GRX-Q - Verdrängungszähler

Bei den Verdrängungszählern werden die beweglichen Messwände durch das zu messende Medium angetrieben. Die Bewegung wird erfasst und gezählt. Bedingt durch den Aufbau von Verdrängungszählern, treten Messfehler hauptsächlich durch Leckagen zwischen den festen und den beweglichen Komponenten des Messaufbaus auf. Die Spaltverluste werden durch die Zähigkeit des Messmediums, sowie durch das physikalische Verhalten der Strömung bestimmt. Diese Verluste werden durch den Verschleiß des Materials größer. Bei Überlastung des Zählers tritt der Verschleiß sehr viel schneller ein.

Da zwischen der festen und der beweglichen Messkammerwand ein geringes Spiel herrscht, sind diese Zähler anfällig gegenüber Verschmutzungen im Medium. Dies macht eine vorherige Filtration, auf eine für den Zähler zulässige Reinheit unabdingbar.

Im Folgenden werden zwei Verdrängungszähler näher beschrieben. Darunter zählen der Ringkolbenzähler und der Ovalradzähler.

Ringkolbenzähler

Der Aufbau des Ringkolbenzählers basiert auf zwei Hohlzylindern, die über einen Mittelsteg miteinander verbunden sind (vgl. Bild 2‑5). Diese Hohlzylinder bilden dabei die festen Messkammerwände. Innerhalb der Messkammer ist ein geschlitzter Ringkolben eingepasst, der über einen Zapfen mittig gelagert und über den Schlitz radial geführt ist. Der Ringkolben bewegt sich entlang der inneren und äußeren Messkammerwände des kleinen bzw. großen Hohlzylinders, sowie entlang des Mittelstegs. Der Zapfen des Ringkolbens führt währenddessen eine reine Kreisbewegung aus.

Die Ein- (E) bzw. Auslassöffnungen (A) befinden sich entweder an der Stirnseite der Messkammer oder auf den gegenüberliegenden Stirnseiten. Die zwei durch den Ringkolben getrennten Kammern mit den Volumina V1 und V2, werden so befüllt bzw. geleert, dass zu keiner Zeit eine Verbindung zwischen Ein- und Auslassöffnung besteht. Der Bewegungsablauf kann in den folgenden Phasen beschrieben werden. [BON-02]

  1. Phase: Durch einströmende Flüssigkeit in die Messkammer wird der Kolben entgegen dem Uhrzeigersinn aus der Ruhestellung gedrückt. Sobald die Eintrittsöffnung auch nur teilweise freigegeben wird, drückt die Flüssigkeit zusätzlich auf die Außenfläche des Ringkolbens und unterstützt somit die ursprüngliche Bewegungsrichtung.
  2. Phase: Sobald der Ringkolben an dem entgegengesetzten Punkt der Messkammer angekommen ist, greift der Flüssigkeitsdruck nur noch an der äußeren Kolbenfläche an. Das Volumen V2 erreicht in dieser Stellung sein Maximum. Das Volumen V1 des äußeren Kammerraums ist auf beiden Seiten (Ein- und Auslass) gleich.
  3. Phase: Das Verhältnis der Volumina V/ V2 wird durch die weitere Drehbewegung immer größer. Die zu messende Flüssigkeit im Volumen V2 wird infolgedessen durch die Auslassöffnung A hinausgedrückt.
  4. Phase: Die zu messende Flüssigkeit wurde soweit über die Auslassöffnung hinausgedrückt, sodass der Ringkolben sich wieder in Ausgangsstellung befindet.

Das Messprinzip läuft bei Messvorgängen mit Vorwärts- und Rückwärtsströmung gleichermaßen ab. Dadurch kann in beiden Fällen mit dem Ringkolbenzähler die gleiche Messgenauigkeit erreicht werden. Diese hängt hauptsächlich von der Fertigungsgenauigkeit des Kolbens und der Messkammer ab. Zusätzlich muss darauf geachtet werden, die im Fluid mitgeführte Luft abzuscheiden, damit diese nicht mit gemessen wird.

Ovalradzähler

Dieser Durchflussmesser nutzt als bewegliche Messkammerwand zwei ovale Zahnräder, die formschlüssig ineinandergreifen und gegenläufig rotieren (siehe Bild 2‑6). Durch den Druck der zuströmenden Flüssigkeit werden die Ovalräder bewegt. Bei der Messung findet eine Abgrenzung von Teilmengen statt, deren Volumen sich durch die Form der äußeren Messkammerwände und den Ovalrädern ergibt. Bei jeder vollen Umdrehung wird durch den Ovalradzähler eine genau bestimmte Flüssigkeitsmenge gefördert. Diese kann über ein Zählwerk in Abhängigkeit der Umdrehungen erfasst werden und gleichzeitig in üblichen Volumeneinheiten als gefördertes Gesamtvolumen angezeigt werden.

Der Ovalradzähler zählt zu den Schnellläufern unter den Flüssigkeitszählern mit beweglichen Trennwänden. Er kann bei verhältnismäßig kleinen Bauräumen hohe Durchflüsse messen, wobei die Momentanförderung nahezu gleichmäßig ist.

In Folge der durch die Flüssigkeit verursachten Druckdifferenz zwischen der Ein- und Austrittsseite, werden die Ovalräder angetrieben. Um die Druckverluste und Reibungskräfte möglichst gering zu halten, berühren sich die Ovalräder nur entlang der Eingriffslinie der Verzahnung. Eine Berührung mit der Messkammerwand sowie den Stirnseiten erfolgt dagegen nicht. Dies erfordert eine hohe Maßgenauigkeit bei der Fertigung der Räder, um die entstehenden Spaltverluste so gering wie möglich zu halten. Die erreichbare Messgenauigkeit hängt im Wesentlichen von den Spaltverlusten ab.

Bereits bei kleinen Zählern können die Verluste durch das geringe Spiel zwischen den Ovalrädern und den Messkammerwänden, sowie die Abdichtung zwischen den Rädern durch mehrere Zähne geringgehalten werden. Folgende weitere Vorteile können noch genannt werden:

  • hohe Messgenauigkeit bei weitem Durchflussbereich
  • eine weitgehende Viskositätsunabhängigkeit
  • geringe Druckverluste
  • große Anlaufdrehmomente
  • lange Lebensdauer

Nachteilig ist jedoch die hohe Schmutzempfindlichkeit und der geräuschvolle Lauf dieser Durchflussmesser.

Aufgrund seiner Vorteile bietet sich der Ovalradzähler nicht nur als Mengenzählung von Flüssigkeiten, sondern auch als Messwertaufnehmer und Signalgeber für Steuer- und Regelaufgaben an.

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