DE2442100B2

DE2442100B2 - Durchflusszaehler fuer fluessigkeiten

Info

Publication number: DE2442100B2
Application number: DE19742442100
Authority: DE
Inventors: Robert Therwil Althaus (Schweiz)
Original assignee: Aquametro Ag, Basel (Schweiz)
Priority date: 1974-07-24
Filing date: 1974-09-03
Publication date: 1976-08-12
Also published as: ATA559075A; GB1479081A; ES439638A1; FR2280060A1; JPS5115456A; BR7504747A; IT1040112B; US4023410A; BE831624A; CH583410A5; AT362945B; FR2280060B1; DE2442100A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchfltißzähler für Flüssigkeilen, mit einer Meßkammer, einem in dieser drehbar gelagerten Meßorgan und einem Zählwerk, das ^ mit dem Meßorgan über eine Magnetkupplung verbunden ist, die zwei um eine gemeinsame Drehachse drehbare Drchelemente aufweist, von denen das eine mit dem Meßorgan und das andere mit dem Zählwerk verbunden ist und die durch eine dichte, unmagnetische ^<H! Wand voneinander getrennt sowie je mit zwei bezüglich der Drehachse symmetrisch zueinander angeordenten Permanentmagneten versehen sind, deren magnet, ehe Achsen parallel zur Drehachse verlaufen.

Bei einem bekannten Durchflußzähler dieser An sind ''■' die Permanentmagnete derart angeordnet, daß alle ihre der unmagnetischen Wand zugewandten Knden die gleiche Polarität aufweisen. Die Permanentmagnete stoßen einander also ab, so daß die vier Magnete in der Ruhestellung je um einen Viertelkreis gegeneinander versetzt sind.

Versuche haben gezeigt, daß eine derart ausgebildete Magnetkupplung unzuverlässig arbeitet, falls sie mit relativ kleinen, einteiligen, im Querschnitt runden oder rechteckigen rechteckigen Permanentmagneten bestückt wird. Eine derart ausgebildete Magnetkupplung versagt vor allem dann, wenn ruckartige Drehzahländerungen auftreten. Dies wirkt sich besonders deshalb nachteilig aus, weil die Antriebswelle des Zählwerkes. falls die Kupplung einmal unterbrochen ist, bei relativ großen Drehzahlen überhaupt nicht mehr mitgenommen wird.

Dieser Nachteil könnte nun an sich dadurch behoben werden, daß die Drehelemente mit relativ großen und starken Magneten bestückt werden. Dies ist jedoch deshalb unzweckmäßig, weil dabei relativ große Axialkräfte entstehen, die entsprechend große Reibungskräfte in den Lagern verursachen, wodurch die Genauigkeit des Durchflußzählers herabgesetzt w ird.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Durchflußzähler zu schaffen, der die vorgenannten Nachteile nicht aufweist.

Die gestellte Aufgabe wird durch einen Durchflußzähle'· der eingangs genannten Art gelost, der erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die beiden Permanentmagnete jedes Drehelements entgegengesetzte Polarität aufweisen und jeder Magnet aus zwei gleichgepolten Teilmagneien besteh¹., die mit einer zui¹ Drehachse parallelen, ebenen Fläche aneinander liegen.

Eine solche Magnetkupplung gewährleistet beim Betneb, bei dem die maumale Drehzahl des Meßorgans bis zu etwa 1!SOO U/min beträgt, eine zuverlässige Übertragung der Laufraddrehung auf die Zählwerk-Antriebswelle. Die Versuche haben erwiesen, daß die Drehbewegung auch bei ruckartigen Drehzahländerungen einwandfrei übertragen wird. Wenn man etwa die Zählwerk-Antriebswelle bei drehendem Meßorgan stoppt und nachher wieder freigibt, so wird sie auch bei großen Drehzahlen sofort wieder synchron mitgedreht.

