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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Durchflußmesser, der ein Paddel senkrecht
zur Richtung des gemessenen Stromes verwendet.
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Vorrichtungen,
die den Strom des Wassers in einer im wesentlichen binären Weise
messen, d.h., ermitteln, ob der Strom vorhanden ist oder nicht,
werden bei vielen Systemen verwendet, die Wasser transportieren,
beispielsweise Boiler, Duschpumpen und Wasserbehälter. In vielen Fällen kann
die Ausrüstung
beschädigt
werden, wenn sie weiter arbeitet, wenn das Wasser nicht strömt. Eine
Wasserpumpe kann sich beispielsweise überhitzen, wenn kein Wasser
strömt.
Eine Klasse von Vorrichtungen, auf die man sich als Paddelströmungsmeßfühler beziehen kann,
liefert einen einfachen, zuverlässigen
Mechanismus für
das Nachweisen des Wasserstromes. Eine derartige Vorrichtung weist
einen Dreharm auf, bei dem ein Ende ein Paddel ist und das andere
Ende ein Magnet. Das Paddel erstreckt sich in ein Rohr, so daß das Wasser,
das im Rohr strömt,
gegen das Paddel drückt,
wodurch bewirkt wird, daß sich
der Magnet entgegengesetzt dem Paddel bewegt und dadurch einen Reed-Schalter
aktiviert. Beispielsweise informiert das
US 5183983 über eine Flügelbaugruppe, die drehbar an
einem Bolzen montiert ist und einen Abschnitt aufweist, der sich
in ein Strömungsrohr nach
unten erstreckt. Der Abschnitt der Flügelbaugruppe, der dem Abschnitt
entgegengesetzt ist, der sich in das Strömungsrohr erstreckt, weist
einen Magneten auf, der sich als Reaktion auf den Wasserdruck gegen
den sich nach unten erstreckenden Abschnitt bewegt. Die Bewegung
des Magneten bewirkt, daß ein
Reed-Schalter den Zustand von offen in geschlossen oder von geschlossen
in offen in Abhängigkeit
von der regulierbaren Position des Reed-Schalters verändert. Ein
weiteres Beispiel für einen
Strömungsmeßfühler wird
im
US 4906807 offenbart.
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Obgleich
derartige Strömungsanzeigeschalter
in breitem Umfang verwendet werden, besteht eine Forderung nach
einer größeren Einfachheit
bei ihrer Montage und Konstruktion und Anpassungsfähigkeit,
um mit verschiedenen Magnetfeldmeßfühlern zu funktionieren, die
mehr als eine binäre
Strömungsinformation
liefern könnten.
Ein Strömungsmeßfühler nach
Patentanspruch 1 überwindet
die Probleme beim bisherigen Stand der Technik.
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Es
zeigen:
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1 eine
auseinandergezogene isometrische Darstellung des Strömungsmeßfühlers der
vorliegenden Erfindung;
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2 eine
teilweise weggeschnittene auseinandergezogene Teildarstellung eines
Details des Strömungsmeßfühlers aus 1;
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3 eine
Seitenschnittdarstellung des Strömungsmeßfühlers aus 1;
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4 eine
Seitenschnittdarstellung einer weiteren Ausführung des Strömungsmeßfühlers;
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4A eine
auseinandergezogene Teildarstellung eines Details des Strömungsmeßfühlers aus 4.
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Der
Strömungsmeßfühler der
vorliegenden Erfindung ist größtenteils
aus Kunststoff konstruiert, insbesondere jene Bauteile, die mit
dem Wasser in Berührung
kommen. Typischerweise werden alle Materialien, die mit Wasser in
Berührung
kommen, die verschiedenen Regulierungsforderungen für Materialien
erfüllen,
die mit Trinkwasser in Berührung
kommen. Der Strömungsmeßfühler ist
aus relativ wenigen Teilen konstruiert, die mit einem Minimum an
Befestigungselementen zusammengebaut werden.
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Mit
Bezugnahme auf 1 bis 3, bei denen
gleiche Zahlen gleiche Teile betreffen, wird ein Strömungsmeßfühler 20 in 1 und 2 gezeigt. Der
Meßfühler weist
eine Paddelbaugruppe 22 auf, die ein Paddel 24 an
einem ersten Ende und einen Aktivierungsmagneten 26 am
anderen Ende aufweist. Der Aktivierungsmagnet 26 weist
eine mittlere Öffnung 28 auf,
die über
einem Stift 30 positioniert ist. Der Stift 30 wird
durch Prägen
wärmevernietet,
wie in 3 gezeigt wird, um den Magneten 26 an
der Paddelbaugruppe 22 zu befestigen.
