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Die Erfindung betrifft einen Zähler, insbesondere einen elektromechanischen Zähler, mit einem Messeinsatz, umfassend eine induktiv arbeitende und mehrere als Flächenspulen ausgebildete elektrische Spulen aufweisende Messsensorik sowie eine dieser gegenüber liegend angeordnete, um eine Lagerachse relativ zu der Messsensorik drehbar gelagerte und abschnittsweise eine metallische Beschichtung tragende Modulatorscheibe.
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Entsprechende Zähler dienen der Verbrauchserfassung unterschiedlicher Verbrauchsmedien, wie z. B. Wasser, Gas etc. und sind in Aufbau und Funktion hinlänglich bekannt. Im Wesentlichen umfassen solche, auch als elektromechanische Zähler bezeichneten Zähler einen Messeinsatz mit einer induktiv arbeitenden Messsensorik und einer dieser gegenüberliegend angeordneten Modulatorscheibe, welche um eine Lagerachse relativ zu der Messsensorik drehbar gelagert ist.
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Ein gattungsgemäßer Zähler ist beispielsweise in
US 2008/0164869 A1 offenbart. Dieser besteht im Wesentlichen aus einem eine elektrische Spulen umfassende Messsensorik tragenden Stator und einem scheibenförmigen Rotor beziehungsweise einer Modulatorscheibe, deren dem Stator zugewandte Fläche teilweise metallisiert ist. Das Messprinzip beruht auf der Beaufschlagung der der Messsensorik zugehörigen elektrischen Spulen mit elektrischen Impulsen, welche ein magnetisches Feld erzeugen, welches sich auf die metallisierte Oberfläche des Stators überträgt und bei Rotation des Rotors veränderlich ist. Die erfasste Änderung des magnetischen Felds wird über eine Erfassungseinrichtung erfasst, wobei aus dem Erfassungsergebnis Rückschlüsse auf die Drehgeschwindigkeit beziehungsweise die Drehrichtung des Rotors und so weiter auf den durch die Verbrauchsmenge des durch den Zähler strömenden Verbrauchsmediums gezogen werden können.
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Zwischen der Oberfläche des Rotors und der Messsensorik befindet sich ein axialer Spaltraum. Dieser stellt regelmäßig eine Herausforderung für die Signalübertragung dar, da hier üblicherweise Luft als Übertragungsmedium für entsprechende magnetische Felder dient. Bekanntermaßen ist die magnetische Leitfähigkeit beziehungsweise Permeabilität, welche die Durchlässigkeit von Materie für magnetische Felder bestimmt, von Luft vergleichsweise gering.
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Aus der
DE 100 12 315 B4 ist ein Drehsensor eines Flüssigkeitsdurchflussmessers bekannt, dessen Rotor aus nicht-ferromagnetischem Material besteht und beabstandete ferromagnetische Einsätze aufweist, die den im Stator in Sackbohrungen angeordneten Sensorspulen sehr nah gegenüberliegen und somit bei Drehung des Rotors in diesen Sensorspulen ein deutliches Messsignal hervorrufen. Durch den geringen Abstand zwischen Rotoroberfläche und Sensorspule von etwa 1,5 mm ergibt sich das oben genannte Problem hier nicht.
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In dem Stellungsgeber der
DE 36 08 807 A1 wird die Drehung eines ferromagnetischen Stabes über Sensorspulen, welche in ihrem Inneren jeweils einen ferromagnetischen Kern besitzen, detektiert. Auch hier tritt das bei Verwendung einer teilweise metallisierten Modulatorscheibe auftretende Problem hinsichtlich der Signalstärke nicht auf.
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Die
EP 0 896 207 A1 beschreibt einen Umdrehungssensor für Durchflussmesser mit Flügelrad, welches mit einem Magneten als Rotor versehen ist, dessen Drehung über Hall-Sensoren gemessen wird.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen insbesondere im Hinblick auf die Übertragung magnetischer Signale, insbesondere magnetischer Felder, zwischen Messsensorik und Modulatorscheibe verbesserten Zähler anzugeben.