Da die erfindimgsgemäße Ausbildung c; !!'.,.^,Viii. relativ kleine und schwache Magnete zu verwenden, werden durch die Magnetkupplung auch nur verhältnismäßig kleine Axialkräfte erzeugt. Dies hat den Voneil. daß nur eine kleine Lagerreibung entsteht, so daß der Durchflußzählcr sehr genau mißt.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen des erlindungsge mäßen DurchfluLizählers ergeben sich aus den ί. ^!nteran-Sprüchen.

Der Erfmdungsgegenstaiu' soll nun anhand eines in der Zeichnung dargestellter. Ausführungsbeispieles erläutert werden. In der Zeichnung zeigt

F1 g. 1 eine Ansieht eines Durvhfliißzählers mit Hü».! nchtung auf den Zuleiningsanschluß-Smizen.

F i g. 2 einen Schnitt durch den DurchflußzähiiT entlang der Linie 11-11 der I" 1 g. 1.

Fig. 3 cmc Draufsicht in größerem Maßstab auf den mit Zählwerk,uiiriebswelle verbundenen Teil der Magnetkupplung in der in der I 1 g. 4 durch die Pfeile III bezeichnete!¹ Blickrichtung.

I i g. 4 einen schematischen Schnitt durch die Magnetkupplung und

F i g. 5 eine Draufsicht auf das Turbinenlaufrad in der in der i i g. 4 durch die Pfeile V bezeichneten Blickrichtung.

Der in den Fig.] uiuI 2 dargestellte Durchflußzähler

weist einen aus einem unmagnetischen Material, vorzugsweise Gußmessing, bestehenden Turbinen-Gehäuseteil 1 mit einem runden, die Deckplatte U bildenden Abschnitt und mit einem hohlzylindrischen, den Mantel 1/ bildenden Abschnitt auf. Der letzlere ist an seinem freien Ende mit einem Innengewinde la versehen. In dieses ist ein ein entsprechendes Außengewinde 5a aufweisender, vorzugsweise aus Kunststoff, jedenfalls aber aus einem nichtmagneiischen Material bestehender Turbinen-Bodenteil 5 eingeschraubt. Die Verbindung zwischen dem Turbinen-Gehäusetei! 1 und der Türbinen-Bodenteil 5 wird durch einen O-Ring 6 gegen außen dicht abgeschlossen. DerTurbinen-Gehäuseteil 1 und der Turbinen-Bodenteil 5 bilden zusammen die Turbinenkammer, in der ein aus Kunststoff bestehendes Freistrahl-Turbinenlaufrad 3 mit mehreren Flügeln 3a frei drehbar auf einem Lagerzapfen 4 gelagert ist. Der letztere ist im Zentrum der Turbinenkammer 1, 5 angeordnet u.id fest mit dem Bodenteil 5 verbunden.

Der Turbinen-Gehäuseteil 1 weist einen Zuleitungs- »nschluß-Stutzen Xb und einen Ableitungsanschluß- Stutzen Ie auf. Die beiden Stutzen Xb und Ic sind mit einer abgestuften, in die Turbinenkammer 1, 5 mündenden Bohrung id, Xc. beziehungsweise Xf versehen. Die Bohrung Xd. Xe weist einen äußeren Abschnitt Xd und einen inneren Abschnitt Ie auf, wobei der äußer·. Abschnitt Xd einen größeren Durchmesser aufweist als der innere Abschnitt le. Im übrigen weisen die Bohrungen lc, le, bzw. 1 feine gemeinsame Achse 7 auf und sind derart angeordnet, daß die letztere senkrecht zur Turbinenlaufrad-Drehachse 8 verläuft, diese jedoch nicht schneidet.

