Flüssigkeits-Verbundzähler Flüssigkeits-Verbundzähler sollen einen sehr gro ssen Messbereich haben und bestehen deshalb aus zwei zusammengebauten Einzelzählem : dem sogenannten Hauptzähler und dem Nebenzähler. Der Nebenzähler erfasst die kleinen Durchflusswerte, die unterhalb des Ansprechbereiches des Hauptzählers liegen. Beim Erreichen eines bestimmten Durchfluss- wertes wird von einer Umschalteinrichtung entweder von dem Nebenzähler auf den Hauptzähler umgeschaltet, oder es wird zu dem Nebenzähler der Hauptzähler hinzugeschaltet.
Die grundsätzliche Wirkungsweise einer bekannten Verbundzähler-Umschalteinrichtung, die den Nebenzähler auf den Hauptzähler umschaltet, ist in Fig. 1 dargestellt :
Bei kleinen Durchflüssen ist der Hauptdurchgang 1 durch den Klappenteller 3 verschlossen, welcher durch das Kugelgewicht 5 über den in dem Gelenk 7 gelagerten Kugelträger 6 auf den Dichtsitz 4 gedrückt wird. In dieser Stellung wird die Schwimmkugel 8 der Nebenleitung 2 durch den am Kugelträger 6 angebrachten Stift 9 nach unten gedrückt und die Nebenleitung hierdurch offen gehalten.
Beim Durchströmen der Nebenleitung mit dem Nebenzähler tritt ein Druckabfall von dem Druck pi in der Hauptleitung auf den Druck P2 und beim Durchströmen der Engstelle 10 ein weiterer Druckabfall auf den Druck p3 im Inneren des Umschaltklappengehäuses 20 ein. Beim Erreichen eines bestimmten Durchflusses wird der Druckabfall und damit der Oberdruck (pi bis p3) auf den Klappenteller so gross, dass ein Gleichgewichtszustand mit der durch das Kugelgewicht 5 bewirkten Schliesskraft erreicht wird.
Bei allmählichem, weiterem Ansteigen des Durchflusses wird dann der Klappenteller von dem Sitz 4 so weit abgehoben, dal3 durch die Nebenleitung immer nur so viel Wasser strömt, als dem Druckabfall (P1 bis p3) im Gleichgewichtszustand mit der Schliesskraft entspricht. Die Restmenge fliesst dabei jeweils durch den Spalt zwischen Klappenteller 3 und Sitz 4 des Hauptdurchganges. Weil beim weiteren Anheben des Klappentellers die Schwimmkugel 8 durch den Stift 9 immer weiter freigegeben und dadurch die Nebenleitung immer weiter verschlossen wird, wächst diese Restmenge vom Durchfluss Null ansteigend immer weiter, bis schliesslich die ganze Flüssigkeit durch den Hauptdurchgang strömt.
Im ersten Teil dieses Schaltvorganges treten erhebliche Minus-Fehler auf, weil die zunächst kleine, durch den Spalt zwischen Klappenteller 3 und Sitz 4 strömende Menge von dem grossen Hauptzähler noch nicht erfasst werden kann.
Damit die Fehlanzeige möglichst gering bzw. der Durchflussbereich, welcher zum vollständigen Umschalten benötigt wird, möglichst eng bleibt, ist die Kugelrollbahn 11 so ausgerichtet, dass das Kugelgewicht 5 schon nach möglichst geringem Anheben des Klappentellers und des Kugelträgers von dem Endanschlag 12 zu dem Endanschlag 13 rollt. Durch diese Verlagerung des Kugelgewichtes wird der erforderliche Gleichgewichts-Druckunterschied (p1 bis p3) plötzlich wesentlich kleiner, der Klappenteller hebt sich plötzlich stärker von seinem Sitz ab und der Schaltvorgang wird dadurch beendet.
Voraussetzung ist allerdings eine sehr genau in dem Ge häuse der Umschalteinrichtung ausgerichtete Kugelrollbahn 11, was fertigungstechnische Schwierigkeiten bedingt, und ein sorgfältiges Ausrichten des ganzen Verbundzählers in der Rohrleitung mittels Wasserwaage, was auch häufig sehr schwierig ist.
Fig. 2 zeigt eine weitere bekannte Ausführung einer Umschalteinrichtung für denselben Zweck, bei welcher eine Verringerung des Fehlers im Umschaltbereich dadurch erzielt wird, dass an dem Klappen teller 3b ein kolbenartiger Fortsatz 14 angebracht ist.
