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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen volumetrischen Verdrängungsdurchflussmesser
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Zusätzlich
bezieht sie sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Serie volumetrischer
Verdrängungsdurchflussmesser
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 11.
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Herkömmliche
Durchflussmesser, die jeweils eine in einem Stück an ihrem Körper angebrachte Anzeigeeinrichtung
aufweisen und die mittels Flanschen oder ähnlichen Verbindungseinrichtungen
mit einem Rohr verbunden sind, werden im allgemeinen eingesetzt,
um den Strom des Fluids zu messen und anzuzeigen, indem ein Durchflussgeschwindigkeitssignal
von einem Meßabschnitt
verarbeitet wird. Es gibt viele Einsatzgebiete für volumetrische Verdrängungsdurchflussmesser
dieser Art. Der volumetrische Verdrängungsdurchflussmesser, der
auf der Grundlage des Prinzips eines konstanten Fluidvolumens arbeitet,
das durch einen Rotor abgegeben wird, der sich in einer Meßkammer
des Durchflussmesserkörpers
dreht, ist normalerweise so angebracht, dass seine Rotorwelle horizontal
angeordnet ist, so dass die Durchflussgeschwindigkeit des Fluids genau
proportional zur Drehung des Rotors gemessen wird, ohne dass unerwünschte Rollreibung
erzeugt wird. Des weiteren wird, wenn der Durchflussmesser an der
Rohrleitung angebracht wird, sein Anzeigeabschnitt horizontal entlang
der Achse des Durchflussmessers an dem Körper des Durchflussmessers
angebracht, so dass das Anzeigefeld vertikal angeordnet ist und
leicht abgelesen werden kann.
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Der
Körper
des volumetrischen Verdrängungsdurchflussmessers
ist an seinen Flanschen an einer Rohrleitung angebracht, durch die
ein zu messendes Fluid fließt.
Ein Zählabschnitt,
der dazu dient, das Durchflussgeschwindigkeitssignal zu verarbeiten und
den bestimmten Wert anzuzeigen, ist in einem äußeren Gehäuse aufgenommen, das über ein äußeres Verbindungsgehäuse mit
Gewindestiften in tiefen Schulterbohrungen in dem äußeren Gehäuse lösbar an
dem Körper
des Durchflussmessers angebracht ist. Jedoch kann sich, wenn der
Durchflussmesser an Rohrleitungen im Freien angebracht ist, Regenwasser
in den tiefen Schulterbohrungen bzw. Stufenbohrungen ansammeln und über die
Gewindeabschnitte der Gewindestifte in einen schmalen Zwischenraum
zwischen dem eingeschobenen Rohr des äußeren Anzeigegehäuses und
dem eingeschobenen Loch des äußeren Gehäuses eindringen,
was sich über
einen langen Zeitraum nachteilig auf die inneren Vorrichtungen des
Zählabschnitts
auswirken kann, so dass es auch unmöglich werden kann, den eingeschobenen
Teil des äußeren Anzeigegehäuses aufgrund
des Rostens seines eingeschobenen Teils von dem Anzeigegehäuse zu entfernen.
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Das äußere Anzeigegehäuse, das
darin die Schaltungs-Komponenten, wie beispielsweise einen Vorverstärker zum
Verstärken
des Durchfluss-Geschwindigkeits-Signals,
aufnimmt, ist aus einem Körperbereich
aufgebaut, der einen geschlossenen Boden besitzt, um die Schaltungs-Komponenten
darauf zu platzieren, und eine dichtende Abdeckung besitzt, die
schraubbar an dem Körper
befestigt werden kann, um die Schaltungs-Komponenten gegen die Beeinflussung
durch Feuchtigkeit zu schützen.
Das Gehäuse
besitzt an seinem inneren Boden einen integral hergestellten und
konzentrisch vorstehenden Tragebereich, auf dem eine Schaltungsleiterplatte mit
Schaltungs-Komponenten,
die darauf befestigt sind, unter Verwendung von Tragesäulen und Schrauben,
gehalten ist. Die Schaltungsleiterplatte mit den Schaltungs-Komponenten
ist auf den Tragesäulen
in dem Gehäuse
befestigt und durch ein Abdeckelement geschlossen. Allerdings kann,
wenn die Schaltungs-Komponente in dem Gehäuse gegen eine neue im Freien
im Regen ersetzt werden muss, Regenwasser in das Gehäuse eindringen,
da es Zeit benötigt,
um unter Schrauben die Schaltungsleiterplatte auf den Tragesäulen in
dem Gehäuse
zu befestigen.
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Ein
Reed-Schalter wird für
eine externe Betätigung
des Vorverstärkers
und andere Schaltungs-Komponenten auf der Schaltungsleiterplatte
in dem Gehäuse
verwendet, da er auf EIN und AUS durch die Verwendung eines Magneten
geschaltet werden kann, er einfach im Aufbau sein kann, und insbesondere
zur Verwendung in einer tropfen-geschützten und explosions-geschützten Situation
angewandt werden kann.
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Dieser
Reed-Schalter ist in einem Gehäuse befestigt,
das aus einem nicht magnetischen Material hergestellt ist, und mit
einer Drücktaste
versehen ist, die auf der äußeren Oberfläche des
Gehäuses
in einer solchen Art und Weise angeordnet ist, dass der Körper des
Schalters und die Drücktaste
zueinander über
eine Trennwand hinweisen. Die Drücktaste
ist normalerweise von dem Reed-Schalter durch die Kraft einer Feder
in dem Drücktasten-Gehäuse auf der
Außenseite
des Gehäuses
entfernt gehalten und ein Permanentmagnet ist integral an der Drücktaste auf
der Seite, angrenzend an den Reed- Schalter, befestigt. Der Reed-Schalter
ist in der Trennwand in einer solchen Art und Weise befestigt, dass
sie gegenüberliegend
zu dem Permanentmagneten parallel zu der Achse davon angeordnet
ist. Wenn die Drücktaste
gegen die Federkraft niedergedrückt
wird, damit sich der Magnet dem Reed-Schalter annähert, bewirkt
der Magnet, dass sich der Reed-Schalter auf EIN schaltet. Die Drücktaste
muss in dem Drücktasten-Gehäuse hin
und her bewegt werden. Allerdings entstehen solche Probleme, dass
der Mechanismus nicht die störungsfreie
Hin- und Herbewegung der Drücktaste
realisieren kann, und weiterhin kann der Magnet, direkt befestigt
an dem die Fläche
formenden Material der Drücktaste,
leicht herabfallen.
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In
den Anweisungen von explosions-geschützten Anordnungen ist eine
elektrische Gerätschaft
für Fabriken,
die aufgestellt worden sind, um die Sicherheit einer elektrischen
Gerätschaft,
installiert an gefährlichen
Stellen mit möglicherweise
explosiven Atmosphären,
sicherzustellen, der Abdeckhaubenaufbau des explosions-geschützten Behälters standardisiert
worden. Der explosions-geschützte
Behälter
ist ein Metalldruckgefäß, das dazu
geeignet ist, dem Druck zu widerstehen, der in Abhängigkeit
von seinem Volumen spezifiziert ist. Eine Abdeckung für dieses
Druckgefäß ist mit
dem Gehäuse des
Gefäßes verbunden,
um dadurch eine spezifische Größe der verbundenen
Flächen
beizubehalten. Die Abdeckung ist an den Druckgefäßen unter Verwendung von Schrauben
mit Unterlegscheiben in tief versenkten Löchern, gebohrt in einem ebenen Bereich
der Abdeckung, befestigt. in dem Fall, bei dem die Abdeckung des
Gefäßes, die
daran durch die Verwendung von Schrauben und deren Köpfen tief
in die versenkten Löcher
eingelassen sind, im Außenbereich
installiert ist, kann sich Regenwasser in den tief versenkten bzw.
eingelassenen Bereichen der Löcher
ansammeln, so dass die Köpfe
der Schrauben nass werden, und das dann verdampft, wodurch nach
und nach eine Korrosion der Schrauben und der verbundenen Metallflächen durch
die wiederholten atmosphärischen
Zustände
hervorgerufen wird.
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Die
Durchflussmesser sind grundsätzlich
so ausgelegt, dass sie von einem explosionsgeschützten Aufbau sind, da sie häufig für die Messung
der Strömung
von explosiven Fluiden oder an Stellen, die dahingehend spezifiziert
sind, dass sie eine gefährliche
Atmosphäre
besitzen, verwendet werden können.
Allerdings erhöhen
sich die Herstellkosten der Durchflussmesser, um die Erfordernisse
für einen
explosions-geschützten
Aufbau der Druckgefäße in Bezug
auf ein spezifiziertes Volumen, spezifizierte Größe von verbunde nen Flächen mit
einer spezifizierten Zulässigkeit,
Einführungsdrähten, die
Trennung der Behälter,
die elektrische Vorrichtungen aufnehmen, usw., zu erfüllen.
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Andererseits
sind in neuerer Zeit Durchflussmesser eines solchen Typs angewandt
worden, der ein Strömungsratensignal, übertragen
von einem Körper
des Durchflussmessers, verarbeitet und den berechneten Wert anzeigt.
Die Anwendung von Durchflussmessern, die eine Batterie als eine
Energiequelle für
die Signalerzeugung, die Berechnung und die Anzeige einsetzen, hat
sich auch erhöht.
Die vorstehend erwähnte
elektrische Schaltung des Durchflussmessers, der von einem mittels
Batterie betriebenen Typ ist, erfordert nur eine kleine Stromversorgung
und verbraucht eine kleine Menge an elektrischer Energie, wodurch
er selbst für
explosions-geschützte
Anwendungen geeignet ist. Die Batterie, die für selbstsichere Schaltungen
angewandt wird, ist mit einem Strombegrenzungs-Widerstand, oder
einem ähnlichen
Element, in Reihe damit verbunden, versehen, um zu verhindern, dass
eine Stromüberbelastung über eine
Kurzschluss-Schaltung auftritt, die durch eine Fehlfunktion gebildet
ist, und ist weiterhin in einem geeigneten Behälter platziert. Es ist auch
erforderlich, dass die Batterieeinheit, zur Verwendung an einem
gefährlichen
Ort, ein Strombegrenzungselement umfassen sollte und in der Form
einer vollständigen
Einheit ersetzbar sein sollte. Eine solche Energieversorgungseinheit
ist mit der elektrischen Schaltung durch die Verwendung einer Verbindungseinrichtung,
wie beispielsweise einem Stecker und einem Verbinder, entfernbar
an einer Trennwand befestigt und wird von einem Schalter aus betätigt, der
an der Seite der elektrischen Schaltung befestigt ist, verbunden.
