DE19513781A1

DE19513781A1 - Einrichtung zur Volumenmessung strömender Medien

Info

Publication number: DE19513781A1
Application number: DE1995113781
Authority: DE
Inventors: Reinhard Ing Grabher
Original assignee: KRAEUTLER & CO GmbH
Current assignee: KRAEUTLER & CO GmbH
Priority date: 1994-05-05
Filing date: 1995-04-11
Publication date: 1995-11-09
Anticipated expiration: 2015-04-12
Also published as: ATA93394A; AT400766B; DE19513781B4

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Volumenmessung strömender Medien einem Gehäuse mit mindestens zwei sich teilweise durchdringenden Längsbohrungen mit zuein ander parallelen Achsen, in welchen vorzugsweise mehrgängige, ineinandergreifende Schrau benspindeln frei drehbar gelagert sind und im Gehäuse mindestens ein auf die Anzahl der Um drehungen einer der Schraubenspindeln ansprechender Sensor angeordnet ist, der von einer mit ihrer Achse rechtwinkelig zu den Achsen der Schraubenspindeln stehenden Gehäusebohrung aufgenommen ist.

Einrichtungen dieser Art sind bekannt ("Schraubenvolumeter OM-KRAL /3/1993"). Sie wer den überwiegend im Zusammenhang mit strömenden Flüssigkeiten eingesetzt. Eine der beiden Schraubenspindeln besitzt dabei einen Wellenansatz, der erheblich über ihre Stirnseite und die an ihrer Stirnseite vorgesehene Lagerung hinausreicht und auf dem ein Polrad festgelegt ist. In der Ebene des Polrades ist eine Querbohrung im Gehäuse zur Aufnahme eines Sensors, der in der Regel auf induktiver Basis arbeitet. Entsprechend der Anzahl der Umdrehungen dieser Schraubenspindeln, die einem bestimmten durchströmenden Medienvolumen entspricht und ent sprechend der Anzahl der Pole des Polrades gibt dieser Sensor Impulse ab, die über elektroni sche Einrichtungen zum Messen und Zählen der Durchflußmenge dienen. Es ist auch bekannt, in der Querschnittsebene des Gehäuses, in der das Polrad liegt, zwei Sensoren anzuordnen, wobei deren Winkelversatz vom Polwinkel abweicht, so daß gegeneinander versetzte Impulsfolgen ge wonnen werden, aus deren Taktverhältnis sich auch die Durchströmrichtung ermitteln läßt. Ein richtungen dieser Art haben sich bewährt und werden in großer Zahl eingesetzt. Die Anordnung des Polrades und der damit zusammenwirkenden Sensoren bedingt eine Länge des Gehäuses der Einrichtung, die nicht unerheblich über jenes Maß hinausgeht, die durch die notwendige Länge der Schraubenspindeln bzw. der diese aufnehmenden, sich teilweise durchdringenden Längsboh rungen bedingt ist. Diese notwendige Überlänge des Gehäuses bedingt einen entsprechenden Mehraufwand an Material, der bei der großen Zahl solcher Einrichtungen nicht unerheblich ins Gewicht fällt, aus welchem Grund sich die Erfindung die Aufgabe gestellt hat, Einrichtungen der gegenständlichen Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß diesem Nachteil begegnet wer den kann, ohne dadurch die Meßgenauigkeit dieser Einrichtungen zu beeinträchtigen.

Strömungsmesser mit paarweise angeordneten Rotoren zeigen und beschreiben auch folgende Veröffentlichungen: US 4 210 410; FR 950 725; DE 28 01 281. Diese vorbekannten Strö mungsmesser werden allerdings quer zur Drehachse der Rotoren durchströmt und sind nach dem Prinzip einer Zahnradpumpe aufgebaut, wobei hier anstelle von Zahnrädern mit achsparallelen Flanken Zahnräder mit schraubenförmig gewundenen Zähnen verwendet werden. Für Meß zwecke ist die Achse eines Rotors durch das Gehäuse nach außen geführt und mittels Zahnrädern oder Magnetkupplungen bestückt, über welche eine Zähl- oder Meßeinrichtung anschließbar ist.

