläche und Hebelarm, die für das die Öffnung bestimmende Kraftmoment maßgebend
sind, bei Klappenventilen modernster Bauart nicht mehr entscheidend verändern. Dementsprechend
bestimmt sich auch die Form und Größe der Klappenventile.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das eingangs erwähnte Kraftmoment und
damit die Form und das Gewicht eines Umschaltventils noch kleiner zu gestalten,
als dies bei den gewichtsbelasteten Klappenventilen bisher möglich war. Hierfür
eignet sich vorteilhaft ein Abschlußkörper, der mit einem Hebelgestänge mit Vierpunktaufhängung
versehen ist. Derartige Vierpunktaufhängungen sind bei Drosselklappen bekannt (französische
Patentschrift 1 202 460).
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Bei ihnen wird der Absperrkörper zunächst in paralleler Verschiebung
etwas von seinem Sitz abgehoben und dann um 900 geschwenkt. Bei dieser Schwenkung
wird der Absperrkörper weiter in die Rohrleitung hinein vom Sitz weggezogen und
bleibt in der vollen Öffnungsstellung in ihrer Mitte stehen.
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Ein solcher klappenförmiger Absperrkörper muß von außen her durch
ein Mittel, im genannten Beispiel ein Kolben, bewegt werden, weil bei ihm eine selbsttätige
Funktion nicht gegeben ist. Für Verbundwasserzähler ist deshalb eine solche Konstruktion
nicht brauchbar.
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Es ist ferner eine ältere Umschaltventilkonstruktion bekannt, die
das Prinzip einer Vierpunktaufhängung des Schaltorgans aufweist (deutsche Patentschrift
325 740). Hier haben die Hebelarme jedoch eine Länge, die sich äußerst ungünstig
auf die Größe des Belastungsgewichts und damit auf die Bauform
dieses
Ventils auswirkt. Eine wesentliche Verkleinerung des Kraftmoments ist bei dieser
Ausführung nicht möglich, weil ein Hebelarm vor und einer hinter dem Abschlußkörper
angeordnet ist. Dies erfordert erhebliche Ausmaße für das Umschaltventil.
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In Anlehnung an die bekannte Vierpunktaufhängung des Absperrkörpers
schlägt die Erfindung vor, die hinter dem Absperrkörper angeordneten Hebelarme von
gleicher Länge in ihrer wirksamen Länge kleiner als den Halbmesser des eingeengten
Hauptdurchgangs zu halten und den Abschlußkörper parallel zum Ventilsitz bis zur
vollen Öffnung abzuheben. Dadurch tritt ein wesentlich verringertes Öffnungsmoment
im Umschaltventil auf, das sich vorteilhaft auf die Form, die Größe und das Gewicht
des Umschaltventils auswirkt. Sowohl der Gewichtsarm -als auch das Gewicht erhalten
dadurch eine Baugröße, wie sie bei den bekannten Umschaltventilen bisher nicht möglich
war, weil der Hebelarm und mit diesem das Öffnungsmoment nicht mehr entscheidend
verringert werden konnte. Der für das Offnungsmoment maßgebende Hebelarm ist bei
den Umschaltventilen nach dem Stand der Technik mindestens 25 bis 30e/o größer als
der Halbmesser des Hauptkanals dieser Ausführungen, oft liegt er sogar noch darüber.
Die Reibungsverhältnisse gestalten sich beim Erfindungsgegenstand günstiger, denn
während bei den vergleichbaren Ausführungen mit Vierpunktaufhängung alle Gelenkpunkte
gut gelagert sein müssen, genügt bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Klappe ein
Hauptlager. Für die anderen Schwenkpunkte werden verhältnismäßig dünne Gelenkbolzen
eingesetzt. Dies ist dadurch möglich geworden, weil ein viel leichteres Schaltorgan
verwendet wird.
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Bei der erfindungsgemäßen Bauform hat der Durchmesser des Abschlußkörpers
keinen Einfluß mehr auf die Länge des Hebelarmes. Ebenso wird die bisher als Vorteil
angewandte exzentrische Anordnung des Absperrkörpers oder einer mit diesem verbundenen
Scheibe nicht mehr benötigt. Die für die Vierpunktaufhängung des erfindungsgemäßen
Umschaltorgans eingesetzten Hebelarme sind von gleicher Länge und haben, in Durchflußrichtung
gesehen, ihren Platz hinter dem Absperrkörper. Die Hebelarme sowie alle mit ihnen
verbundenen Teile sind so leicht gehalten, daß nur verhältnismäßig geringe Verstellkräfte
für ihre Bewegungen notwendig sind. Im geschlossenen Zustand des Umschaltventils
ist für die Hebelarme vorteilhaft eine Schrägstellung vorgesehen. Während der Öffnungsbewegung
senken sie sich zuerst ab, wobei sich eine Zunahme der wirksamen Hebellänge ergibt.
Dadurch wird erreicht, daß schon nach geringer Bewegung eine Verstärkung des in
dieser Phase auftretenden Kraftmoments eintritt, die sich bis zur Senkrechtstellung
der Hebelarme steigert. Damit wird das Öffnen des Umschaltventils zusätzlich beschleunigt.