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Die
Batterieeinheit ist mit einem Widerstand oder einem ähnlichen
Strom begrenzenden Element, das damit verbunden ist, in dem die
Verbindungen in einem geformten Material eingebettet sind, versehen,
allerdings sind der andere Anschluss der Batterie und der offene
Anschluss des Widerstands durch ein Verbindungsmittel, wie beispielsweise
einer elektrischen Schaltung, über
eine Umschalteinrichtung verbunden. Demzufolge kann ein Leckagestrom über die
Verbindungseinrichtung und die Schaltungs-Komponenten, wie beispielsweise
einen Schalter, auch dann fließen,
wenn die Schaltung nicht in Betrieb ist. Dies verursacht eine Beschleunigung
in Bezug auf die Verschlechterung der Batterie. Weiterhin kann,
da der Schalter, der an der elektrischen Schaltung befestigt ist,
mittels der Hand zu jedem Zeitpunkt betätigt wird, zu dem er AUS und
EIN geschaltet wird, insbesondere nach einer langen AUS-Periode,
die elektrische Schaltung der Atmosphäre ausge setzt werden. Dies
ist von dem Standpunkt aus unerwünscht,
die Sicherheit und die Haltbarkeit der Vorrichtung sicherzustellen.
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Wie
vorstehend erwähnt
ist, ist der volumetrische Verdrängungsdurchflussmesser
in einer solchen Art und Weise aufgebaut, dass, in einer Messkammer
des Gehäuses
des Durchflussmessers, installiert in einer Rohrleitung, durch die
das Fluid fließt,
ein Rotor drehbar befestigt ist, der einen kleinen Freiraum dort
herum beibehält
und dazu geeignet ist, sich darin unter einer Rate proportional
zu der Strömungsrate
des Fluids zu drehen, wobei die Drehung des Rotors durch eine Erfassungseinrichtung erfasst
wird, und dann der berechnete Strömungsratenwert durch eine Anzeigeeinrichtung
angezeigt wird. In vielen Fällen
wird ein System zum Umwandeln einer Drehung des Rotors in ein elektrisches
Signal als das Mittel angewandt, um eine Drehung des Rotors zu erfassen.
Zum Beispiel wird der magnetische Fluss von einem Übertragungsmagnet,
eingebettet in die Fläche
des Rotors, durch einen magnetischen Sensor erfasst, der wiederum
ein elektrisches Signal erzeugt, das als ein Impulssignal der Strömungsrate übertragen
wird. Das Impulssignal wird durch einen elektrischen Wandler, befestigt
in einem Verbindungsbereich, der in einem Teil mit dem Gehäuse des
Durchflussmessers hergestellt ist, verarbeitet, und wird dann durch
eine Anzeige angezeigt oder zu einem entfernten Ort übertragen.
Dabei sind verschiedene Arten von Fluiden vorhanden, die durch den
Durchflussmesser in eine Vielzahl von physikalischen oder chemischen
Zuständen,
wie beispielsweise Druck, Temperatur, usw., gemessen werden können. Zum
Beispiel kann sich die Temperatur eines Fluids in einem weiten Bereich
von niedrig zu hoch variieren. Dies bedeutet, dass die Betriebsschaltungen
des Zählbereichs
gut bei Temperaturen arbeiten müssen,
die innerhalb eines weiten Bereichs variieren. Da der Zählbereich
direkt mit dem Gehäuse
des Durchflussmessers verbunden ist, kann dies durch die thermische
Leitung und Strahlung bewirkt werden, wenn das Fluid warm ist. Dementsprechend
ist es, in diesem Fall, notwendig, den Zählbereich gegen den möglichen
Effekt der Wärme zu
schützen,
indem eine Wärmeisolation
zwischen dem Messbereich und dem Zählbereich eingefügt wird.
Die Wärmeisolation
wird in der Form eines hohen, quadratischen Rohrs aus hauptsächlich anorganischem
Material erstellt, das einen hohen Widerstand gegen Wärme und
eine niedrige, thermische Leitfähigkeit
besitzt, wie beispielsweise Steinwolle, usw..
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Der
vorstehend erwähnte
volumetrische Verdrängungsdurchflussmesser
besitzt eine Wärmeisolation,
die ihn davor schützt,
dass der Wärmefluss von
dem Körper
des Durchflussmessers abgegeben wird. Allerdings ist die Wärmeisolation,
die vorgesehen ist, dazu verfügbar,
eine Wärmeübertragung durch
Leitung zu verhindern, allerdings kann sie nicht eine Wärmeübertragung
durch Strahlung verhindern. Demzufolge wird die Strahlungswärme von
dem Körper
des Durchflussmessers direkt auf den Boden des Zählbereichs übertragen, wo die Temperatur
ansteigt, was dazu führt,
dass Luft in dem geschlossenen Raum des Zählbereichs erwärmt wird
und sich dadurch ausdehnt, um den Innendruck zu erhöhen. Ein
Teil der Luft unter dem erhöhten
Druck wird von dem Zählbereich über die
Wärmeisolation
der Struktur vom Kapillar-Typ abgegeben. Deshalb fließt Luft von
der Außenseite
in den Zählbereich,
nachdem der Durchflussmesser anhält,
und seine Temperatur wird herabgesetzt. Eine solche Beatmung erhöht die Feuchtigkeit
der Luft in dem Zählbereich,
was die Kondensation von Feuchtigkeit darin bei niedriger Umgebungstemperatur
verursacht. Obwohl dabei Kapillaren in der Wärmeisolation vorhanden sind, sind
die meisten davon geschlossen und lassen nicht zu, dass der Zählbereich
mit der Außenluft
in Verbindung steht. Dies legt das Problem auf, dass die Temperatur
in dem Zählbereich
ansteigt und dies unabänderbar
ist.
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Die
Messkammer des volumetrischen Verdrängungsdurchflussmessers steht
mit einem Einlass und mit einem Auslass des Durchflussmessers in
Verbindung und nimmt ein Paar Rotorwellen desselben Durchmessers
auf, wobei jede davon mit einem nicht kreisförmigen Zahnrad versehen ist.
Jede Rotorwelle besitzt ein Ende in der Form einer Säule gebildet,
mit einem Flansch, der mit Schrauben an der Außenwandfläche des äußeren Gehäuses des Körpers des Durchflussmessers
befestigt ist, und besitzt sein anderes Ende durch ein Loch an dem
Boden der Messkammer hindurchführend.
Die gepaarten Rotorwellen sind parallel zueinander in der Messkammer
angeordnet. Die Rotorwellen besitzen Zahnräder von einer nicht kreisförmigen Form
und sind drehbar daran, jeweils einzeln, und mit jedem anderen in
Eingriff, befestigt. Die Rotorwellen sind an einer Sichtplatte befestigt,
die zwei Löcher
besitzt, wo die äußeren Enden
der Wellen jeweils eingesetzt sind. Die Sichtplatte ist an dem äußeren Gehäuse des
Körpers
des Durchflussmessers mittels Lokalisierungsstiften befestigt. Weiterhin
ist die Sichtplatte durch eine hintere Abdeckung verschlossen, die
geschraubt an dem äußeren Gehäuse des
Körpers
des Durchflussmessers mit einem flüssigkeitsdichten O-Ring, der
dazwischen vorgesehen ist, befestigt ist.
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In
dem herkömmlichen,
volumetrischen Verdränungsdurchflussmesser
sind dessen Rotorwellen an deren mit Flansch versehenen Enden an
dem äußeren Gehäuse des
Körpers
des Durchflussmessers befestigt. Die mit Flansch versehenen Wellen
sind groß und
teuer. Weiterhin kann, da die Wellen an den anderen Enden, lose
in entsprechende Löcher
der Sichtplatte eingepasst befestigt, gehalten sind, Flüssigkeit
leckagemäßig durch
einen sehr kleinen Spalt, gebildet zwischen der Welle und dem Loch
der Sichtplatte, austreten. Um die Flüssigkeitsleckage zu verhindern,
ist es notwendig, eine hintere Abdeckung, abgedichtet mit einem
O-Ring, hinzuzufügen,
wodurch die Kosten des Durchflussmessers erhöht werden.
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Die
nicht kreisförmigen
Zahnräder,
die in Paaren als ein Rotor für
den volumetrischen Verdrängungsdurchflussmesser
verwendet werden, besitzen einen verzahnten Ausschnitt durch eine
gerade Basiszahnstange unter einem konstanten Druckwinkel. Das Zahnprofil
ist eine Evolvente, die als eine Spur des Rollkontakts zwischen
einer geraden Linie der Basisschiene und einer Teilungskurve des
nicht kreisförmigen
Zahnrads erhalten ist, d.h. die Zahnradzähne sind entsprechend einer
nicht kreisförmigen
Teilungslinie ausgeschnitten, die teilweise gekrümmte Mitten besitzt. Dementsprechend
stimmt die teilweise gekrümmte
Mitte der nicht kreisförmigen Teilungslinie
nicht mit der sich drehenden Mitte des nicht kreisförmigen Zahnrads überein.
Wenn das nicht kreisförmige
Zahnrad durch das Pulvermetallurgie-Kompressions-Formungsverfahren
hergestellt ist, wird Metall in einer Form während des Kompressions-Verfahrens
einem radialen, nach außen
gerichteten Druck von der Drehmitte des nicht kreisförmigen Zahnrads
aus unterworfen. Demzufolge kann die Metallpulverdichte jeder Oberfläche des
Zahnrads des geformten Werkstücks
unterschiedlich an gegenüberliegenden
Seiten sein, d.h. es besitzt eine höhere Dichte an einer Seite
und eine niedrigere Dichte an der anderen Seite. Das Werkstück wird
gesintert, um ein nicht kreisförmiges
Zahnrad zu bilden, wobei seine Zähne
zu der Oberflächenseite
der niedrigeren Pulvermetalldichte hin gebogen sind.
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Wenn
das deformierte, nicht kreisförmige Zahnrad
einer Metallform in dem nächsten
Verarbeitungsschritt komprimiert wird, erreicht es eine reversible
Kraft in Bezug auf seine Zähne
von der anderen Seite, um seine Zahnflächen entsprechend der Form gerade
zu richten. Dies bringt das Problem mit sich, dass die Zähne des
Zahnrads auf Grund der gerade richtenden Kraft bei der Formung oder
der Dämpfung der
Oberfläche
seiner Zähne auf
Grund einer übermäßigen Reibung
zum Zeitpunkt eines Extrudierens des Zahnrads aus einer Form brechen
können.
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In
dem volumetrischen Verdrängungsdurchflussmesser
wird die Drehung des Rotors mechanisch durch Untersetzungsgetriebe
und elektrisch über
einen Drehsensor, der diese in ein elektrisches Signal umwandelt,
angezeigt. Viele optische Sensoren oder kontaktlose solche vom Typ
eines magneto-elektrischen Wandlers werden für ein direktes Erfassen der
Drehung des Rotors angewandt. Dabei sind zwei Typen von optischen
Sensoren vorhanden – Reflektieren
und Transmittieren. Allerdings können diese
optischen Sensoren nur bei Licht transmittierenden Fluiden angewandt
werden, wobei die Arten davon begrenzt sind. Andererseits können Sensoren vom
Typ eines magneto-elektrischen Wandlers bei vielen Arten von Fluiden
angewandt werden, und sind, deshalb, für die Anwendung in vielen volumetrischen
Durchflussmessern bevorzugt. Magnetische Sensoren, wie beispielsweise
eine Hall-Vorrichtung, ein magnetischer Widerstand, usw., werden
als ein magneto-elektrischer Wandler verwendet, der dazu geeignet
ist, den magnetischen Fluss von einem transmittierenden Magneten,
eingebettet in einem Rotor des Durchflussmessers, zu erfassen.