Zur Lösung der eingangs geschilderten, komplexen Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß die Gehäusebohrung für die Aufnahme des Sensors eine der sich gegenseitig durchdringenden, die frei drehbar gelagerten Schraubenspindeln aufweisenden Längsbohrungen kreuzt und die insei tige Stirnseite des Sensors eine zur gekreuzten Längsbohrung korrespondierende Krümmung aufweist und bündig mit der Wand der gekreuzten Längsbohrung verläuft.

Ein anderer Vorschlag zur Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die Gehäusebohrung für die Aufnahme des Sensors eine der sich gegenseitig durchdringenden, die frei drehbar gelagerten Schraubenspindeln aufweisenden Längsbohrungen kreuzt und zwischen der Stirnseite der sich durchdringenden Längsbohrungen und jenem Bereich dieser Längsbohrungen liegt, der von der durch die zusammenwirkenden Schraubenspindeln mit der Wand der Längsbohrungen gebilde ten, das strömende Medium trennenden Dichtzone durchlaufen ist bzw. in dem die zusammen wirkenden Schraubenspindeln mit der Wand der Längsbohrungen eine in sich geschlossene, das strömende Medium trennende Dichtzone bilden und der von der Gehäusebohrung aufgenomme ne Abschnitt des Sensors kürzer ist als die Länge der Gehäusebohrung und die Stirnseite des Sensors gegenüber jener gedachten Ebene zurückversetzt ist, in der sich die Gehäusebohrung und die Längsbohrungen kreuzen.

Um nicht nur die Durchflußmenge, sondern auch die Durchflußrichtung erfassen zu können, sind nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, daß mindestens zwei Gehäuse bohrungen für die Aufnahme von zwei Sensoren vorgesehen sind und diese Gehäusebohrungen in Längsrichtung des Gehäuses gegeneinander versetzt sind.

Damit die dafür erforderlichen Gehäusebohrungen in einem Arbeitsgang gefertigt werden kön nen, ist weiterhin vorgesehen, daß die Achsen der beiden Gehäusebohrungen in einer Ebene lie gen, die ihrerseits die Achsen der sich durchdringenden Längsbohrungen enthält. Grundsätzlich wäre es möglich, diese Bohrungen so anzuordnen, daß sie - bezogen auf die Achse der sich durchdringenden Längsbohrungen - winkelig versetzt sind. Dies bedingt jedoch einen erhöhten Fertigungsaufwand.

Um für die Ermittlung der Durchflußrichtung eindeutig differenzierbare Signale der Sensoren zu erhalten, ist es zweckmäßig, daß der Abstand der Achsen der beiden Gehäusebohrungen bzw. der von ihnen aufgenommenen Sensoren von einem ganzzahligen Vielfachen der Steigung der Schraubenspindel, der sie benachbart liegen, abweicht, so daß die Sensoren phasenverschobene Signale liefern.

Um die Erfindung zu veranschaulichen, wird sie anhand der Zeichnung und zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Einrichtung;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Einrichtung nach der Schnittlinie II-II einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 einen Quer schnitt durch die Einrichtung wie in Fig. 2, jedoch in einer anderen Ausführung der Erfindung;

Fig. 4 ein der Erläuterung dienendes Schema und

Fig. 5 ein Genauigkeitsdiagramm für Volu menmeßeinrichtungen der hier in Rede stehenden Bauart.

Die Einrichtung besitzt ein zylindrisches Gehäuse 1 mit zwei Längsbohrungen 2 und 3 mit zu einander parallelen Achsen, die sich teilweise durchdringen, da der Normalabstand A der Ach sen der beiden Längsbohrungen 2 und 3 kleiner ist als die halbe Summe der Durchmesser dieser Längsbohrungen. In diesen beiden sich teilweise durchdringenden Längsbohrungen 2 und 3 sind zwei mehrgängige Schraubenspindeln 4 und 5 frei drehbar gelagert, die ineinandergreifen und welche endseitig kurze Wellenzapfen 6 und 7 tragen, die von Lagern aufgenommen sind, die ih rerseits in Lagerplatten 8 und 9 festgelegt sind. In diesen Lagerplatten sind auch hier nicht sichtbare Öffnungen ausgespart, durch welche das zu messende Medium strömt. Deckelartige Verschlußstücke 10 und 11 mit Anschlußbohrungen 12 und 13 sind mit dem Gehäuse 1 ver schraubt und halten die beschriebenen Baukomponente zu einer Einheit zusammen. Die Länge L des Gehäuses 1 entspricht dabei der Länge der beiden Schraubenspindeln 4 und 5.