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Das Problem wird erfindungsgemäße durch einen Zähler der eingangs genannten Art gelöst, welcher sich dadurch auszeichnet, dass zwischen der Messsensorik und der Modulatorscheibe magnetisch leitfähige Elemente angeordnet sind.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Gedanken, in dem sich zwischen Messsensorik und Modulatorscheibe erstreckenden Spaltraum magnetisch leitfähige Elemente anzuordnen, welche die Übertragung magnetischer Signale im allgemeinen, das heißt insbesondere magnetischer Felder, zwischen Messsensorik und Modulatorscheibe, oder umgekehrt, erheblich verbessern. Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Zählerkonstruktionen ist demnach der Raum beziehungsweise das Volumen zwischen Messsensorik und Modulatorscheibe nicht oder nur teilweise mit Luft gefüllt, da in diesem als Übertragungsmittel für magnetische Signale, das heißt insbesondere magnetische Felder, zu verstehende magnetisch leitfähige Elemente angeordnet sind, welche, wie später noch gezeigt wird, im Vergleich zu Luft eine deutlich höhere magnetische Leitfähigkeit beziehungsweise Permeabilität aufweisen.
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Das erfindungsgemäße Prinzip ermöglicht sonach insbesondere in Abhängigkeit der Positionierung respektive Orientierung des oder der magnetisch leitfähigen Elemente eine gezielte Führung magnetischer Felder zur Kopplung der Messsensorik mit der Modulatorscheibe, wodurch der bei Zählern aus dem Stand der Technik bekannte Abfall der magnetischen Feldstärke zwischen Messsensorik und Modulatorscheibe, wie er ohne die erfindungsgemäß verwendeten magnetisch leitfähigen Elemente, das heißt bei Verwendung von Luft als Übertragungsmedium zwischen Messsensorik und Modulatorscheibe, auftritt, reduziert beziehungsweise verhindert werden kann. Entsprechend weist der erfindungsgemäße Zähler respektive der diesem zugehörige Messeinsatz eine verbesserte Sensitivität beziehungsweise Reichweite auf. Demzufolge sind mit dem erfindungsgemäßen Zähler insbesondere den Verbrauch eines Verbrauchsmediums betreffende Messergebnisse genauer erfassbar.
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Gemäß der Erfindung weist die Messsensorik mehrere elektrische Spulen auf, wobei jeder Spule ein magnetisch leitfähiges Element zugeordnet ist. Die Verwendung mehrerer, insbesondere symmetrisch angeordneter elektrischer Spulen, welche insbesondere auf einem als Leiterplatte ausgebildeten Grundkörper der Messsensorik aufgebracht sind, dient der genaueren Erfassung der Position beziehungsweise Orientierung der Modulatorscheibe relativ zur Messsensorik. Bevorzugt ist jeder elektrischen Spule der Messsensorik wenigstens ein magnetisch leitfähiges Element zugeordnet. Die Zuordnung erfolgt beispielsweise über eine definierte Anordnung der magnetisch leitfähigen Elemente relativ zu den elektrischen Spulen, so dass entsprechende, von den elektrischen Spulen durch Bestromung erzeugte magnetische Felder gezielt auf entsprechende, diesen zugeordnete magnetisch leitfähige Elemente übertragbar sind. Dabei ist es bevorzugt, dass ein magnetisch leitfähiges Element direkt unterhalb einer entsprechenden elektrischen Spule angeordnet ist.
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Weiterhin ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die elektrischen Spulen als Flächenspulen ausgebildet sind und das magnetisch leitfähige Element mit wenigstens einer seiner Flächen direkt benachbart zu einer Spule angeordnet ist. Die direkt benachbarte Anordnung des magnetisch leitfähigen Elements ist bevorzugt berührungsfrei bezüglich der jeweiligen Spule, so dass sich zwischen Spule und magnetisch leitfähigem Element ein Spaltraum erstreckt, welcher jedoch in seinen Abmessungen derart ist, dass die Übertragung magnetischer Signale, das heißt insbesondere magnetischer Felder, nur geringfügig geschwächt ist.