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Eine
Drehwelle 32 ist zwischen dem Paddel 24 und dem
Aktivierungsmagneten 26 positioniert. Die Drehwelle 32 endet
in gegenüberliegenden
Drehstiften 34. Die Drehstifte 34 sind, wie in 2 gezeigt wird,
stationär
innerhalb der Löcher 36 in
zwei gegenüberliegenden
Drehstiftklemmen 38 positioniert, die zusammenhängend mit
einem Gehäuse 40 gebildet werden.
Die Drehstifte 34 werden längs kegelförmiger Nuten 42 in
den Drehstiften 34 verschoben, bis sie mit den Löchern 36 in
Eingriff kommen. Jeder Drehstift 34 wird durch einen U-förmigen hinterdrehten
Abschnitt 44 im untersten zylindrischen Abschnitt 46 des
Gehäuses 40 unterhalb
eines Druckflansches 48 definiert. Die Drehstifte 34 biegen
sich nach außen,
damit die Paddelbaugruppe 22 drehbar montiert werden kann.
Bei Benutzung wird der Strömungsmeßfühler 20 innerhalb
eines Rohrfittings 51 montiert, was verhindert, daß sich die
Drehstiftklemmen 38 nach außen bewegen, wodurch die Paddelbaugruppe 22 zwischen
den Drehstiftklemmen eingeschlossen wird. Ein Runddichtring 53 ist
zwischen dem Druckflansch 48 und dem Rohrfitting 51 positioniert,
um eine dichte Abdichtung zu bewirken.
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Der
Fluiddruck in einem Rohr 50, wie durch den Pfeil 52 gezeigt
wird, bewirkt, daß sich
die Paddelbaugruppe 22 um die Drehwelle 32 und
die Drehstifte 34 dreht, so daß sich der Aktivierungsmagnet 26,
der innerhalb des Inneren 54 des Gehäuses 40 positioniert
ist, von der distalen Wand 56 wegdreht. Ein Aktivierungsmeßfühler, vorzugsweise
ein Reed-Schalter 58, ist innerhalb einer zylindrischen Meßfühlergehäusehülse 60 positioniert,
die innerhalb eines Querdurchganges 62 im Gehäuse 40 aufgenommen
wird. Der Reed-Schalter 58 ist so positioniert, daß eine Bewegung
des Aktivierungsmagneten 26 bewirkt, daß der Reed-Schalter 58 den
Zustand verändert,
entweder sich öffnet
oder sich schließt. Der
Reed-Schalter 58, wie er in 3 gezeigt
wird, kann mit einer Vergußmasse,
wie beispielsweise Epoxid oder Polyurethan, innerhalb der Hülse 60 eingebettet
werden. Leitungen 63 erstrecken sich von der Hülse 60 und
können
mit einem Verbinder (nicht gezeigt) verbunden werden.
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Die
Hülse 60 gelangt
zusätzlich
dazu, daß sie
durch den Querdurchgang 62 des Gehäuses 40 hindurchgeht,
ebenfalls durch die Queröffnungen 64, 66 in
einer Verkleidung 67, auf der ein Vormagnetisierungsmagnet 68 positioniert
ist. Die Verkleidung 67 und der Magnet 68 werden
dadurch am Gehäuse 40 mittels
der Hülse 60 befestigt
oder damit verbunden. Der Vormagnetisierungsmagnet 68 weist
ein mittleres Loch 69 darin auf, das über einen Stift 70 paßt, der
durch Prägen
wärmevernietet
wurde, wie in 3 gezeigt wird, um den Vormagnetisierungsmagneten 68 in
einer Position zu halten, die ausreichend vom Reed-Schalter 58 entfernt
ist, um so nicht den Reed-Schalter zu beeinflussen, während er
ausreichend nahe am Aktivierungsmagneten 26 ist, um ihn in
Richtung der distalen Wand 56 vorzumagnetisieren. Die Hülse 60 verbindet
die Verkleidung 67 mit dem Gehäuse 40. Die Hülse 60 wird
mittels einer E-Klemme 72 in Position gehalten, die innerhalb
des Schlitzes 74 in der Verkleidung 67 über der
Queröffnung 64 paßt. Die
Hülse 60 weist
zwei Umfangsnuten 76 auf, mit denen die Sicherungsscheibe
in Eingriff kommen kann, so daß der
Reed-Schalter 58 so positioniert werden kann, daß er vom
Endbenutzer des Strömungsmeßfühlers 20 normal
geöffnet
oder normal geschlossen werden kann. Die gesamte Hülse 60 kann
ebenfalls durch den Endbenutzer ausgewechselt werden, um den Typ
des Reed-Schalters oder eines anderen Meßfühlers auszuwechseln, der beim
Strömungsmeßfühler 20 verwendet
wird.
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Die
Meßfühlergehäusehülse 60 kann
ebenfalls eine Leiterplatte (nicht gezeigt) enthalten, auf der ein
Hallsensor oder ein GMR-Meßfühler montiert ist.