Durch diesen kolbenartigen Fortsatz an dem Klappenteller wird nach Beginn des Umschaltens bei leicht steigendem Durchfluss der entsprechende Abhebeweg des Klappentellers vergrössert, weil zunächst nur ein begrenzter Spalt im Hauptdurchgang freigegeben wird. Dadurch wird die Nebenleitung durch die Schwimmkugel 8 schneller verschlossen und der Umschaltbereich eingeengt.
Trotzdem tritt auch in diesem Fall ein negativer Messfehler ein, und zwar in der Grösse, wie er durch den praktisch ausführ- baren Spalt zwischen dem kolbenartigen Fortsatz 14 und dem Klappentellersitz 4b vorgegeben ist. Wäh- rend der Schaltvorgang bei dieser bekannten Ausfüh- rung bei steigendem Durchfluss sich mit etwas geringerem Messfehler abspielt als bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung, ist der Schaltvorgang bei fallendem Durchfluss mit grösseren Messfehlem verbunden.
Entsprechend dem Erfindungsgedanken soll sich die Umschaltung vom Nebenzähler auf den Hauptzähler, und zwar unter Beibehaltung des Durchflusses durch den Nebenzähler schlagartig vollziehen, wenn sie durch ein leichtes Abheben des Schliess- organs für die Hauptleitung eingeleitet wird, ohne dass sich auch bei ganz allmählicher Steigerung des Durchflusses stabile Zwischenstellungen im Umschaltbereich einstellen können. Erfindungsgemäss wird das dadurch erreicht, dass das Schliessorgan der Hauptleitung selbst oder ein damit gekuppeltes Glied wäh- rend des Schaltvorganges einen Querschnitt steuert, durch den die ganze, den Verbundzähler durchströmende Flüssigkeitsmenge-nicht ein Teilstromhindurchfliesst.
Die grundsätzliche Wirkungsweise der Umschalteinrichtung des erfindungsgemäss ausgebildeten Verbundzählers ist mit den sich ergebenden Vorteilen nachstehend an Hand der in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 3 einen Längsteilschnitt durch eine Ausfüh- rungsform bei geschlossenem Hauptdurchgang
Fig. 4 die Draufsicht auf den Klappenteller dieser Umschalteinrichtung,
Fig. 5 den Teil-Längsschnitt durch diese Umschalteinrichtung, bei geöffnetem Hauptdurchgang sofort nach dem Umschalten,
Fig. 6 die Umschalteinrichtung im Teil-Längs- schnitt bei ganz geöffneter Klappe,
Fig.
7 bis 10 eine zweite Ausführungsform im Achsenschnitt und bei verschiedenen Stellungen der Klappe,
Fig. 11,12a und 12b die Verwirklichung des Erfindungsgedankens mit rotationssymmetrisch ausgebildetem Absperrglied,
Fig. 13 und 14 eine Ergänzung zu Fig. 1 bis 6 in zwei senkrecht zueinander stehendem Achsenschnitten und
Fig. 15 eine Einzelheit zu Fig. 14.
Bei der Ausbildung nach den Fig. 3 bis 6 strömt bei allmählich von Null an steigendem Durchfluss die ganze Flüssigkeit durch die Nebenleitung 2en während der Hauptdurchgang durch den Klappenteller 3e verschlossen ist. Mit diesem Klappenteller 3e ist eine kreisrunde Scheibe 15 exzentrisch fest verbunden, welche von der aus der Nebenleitung 2e ausströmenden Flüssigkeit umströmt werden muss.
Der ganze Flüssigkeitsstrom muss dabei die Engstelle 16 zwischen der Scheibe 15 und einem im Durchmesser wenig grösseren Durchgang 17 durchströmen. Infolge des Druckabfalles in der Nebenleitung 2, und in der Engstelle 16 wirkt ein öffnendes Moment über den Klappenteller 3e und die Scheiben 15 auf den Gewichtsträger 6, von der Grösse : (Plp3) Fi ri + (P2p3) F2 rs
Hierin ist Fl = die vom Klappenteller 3e abgedeckte Fläche des Hauptdurchganges a. d2
4 Fg = die Fläche der exzentrisch um den Klappen teller herum angeordneten Scheibe z.
(D2¯d2) --.(D-) r, = der Abstand vom Mittelpunkt des Klappen tellers bis zum Drehpunkt 7, ;, r2 = der Abstand des Mittelpunktes der Scheibe 15 bis zum Drehpunkt, rg = der Abstand des Schwerpunktes der Fläche Fg bis zum Drehpunkt 7e-
Bei einem gewissen Durchfluss wird auch in diesem Fall der Gleichgewichtszustand zwischen dem öffnenden Moment und dem Schliessmoment, welches im wesentlichen durch das Produkt des Gewichtes G und des Hebelarmes le dargestellt wird, erreicht : G le = (Pip3) Fi rl + (P2p3) F2 rs
Bei weiterem ganz allmählichem Ansteigen wird dann der Klappenteller 3e von seinem Sitz 4, abgehoben.