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Allerdings
können
die vorstehend angegebenen, magnetischen Sensoren nicht bei magnetischen Fluiden
angewandt werden, die die Verteilung des magnetischen Flusses des
transmittierenden Magneten beeinflussen, und sind auch durch deren
Arbeitstemperatur begrenzt. Gewöhnlich
können
magnetische Sensoren dieses Typs bei relativ niedrigen Temperaturen
(maximale Arbeitstemperatur von ungefähr 80-100°C) arbeiten und können deshalb
in vielen Fällen
nicht direkt die Drehung des Rotors erfassen. Zusätzlich müssen sie
mit jeweiligen Energieversorgungsquellen ausgestattet sein. Dies
bedeutet, dass, in dem Fall der Langzeitmessung eines Fluids durch ein
einfaches Verfahren, zum Beispiel dann, wenn ein integrierender
Durchflussmesser mit einer Batterieversorgung für die Messung des gesamten
Flusses von Trinkwasser oder von Stadtgas verwendet wird, die Hinzufügung einer
Energieversorgung der Sensoreinheit die Herstell- und Betriebskosten
des Durchflussmessers erhöht
und das Gebiet seiner Anwendung einschränkt.
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Die
volumetrischen Verdrängungsdurchflussmesser,
bei denen ein magnetischer Fluss, erzeugt durch einen transmittierenden
Magneten, eingebettet in eine Rotorfläche, durch einen magnetischen
Sensor, befestigt an einem äußeren Gehäuse, erfasst
wird, sind für
ein direktes Erfassen der Drehungen des Rotors geeignet und stellen
einfache und genaue Messungen des Flusses von Fluid aufgrund der
kleinen Erfassungslast sicher. Allerdings besitzen die Durchflussmesser
dieses Typs, ebenso wie andere Typen, die vorstehend erwähnt sind,
den Nachteil, dass deren Körper
bzw. Gehäuse
gegen andere Gehäuse
ausgetauscht werden müssen,
die Rotoren einsetzen, die ähnlich
in der Form, allerdings unterschiedlich in der Größe, sind,
und zwar in Abhängigkeit
von dem spezifizierten Bereich der Fluid-Strömung, die gemessen werden soll.
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In
der Veröffentlichung
von H. J. Feil in dem Journal „Messen
Prüfen
Automatisieren",
Volume 9 (1986), Seiten 520-524, ist ein Durchflussmesser offenbart,
der ein Paar von nicht kreisförmigen,
verzahnten Rotoren besitzt, die drehbar in einer Messkammer vorgesehen
sind, und eine Steuereinheit, die getrennt von der Messkammer vorgesehen
ist, und einen magnetischen Steuersensor aufweisend, der das „Wiegand" Prinzip zum Erfassen
einer Drehung der Rotoren anwendet. Darin ist die Fläche eines
der Rotoren mit zwei Permanentmagneten versehen und der „Wiegand" Sensor ist in der
Abdeckplatte der Messkammer installiert.
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Weiterhin
ist in der
DE 33 00
657 A ein Durchflussmesser offenbart, der ein Paar von
nicht kreisförmigen,
verzahnten Rotoren besitzt, die drehbar in einer Messkammer vorgesehen
sind. Die Steuereinheit ist außerhalb
der Messkammer vorgesehen.
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Weiterhin
ist in der
DE 33 46
643 A1 ein Durchflussmesser offenbart, in dem die Drehung
eines Turbinenrads durch einen magnetischen Sensor erfasst wird.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen volumetrischen
Verdrängungsdurchflussmesser
und ein Verfahren zum Herstellen einer Reihe von volumetrischen
Verdrängungsdurchflussmessern,
die vorstehend beschrieben sind, zu schaffen, um in der Lage zu
sein, einen weiteren Bereich von Strömungsmessungen mit einem einfachen
Design abzudecken.
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Diese
Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die Vorrichtung mittels
eines volumetrischen Verdrängungsdurchflussmessers,
der die Merkmale des Anspruchs 1 besitzt, und in Bezug auf ein Verfahren
durch ein Verfahren zum Erzeugen einer Reihe von volumetrischen
Verdrängungsdurchflussmessern,
die die Merkmale des Anspruchs 11 haben, gelöst.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Der
volumetrische Verdrängungsdurchflussmesser
besitzt einen Rotor, der einen Magneten, der darin eingebettet ist,
und einen Sensor, der für
den Magneten empfindlich ist und an dem äußeren Gehäuse montiert ist, zu dem Magneten
hinweisend, umfasst, was eine konstante Befestigungs-Position des
Sensors unabhängig
des Durchmessers der Bohrung des Durchflussmessers sicherstellt.
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung in größerem Detail unter Bezugnahme
auf verschiedene Ausführungsformen
in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen beschrieben, wobei:
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1 zeigt
eine Schnittansicht, die entlang einer Linse VIII-VIII der 2 vorgenommen
ist, ein Beispiel zum Befestigen elektrischer Schaltungsbauteile
in einem Gehäuse
nach dem Stand der Technik darstellend;
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2 zeigt
einen Schnitt, vorgenommen entlang einer Linie IX-IX in 1;
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3 bis 6 stehen eine erläuternde Ausführungsform
dar, die kein Teil der vorliegenden Erfindung bildet, bestehend
aus Verbesserungen des Stands der Technik, dargestellt in 1.
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6 zeigt eine Schnittansicht, die entlang einer
Linie XIII-XIII in 12 vorgenommen ist;
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7 zeigt
eine geschnittene Seitenansicht eines herkömmlichen Drücktastenschalters;
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8 zeigt
eine Schnittansicht, vorgenommen entlang einer Linie XV-XV der 7;
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9 zeigt
eine perspektivische Ansicht von der Rückseite der Drücktaste;
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10 zeigt
eine geschnittene Seitenansicht, die den Aufbau eines Drücktastenschalters,
gemäß einer
erläuternden
Ausführungsform,
die keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, darstellt;
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11 zeigt
eine Schnittansicht, die entlang einer Linie XVIII-XVIII der 10 vorgenommen
ist;
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12 zeigt
eine perspektivische Ansicht der Rückseite der Drücktaste;
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13 zeigt
eine Skizze, die ein Verfahren zum Halten eines Magneten darstellt;
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14 zeigt
eine Ansicht, die ein Beispiel eines abdeckenden Aufbaus eines explosionsgeschützten Behälters darstellt;
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15 und 16 zeigen
Darstellungen einer erläuternden
Ausführungsform
eines Verbindungsaufbaus, der keinen Teil der vorliegenden Erfindung
bildet;
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15 zeigt
eine Schnittansicht, vorgenommen entlang einer Linie XXII-XXII in 16;
und
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16 zeigt
eine Schnittansicht, vorgenommen entlang einer Linie XXIII-XXIII
der 15;
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17 zeigt
ein Schaltungsdiagramm einer elektrischen Energieversorgungseinheit;
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18 zeigt
eine Ansicht eines Aufbaus einer elektrischen Energieversorgungseinheit,
die die Schaltung, dargestellt in 17, einsetzt;
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19 und 20 zeigen
Skizzen zum Erläutern
eines herkömmlichen
volumetrischen Verdrängungsdurchflussmessers;
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19 zeigt
einen Schnitt, vorgenommen entlang einer Linie XXVI-XXVI in 20,
und
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20 zeigt
einen Schnitt, vorgenommen entlang einer Linie XXVII-XXVII in 19;
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21 und 22 zeigen
Ansichten zum Erläutern
einer erläuternden
Ausführungsform
eines volumetrischen Verdrängungsdurchflussmessers, der
keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet,
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21 zeigt
einen Schnitt, vorgenommen entlang einer Linie XXVIII-XXVIII in 22,
und
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22 zeigt
einen Schnitt, vorgenommen entlang einer Linie XXIX-XXIX in 21;
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23 zeigt
eine Ansicht, die den Aufbau eines Messbereichs eines herkömmlichen
volumetrischen Verdrängungsdurchflussmessers
darstellt; und
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24 zeigt
eine Schnittansicht eines Messbereichs einer erläuternden Ausführungsform
eines volumetrischen Verdrängungsdurchflussmessers, der
keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet;
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25 zeigt
eine Ansicht, die ein Detail eines Aufbaus einer Welle darstellt;
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26 zeigt
eine Ansicht, die ein Beispiel einer Wellenbefestigung darstellt;
und
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27 zeigt
einen Schnitt, vorgenommen entlang einer Linie XXXIV-XXXIV in 25;
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28 zeigt
eine Ansicht zum Erläutern
eines Beispiels eines nicht kreisförmigen Zahnrads, verwendet
in einem herkömmlichen,
volumetrischen Verdrängungsdurchflussmesser,
und
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29 zeigt
eine Ansicht zum Erläutern
eines erläuternden
Beispiels eines nicht kreisförmigen Zahnrads,
verwendet in einem volumetrischen Verdrängungsdurchflussmesser, der
keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet;
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30 stellt
die magnetischen Charakteristika eines magnetischen Sensors dar;
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31 zeigt
eine Ansicht eines Aufbaus eines magnetischen Sensors, verwendet
in einer erläuternden
Ausführungsform
eines volumetrischen Verdrängungsdurchflussmessers,
der keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet;
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32 zeigt
eine Ansicht zum Erläutern
eines Umrisses einer erläuternden
Ausführungsform eines
volumetrischen Verdrängungsdurchflussmessers,
bei dem nicht kreisförmige
Zahnräder
angewandt sind;
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33 und 34 zeigen
Ansichten zum Erläutern
von erläuternden
Ausführungsformen
von Durchflussraten-Sendern, die keinen Teil der vorliegenden Erfindung
bilden;
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35 bis 38 zeigen
Ansichten, die andere, erläuternde
Ausführungsformen
von Durchflussraten-Sendern darstellen;
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39 zeigt
eine Ansicht, die ein erläuterndes
Beispiel eines volumetrischen Verdrängungsdurchflussmessers darstellt,
der keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, und seinen Schnitt,
vorgenommen entlang einer Linie XLVI-XLVI der 40;
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40 zeigt
einen Schnitt, der entlang einer Linie XLVII-XLVII der 39 vorgenommen
ist;
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41 bis 44 zeigen
Ansichten zum Erläutern
eines herkömmlichen Übertragungs-Systems;
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45 bis 48 zeigen
Ansichten zum Erläutern
der relativen Positionen eines Übertragungs-Magneten
und eines magnetischen Sensors in einem Übertragungs-System einer Ausführungsform
des vorliegenden volumetrischen Verdrängungsdurchflussmessers; und
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49 bis 51 zeigen Ansichten zum Erläutern von
anderen Ausführungsformen.
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1 zeigt
eine Ansicht, die einen Mechanismus zum einfachen Verriegeln einer
Schaltungsleiterplatte mit Komponenten, die darauf befestigt sind,
in dem Vorrichtungs- Gehäuse darstellt.