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Vorteilhaft ist das magnetisch leitfähige Element in einer Aufnahme eines, insbesondere aus Kunststoff gebildeten, Halterahmens gelagert. Der Halterahmen, das heißt dessen Aufnahmen, stellt beziehungsweise stellen eine feste und definierte Anordnung der magnetisch leitfähigen Elemente relativ zur Messsensorik respektive der diesen zugehörigen elektrischen Spulen sowie zur Modulatorscheibe sicher. Die Aufnahmen sind in Abmessung und Form zweckmäßig an Abmessung und Form der magnetisch leitfähigen Elemente angepasst, so dass Letztere passgenau in den Aufnahmen anordbar sind. Eine Aufnahme kann dabei eine oder gegebenenfalls mehrere magnetisch leitfähige Elemente aufnehmen.
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Die Anordnung eines magnetisch leitfähigen Elements kann dabei lösbar oder unlösbar innerhalb einer Aufnahme sein, was durch entsprechende an oder innerhalb der Aufnahme beziehungsweise an den magnetisch leitfähigen Elementen vorgesehene, insbesondere korrespondierende, Befestigungsmittel beziehungsweise Befestigungsabschnitte etwa in Form von gegengleichen Rastmitteln oder durch Verkleben realisiert sein kann.
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Der Halterahmen ist über an diesen vorgesehene Befestigungsmittel mit einem Bauteil des Zählers verbunden, welche Verbindung eine stabile und lagefeste Anordnung des Halterahmens gewährleistet. Insbesondere ist der Halterahmen berührungsfrei bezüglich der Messsensorik und der Modulatorscheibe angeordnet. Das heißt, sowohl der Halterahmen als auch die in dessen Aufnahmen angeordneten magnetisch leitfähigen Elemente weisen vorteilhaft keine Kontaktpunkte mit der Messsensorik sowie der Modulatorscheibe auf. Auch die Anbringung des Halterahmens an dem zählerseitigen Bauteil kann lösbar oder unlösbar sein, wobei erstere Alternative Vorteile etwa bezüglich des Austauschs einzelner magnetisch leitfähiger Elemente aufweist.
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Der Halterahmen ist vorteilhaft aus Kunststoff gebildet. Entsprechend kann dieser als Spritzgießbauteil einfach, schnell und als Masseteil gefertigt werden, was in produktionstechnischer Hinsicht Vorteile mit sich bringt. Beispielhaft kann der halterahmen aus einem auf einem Polyolefin, wie Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP), basierenden Kunststoff gebildet sein.
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Alternativ ist es möglich, dass das magnetisch leitfähige Element auf wenigstens einer auf der der Modulatorscheibe zugewandten, insbesondere als Leiterplatte ausgebildeten, Fläche der Messsensorik angeordneten elektrischen Spule angeordnet ist. Diese erfindungsgemäße Ausführungsform sieht demnach Kontakt- beziehungsweise Berührungspunkte zwischen den magnetisch leitfähigen Elementen und der Messsensorik, das heißt insbesondere der dieser zugehörigen elektrischen Spulen vor.
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Die Verbindung des magnetisch leitfähigen Elements mit der Fläche der Messsensorik kann z. B. über Kleb- oder Lötverbindungen oder über mechanische Verbindungen, insbesondere Niet- oder Schraubverbindungen, gebildet sein. Die Verbindung zwischen einem magnetisch leitfähigem Element und der Messsensorik kann demnach z. B. über Kleber oder Lote realisiert sein. Denkbar ist es auch, in einem der Messsensorik zugehörigen, die elektrischen Spulen tragenden Grundkörper entsprechende Bohrungen und in einem magnetisch leitfähigen Element ein Gewinde zur Aufnahme eines die Bohrungen durchsetzenden Befestigungsmittels, wie einer Schraube oder dergleichen, vorzusehen, um derart eine stabile Befestigung des magnetisch leitfähigen Elements an der Messsensorik zu ermöglichen.
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Die geometrische Ausbildung der magnetisch leitfähigen Elemente betreffend, ist es bevorzugt, dass das magnetisch leitfähige Element eine zylindrische, insbesondere kreiszylindrische Form aufweist. Das magnetisch leitfähige Element ist demnach als in sich symmetrischer Körper ausgebildet. Die Dimensionen, insbesondere die Länge des magnetisch leitfähigen Elements, sind bevorzugt an den sich zwischen Messsensorik und Modulatorscheibe erstreckenden Spaltraum angepasst, so dass sich beispielsweise die oben genannte berührungsfreie Anordnung der magnetisch leitfähigen Elemente, gegebenenfalls innerhalb der dem Halterahmen zugehörigen Aufnahmen, zwischen der Messsensorik und der Modulatorscheibe sicherstellen lässt.