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Eine gleichermaßen vorteilhafte Bewegungsbeeinflussung stellt sich
beim Schließvorgang ein. Hierbei wird die Wirkung der Hebelarme kleiner, wenn die
letzteren die Senkrechte überschritten haben. Das Last- oder Gewichtsmoment erhält
einen stärkeren Einfluß, so daß eine Fallbeschleunigung auftritt. Sowohl beim Öffnen
als auch beim Schließen wird durch die günstige Stellung der Hebelarme ein Vorteil
erzielt, den sonst allein die Nebenstrom-Steuereinrichtung übernehmen muß.
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Für den Abschlußkörper bzw. dessen Teller ist eine Kanalführung vorgesehen,
die genau der Laufbahn des Tellers entspricht. Dieser selbst bewegt sich in geringem
Abstand zu der Führung, so daß beim Durchgleiten der Führung ein gleichmäßiger Ringspalt
entsteht. Das hintere Ende der Tellerführung dient gleichzeitig als Stau- bzw. Steuerkante,
hat also die Wirkung einer hydraulischen Raste. Beim Öffnen wird der Teller immer
bis hinter diese Stelle gebracht, und beim Schließen wird diese als Absprungbasis
benutzt, von der die Schalteinrichtung in ihre Anfangsstellung zurückgleitet. Wirksame
Hilfe leistet dabei wiederum ein Differenzdruck unterschiedlicher Größe.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im senkrechten
Schnitt durch die Mittelachse dargestellt. Es zeigt F i g. 1 das Umschaltventil
in geschlossenem Zustand und F i g. 2 in der vollen Offenstellung.
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Der im Einsatzgehäuse 1 des Umschaltventils befindliche Zulaufstutzen2
ist durch einen Abschlußkörper 3 verschlossen. Mittig an dessen Rückseite ist eine
Stange 4 befestigt, die an zwei Stellen mit Lagerstellen 5 und 6 zur Aufnahme von
Gelenkbolzen7 verstehen ist. Schwenkbar um die Gelenkbolzen 7 sind zwei Hebelarme
8, deren Länge kleiner ist als der Halbmesser des Hauptdurchgangs 2. Aufgehängt
sind die beiden Hebelarme 8 an feststehenden Punkten, von dem der dem Durchgang2
zugekehrte Punkt 9 als Hauptlager ausgebildet ist, während der andere 10 ebenso
wie die beiden Schwenklager 5 und 6 nur einen dünnen Gelenkbolzen 11 trägt. Im Hauptlager
9 bzw. um den zugehörigen Zapfen 12 schwenkt das an einem Hebelarm 13 befestigte
Gewicht 14.
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An Stelle eines Gewichts kann auch eine Magneteinrichtung Verwendung
finden, wodurch eine weitere Minderung des gesamten Umschaltventilgewichts herbeigeführt
wird.
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Der Absperrkörper 3 ist von einem Teller 22 od. dgl. umgeben, für
den eine besondere, seiner Laufbahn angepaßte Führung 15 angebracht ist. Vorzugsweise
ist der Abschlußkörper 3 mit einer elastischen Dichtung 16 versehen, die bis zum
Eingreifen einer Steuerung (nicht gezeichnet) in der Nebenstromleitung26 in den
Öffnungsvorgang am Hauptdurchgang 2 jeglichen Durchfluß verhindert. Ein Anschlag
17 begrenzt die Bewegung der schwenkbaren Teile20 der Schalteinrichtung in der Offenstellung
des Ventils.
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Sämtliche Innenteile sind zu einem Einsatz 21 zusammengefaßt, der
mit einer einzigen Schraubel8 an der Innenwand des Ventilgehäuses 23 befestigt ist.
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Eine Führung 19 nimmt den Einsatz 21 in sich auf.
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Die Schraube 18 dient gleichzeitig als Einsatzarretierung.
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Das Öffnen bzw. Schließen des Ventils geht folgendermaßen vonstatten:
Bis zu einem bestimmten Durchfluß ist der Hauptdurchgang 2 des Umschaltventils durch
den Absperrkörper 3 dicht abgeschlossen; der Nebenzähler des Verbundzählers erfaßt
die durchlaufende Flüssigkeitsmenge allein. Durch den am Absperrkörper 3 wirksamen
Differenzdruck wird -dann die schwenkbare Schalteinrichtung 20 vom Ventilsatz 24
abgehoben und in Richtung Zählerausgang 25 verschoben; dadurch wird der Hauptzähler
zugeschaltet. Bei weitersteigendem Durchfluß hebt sich die Schalteinrichtung bis
zum Anschlag 17.
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Verringert sich der Durchfluß auf einen festgelegten Schließwert,
wird der Hauptdurchgang2 durch den zurückgeführten Abschlußkörper 3 wieder verschlossen,
und der Nebenzähler erfaßt die durchlaufenden Mengen wie zuvor allein.
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Die elastische Dichtung 16, der bogenförmig bewegte, immer senkrecht
stehende Teller 22 in seiner Führung 15, die schwenkbaren Hebelarme 8 und das leichte
Gewicht 14 gewährleisten einen schnellen, reibungslosen Umschaltvorgang ohne jegliche
Spaltverluste. Zusätzliche Meßfehler werden daher sowohl beim Öffnen als auch beim
Schließen des Umschaltventils vermieden.