Wenn ein Hallsensor verwendet wird, kann er der genormte Digitalimpulstyp
oder Analogtyp oder ein Spenmeßfühler in
Abhängigkeit
von den Forderungen des Benutzers des Strömungsmeßfühlers 20 sein. Wenn
ein Hallsensor oder GMR-Meßfühler verwendet
wird, würde
mehr als eine einfache binäre
Information vom Strömungsmeßfühler 20 verfügbar sein,
wenn die gewünschte
Information, beispielsweise wie sich die Paddelbaugruppe 22 als
Reaktion auf den Beginn der Strömung
bewegt, für
diagnostische Zwecke verwendet werden könnte, oder es könnten Meßfühlerdaten
betreffs der Position der Paddelbaugruppe verwendet werden, um die
Strömungsgeschwindigkeit
im Rohr 50 zu überwachen.
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Der
Strömungsmeßfühler 20 weist
ein einziges sich bewegendes Teil auf, die Paddelbaugruppe 22,
die dem Wasser ausgesetzt ist. Alle Bauteile des Strömungsmeßfühlers 20 werden
aus Kunststoff hergestellt, mit Ausnahme der Magneten, die aus hartem Ferrit
gebildet werden, der Druckmutter 80, die aus Messing hergestellt
wird, und der Sicherungsscheibe, die aus nichtrostendem Stahl 316 hergestellt wird.
Die Paddelbaugruppe wird aus POM-Acetyl hergestellt. Die Hülse 60 und
die Verkleidung 67 können
aus Nylon 6.6 bestehen, obgleich die Verkleidung 67 ebenfalls
aus PPO (Modifiziertes Polyphenylenoxid) oder PPS (Polyphenylsulfid)
bestehen kann. Das Gehäuse
wird aus PPO (Modifiziertes Polyphenylenoxid) hergestellt, das unter
dem Markennamen Noryl® verkauft wird. Der Reed-Schalter
des Meßfühlers kann
ein Reed-Schalter sein, wie er beispielsweise von Hamlin (www.hamlin.com/switchindex.htm)
verfügbar
ist. Der spezielle Typ, der eingesetzt wird, wird vom Endverbraucher
des Meßfühlers 20 abghängig sein.
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Ein
Standard wird durch den BS EN 60529 für eine Bezeichnung des Niveaus
des Schutzes definiert, der durch die Gehäuse der elektrischen Ausrüstung gegen
die Umwelt bewirkt wird. Die Meßfühlergehäusehülse 60 mit
dem eingeschlossenen Meßfühler und
der Gesamtkonstruktion des Strömungsmeßfühlers 20 gestattet,
daß ein
Meßfühler in Übereinstimmung
mit dieser Offenbarung gemäß dem IP67
Standard gebaut wird.
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Es
sollte verstanden werden, daß das
Gehäuse 40 des
Meßfühlers 20 an
einem Rohrfitting 51 mittels eines von mehreren Verfahren
montiert werden kann, einschließlich
des Reibungsschweißens, Ultraschallschweißens, Wärmevernietens
durch Prägen
und Laserschweißens,
oder mittels anderer bekannter Verfahren oder allgemeiner mittels
eines Verfahrens, das für
das Verbinden von Installationshaltevorrichtungen entwickelt wird.
Beispielsweise zeigen 4 und 4A eine
alternative Ausführung
eines Strömungsmeßfühlers entsprechend
der Erfindung, die nicht eine Druckmutter wie die in 1 und 3 gezeigte
Ausführung
aufweist. Bei dieser alternativen Ausführung wird das Gehäuse 40 mit
dem Rohrfitting 51 ohne eine Druckmutter verbunden, wobei
der Runddichtring 53 in einer Nut im Rohrfitting 51 angeordnet
und zusammengedrückt
und in der Nut mittels eines Flansches XX am Gehäuse gesichert wird.
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Es
sollte ebenfalls verstanden werden, daß die E-Klemme 72 bei
irgendeiner Anzahl von Umfangsnuten 76 auf der Hülse 60 verwendet
werden könnte,
um die Empfindlichkeit oder Position des Reed-Schalters 58 oder
eines anderen Meßfühlers, wie
beispielsweise eines Hallsensors oder GMR-Meßfühlers, zu
regulieren.
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Es
sollte ebenfalls verstanden werden, daß der Aktivierungsmagnet 26 an
der Paddelbaugruppe 22 mittels verschiedener Verfahren
anders als dem Wärmevernieten
durch Prägen
befestigt werden könnte,
einschließlich
des Einbauens von Klemmen. Und es sollte verstanden werden, daß der Vormagnetisierungsmagnet 68 innerhalb
der Verkleidung 67 eingekapselt werden könnte. Es
sollte außerdem
verstanden werden, daß die
nicht aktivierte Position des Paddels die Position des Paddels 24 betrifft,
wie sie beispielsweise in 3 veranschaulicht wird, wenn das
Wasser nicht im Rohr 50 strömt.