Die elektrischen Schaltungs-Bauteile, wie beispielsweise ein Vorverstärker, usw.,
sind gewöhnlich
in einem Gehäuse
aufgenommen und sind darin mittels der Vorrichtung, die in 1 dargestellt
ist, befestigt. 1 zeigt einen Schnitt, der entlang
einer Linie VIII-VIII in 2 vorgenommen ist, während 2 einen Schnitt
zeigt, der entlang einer Linie IX-IX der 1 vorgenommen
ist. In den Zeichnungen besitzt ein Gehäuse 41 zum Aufnehmen
der Schaltungs-Bauteile 43 einen Boden 41c, auf
dem Tragesockel 41a einheitlich mit der Innenwand des Gehäuses 41,
nach innen zu der Achse des Bodens 41c vorstehend, gebildet
sind. Eine dichtende Abdeckung 42 ist geschraubt an seinem
geschraubten Teil 42a mit dem Gehäuse 41 befestigt,
um zu verhindern, dass Feuchtigkeit darin eintritt, und um zu bewirken,
dass die Schaltungs-Bauteile 43 an einer Schaltungsleiterplatte 44 befestigt
sind. Die Schaltungsleiterplatte 44 mit den Schaltungs-Bauteilen
ist an den Tragesockeln 41a über entsprechende Tragesäulen 45 durch Anordnen
von Schrauben 46 in die Gewindelöcher 41b in den Tragesockeln 41a befestigt.
Die Schaltungsleiterplatte 44 mit den Schaltungs-Bauteilen, die
darauf befestigt sind, ist so an den Tragesockeln 41a mittels
Tragesäulen 45 in
dem Gehäuse,
verschlossen mit einer Abdeckung 42, befestigt. Allerdings
benötigt
es, da in dem vorstehend erwähnten Gehäuse die
Schaltungsleiterplatte 44 zusammen mit den Tragesäulen 45,
verschraubt an den Tragesockeln 41a befestigt sind, beträchtliche
Zeit, irgendein Schalter-Bauteil gegen ein neues zu ersetzen, und
deshalb kann, wenn das Ersetzen außen im Regen vorgenommen wird,
das Regenwasser in das Gehäuse 41 eintreten.
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Eine
erläuternde
Ausführungsform,
die keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, dargestellt in
den 3 bis 4, wurde vorgenommen, um die vorstehend
erwähnten
Nachteile zu vermeiden, indem die Anzahl von Elementen, die in das
Gehäuse 41 eingesetzt
werden sollen, minimiert werden, und durch Verbessern der Verbindungs-Struktur,
die sie geeignet macht, einfach und schnell die Schaltungsleiterplatte
zu befestigen. Teile ähnlich
zu solchen des Stands der Technik, dargestellt in 1,
sind mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet und von der weiteren
Beschreibung ausgenommen. In 3 gibt das
Bezugszeichen 51 ein zylindrisches Gehäuse an, das einen Boden 51c besitzt,
das mit einem Ringsitz 51a an seiner inneren, zylindrischen
Fläche versehen
ist. Der Ringsitz 51a besitzt vertikale Schlitze 51b einer
spezifizierten Länge,
gebohrt in einem Bereich davon zu dem Boden 51c hin. Eine
Schaltungsleiterplatte 54 ist im Detail in 5 und 6 dargestellt. 5 zeigt
eine Ebenenansicht, und 6 zeigt einen
Schnitt, vor genommen entlang einer Linie XIII-XIII der 5.
Die Schaltungsleiterplatte 54 ist eine Platte, die Kerben 54b besitzt,
die parallel zueinander in einer radialen Richtung von der Mitte
0 aus in einer solchen Art und Weise geschnitten sind, um eine rechtwinklige
Zunge 54a zu bilden, die nach unten an deren Basisbereich 54c gebogen ist.
Elektrische Teile 43 sind auf der Schaltungsleiterplatte 54 befestigt,
die wiederum an dem Ringsitz 51a, gebildet an der Innenwand
des Gehäuses 51,
in einer solchen Art und Weise, dass die gebogene, rechtwinklige
Zunge 54a der Schaltungsleiterplatte 54a in den
vertikalen Schnitt 51a, gebildet an der Innenwand des Gehäuses, eingesetzt
ist, befestigt ist.
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4 zeigt
ein vergrößertes Detail
des eingesetzten Bereichs der Schaltungsleiterplatte 54.
In 4 ist die gebogene, rechtwinklige Zunge 54a in den
vertikalen Schlitz 51b so verriegelt, um nicht der Schaltungsleiterplatte
zu ermöglichen,
sich in einer Umfangsrichtung zu bewegen. Allerdings ist, da sich in
diesem Zustand die Schaltungsleiterplatte 54 noch in einer
vertikalen Richtung bewegen kann, eine Abdeckung 42 geschraubt
an dem Gehäuse
so befestigt, um die Schaltungsleiterplatte zwischen der Abdeckung 42 und
dem Ringsitz 51a zu befestigen. Wie vorstehend erwähnt ist,
ist die Schaltungsleiterplatte 54 an Ort und Stelle durch
den Ringsitz 51a und den vertikalen Schlitz 51b so
verriegelt, um in sowohl der Umfangsrichtung als auch der vertikalen
Richtung unbeweglich zu werden. Obwohl in dem vorstehend angegebenen
Fall die Abdeckung 42 geschraubt an dem Gehäuse 41 befestigt
ist, ist es auch möglich, ein
anderes Mittel zum Befestigen der Abdeckung 42 an dem Gehäuse anzuwenden,
wie, zum Beispiel, unter Verwendung des Ringsitzes und von Schrauben.
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Wie
aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, ist es, gemäß der vorliegenden
Erfindung, möglich,
einfach die Schaltungsleiterplatte in dem Gehäuse durch Anwenden einer Befestigungs-Struktur,
die von geringen Kosten ist und einfach zu benutzen ist, zu verriegeln,
wobei die Schaltungsleiterplatte, einschließlich der Schaltungs-Bauteile,
die darauf befestigt sind, und mit der rechtwinkligen Zunge einfach
in der radialen Richtung an deren Umfang gebildet, auf dem Ringsitz
durch Einsetzen seiner Zunge in den vertikalen Schlitz und dann
unter Befestigung mit der Abdeckung platziert wird, die geschraubt
an dem Gehäuse
befestigt ist, um fest an dem Umfang der Schaltungsleiterplatte
gegen den Ringsitz anzustoßen.
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Ein
Reed-Schalter wird gewöhnlich
zum Betätigen
der so montierten Schaltungs-Bauteile
von der Außenseite
des Gehäuses
aus verwendet. Da der Reed-Schalter EIN und AUS unter Verwendung eines
Magneten geschaltet werden kann, und einfach im Aufbau ist, ist
er besonders zur Verwendung in schwitzwasser-geschützten und
explosionsgeschützten
Anwendungen anwendbar.
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7 stellt
einen herkömmlichen
Drücktastenschalter
dar. Das Bezugszeichen 61 bezeichnet einen Querschnitt
eines Hauptbereichs des Gehäuses,
hergestellt aus einem nicht magnetischen Material, in dem die Schaltungsleiterplatte
befestigt ist. 8 zeigt einen Schnitt, vorgenommen
entlang einer Linie XV-XV der 7. Das Gehäuse 61 umfasst eine
Reed-Schalter-Kammer 60 und eine Drücktastenkammer 63,
die voneinander durch eine Trennwand 68 getrennt sind.
Eine Drücktaste 62,
hergestellt aus einem nicht magnetischen Material, ist so befestigt,
dass sie durch die Kraft einer Feder 64 in die Drücktastenkammer 63 hinein
verlängert
wird. Eine Platte 72 wird verwendet, um die Feder 64 gegen
die äußere Fläche des
Kragens 62a der Drücktaste 62 anstoßen zu lassen.
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9 zeigt
eine perspektivische Ansicht, die die Drücktaste 62 von deren
Rückseite
darstellt. Der Kragen 62a der Drücktaste ist ein Führungsring,
der einen Stift 66 besitzt, der an einem Ende in der zylindrischen
Seitenwand des Kragens befestigt ist und an dem anderen Ende in
einen Führungsschlitz 65, vertikal
auf der Innenwand der Drücktastenkammer gebildet,
eingesetzt ist. Die Drücktaste 62 ist
in die Drücktastenkammer 63,
unter Beibehalten eines kleinen Spalts dazwischen, eingesetzt. Ein
quadratischer Stabmagnet 67, der in seiner axialen Richtung magnetisiert
ist, ist mit Formmaterial 62b, z.B. Harz, in einem oberen
Ring 62d der Drücktaste 62 in
einer solchen Art und Weise eingebettet, dass die obere Fläche des
Magneten im Wesentlichen mit der Fläche 62d des oberen
Rings. der Drücktaste
bündig
ist. Ein Reed-Schalter 70 ist mit Harz 69a in
einem Halter 69, hergestellt aus einem nicht magnetischen
Material, eingegossen, der an der Trennwand 61 in einer solchen
Art und Weise befestigt ist, dass er gegenüberliegend zu dem Magneten 67 parallel
zu der Achse davon liegt. Wenn die Drücktaste 62 gegen die Kraft
der Feder 64 gedrückt
wird, um den Stift 66 entlang des Führungsschlitzes 65 zu
bewegen, nähert sich
der Magnet 67 dem Reed-Schalter 70 an und schaltet
den Reed-Schalter auf EIN.
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Der
Reed-Schalter 70 ist mit Anschlüssen 70a und 70b versehen.
Die vorstehend angegebene Struktur macht es möglich, den Reed-Schalter 70 in einem
Zustand zu steuern, dass er von der Außenseite der Trennwand 61 getrennt
ist. Um eine störungsfreie
Bewegung des Stifts 66, befestigt in dem Kragen 62a,
entlang des Führungsschlitzes 65 sicherzustellen,
wenn die Drücktaste 62 gedrückt ist, und
freigegeben wird, ist es notwendig, korrekt den Stift 66 in
die Seitenwand des Kragens 62a einzupassen, ohne ihn zu
biegen, und um auch einen konstanten Winkel einer Positionierung
des Stifts 66 gegen den Magneten 67 beizubehalten.
Allerdings wurden die vorstehend angegebenen Zustände nur
schwer erreicht, da die Drücktaste 62 und
deren Kragen 62a einen leichten Zwischenraum dort herum
in dem zylindrischen Hohlraum der Drücktastenkammer haben. Weiterhin
war dort ein Problem vorhanden, dass der Magnet 62, direkt
befestigt an dem Formungsmaterial der Fläche der Drücktaste, leicht herabfallen kann.
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10 zeigt
eine Ansicht zum Erläutern
eines erläuternden
Beispiels einer Drücktaste,
die keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, die so ausgelegt
ist, um frei von den vorstehend angegebenen Nachteilen des Stands
der Technik zu sein, indem die Notwendigkeit einer Befestigung des
Stifts 66 in der zylindrischen, äußeren Oberfläche des
Kragens 62a beseitigt wird und auch der Führungsschlitz in
die Innenwand des Gehäuses
geschnitten wird, um dadurch seine störungsfreie Hin- und Herbewegung zu
erreichen. In 10 sind Elemente ähnlich zu
solchen des Stands der Technik, dargestellt in 7, mit
denselben, entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet, und sind von
einer weiteren Beschreibung ausgeschlossen. Die Drücktastenkammer 75,
wie sie in 11 dargestellt ist (ein Schnitt,
vorgenommen entlang einer Linie XVIII-XVIII der 10),
besitzt einen rechtwinkligen Querschnitt von „l" in der Breite und „m" in der Länge (l=m). Die Drücktaste 76 ist
mit einem Flansch 76a versehen, der kleiner im Durchmesser
als die Drücktastenkammer 75 ist
und deshalb lose in die Kammer 75 einsetzbar ist.