Im Gehäuse 1 ist seitlich eine Gehäusebohrung 14, die die Längsbohrung 2 für die Schrauben spindel 4 kreuzt und die rechtwinkelig zu deren Längsachse steht. In dieser Gehäusebohrung 14 ist ein induktiver Sensor 15 festgelegt, der mit einer hier nicht dargestellten Meß- bzw. Zählein heit verbunden ist.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung (Fig. 2) ist die Stirnseite 16 dieses Sensors kor respondierend zur Wand der Längsbohrung 2 gekrümmt und darüber hinaus bündig mit dieser Wand angeordnet. Beim betriebsmäßigen Einsatz der Einrichtung wird diese von einem flüssi gen Medium in Richtung der Pfeile B-B durchströmt und dieses durchströmende Medium ver setzt die beiden ineinandergreifenden, frei drehbar gelagerten Schraubenspindeln 4 und 5 in Drehung, so daß an der Stirnseite 16 des Sensors 15 in periodischer Folge die Kante der benach bart liegenden Schraubenspindel 4 vorbeistreicht, wodurch ein für die Messung und Zählung geeigneter Impuls erzeugt wird. Ein Sensor 15 dieser vorstehend beschriebenen Art mit der er wähnten Ausgestaltung und Anordnung seiner Stirnseite 16 bezüglich der Wand der Längsboh rung 2 kann entlang des Gehäuses 1 an jeder beliebigen Stelle eingesetzt werden. Zweckmäßi gerweise liegt der Sensor 5 in einer Ebene E, die auch die Achsen der beiden Schraubenspindeln 4 und 5 enthält und die mit der Zeichenebene zu Fig. 1 zusammenfällt.

Um auch die Durchflußrichtung überwachen zu können, werden zwei Sensoren 15 vorgesehen, die in derselben Ebene E angeordnet sind und die in Längsrichtung des Gehäuses 1 voneinander distanziert sind, wobei in diesem Falle der Abstand der Achsen der entsprechenden Gehäuseboh rungen bzw. der von ihnen aufgenommenen Sensoren 15 von einem ganzzahligen Vielfachen der Steigung der benachbart liegenden Schraubenspindel 4 abweicht, so daß zueinander zeitlich versetzte Impulsfolgen über die beiden Sensoren erzielt werden können.

Es liegt in der besonderen konstruktiven Eigenart der hier in Rede stehenden Einrichtung zur Volumenmessung von strömenden Medien, daß durch die beiden ineinandergreifenden Schrau benspindeln 4 und 5 in Verbindung mit der Wand der Längsbohrungen 2 und 3 eine räumlich verlaufende Dichtzone geschaffen wird, die das zu- und das abströmende Medium nach Art ei nes Kolbens trennt und die sich innerhalb eines durch die Konstruktion vorgegebenen Längsbe reiches des Gehäuses 1 in Durchströmrichtung bewegt. Dies soll das Schema nach Fig. 4 andeu ten. Die ein Rechteck darstellende Linie 17 deutet die Abwicklung der Längsbohrungen 2, 3 an, die sich über die Länge L des Gehäuses 1 erstrecken und deren Stirnseiten mit 21 bezeichnet sind. Der Bereich 26, in dem die von den Schraubenspindeln 4 und 5 in Verbindung mit der Wand der Längsbohrung 2 und 3 gebildete Dichtzone innerhalb des Gehäuses 1 beim betriebs mäßigen Einsatz der Einrichtung liegt und sich bewegt, ist durch die Linien 18 abgegrenzt. Au ßerhalb dieser von den Linien 18 begrenzten Bereiches 26 sind keine umfangsgeschlossenen Dichtzonen mehr vorhanden, die das zu- bzw. abfließende Medium voneinander trennen, viel mehr ist jeder oberhalb bzw. unterhalb der Linien 18 liegende Abschnitt der Schraubenspindeln 4 und 5 mit der Zufluß- bzw. der Abflußseite verbunden.