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Das magnetisch leitfähige Element ist vorteilhaft aus einem ferromagnetischen Material, insbesondere Ferrit, gebildet. Entsprechend kann das magnetisch leitfähige Element im Vergleich zu Luft eine deutlich erhöhte Leitfähigkeit aufweisen, was die Übertragung magnetischer Signale, das heißt insbesondere magnetischer Felder erheblich verbessert. Die magnetische Leitfähigkeit beziehungsweise Permeabilität µr von Luft beträgt ca. 1, wohingegen entsprechende ferromagnetische Materialien magnetische Permeabilitätszahlen µr deutlich oberhalb 1 aufweisen. Lediglich beispielhaft sei auf die magnetischen Permeabilitätszahlen µ von Eisen (µr ca. 300 - 10.000), respektive der Modifikation des Eisens als Ferrit (µr ca. 5 - 15.000) oder Kobalt (µr ca. 80 - 200) hingewiesen. Grundsätzlich können auch andere magnetisch leitfähige Materialien, worunter selbstverständlich auch entsprechende Legierungen zu verstehen sind, zur Ausbildung eines magnetisch leitfähigen Elements verwendet werden, sofern diese eine höhere magnetische Leitfähigkeit als Luft aufweisen.
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Ein erfindungsgemäßer Zähler ist beispielsweise ein, insbesondere elektromechanischer, Wasserzähler oder ein Wärmezähler. Selbstverständlich kann ein erfindungsgemäßer Zähler auch in Form eines anderen Zählertyps ausgebildet sein.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Zählers in einer Teilansicht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
- 2 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Zählers in einer Teilansicht gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform;
- 3, 4 verschiedene Teilansichten eines erfindungsgemäßen Zählers; und
- 5 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Halterahmens zur Aufnahme entsprechender magnetisch leitfähiger Elemente.
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1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Zählers 1 in einer Teilansicht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Der Aufbau des Zählers 1, welcher insbesondere als ein elektromechanischer Wasser- oder Wärmezähler ausgebildet ist, ist im Prinzip bekannt und bedarf keiner näheren Erläuterung. Die zur Beschreibung des erfindungsgemäßen Prinzips relevanten Bauteile des Zählers 1 sind der Messeinsatz 2, welcher eine induktiv arbeitende Messsensorik 3 und eine dieser gegenüberliegend angeordnete, um eine Lagerachse A drehbar relativ zu der Messsensorik 3 gelagerte Modulatorscheibe 4 aufweist. Die Modulatorscheibe 4 ist dabei mit Flügeln 5 versehen und wird im an eine Leitung (nicht gezeigt) angeschlossenen Zustand des Zählers 1 von einem durch diesen strömendem Verbrauchsmedium in Rotation um die Lagerachse A versetzt.
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Die Modulatorscheibe 4 befindet sich in einem so genannten Nassbereich des Zählers 1, welcher von dem entsprechenden Verbrauchsmedium durchströmt wird respektive mit einem entsprechend durchströmtem Abschnitt des Zählers 1 in Verbindung steht. Der Nassbereich ist von einem Trockenbereich des Zählers 1, in dem sich unter anderem die Messsensorik 3 befindet, über eine dichtende Membran 6 getrennt.
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Die Messsensorik 3 umfasst einen als Leiterplatte ausgebildeten Grundkörper 7, dessen der Modulatorscheibe 4 zugewandte Fläche mit elektrischen Spulen 8, insbesondere gedruckten elektrischen Flächenspulen, versehen ist. Die der Messsensorik 3 zugewandte Fläche der Modulatorscheibe 4 ist teilweise metallisiert, das heißt auf dieser ist abschnittsweise, insbesondere die Fläche zur Hälfte bedeckend, eine metallische Beschichtung 9 aufgebracht.