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12 zeigt
eine perspektivische Ansicht, die die Drücktaste 76 von deren
Rückseite
darstellt. Die Drücktaste
weist einen Mittenflansch 76a, der die Kraft der Druckfeder 64 aufnimmt
und an die Platte 67 anstößt, einen Drücktasten-Körper 76b,
der nach außen
von der Platte 72 vorsteht, und einen eingesetzten Bereich 76c,
der darin eingebettet einen Magneten 67 besitzt, der in
die Drücktastenkammer 75 eingesetzt
ist, auf. Der eingesetzte Bereich 76c der Drücktaste
ist von einer Kegelstumpfform, die einen kleineren Durchmesser an
deren Fläche 62b besitzt, um
zu ermöglichen,
dass sie störungsfrei
in die zylindrische Druckfeder 64 gedrückt wird, ohne irgendeine Wechselwirkung
mit der Feder in deren komprimierten Zustand zu verursachen. In
der Ausführungsform,
die dargestellt ist, ist der Magnet 67 an einer Haltesäule 74 befestigt,
um zu verhindern, dass der Magnet herabfällt, und ist in einem Formungsmaterial 62b des
Kegels in einer solchen Art und Weise eingesetzt, um bündig mit
der Fläche 62d davon
zu sein.
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13 stellt
die Beziehung zwischen dem Magneten 67 und der Haltesäule 74,
bestehend aus einer Säule 74b und
einem Haltebereich 74a, der von einem größeren Durchmesser
als derjenige der Säule 74b ist
und der eine Nut 74c besitzt, die in deren Ebene ausgeschnitten
ist, um verklebt darin den Magneten 67 mit quadratförmigen Pol
zu befestigen, dar. Die Tiefe der Nut 74c ist kleiner als
die Dicke des Magneten 67 mit quadratischem Pol, und der
Haltebereich 74a ist vollständig in die Schicht des Formungsmaterials 62b eingebettet,
um dem Magneten 67 nicht zu ermöglichen, aus der geformten
Schicht 62b heraus zu fallen.
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Die
Drücktastenkammer 75,
die zu einem rechtwinkligen Querschnitt geformt ist, und die Drücktaste 76,
die einen Flanschbereich 76a eines ähnlichen, rechteckigen Querschnitts
besitzt, können direkt
jeweils durch Formgieß-
oder Harzformungsverfahren gebildet werden, ohne ein zusätzliches
Erfordernis, die Drücktaste 76 zu
bearbeiten, wodurch die Herstellkosten des Drücktasten-Schalters verringert
werden. Weiterhin kann die Drücktaste
korrekt in der Drücktastenkammer
durch Positionieren deren rechtwinkligen Flanschs 76a befestigt
werden, um so korrekt den Magneten 67 parallel zu dem Reed-Schalter 70,
und gegenüberliegend
zu diesem, anzuordnen. Der Magnet 67 zusammen mit der Haltesäule ist
als Einheit in der Drücktaste
eingegossen, um so die Möglichkeit
zu beseitigen, dass er von der Drücktaste heraus fällt. Ein
so aufgebauter Drücktasten-Schalter ist zuverlässig, einfach
herzustellen, von geringen Kosten und bei einer wassergeschützten und
explosions-geschützten
Verwendung anwendbar.
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In
den Regularien über
einen explosions-geschützten
Aufbau eines elektrischen Geräts
zur Verwendung in Fabriken, aufgestellt, um die Sicherheit des elektrischen
Geräts,
installiert an gefährlichen Stellen,
wo eine explosive Atmosphäre
vorhanden ist, sicherzustellen, ist der verriegelnde Aufbau für die explosions-geschützten Behälter standardisiert.
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14 stellt
ein Beispiel des Verriegelungsmechanismus für einen explosionsgeschützten Behälter dar.
Das Bezugszeichen 80 bezeichnet einen unter Druck stehenden
Metallbehälter,
der für
einen spezifischen Druck und ein spezifisches Volumen ausgelegt
ist, und der einen Deckel 81 besitzt, der an dem zylindrischen
Bereich 81a und dem Ebenenbereich 81b des Druckbehälters 80 befestigt
ist. Die Freiräume
zwischen den ange passten Oberflächen des
Körpers
des Behälters
und der Abdeckung entsprechen in der Größe und in dem Freiraum den
Erfordernissen, die durch die Regularien spezifiziert sind. Der
Deckel 81 besitzt einen Ringschlitz 85 zum Befestigen
darin eines O-Rings, um gegen die Eindringung von Regenwasser in
den Behälter
abzudichten. Die Abdeckung 81 ist an ihrem Ebenenbereich 81b an
dem Druckbehälter 80 durch
die Verwendung einer Schraube 83, versehen mit einem Sprengring 88,
durch jeweilige Löcher 81d,
die einen tief versenkten Teil 81a haben, der in diesen
Ebenenbereich 81b hinein gebohrt ist, befestigt. Jedes
Loch besitzt ein Gewinde 84, um in die Schraube 83 einzugreifen.
Obwohl sich der vorstehend angegebene Aufbau auf ein Verfahren zum
Verriegeln des Deckels 81 an dem explosions-geschützten Behälter 80 bezieht,
werden in vielen üblichen
Strukturen ähnliche Verriegelungs-Verfahren
zum Verbinden der Oberflächen
der Elemente mit versenkten Löchern
unter Verwendung von Schrauben angewandt.
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In
Fällen,
in denen der Behälter,
der den Deckel damit unter Verwendung von Schrauben verbunden besitzt,
deren Köpfe
tief in die Sackloch-Bohrungen eingelassen sind, wie dies in 14 dargestellt ist,
außen
installiert ist, kann sich Regenwasser 87 in den tiefen
Sackloch-Bohrungsbereichen 81c der Löcher ansammeln, an einem schönen Tag
verdampfen, wobei sich dieser Zyklus wiederholt, was ein stufenweises
Fortschreiten einer Korrosion der Schrauben 83 und der
verbundenen Metallflächen 81b verursacht.
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Die 15 und 16 stellen
ein erläuterndes
Beispiel einer Verbindungs-Struktur dar, die keinen Teil der vorliegenden
Erfindung bildet, wobei das erste Element eine Sackloch-Bohrung besitzt,
die darin gebildet ist, und ein zweites Element vorhanden ist, das
ein mit Gewinde versehenes Sackloch besitzt, das zu dem versenkten
Loch passt, die miteinander durch die Verwendung einer Schraube
verbunden sind, und wobei mindestens eine der verbundenen Flächen des
ersten und des zweiten Elements eine Nut besitzt, die daran gebildet
ist, beginnend von dem versenkten Loch und an der äußeren Fläche des Gehäuses, freigelegt
zu der Außenatmosphäre, endend,
um die vorstehend angegebenen Probleme zu lösen. Bauelemente, ähnlich zu
solchen, die in 14 dargestellt sind, sind mit
entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht weiter
erläutert. 15 zeigt
eine geschnittene Seitenansicht, die entlang einer Linie XXII-XXII
der 16 vorgenommen ist, und 16 zeigt
einen Schnitt, der entlang einer Linie XXIII-XXIII der 15 vorgenommen ist.
In diesen Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 81 ein
erstes Element (Basiselement), das eine flache Fläche 81f besitzt,
und das Bezugszeichen 80 bezeichnet ein zweites Element
(Druckbehälter),
das eine flache Fläche 80b besitzt,
um mit der flachen Fläche
des ersten Elements verbunden zu werden. Ein Sackloch mit Innengewinde 84 ist
in der flachen Fläche 80b des
zweiten Elements 80 vorgesehen, und eine Nut 81e,
die mit einem Schraubloch 81c in Verbindung steht, und
eine Endfläche
B, freigelegt zu der Atmosphäre,
ist in dem ersten Element 81 vorgesehen. Das erste Element 81 und
das zweite Element 80 sind miteinander an deren flachen
Flächen 81e und 80b verbunden
und aneinander mittels Einschrauben einer Schraube 83 in
das Gewindeloch 84 durch einen Sprengring 88 befestigt.
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Der
vorstehend erwähnte,
verbundene Bereich arbeitet wie folgt:
Wenn Regenwasser in
den tief versenkten Bereich 81c fließt, verbleibt er nicht dort,
sondern läuft
entlang einer Nut 88a, die gegenüberliegend zu dem Sprengring 88 vorgesehen
ist, und entlang der Nut 81e zu der Atmosphäre hin.
Obwohl in dem vorstehend erwähnten
Fall die Nut 81e in der Richtung des Schraubenlochs 81d des
ersten Elements 81, zu der Seite B der Atmosphäre hin,
gebildet ist, kann sie in irgendeinem der ersten Elemente 81 und 80 vorgesehen
werden. Weiterhin ist es auch möglich,
eine Vielzahl von Nuten 81e zu bilden, die irgendeine Form
in Bezug auf deren Querschnitt annehmen können. In dem Fall eines Druckbehälters kann
die Größe der Nut
so begrenzt werden, um weniger als den zulässigen Spiel-Wert zu belassen.
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Die
vorstehend erwähnte
Verbindungs-Struktur, bei der zwei Elemente durch Schrauben einer
Schraube in ein tief versenktes Loch, mit einer Nut, die darin vorgesehen
ist, verbunden werden, stellt sicher, dass das Regenwasser, das
sich in dem tief versenkten Loch ansammelt, zu der Atmosphäre hin über den
Schlitz gegenüberliegend
zu dem Sprengring, dem Schraubenloch und der Nut, abgegeben wird,
der tief versenkte Bereich frei von Korrosion belassen wird, da
zum Beispiel die Schraube aufgrund von Rost in dem Verriegelungsbereich
des Explosions-Behälters
haften bleiben kann.
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Weiterhin
sind, entsprechend den amtlichen Bestimmungen zum Sicherstellen
der Sicherheit von elektrischen Maschinen und Geräten zur
Verwendung in explosiven Gas-Atmosphären, die
gefährlichen
Orte unter Berücksichtigung
der explosions-gefährlichen
Charakteristika spezifiziert, wie beispielsweise die Entflammbarkeits-Grenzen
und der Flammpunkt von explosiven Gas-Atmosphären, Dampferzeugungs-Zustände und
Zündpunkt,
Feuerausbreitungs-Grenzen und der minimale Zündsprung, usw., und eine Anleitung
wird für
explosions-geschützte
Konstruktionen für
elektrische Maschinen und Geräte gemäß den entsprechenden
explosions-gefährlichen
Installationsorten angegeben. Die Durchflussmesser sind grundsätzlich so
ausgelegt, um von einem explosions-geschützten Aufbau zu sein, da sie
häufig
zum Messen der Strömung
von explosiven Fluiden oder an Stellen verwendet werden, wo eine
explosive Gas-Atmosphäre
existiert. Allerdings können
die Durchflussmesser von explosions-geschützten Konstruktionen höher in den
Kosten sein, und zwar auf Grund der Erfordernisse für explosions-geschützte Behälter in
Bezug auf deren Volumen, Verbindungsgrößen und Zulässigkeiten, Einführungsdrähten, Trennungen
von Behältern,
die elektrische Vorrichtungen aufnehmen, usw., die berücksichtigt
werden sollten.