Dies vorausgeschickt wird zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe eine Alternative vorge schlagen, die aus Fig. 3 ersichtlich ist. Eine Ausbildung des Sensors 15, wie im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben, ist relativ aufwendig und erfordert einen hohen Bearbeitungsaufwand. Es ist daher zweckmäßig und einfacher, Sensoren 19 zu verwenden, die eine ebene Stirnseite 20 aufweisen und deren Länge geringer ist als die Tiefe der Gehäusebohrung 14, so daß die Stirn seite 20 dieses Sensors 19 gegenüber der Wand der Bohrung 2 zurückversetzt ist, was deutlich Fig. 3 veranschaulicht, wobei dieser Abstand hier mit X bezeichnet ist.

In diesem Falle ist die Gehäusebohrung 14 für die Aufnahme des Sensors 19 zwischen der Stirn seite 21 der sie durchdringenden Längsbohrungen 2 und 3 und jenem Bereich 26 dieser Längs bohrungen vorzusehen, in dem die zusammenwirkenden Schraubenspindeln 4 und 5 mit der Wand der genannten Längsbohrungen eine in sich geschlossene, das strömende Medium tren nende Dichtzone bilden. Diese Gehäusebohrung 14 muß also mit anderen Worten außerhalb des von den Linien 18 begrenzten Bereiches 26 liegen. Dieser letzterwähnte Bereich 26 ist in Fig. 4 durch die zwischen den Linien 18 liegende Fläche versinnbildlicht. Derjenige Bereich 25 hinge gen, in dem der Sensor 19 in diesem Falle anzuordnen ist, ist in Fig. 4 gerastert dargestellt. Da durch ist sichergestellt, daß die das zu- und das abströmende Medium trennende, in Fließrich tung des Mediums sich periodisch bewegende und den Bereich 26 zwischen den Linien 18 durchlaufende Dichtzone nicht durch den Raum 22 kurzgeschlossen wird, der sich durch die ge genüber der Wand der Bohrung 2 zurückversetzte Stirnseite 20 des Sensors 19 ergibt.

Die Genauigkeitsdiagramme solcher Einrichtungen zur Volumenmessung zeigen in Abhängig keit von der Viskosität des durchströmenden Mediums im Meßnormbereich einen fast geradlini gen Verlauf. Im Diagramm nach Fig. 5 ist dieser Verlauf durch die Linie 23 angedeutet. Das schematische Diagramm nach der letzterwähnten Figur gibt auf der Ordinate die Genauigkeit in Prozenten, auf der Abszisse die prozentuelle Durchflußmenge an. Wird die oben vorgegebene Bedingung für die Anordnung des Sensors 19 nicht berücksichtigt und würde der Sensor 19 in der aus Fig. 3 ersichtlichen Art außerhalb der gerasterten Bereiche 25 (Fig. 4) angeordnet, also in jenem Bereich 26, der von der umfangsgeschlossenen Dichtzone durchlaufen wird, so fällt die Meßgenauigkeit ganz erheblich ab, wie Versuche zeigen und wie dies die strichlierte Linie 24 im Diagramm 5 veranschaulicht.

Auch bei der aus Fig. 3 ersichtlichen Anordnung können über die Länge des Gehäuses 1 zwei Sensoren angeordnet werden unter Berücksichtigung der oben aufgezeigten Bedingungen, damit nicht nur die Durchflußmenge zähl- und meßbar ist, sondern auch die Durchflußrichtung über wacht werden kann. In diesem Fall liegen die beiden Sensoren 19 in den gerasterten Bereichen 25 des Gehäuses 1 (Fig. 4), wobei auch in diesem Falle der Abstand der Achsen der beiden Ge häusebohrungen 14 bzw. der von ihnen aufgenommenen Sensoren 19 von einem ganzzahligen Vielfachen der Steigung der Schraubenspindel, der sie benachbart liegen, abweicht.