Weil aber schon bei leichtem Abheben des Klappentellers 3, durch die Scheibe 15 die Engstelle 16 eingeengt wird, und zwar viel stärker als umgekehrt der Klappenteller den relativ kleinen Hauptsitz 4e freigibt, und weil die durch die grosse Scheibe 15 verursachte Kraft (p2-p3) auf den grossen Hebelarm rs wirkt, wird das Gleichgewicht sofort stark zu Gunsten des öffnenden Momentes verschoben und die Scheibe 15 wird mitsamt dem Klappenteller 3e über die Engstelle 16 und den Durchgang 17 hinausgedrückt. Damit ist der Hauptdurchgang so weit freigegeben, dass der grösste Teil des Durchflusses durch den Hauptzähler erfolgt.
Der Schaltvorgang ist somit schlagartig vollzogen und der in Fig. 5 dargestellte Zustand hat sich eingestellt.
In der in Fig. 5 dargestellten Stellung nach der Umschaltung ist der Druckabfall in dem Hauptzähler noch sehr klein und in der Nebenleitung strömt nur so viel Flüssigkeit, als diesem geringen Druckabfall entspricht. Die Gleichgewichtsbedingung lautet jetzt : G = (-pg). (F, +F,)-r,
Der Druckunterschied wirkt jetzt also auf die ganze, grosse Fläche (F2 + Fi) und den Hebelarm r2.
Damit ist gleichzeitig ebenfalls schlagartig mit der Schaltung eine sehr starke Entlastung, das heisst Verringerung des Druckabfalles p, bis p3 eingetreten.
Bei weiterem Ansteigen des Durchflusses durch den gesamten Zähler wird die Scheibe 15 mit dem Klappenteller 3e. noch weiter nach aussen gedrückt bis in die in Fig. 6 dargestellte Endstellung. Dabei verlagert sich der Schwerpunkt des Schliessgewichtes G auf einer Kreisbogenbahn immer mehr in Richtung auf den Drehpunkt 7e und die wirksame Hebellänge geht zurück bis auf den dargestellten Wert If, womit eine weitere, sehr wirksame Entlastung erreicht ist.
Bei der Abwandlung nach den Fig. 7 bis 10 trägt der Klappenteller 3g eine Ringdichtung 18 mit rundem Querschnitt, einen sogenannten Rundschnurring oder O-Ring.
Fig. 8 zeigt in grösserer Darstellung den Längs- schnitt durch den Sitz dieses O-Ringes 18 in dem Sitz 4Il des Hauptdurchganges. Die Anordnung ist so getroffen, dass die Abdichtung bei geschlossener Klappe auf dem Durchmesser d erfolgt und dass der flffnungsdruck (P1 bis p3) wieder auf die Fläche z. d2
1 4 4 wirkt.
Bei leichtem Anheben des Klappentellers 3 (Fig. 9) wirkt der öffnende Druck plötzlich auf die grössere Fläche F s z. d2
4 Dadurch wird mit noch grösserer Sicherheit ein schlagartiges Umschalten schon bei geringstem Anheben erreicht, weil ausser der plötzlichen Vergrösserung der wirksamen Fläche des Öffnungsdruckes von Fi auf Fi die Engstelle 16g schon wirksam eingeengt wird, bevor überhaupt eine nennenswerte Flüssigkeitsmenge aus dem Hauptdurchgang austreten kann.
Den Zustand kurz nach dem Umschalten bei steigendem Durchfluss bzw. kurz vor dem Umschalten bei fallendem Durchfluss zeigt die Fig. 10.
Fällt der Durchfluss weiter ab, als es der in Fig. 10 dargestellten Stellung entspricht, so reicht der im Spalt 26 sich ergebende Druckabfall nicht mehr aus, um dem durch das Schliessgewicht G verursachten Schliessmoment das Gleichgewicht zu halten.
Dann wird die Scheibe in den Durchgang 17k hineingedrückt. Da der Spalt 26 beim Eintreten sofort wieder weiter wird, geht der Druckabfall noch mehr zurück, das Schliessmoment überwiegt plötzlich stark und es wird schlagartig auf den Nebenzähler zurückgeschaltet.