In der durch die abgestufte Bohrung Id. lcgebildeten Öffnung des Zuleitungsanschluß-Stuizens Xb ist eine Düse 9 angeordnet. Des weiteren ist im Zuleiiungsanschluß-Stut/.en Xb ein Kunststoffsieb 10 vorhanden, das beim vorliegenden Ausführungsbeispiel in die Düse 9 eingesetzt ist. Die Öffnung der Düse 9 weist einen sich leicht konisch verjüngenden Offnungs-Abschnitt aut. von dem in der F i g. 2 nur der Anfang sichtbar ist und dessen Ende die Austrittsmündung der Düse 9 bildet. DirstT Öffnungsiibschniti is; bezüglich der Achse 7, die die Symmetrieachse der Bohrung Ii/. Ie des Stutzens Xb und gleichzeitig die Symmetrieachse der Außenfläche der Düse 9 bildet, unter einem Winke! »on etwa 4 bis 5" geneigt, so daß die Austrittsmündung der Düse 9 gegen die Achse 7 versetzt ist. Die Düse 9 sitzt derart in der Bohrung Xd, Xc des Stutzens ib. daß sie mit einer Hilfsvorrichtung verdreht werden kann, ihre L.:ge jedoch nicht von selbst ändert. Durch Verdrehen der Düse 9 um die Achse 7 kann die Richtung des Flüssigkeitsstrahls und die Lage des Punktes, in welchem der letztere auf die Laufrad-Flügel 3;/ auftrifft, verändert werden. Dies ermöglicht, den Durchiuißzähler in einfacher Weise zu eichen

In der Turbinenkammer 1, 5 ist feiner ein aus Kunststoff bestehendes Stauorgan 11 angeordnet, das einen Abschnitt aufweist, dir eine runde Platte II./ bildet, die an der Innenfläche der Deckplatte IA des Gehäusetals 1 aufliegt Die Platte Hj ist auf ihrer dem TurbinenkUJfrad 3 zugewandten Seite mi' drei radialen Rippen versehen. Von diesen sind in der 1' ι g. 2 die zwei sich in der abgeschnittenen I lallte des Dmclilinßzählers befindenden Rippen strichpunktiert dargestellt und mit XXb bezeichnet, lias Stauoigan 11 bewirkt, daß die Drehzahl des Turbinenlaufrades 3 im ganzen Arbeitsbereich proportional zu der pro Zeiteinheit durchströmen

'S

3°

4°

45 den Flüssigkeitsmenge wird.

Beim Betrieb des Durchflußzählers wird nämlich wegen der Lagerreibung und der Verkupplung mit dem Zählwerk ein Bremsmoment auf das Turbinenlaufrad 3 ausgeübt, das besonders bei kleinen Durchflußmengen eine relativ große Bremswirkung hat. Die drei Rippen 116 des Stauorganes 11 erzeugen Wirbel in der durehstömenden Flüssigkeit, wobei diese W'irbelbildung bei wachsender Strömungsgescnwindigkeit zunimmt. Da nun der Einfluß der Lagerreibung bei wachsender Strömungsgeschwindigkeit relativ abnimmt, die Wirbelbildung jedoch zunimmt, gewährleistet das Stauotgan xl 1, daß die Drehzahl des Laufrades 3 trotz der Lagerreibung proportional zu der pro Zeiteinheit durchströmenden Flüssigkeitsmenge ist.

Im Zentrum der Platte 11a ist eine zylindrische Vertiefung lic vorhanden, deren Durchmesser etwas größer als derjenige des ihr zugewandten Endes der Nabe 3bdes Turbinenlaufrades 3 ist. Auf der Außenseite wird das Stauorgan ff durch einen ringförmiger Rand XXd begrenzt, der im Bereich der beiden Stutzen Ιό. le je mit einem Einschnitt versehen ist.

Der Durchflußzähler weist ferne ein zweiteiliges, aus Kunststoff bestehendes Zählwerkgehäuse 2. 22 au!. Dieses bestehi aus einer durchsichtigen Kappe 2 und dem Zählw-erkboden 22 und ist gegen außen vakuumdicht abgeschlossen. Beim Zusammenbau wird das Zählwerkgehäuse 2, 22 evakuiert, so daß seme beiden Gehäuseteile 2, 22 durch den Luftdruck zusammengehalten werden. Im Zählw erkgchäuse 2, 22 ist das als Ganzes mit 23 bezeichnete Zählwerk untergebracht. Von diesem Mild in der F i g. 2 die SmiLi 12. die Antriebswelle 13. der Zeiger 14 und das iest aul der WeLe t3 sitzende Ritzel 15 dargestellt.