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Andererseits
sind in neuerer Zeit viele Durchflussmesser, bei denen ein Durchflussratensignal, übertragen
von einem Durchflussmesser-Gehäuse, verarbeitet
wird und das Ergebnis angezeigt wird, angewandt worden. Die Anwendung
von Durchflussmessern, die eine Batterie als eine Quelle der Versorgung
für eine
Signalerzeugung, Berechnung und Anzeige einsetzen, hat auch zugenommen.
Die vorstehend erwähnte,
mit Batterie betriebene, elektrische Schaltung erfordert nur eine
kleine Stromversorgung und verbraucht eine kleine Menge an elektrischer
Energie, wodurch sie selbst bei explosions-geschützten Anwendungen anwendbar
ist. Die Batterie, angewandt für
selbstsichere Schaltungen, ist mit einem Strom begrenzenden Widerstand,
oder einem ähnlichen
Element, versehen, in Reihe verbunden damit, um zu verhindern, dass
ein Überstrom über eine Kurzschluss-Schaltung, verursacht
durch einen Fehlbetrieb, auftritt, und ist weiterhin in einem geeigneten Gefäß eingesetzt
oder darin enthalten. Es ist auch notwendig, dass die Batterieeinheit
zur Verwendung an einem gefährlichen
Ort ein Strombegrenzungselement umfassen sollte und als eine vollständige Einheit
ersetzbar sein sollte. Eine so gebildete Energieversorgungseinheit
ist mit der elektrischen Schaltung durch Benutzung einer Verbindungseinrichtung,
wie beispielsweise eines Steckers und eines Verbinders, die entnehmbar
an einer Trennwand befestigt ist, und von einem Schalter aus betätigt wird,
der auf der Seite der elektrischen Schaltung befestigt ist, verbunden.
In dem vorstehend angegebenen Stand der Technik ist die Batterieeinheit
mit einem Widerstand oder einem ähnlichen,
Strom begrenzenden Element, verbunden damit durch Einbetten der
Verbindungen in einem geformten Material, versehen, allerdings sind
der andere Anschluss der Batterie und ein offener Anschluss des
Widerstands über
eine Verbindungseinrichtung mit der elektrischen Schaltung über die
Schalteinrichtung verbunden. Demzufolge kann ein Leckage- Strom über die
Verbindungseinrichtung und die Schaltungs-Komponenten, wie beispielsweise
einen Schalter, auch dann fließen,
wenn die Schaltung nicht in Betrieb ist. Dies verursacht eine beschleunigte
Verschlechterung der Batterie. Weiterhin kann, da der Schalter,
befestigt an der elektrischen Schaltung, mit der Hand jedes Mal
betätigt wird,
wenn die Energieversorgung AUS oder EIN geschaltet wird, um die
Schaltung anzuhalten, und nach einer langen Periode einer Unterbrechung
wieder zu starten, die elektrische Schaltung der Atmosphäre ausgesetzt
werden. Dies ist vom Standpunkt einer Sicherstellung der Sicherheit
und der Haltbarkeit dieser Vorrichtung nicht erwünscht.
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Die 17 und 18 stellen
ein Verfahren dar, das angewandt wird, um die vorstehend erwähnten Probleme
zu lösen. 17 zeigt
ein Schaltungsdiagramm einer Energieversorgungseinheit. 18 zeigt
ein Anordnungsdiagramm der Energieversorgungseinheit. In diesen
Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 90 eine Energieversorgungseinheit, die
Batterien E1, E2 einer spezifischen Spannung umfasst, wobei Widerstände R1,
R2 so ausgewählt werden,
um einen spezifischen Batteriekurzschluss-Strom zu erhalten, z.B.
30mA, und umfasst ein Harzmaterial 93 für ein einteiliges Formen darin der
Widerstände
R1, R2 und der Schalter 91, 92. In diesem Fall
sind die Widerstände
R1 und R2, die Schalter 91 und 92, die Batterien
E1 und E2 und ein Verbindungsbereich 95a alle zusammen
so geformt, um eine vollständige
Einheit zu bilden. Der Verbindungsbereich 95a kann ein
Sockel oder ein Verbinder sein, um eine lösbare, elektrische Verbindung
zu erstellen, und besitzt die Anschlüsse T1, T2, T3 und T4. Das
Bezugszeichen 100 bezeichnet eine elektrische Schaltung
und das Bezugszeichen 101 bezeichnet eine Unterteilung,
die die Energieversorgungseinheit 90 von der elektrischen
Schaltung 100 trennt, und besitzt einen Verbindungsbereich 95b,
der daran befestigt ist. Die Verbindungsbereiche 95a und 95b sind miteinander
an deren entsprechenden Anschlüssen (T1,
T11), (T2, T21), (T3, T31) und (T4, T41) verbunden, um die elektrische
Energie zu der elektrischen Schaltung 100 zuzuführen. Der
Anschluss T4 wird verwendet, wenn die gesamte Spannung der Batterien
E1 und E2 über
den Anschluss T1 zugeführt
wird, und der Anschluss T3 wird dann verwendet, wenn die Spannung
von der Batterie E2 über
den Anschluss T2 zugeführt
wird. Wie in 18 dargestellt ist, sind die
Schalter 91 und 92 aus Reed-Schaltern 91a und 92a und
einem Magneten 99 für
ein magnetisches (kontaktlos von der Außenseite) Schließen und Öffnen der
Kontakte der Reed-Schalter 91a und 92a aufgebaut.
Die Reed-Schalter 91, 92 zusammen mit den Widerständen R1,
R2 sind parallel zueinander an derselben Oberfläche einer Schaltungsleiterplatte 96 angeordnet
und sind mit der Schaltung entsprechend dem Schaltungsdiagramm,
das in 17 dargestellt ist, verbunden.
Die Schaltungsleiterplatten 97 und 98 sind von
derselben Größe wie diejenige
der Schaltungsleiterplatte 96 und sind aneinander so befestigt, um
einen Stapel zu bilden. Allerdings ist eine rechtwinklige Öffnung 98a in
der Platte 98 gebildet und Magnete 98b und 98c,
magnetisiert in derselben Längsrichtung,
sind jeweils an den gegenüberliegenden
Enden der Leiterplatte 98 befestigt. Der Magnet 99,
magnetisiert in derselben Richtung wie die Magnete 98a und 98c,
wird zum Betätigen
der Reed-Schalter verwendet, die parallel zueinander gleichzeitig
angeordnet sind. Der Magnet 99 ist ein Plattenmagnet, der
eine im Wesentlichen selbe Länge
wie solche der Reed-Schalter 91a und 92a besitzt, und
besitzt eine geeignete Breite, um sich innerhalb der Öffnung 98a der
Platte 98 zu bewegen. Eine nicht magnetische Führungsplatte 99a besitzt
den Magneten 99 daran befestigt, und deckt bewegbar die
gestapelten Platten 97 und 98 ab. Ein Handgriff 99b ist auch
an der Platte 99 befestigt. Die Platten 97 und 98 sind
an dem geformten Harz 93 oder 96 befestigt, wobei
sie nahe zu den Reed-Schaltern gegenüber und parallel angeordnet
sind. Wenn der Griff 99b in der Richtung M positioniert
ist, wie dies in 18 dargestellt ist, wird der
antreibende Magnet 99 anziehend durch den Magneten 98c verriegelt
und schaltet die Reed-Schalter 91a und 92a auf
EIN. Wenn der Griff 99b in der Richtung L gegen die anziehende Kraft
des Magneten 98c bewegt wird, werden die Reed-Schalter 91a und 92a auf
AUS geschaltet und der antreibende Magnet 99 wird angezogen
durch den Magneten 98b verriegelt. Die Reed-Schalter können auf
EIN und AUS durch Bewegen des antreibenden Magneten geschaltet werden,
ohne einen Kontakt mit den Reed-Schaltern vorzunehmen. In dem Fall,
der dargestellt ist, werden zwei Energieversorgungs-Batterien E1
und E2 verwendet, allerdings kann die Energieversorgungseinheit
aus einer Batterie oder einer Vielzahl davon zusammengesetzt sein.
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Wie
anhand der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, ist die vorstehend
erwähnte
Energieversorgungseinheit so aufgebaut, dass die Batterien, die
Strom begrenzenden Widerstände
und die Reed-Schalter einheitlich in Harz eingeformt sind, und die
Reed-Schalter werden auf EIN und AUS unter Verwendung des antreibenden
Magneten geschaltet, der zwischen zwei Positionen laufen kann und
leicht in entsprechenden Positionen durch die kleinen, stationären Magnete
verriegelt werden kann. Da die Schaltungselemente vollständig in
das geformte Harz so eingelassen sind, dass sie nicht zu Atmo sphäre hin freigesetzt
sind, und um so die Erfordernisse für die selbstsicheren Vorrichtungen
zu erfüllen,
und da die Reed-Schalter mit einem hohen Isolations-Widerstand angewandt
werden, um die Möglichkeit
einer Strom-Leckage zu beseitigen, wenn die Schaltung offen ist,
und da dabei kein Erfordernis vorhanden ist, irgendeinen Teil der
elektrischen Schaltung zu berühren,
oder freizulegen, ist es, gemäß der vorliegenden
Erfindung, möglich,
eine Energieversorgungseinheit zu schaffen, die mit einem hohen
Grad einer Zuverlässigkeit
und einer Stabilität
für eine
Langzeit-Benutzung arbeiten kann.