Der Erfindungsgedanke ist nicht an die Ausführung eines Klappen-Umschaltventils gebunden. So zeigt die Fig. 11 die Verwirklichung des Erfindungsgedankens bei Verwendung einer Kugel als Schliess- und Schaltorgan, und in den Fig. 12a, b ist die Anwendung des Erfindungsgedankens bei Verwendung eines rotationssymmetrisch ausgebildeten Schaltorgans dargestellt.
In beiden Fällen, sowohl im Falle der Fig. 11 als auch der Fig. 12a, b muss die ganze Flüssigkeitsmenge, auch nach leichtem Abheben des Schaltorgans die Engstelle 16m bzw. 16n passieren und nach dem ersten Abheben drückt der gesamte Offnungsdruck auf die Fläche mit dem grossen Durchmesser Dm bzw. Dn-
Fig. 13 zeigt den Längsschnitt durch ein Gehäuse mit einem Umschaltklappeneinsatz, in dem alle Teile der Umschalteinrichtung zusammengefasst sind und welcher allein durch die Schraube 21 in diesem Gehäuse festgehalten ist. Nach Lösen dieser Schraube 21 kann der ganze Umschalteinsatz aus dem Umschaltklappengehäuse 200 ohne Schwierigkeit herausgenommen werden.
Da der ganze Umschalteinsatz keinerlei verstellbare oder einzustellende Teile enthält, sind alle Umschalteinsätze der gleichen Nenngrösse untereinander völlig gleich. Es ist also mög- lich, im Störungsfall am Einbauort des neuen Verbundzählers nach Lösen dieser Halteschraube 21 den eingebauten Umschalteinsatz herauszunehmen und einen Ersatzeinsatz einzusetzen, ohne dass eine Nachprüfung des gesamten Verbundzählers erforderlich ist.
In Fig. 14 ist in Draufsicht der Schnitt durch einen Verbundzähler dargestellt mit besonders vorteilhaft ausgebildeter Nebenleitung. Die Anschlussstücke 22 und 23 der Nebenleitung an das Ausgleichstück 24 vor dem Hauptzähler bzw. an das Umschaltklappengehäuse 20p sind als korrosionsbeständige Gussstücke ausgebildet. Das hintere Anschlussstück 23 enthält ausserdem eine Rückschlag- einrichtung, welche in dem Beispiel als Kugelrück- schlageinrichtung ausgeführt ist, und eine Dehnungsstopfbuchse, welche verhindert, dass Spannungen auf das Nebenzählergehäuse bzw. die Teile der Nebenleitung infolge von Fertigungstoleranzen der einzelnen zusammengebauten Teile übertragen werden.
Ausserdem erleichtert eine derartige Dehnungsstopfbuchse den Umbau der Nebenleitung von der einen auf die andere Seite des Verbundzählers. Der Eintritt der Nebenleitung von dem hinteren Anschlussstück 23 in das Umschaltklappengehäuse 20p ist beiderseits dieses Gehäuses so ausgebildet und der Umschalteinsatz ist so in diesem Umschaltklappen- gehäuse angeordnet, dass die Flüssigkeit in der Nebenleitung zunächst in einen Ringraum um den Hauptdurchgang herum einmündet. Von da aus strömt sie um die den Klappenteller umgebende Scheibe in das Innere des Umschaltklappengehäuses.
Zur Erzielung eindeutiger Baulängen werden, wie in Fig. 14 dargestellt, zwischen dem Ausgleichstück 24 und dem Hauptzähler sowie dem Hauptzähler und dem Umschaltklappengehäuse 20p keine Flachdichtungen, sondern Rundschnurringe bzw. O-Ringe 25 verwendet. Die Ausbildung der Berührungsflächen der einzelnen Gehäuseteile ist jedoch so getroffen, dass jederzeit auch Flachdichtungen der üblichen Form verwendet werden können. Dies ist besonders deshalb möglich, weil die Dehnungstopfbuchse der Nebenleitung die dadurch sich ergebenden Verschiebungen ohne weiteres aufnimmt. Fig. 15 zeigt eine besonders einfache und zweckmässige Ausbildung der Befestigung der Verstellschraubenbolzen 27 in dem Flanschstück 28.
Das Flanschstück 28 enthält eine abgesetzte Bohrung 29, in welche der Schraubenbolzen 27 eingeschoben wird, welcher eine Ringnut mit einem eingesetzten Federring 30 enthält. Der Schraubenbolzen wird von der Rückseite her durch die Mutter 31 festgehalten.
Die Ausbildung nach den Fig. 3 bis 13 ist dabei in der Anwendung nicht auf die Ausführungen nach den Fig. 14 bis 15 beschränkt, sondern kann auch bei jedem anderen Verbundzähler angewendet werden.