Der Mantel 1 /des Turbinen-c ichäiiseivils 1 w eist /w e; sich gegenüberstehende Nocken l/i au!, die je mit ein·τ Bohrung versehen sind. Die kappe 2 des Zählwerkgc häuses 2, 22 weist zwei im Querschnitt U-fornugc Halterungsfiügel 2a auf. '.lie über die Nock-.'ii 1/: ¹ geschoben werden können und die ebenfalls je em ■ mit der entsprechenden Nocken-Bohrung fiuc^.ter.Oe Β·-!: "ung aufweisen. Die Bohrungen !er Nocken Xh und du ι Halterungsfiügel 2n w erden von Verbau:.injselemenu : 21. etwa Nieten oder S^: rauben durchdringet, wodurch die Turbinenkamme.' I, 5 nnd das Zählwerksehäuse 2, 22 lösbar miteinander verbunden weiden. Durch dv-..· Verbindung wird /uuetn gleichzeitig de mit ν■■ v'erslärkungMiocken 22.; auf der Shrnser.i .les \\-.'\ⁱi nen-Gehäu:.es 1 au'hegende Boden 22 gesic.-ert

Die Deckplatte IA de' turbinen ;'·'. hattseicils 1 ^ im Zentrum mit cir.cr Vertiefung )l^t MTschen. bei der d:e Wandstärke weseniL.'h -dünner -m als im lihr.ren Bereich der Deckplatte Xk. Der Zahiv. crk-Boden weist im Zentrum cik- Nase 22/^! am. die in d;e Vertiefung It' him inragt und iicren Wandstärke ebenfalls eLwas dünne; ist ais diejenige der übrigen Bodenabschnnte.

Diese Ausbildung der Deckplatte IA des Turbinen Gehäuseteil 1 und de¹. Zählwerk-Bodens 22 ermodiclr das Turhincnlaiiir.id Ϊ mi einer Magnetkupplung mn dem Zählwerk 2Ϊ , u kuppeln. Die ui den I ig .5 V-.-.- "> separat dargestellte Magnetkupplung wird im weseiMlichen durch die Nabe V-- des Turbinenlaufrades \ \-\\c. einen dreiifest au! der Zählwerk Amricbsw elli sitzenden Zapfen ih gebildet. Dk Nabe )b weisi emc gegen den Türbinen-Bodenteil 5 hin oittue Nacl«! ■■! rung 3e auf. in die der Lagerzapfen 4 hineinragt. An ihrem den' Zählwerk 25 zugewandte!: Lude ist die Nabe

36 mit zwei sich diametral gegenüberstehenden Öffnungen 3c bzw. 3d versehen. In jede von diesen ist je ein Permanentmagnet 17 bzw. 18 eingepreßt. |eder Permanentmagnet 17, 18 besteht aus zwei im Querschnitt quadratischen Teilniagnctcn 17a. bzw. 18a. den F i g. 4 und 5 entnommen werden kann, liegen die beiden Teilmagnete 17a mit einer zur Drehachse 8 parallelen und vorzugsweise radialen, ebenen Fläche aneinander an. Das gleiche gilt analog für die beiden Teilmagncte 18a.

Die beiden Permanentmagnete 17 und 18 sind derart magnetisiert, daß ihre magnetischen Achsen 24, 25 parallel zur Drehachse S des Laufrades 3 verlaufen. Ihre Polarisierung ist jedoch verschieden, so daß etwa die dem Zählwerk 23 zugewandten Stirnflächen 176 der beiden Teilmagnete 17a einen Nordpol und die entsprechenden Stirnflächen 186 der beiden Teilmagnete 18 einen Südpol bilden.

Der Zapfen 16 ist an seinem dem Turbinenlaufrad 3 zugewandten Stirnseite ebenfalls mit zwei Öffnungen verseilen, die denen ein Permanentmagnet 19 bzw. 20 sitzt. Jeder der letzteren besteht ebenfalls aus zwei im Querschnitt quadratischen Teilmagnetcn 19a bzw. 20a. die je mit einer zur Drehachse 8 parallelen, ebenen Fläche unter Vorspannung aneinander anliegen. Die Permanentmagnete 19 und 20 sind derart magnelisierl daß die dem Turbinenlaufrad 3 zugewandten 1 eilma gnet-Stirnflächen 196 einen Südpol und die entspre chenden Teilmagnel-Stirnflächen 206 einen Nord pe s bilden. Die miteinander fluchtenden Magnete 17 und I¹ bzw. 18 und 20 ziehen sich also paarweise an.