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19 stellt
einen volumetrischen Verdrängungsdurchflussmesser
dar, der an einer Pipeline zum Messen der Strömungsrate eines heißen Fluids befestigt
ist und der mit einer Wärmeisolationseinrichtung
versehen ist, um die Übertragung
von Wärme
zu seinem Zählbereich
zu verhindern. In vielen volumetrischen Verdrängungsdurchflussmessern wird
ein System zum Umwandeln der Umdrehungen eines Rotors in ein elektrisches
Signal als ein Mittel zum Erfassen der Drehung des Rotors angewandt. Zum
Beispiel wird ein magnetischer Fluss von einem übertragenden Magneten, der
in die Fläche
des Rotors eingebettet ist, durch einen magnetischen Sensor erfasst,
der wiederum ein elektrisches Signal erzeugt, das als ein Impulssignal
(Durchflussrate) übertragen
wird. Das Impulssignal wird durch einen elektrischen Wandler, befestigt
in einem Zählbereich, kombiniert
als Einheit mit dem Gehäuse
des Durchflussmessers, verarbeitet und wird durch eine Anzeige angezeigt
oder wird zu einem entfernten Ort übertragen. Dabei sind verschiedene
Arten von Fluiden vorhanden, die durch den Durchflussmesser in einer Vielfalt
von deren physikalischen oder chemischen Zuständen, wie beispielsweise Druck,
Temperatur, usw., gemessen werden sollen. Zum Beispiel kann die
Temperatur eines Fluids in einem weiten Bereich von niedrig bis
hoch variieren. Dies bedeutet, dass die Betriebsschaltung des Zählbereichs
gut bei Temperaturen arbeiten muss, die innerhalb eines weiten Bereichs
variieren. Da der Zählbereich
direkt mit dem Gehäuse
des Durchflussmessers verbunden ist, kann er durch thermische Leitung,
Strahlung oder Konvektion beeinflusst werden, wenn das Fluid heiß ist. Dementsprechend
ist es, in diesem Fall, notwendig, den Zählbereich dahingehend zu schützen, dass er
möglicherweise
durch Wärme
beeinflusst wird. 19 zeigt eine Schnittansicht
(vorgenommen entlang einer Linie XXVI-XXVI) der 20 zum
Erläutern
eines Beispiels des Stands der Technik. 20 zeigt
eine Ansicht, die entlang einer Linie XXVII-XXVII in 19 vorgenommen
ist. In den 19 und 20 bezeichnet
das Bezugszeichen 111 ein Durchflussmesser-Gehäuse, 112 bezeichnet
einen Zählbereich, der
die Betriebsschaltung einsetzt, und 113 bezeichnet einen
Rand zum Verbinden darüber des
Durchflussmesser-Gehäuses 111 mit
dem Zählbereich 112.
Der Zählbereich 112 besitzt
eine ringförmige
Nut 112a zum Befestigen darin eines Ringbereichs 113a des
Rands 113 mit einem O-Ring 118 für eine luftdichte
Abdichtung. Ein magnetischer Sensor 114 wird für ein magnetisches
Erfassen der Drehung des Rotors des Durchflussmessers (nicht dargestellt) angewandt.
Eine Wärmeisolation 115,
die in der Form einer hohlen, quadratischen Platte aus hauptsächlich anorganischem
Material, das einen hohen Widerstand gegen Wärme und eine niedrige, thermische
Leitfähigkeit
besitzt, wie beispielsweise Steinwolle, und dergleichen, hergestellt
ist, ist an dem Durchflussmesser-Gehäuse mittels einer Schraube 117 befestigt,
um die Wärmeübertragung
der Wärme von
dem Durchflussmesser-Gehäuse 111 zu
dem Zählbereich 112 zu
verringern.
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Der
vorstehend angegebene volumetrische Verdrängungsdurchflussmesser besitzt
eine Wärmeisolation 115,
die den Wärmefluss
von dem Durchflussmesser-Gehäuse 111 unterbricht.
Allerdings ist die Wärmeisolation 115,
die einen hohen Widerstand für
Wärme besitzt,
dazu geeignet, gegen eine Wärmeübertragung
durch Leitung zu schützen,
allerdings kann sie keine Wärmeübertragung
durch Strahlung verhindern. Demzufolge wird die Strahlungswärme von
dem Durchflussmesser-Gehäuse 111 direkt
zu dem Boden 112b des Zählbereichs 112 übertragen, wo
die Temperatur ansteigt, was dazu führt, dass Luft in einem geschlossenen
Raum 119 des Zählbereichs 112 erwärmt wird
und sich dadurch ausdehnt, um den Innendruck zu erhöhen. Ein
Teil der Luft, die unter einem erhöhten Druck steht, wird aus
dem Zählbereich 119 durch
die Wärmeisolation 115 der
Kapillar-Struktur
hindurch herausgedrückt.
Deshalb tritt Luft von der Außenseite
umgekehrt in den Zählbereich
ein, wenn der Durchflussmesser seine Arbeit unterbricht, ohne ein
warmes Fluid in der Rohrleitung, und seine Temperatur verringert
wird. Solche wiederholten Belüftungen
erhöhen
die Luftfeuchtigkeit der Luft in dem Zählbereich, was eine Kondensation
von Feuchtigkeit darin bei einer niedrigen Umgebungs-Temperatur
verursacht. Obwohl dabei Kapillaren in der Wärmeisolation vorhanden sind,
sind die meisten davon geschlossen und können nicht ermöglichen,
dass der Zählbereich
mit der Außenluft
in Verbindung steht, was dadurch unvermeidbar einen Anstieg in der
Temperatur des Zählbereichs
verursacht.
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Die 21 und 22 stellen
eine erläuternde
Ausführungsform
eines volumetrischen Verdrängungsdurchflussmessers,
der keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, dar, der so aufgebaut ist,
um die vorstehend erwähnten
Probleme zu lösen. 21 zeigt
eine geschnittene Seitenansicht, die entlang einer Linie XXVIII-XXVII
der 22 vorgenommen ist, während 22 eine
Ansicht zeigt, die in der Richtung der Pfeile entlang der Linie XXIX-XXIX
der 21 vorgenommen ist. In diesen Zeichnungen sind
die Elemente ähnlich
zu solchen der 19 und 20 mit
entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet und erfordern keine weitere
Erläuterung.
In den 21 und 22 ist
eine wärmeisolierende
Unterlegscheibe 122, hergestellt aus einem wärmeisolierenden
Material, an einer Schraube 117 befestigt, um geschraubt
ein Durchflussmesser-Gehäuse 111 mit
einem Rand 113 zu verbinden, und wird zwischen dem Gehäuse 111 und
dem Rand 113 gedrückt,
wodurch auch ein Freiraum 122 dazwischen erzeugt wird,
der als ein Ablassloch 123 für ein direktes Ablassen der
erwärmten
Luft von dem Durchflussmesser-Gehäuse 111 in die Atmosphäre dient.
Der Anstieg der Temperatur in dem Zählbereich 122 wird
effektiv verhindert. Eine Strahlungs-Abschirmung 116, die
aus einem wärmeisolierenden
Material hergestellt ist, ist auch zum Reflektieren der Strahlungswärme vorgesehen,
und besitzt vorzugsweise eine Licht reflektierende Oberfläche gegen
das Durchflussmesser-Gehäuse 111.
Die Strahlungs-Abschirmung 116 ist an deren Umfang in einer
ringförmigen
Nut 121 eingepasst befestigt, die in der Oberfläche der
Innenwand des Rands 113 gebildet ist, um dadurch einen
Zwischenraum zwischen der Strahlungs-Abschirmung und dem Boden 112b des
Zählbereichs 112 in
dem Raum 119 beizubehalten, um so den den Strahlungs-Strahl
reflektierenden Effekt der Strahlungs-Abschirmung 116 zu
verbessern. Tests haben bestätigt,
dass der wärmeisolierende
Effekt der vorliegenden Erfindung wesentlich höher ist als derjenige nach
dem Stand der Technik, der in 19 dargestellt
ist, das bedeutet die Temperatur des Zählbereichs des Durchflussmessers,
gemäß der vorliegenden
Erfindung, stieg auf 60°C
während
des Betriebs des Durchflussmessers mit einem heißen Fluid von 120°C, und bei
einer normalen Umgebungstemperatur, an, wogegen die Temperatur des
Zählbereichs
des Durchflussmessers, gemäß dem Stand
der Technik (19), weiter auf 100°C unter denselben
Betriebsbedingungen anstieg.
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In
dem vorstehend erwähnten
volumetrischen Verdrängungsdurchflussmesser
wird eine effektive und kostengünstige
Wärmeisolation
durch Anwenden einer wärmeisolierenden
Unterlegscheibe, anstelle des Platten-Typs, erreicht, was nicht
nur die Übertragung
von Wärme
durch Leitung verhindert, sondern auch ein Ausblasloch erzeugt,
das ermöglicht,
dass keine Luft von dem Raum zwischen dem Durchflussmesser-Gehäuse und
dem Rand entweicht, und durch zusätzliches Vorsehen einer Strahlungs-Abschirmung,
um einen Anstieg der Temperatur der Luft in dem Raum aufgrund von
Strahlungswärme
zu verhindern. Weiterhin erscheint keine Feuchtigkeit in dem Raum
aufgrund des Vorhandenseins des Ausblaslochs.
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23 stellt
ein Beispiel eines Aufbaus eines herkömmlichen, volumetrischen Verdrängungsdurchflussmessers
dar. In 23 ist ein Kreis 140, angezeigt
durch eine unterbrochene Linie, eine Einlass- oder Auslassöffnung.
Das Gehäuse 130 des Durchflussmesser-Körpers umfasst
eine Messkammer 131, die eine Vertiefung besitzt, die mit
der Einlass/Auslassöffnung 140 in
Verbindung steht. In der Messkammer 131 ist ein Paar von
Rotorwellen 132, 132 mit denselben Durchmessern
parallel zueinander angeordnet: jede Rotorwelle ist an ihrem mit Flansch
versehenen Ende 141, durch die Verwendung von Schrauben 142,
an der Außenwandfläche des
Gehäuses 130 des
Durchflussmesser-Körpers über das
Bodenloch der Messkammer befestigt und ist an ihrem anderen Ende
in dem Durchgangsloch der Kammerabdeckung 134 befestigt.
Ein Paar Rotoren 133, 133 ist als nicht kreisförmige Zahnräder, die miteinander, 133a,
in Eingriff stehen, dargestellt. Jeder Rotor (nicht kreisförmiges Zahnrad) 133 ist
mit einem Lager 143 versehen, mit dem er drehbar an der Welle 132 befestigt
ist. Die gepaarten Rotoren 133, 133 drehen sich,
wobei sie einen kleinen Freiraum von der Innenwand der Messkammer
beibehalten. Die Kammer ist mit der Abdeckung 134 verschlossen,
die zwei Durchgangslöcher 145, 145 zum
Befestigen darin der Enden der entsprechenden Wellen besitzt. Die
Abdeckung ist an dem Gehäuse 130 des Durchflussmesser-Körpers durch
die Verwendung eines Lokalisierungsstifts 135 befestigt.
Eine hintere Abdeckung 136 ist mit einem O-Ring 138 für eine flüssigkeitsdichte
Abdichtung versehen und ist an dem Gehäuse 130 des Durchflussmesser-Körpers durch die Verwendung
einer Schraube 137 befestigt. Ein Zähler-Gehäuse 139 nimmt einen
Zählbereich (nicht
dargestellt) zum Erfassen der Umdrehungen des Rotors und zum Anzeigen
der gemessenen Strömungsrate
auf.
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In
dem vorstehend erwähnten,
herkömmlichen,
volumetrischen Verdrängungsdurchflussmesser
sind dessen Rotorwellen 132 an deren mit Flansch versehenen
Enden an dem Gehäuse
des Gehäuses 130 des
Durchflussmesser-Körpers
befestigt. Die mit Flansch versehenen Wellen sind in der Größe groß und relativ
teuer herzustellen. Weiterhin kann, da die Wellen 132 an
den anderen Enden in den entsprechenden Löchern 145 der Sichtplatte 134 befestigt
sind, die Flüssigkeit
leckagemäßig aus
einem sehr kleinen Spalt, gebildet zwischen jeder Welle 132 und
dem Loch 145 der Sichtplatte, heraustreten. Um zu verhindern,
dass die Flüssigkeit leckagemäßig heraustritt,
ist es notwendig, zu der hinteren Abdeckung 136 eine flüssigkeitsdichte
Dichtung 138 hinzuzufügen,
wodurch die Kosten des Durchflussmessers erhöht werden.