Die vorstehend besprochenen Ausführungsbeispiele zeigen, daß die Sensoren 15, 19 in einer Ebene E angeordnet sind, die auch die Achsen der Längsbohrungen 2 und 3 beinhaltet. Es sei an dieser Stelle abschließend vermerkt, daß diese Anordnung für die Erfindung nicht zwingend ist. Die Sensoren 15 bzw. 19 können auch so angeordnet sein, daß sie mit der die Achsen der Längsbohrungen 2 und 3 beinhaltenden Ebene einen Winkel einschließen.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse
2 Längsbohrung
3 Längsbohrung
4 Schraubenspindel
5 Schraubenspindel
6 Wellenzapfen
7 Wellenzapfen
8 Lagerplatte
9 Lagerplatte
10 deckelartiges Verschlußstück
11 deckelartiges Verschlußstück
12 Anschlußbohrung
13 Anschlußbohrung
14 Gehäusebohrung
15 Sensor
16 Stirnseite
17 Linie
18 Linie
19 Sensor
20 Stirnseite
21 Stirnseite
22 Raum
23 Linie
24 strichlierte Linie
25 Bereich
26 Bereich.

Claims

1. Einrichtung zur Volumenmessung strömender Medien mit einem Gehäuse mit mindestens zwei sich teilweise durchdringenden Längsbohrungen mit zueinander parallelen Achsen, in welchen vorzugsweise mehrgängige, ineinandergreifende Schraubenspindeln frei drehbar gelagert sind und im Gehäuse mindestens ein auf die Anzahl der Umdrehungen einer der Schraubenspindeln ansprechender Sensor angeordnet ist, der von einer mit ihrer Achse rechtwinkelig zu den Achsen der Schraubenspindeln stehenden Gehäusebohrung aufge nommen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusebohrung (14) für die Aufnahme des Sensors (15, 19) eine der sich gegenseitig durchdringenden, die frei drehbar gelagerten Schraubenspindeln (4, 5) aufweisenden Längsbohrungen (2, 3) kreuzt und die inseitige Stirnseite (16) des Sensors (15) eine zur gekreuzten Längsbohrung (2) korrespondierende Krümmung aufweist und bündig mit der Wand der gekreuzten Längsbohrung (2) verläuft.

2. Einrichtung zur Volumenmessung strömender Medien mit einem Gehäuse mit mindestens zwei sich teilweise durchdringenden Längsbohrungen mit zueinander parallelen Achsen, in welchen vorzugsweise mehrgängige, ineinandergreifende Schraubenspindeln frei drehbar gelagert sind und im Gehäuse mindestens ein auf die Anzahl der Umdrehungen einer der Schraubenspindeln ansprechender Sensor angeordnet ist, der von einer mit ihrer Achse rechtwinkelig zu den Achsen der Schraubenspindeln stehenden Gehäusebohrung aufge nommen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusebohrung (14) für die Aufnahme des Sensors (15, 19) eine der sich gegenseitig durchdringenden, die frei drehbar gelagerten Schraubenspindeln (4, 5) aufweisenden Längsbohrungen (2, 3) kreuzt und zwischen der Stirnseite (21) der sich durchdringenden Längsbohrungen (2, 3) und jenem Bereich (26) dieser Längsbohrungen (2, 3) liegt, der von der durch die zusammenwirkenden Schrauben spindeln (4, 5) mit der Wand der Längsbohrungen (2, 3) gebildeten, das strömende Medium trennenden Dichtzone durchlaufen ist bzw. in dem die zusammenwirkenden Schraubenspin deln (4, 5) mit der Wand der Längsbohrungen eine in sich geschlossene, das strömende Medium trennende Dichtzone bilden und der von der Gehäusebohrung (14) aufgenommene Abschnitt des Sensors (19) kürzer ist als die Länge der Gehäusebohrung (14) und die Stirn seite des Sensors (19) gegenüber jener gedachten Ebene zurückversetzt ist, in der sich die Gehäusebohrung (14) und die Längsbohrungen kreuzen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Gehäu sebohrungen (14) für die Aufnahme von zwei Sensoren vorgesehen sind und diese Gehäu sebohrungen (14) in Längsrichtung des Gehäuses (1) gegeneinander versetzt sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der beiden Gehäu sebohrungen (14) in einer Ebene (E) liegen, die ihrerseits die Achsen der sich durchdrin genden Längsbohrungen (2, 3) enthält.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Achsen der beiden Gehäusebohrungen (14) bzw. der von ihnen aufgenommenen Sensoren von ei nem ganzzahligen Vielfachen der Steigung der Schraubenspindel, der sie benachbart lie gen, abweicht.