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Selbstverständlich ist dem Zähler 1 eine Steuereinrichtung 10 im Sinne einer Auswerteeinheit zugehörig, welche sämtliche Bewegungen der Modulatorscheibe 4 signalartig registriert, in entsprechende Verbrauchssignale des durch den Zähler 1 strömenden Verbrauchsmediums umsetzt und im Weiteren zur Ausgabe bereitstellt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, in den sich zwischen der Messsensorik 3 und der Modulatorscheibe 4 erstreckenden Spaltraum magnetisch leitfähige Elemente 11, welche insbesondere als aus ferromagnetischen Materialien, bevorzugt aus Ferrit gebildete, zylindrische Körper ausgebildet sind, anzuordnen. Die magnetisch leitfähigen Elemente 11 verbessern die Übertragung magnetischer Signale, insbesondere magnetischer Felder, zwischen der Messsensorik 3 und der Modulatorscheibe 4, so dass die Sensitivität beziehungsweise die Reichweite des Messeinsatzes 2 sowie des Zählers 1 insgesamt deutlich erhöht werden kann. Im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Zählern lässt sich derart der Abfall der magnetischen Feldstärke zwischen der Messsensorik 3 und der Modulatorscheibe 4 signifikant reduzieren.
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Ersichtlich sind die magnetisch leitfähigen Elemente 11 in einem Halterahmen 12 angeordnet. Hierzu weist der in 5 in perspektivischer Ansicht gezeigte Halterahmen 12 entsprechende der Form der magnetisch leitfähigen Elemente 11 nachempfundene, insbesondere als Bohrungen oder Sacklöcher ausgebildete, Aufnahmen 13 auf, in welchem die magnetisch leitfähigen Elemente 11 passgenau und unverlierbar anordbar sind. Der Halterahmen 12 ist aus einem Kunststoffmaterial, wie z. B. PE, PP, als Spritzgießbauteil gefertigt. Der Halterahmen 12 ist über nicht näher gezeigte Verbindungsmittel lösbar mit dem Zähler 1 verbunden, das heißt innerhalb des Zählers 1 angeordnet.
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Die Anzahl der magnetisch leitfähigen Elemente 11 entspricht der Anzahl der der Messsensorik 3 zugehörigen Spulen 8. Wie aus den 3 - 6 ersichtlich ist, weist die Messsensorik 3 beispielsweise vier symmetrisch bezüglich der Lagerachse A angeordnete Spulen 8 auf, so dementsprechend vier magnetisch leitfähige Elemente 11 vorgesehen sind. Mit anderen Worten ist jeder Spule 8 ein magnetisch leitfähiges Element 11 zugeordnet.
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Wie etwa aus 1 zu erkennen ist, sind die magnetisch leitfähigen Elemente 11 jeweils mit wenigstens einer ihrer Flächen, das heißt insbesondere einer Stirnfläche, direkt benachbart zu einer Spule 8 angeordnet. Insbesondere sind die magnetisch leitfähigen Elemente 11 direkt unterhalb der Spulen 8 angeordnet. Dabei ist die Anordnung der magnetisch leitfähigen Elemente 11 berührungsfrei sowohl bezüglich der Messsensorik 3 als auch der Modulatorscheibe 4, das heißt es bestehen keine Kontakt- oder Berührungspunkte zwischen den magnetisch leitfähigen Elementen 11 und der Messsensorik 3 respektive der Modulatorscheibe 4.
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Im Gegensatz dazu sind die magnetisch leitfähigen Elemente 11 bei der in 2 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zählers 1 direkt auf dem Grundkörper 7 der Messsensorik 3, das heißt unmittelbar auf den Spulen 8 angeordnet. Wiederum ist pro Spule 8 ein magnetisch leitfähiges Element 11 vorgesehen. Demzufolge sind die magnetisch leitfähigen Elemente 11 wiederum entsprechenden Spulen 8 zugeordnet, was sich durch die Anordnung der magnetisch leitfähigen Elemente 11 direkt auf den entsprechenden Spulen 8 ergibt (vgl, 3, 4).
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Die Anordnung respektive Befestigung der magnetisch leitfähigen Elemente 11 kann hierbei beispielsweise über Klebe- oder Lötverbindungen realisiert sein. Denkbar sind auch mechanische Verbindungsarten wie etwa Schraub- oder Nietverbindungen. Es handelt sich bei dem in 2 gezeigten Zähler 1 um eine alternative Ausführungsform, welche ohne den in den 1, 5 gezeigten Halterahmen 12 auskommt.