Die Teilmagnete 17a. 18a. 19a. 20a weisen beispiels weise eine in Richtung der magnetischer Achsen 24, 2; gemessene Lange von etwa 4 mm und eine Breite voi

ίο etwa 2 mm auf. so daü ihre Länge etwa doppelt so grol, ist wie die Breite. Der Abstand der magnetischer Achsen 23 und 24 der beiden miteinander fluchtendet Magnetpaare 17, 19/18, 20 ist vortcilhalterweise etw; gleich der drei- bis sechsfachen Breite der Tcilmagneii

'? 17a. 18a. 19a. 20a. Ferner sollte er mindesiens gleich den !..'!fachen und vorzugsweise etwa gleich dem 1.5facher Abstand der einander zugewandten Stirnflächen \7t 196/186. 206 der miteinander fluchtenden Teilmagneu 17a. 19a/18a. 20a sein. Die Teilmagente 17a. 18a. 19a. 20.

können etwa aus gesintertem Lisenowc bestehen. Dii N,ibe 36 und der Drehzapfen 16. die durch eine dichte Doppelwand, nämlich die Deckplatte IA und dei Ziihlwcrkgchäuseboden 22, voneinander getrennt sind bi den also um die gemeinsame Drehachse 8 drehbare

2s nugnctisch miteinander verkuppelte Drehelemente.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Durchflußzähler für Flüssigkeiten, mit einer IMeßkammer, einem in dieser drehbar gelagerten Meßorgan und einem Zählwerk, das mit dem Meßorgan über eine Magnetkupplung verbunden ist, die zwei um eine gemeinsame Drehachse drehbare Drehelemente aufweist, von denen das eine mit dem Meßorgan und das andere mit dem Zählwerk verbunden ist und die durch eine dichte, unmagneii- $che Wand voneinander getrennt sowie je mit zwei bezüglich der Drehachse symmetrisch zueinander angeordneten Permanentmagneten versehen sind, «leren magnetische Achsen parallel zur Drehachse verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß (Sie beiden Permanentmagnete (17, 18 bzw. 19, 20) jedes Drehelementes entgegengesetzte Polarität aufweisen und jeder Magnet (17,18, 19, 20) aus zwei gleichgepolten Teilmagneten (17a, 18a, 19a 20a) besteht, die mit einer zur Drehachse (8) parallelen, ebenen Fläche aneinander anliegen.

2. Durchflußzähler nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die ebene Fläche, mit der die Teilmagnete (\7a, 18<i, 19a, 20a) aneinander anliegen, radial zur Drehachse (8) verläuft.

3. Durchflußzähler nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Teilmagnete (17;i. 18.;. 19a, 20a) in einem senkrecht zur Drehachse (8) verlaufenden .Schnitt ein quadratisches Profil aufweisen.

4. Durchflußzähler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel zur Drehachse (8) gemessene Lange der Teilmagnete (17a. 18.;, 19a, 20.7) etwa doppelt so groß ist wie ihre Breite.

5. Durchflußzähler nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der magnetischen Achsen (24, 25) der beiden miteinander fluchtenden Magnetpaare (17, 19/18, 20) etwa gleich der drei- bis sechsfachen Breite der Teilmagnctc(17a, 18.;. 19.7. 20a) ist.

b. Durchflußzählcr nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der magnetischen Achsen (24, 25) der beiden miteinander fiuclnenuen Ma_t-iicipaare (17, 19/18, 20) ungefähr gleich dem i.5!achen Absland der einander zugewandten Stirnflächen (17h 19Λ/18Λ. 20b) der Teilmagnnr (17a. 19a/18a, 20.7) ist