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Die 24 bis 27 zeigen
Ansichten zum Erläutern
einer erläuternden
Ausführungsform,
die keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, die vorgenommen
wurde, um die vorstehend angegebenen Probleme zu lösen. 24 zeigt
eine Schnittansicht, die einen volumetrischen Verdrängungsdurchflussmesser
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt. Dieselben Bauteile wie solche, die in 23 dargestellt
sind, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht
weiter erläutert
werden. In 24 ist die Rotorwelle 150 von
einem gleichförmigen,
runden Querschnitt, und, wie in 25 dargestellt
ist, besitzt sie einen Anschlagstift 151, der exzentrisch
in eine Endfläche
getrieben ist, und ein Stiftloch 150a, das exzentrisch
in die andere Endfläche
hinein gebohrt ist. 25 zeigt ein vergrößertes Detail
des Aufbaus der Rotorwelle. 27 zeigt
eine Schnittansicht, die in der Richtung der Pfeile entlang der
Linie XXXIV-XXXIV der 25 vorgenommen ist. In dem Boden
der Messkammer 131 des Körper-Gehäuses 130 sind zwei
Sacklöcher 130a einer spezifizierten
Tiefe zum Befestigen darin der Rotorwellen gebohrt, und, weiterhin,
ist an dem Boden jedes Lochs 130a ein Loch 130b auch
durch einen Punkt gebildet, der unter einem exzentrischen Abstand
von „d" von der Achse des
Lochs 130a entfernt liegt. Eine hintere Abdeckung 152 besitzt
zwei Sacklöcher 152a,
um darin die anderen Enden der Rotorwellen einzusetzen, ein Durchgangsloch 152b zum Befestigen
darin eines Lokalisierungsstifts 153 und ein Durchgangsloch 152c,
um eine Schraube 137 einzuschrauben, um die hintere Abdeckung 152 an dem
Gehäuse 130 des
Körpers
zu befestigen.
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In
dem vorstehend erwähnten
volumetrischen Verdrängungsdurchflussmesser
ist jede Rotorwelle 150 an dem Gehäuse 130 des Körpers durch Verwendung
der Wellen-Befestigungsvorrichtung 160,
dargestellt in 26, befestigt. Die Wellen-Befestigungsvorrichtung 160 weist
einen säulenförmigen Körper 161 auf,
der einen Bereich 161a einer ausgenommenen Fläche zum
Einsetzen darin eines Endes der Rotorwelle 150 besitzt
und einen Stift 162 besitzt, der an einem Ende in ein Loch
eingesetzt ist, das in dem Boden des vertieften Flächenbereichs 161a an
einer Position entsprechend zu der Position des Stift-Befestigungslochs 150a an
dem Bodenende jeder Rotorwelle 150 eingebettet ist. Das
Ende der Welle 150 ist in den vertieften Flächenbereich 161a des
säulenförmigen Körpers 161 der
Wellen-Befestigungsvorrichtung 160 so eingesetzt, um den
Stift 162 in seinem Loch 150a aufzunehmen. In
diesem Fall ist der Anschlagstift 151 an einer Position
A in dem zu der Mitte versetzten (exzentrischen) Loch 130b angeordnet.
Die Welle 150 wird dann in der Richtung der Pfeile R gedreht.
Die Welle wird geführt,
wenn der Anschlagstift 151 zu seiner Seitenfläche gegen
die Innenwand des zu der Mitte versetzten Lochs 130a an
der Position B gedrückt
wird. Zu diesem Zeitpunkt werden beide Wellen 150 an deren
anderen Enden in die entsprechenden Löcher 152a, 152a,
vorgesehen in der hinteren Abdeckung 152, befestigt in
einer Position durch den Lokalisierungsstift 153, befestigt.
Die Wellen werden dann an beiden Enden gesichert. Da die Wellenlöcher 152a, 152a und 130a, 130a und
die außermittigen
Löcher 130b, 130b nicht
durch die hintere Abdeckung 152 und das Körper-Gehäuse 130 gebohrt
sind, ist es nicht notwendig, die Sichtplatte 134, angewandt
im Stand der Technik, zu verwenden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es möglich,
einen kostengünstigen
volumetrischen Verdrängungsdurchflussmesser
zu schaffen, bei dem seine Rotorwellen 150 von einem gleichförmigen, runden
Querschnitt sind, und die einfach durch Drehen befestigt werden
können,
bis die Anschlagstifte 151 gegen die Innenwand der entsprechenden,
außermittigen
Löcher 130b des
Körper-Gehäuses 130 gedrückt werden,
was keine Sichtplatte 134 erfordert.
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Nicht
kreisförmige
Zahnräder,
die in Paaren als Rotoren des volumetrischen Verdrängungsdurchflussmessers
verwendet werden, besitzen Zähne,
die gewöhnlich
durch Verwendung einer geraden Basis-Zahnstange unter einem konstanten
Druckwinkel geschnitten werden. Das Zahnprofil ist eine Evolvente,
die als eine Spur eines Rollkontakts zwischen einer geraden Linie
der Basis-Halterung und einer Teilkurve des nicht kreisförmigen Zahnrads
erhalten ist, d.h. die Zahnrad-Zähne
sind entsprechend einer ungefähr
nicht kreisförmigen
Teillinie geschnitten, zu der sich jede Teilkrümmung zentriert. Dementsprechend
stimmt eine teilweise gekrümmte
Mitte der nicht kreisförmigen
Teillinie nicht mit der Drehmitte des nicht kreisförmigen Zahnrads überein.
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28 stellt
die obere Hälfte,
vorgenommen auf einer kleinen Achse X-X, des vorstehend erwähnten, herkömmlichen,
nicht kreisförmigen
Zahnrads 133 dar. In 28 sind
die Drehachse des nicht kreisförmigen
Zahnrads und dessen Teillinie (Kurve) mit den Zeichen O und Pc,
jeweils, bezeichnet. Ein Zahnprofil Ti (i=1, 2, ...., i, ..., n)
des Zahnrads kann durch Schneiden der Zähne in einem Kreis, mit einer Teilprofilmitte
O' und einen Teil
der Teilungslinie Pci umfassend, erhalten werden. Da die Teil-Teilungslinie
Mitte O' von der
Drehmitte des nicht kreisförmigen Zahnrads 133 entfernt
liegt, wird ein Winkel θ zwischen
der Mitte der Teil-Teilungslinie Pci und des Zahnprofils, der Mitte
O' des Zahnprofils
und der Drehmitte O des nicht kreisförmigen Zahnrads 133 gebildet.
Der Winkel θ variiert
seinen Wert für
jeden Teil der Teillinie (d.h. für
jede Zahnprofil-Position). Dementsprechend wird die Profilierung
jedes Zahns entsprechend einer Linie gestaltet, die durch die Teilprofilmitte
O' hindurchführt, und
indem sie nicht durch die Drehmitte O des nicht kreisförmigen Zahnrads hindurchführt.
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Das
vorstehend erwähnte,
herkömmliche, nicht
kreisförmige
Zahnrad wird durch eine Pulvermetallurgie-Kompression hergestellt,
ein Formungsverfahren, das den folgenden Prozess umfasst:
- (1) Eine Menge eines präparierten Metallpulvers wird
in eine Form zum Formen eines nicht kreisförmigen Zahnrads aus pulverförmigem Metall mittels
Kompression angeordnet. Das pulverförmige Metall wird in die Form
von sowohl der Oberseite als auch dem Boden in die Form eines nicht kreisförmigen Zahnrads
gepresst, das dann aus der Form herausgenommen wird.
- (2) Das komprimierte Metallpulver wird dann erwärmt, um
ein nicht kreisförmiges
Zahnrad aus einem gesinterten Metallpulver zu erhalten.
- (3) Das gesinterte Metallpulver wird in eine Weiterformungsform
von der Oberseite und der Unterseite komprimiert, um ein hochpräzises und hochdichtes,
nicht kreisförmiges
Zahnrad aus gesintertem Metallpulver zu erhalten.
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Allgemein
fließt,
wenn pulverförmiges
Metall in einer Form von der Oberseite und der Unterseite komprimiert
wird, das Metall oder wird radial von der Mitte der Form in einer
Richtung senkrecht zu der Richtung der Druckkraft deformiert, wodurch
es dicht gegen die Innenwand der Form gepresst wird, um zu der erwünschten
Form geformt zu werden. In dem Fall der Kompressions-Formung des
nicht kreisförmigen
Zahnrads fließt
das pulverförmige
Metall radial von der Drehmitte des Zahnrads und wird zu der Form
des nicht kreisförmigen
Zahnrads entsprechend zu der Form der Innenwand der Form umgeformt.
Allerdings wird, in dem Fall eines Kompressions-Formens des herkömmlichen,
nicht kreisförmigen
Zahnrads, dargestellt in 28, eine
Oberfläche A
eines Zahns einem Druck in der Richtung des Pfeils C unterworfen,
allerdings nimmt die Oberfläche B
des Zahns nur spärlich
den Druck in der Richtung des Pfeils C auf, da sie einen Teil besitzt,
der sich unter einem negativen Winkel zu der Richtung des Pfeils
C befindet. Demzufolge besitzt das Werkstück, das durch Kompression geformt
ist, eine höhere
Pulvermetalldichte an der Oberfläche
A des Zahns als an der Oberfläche
B des Zahns, d.h. die Dichte des Metallpulvers variiert zwischen
den Oberflächen
A und B des Zahns.
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Der
Unterschied in der Metalldichte beeinflusst nachteilig die Genauigkeit
des Profils des Zahns und die Festigkeit des Zahns, da, zum Beispiel,
in dem Sintervorgang (2) das Werkstück der Deformation der Zähne aufgrund
der Unterschiede in der thermischen Expansion des Metalls unterworfen wird,
d.h. jeder Zahn wird zu der Oberfläche B des Zahns einer niedrigeren
Pulvermetalldichte hin gebogen. Wenn das deformierte, nicht kreisförmige Zahnrad
in einer Weiterformungs-Form in dem nächsten Verarbeitungsschritt
komprimiert wird, nimmt es eine umgekehrte Kraft, aufgebracht auf
jeden Zahn, von seiner Oberfläche
B auf, um den deformierten Zahn in der Form zu korrigieren, wodurch
ein Reißen
an den Flanken der Zähne
des Zahnrads hervorgerufen werden kann. Der Unterschied in den Formungsdrücken an
den Oberflächen
der Zähne
kann die Lebensdauer der Form verkürzen oder kann eine Beschädigung der
Form in einem extremen Fall verursachen. In der Vergangenheit war
es sehr schwer, effektiv nicht kreisförmige Zahnräder unter niedrigen Kosten
herzustellen, mit einer hohen Genauigkeit und einer hohen Dichte,
und zwar durch Komprimieren und Sintern von stark schrumpfbarem
Metallpulver, wie beispielsweise Legierungen aus rostfreiem Stahl,
oder dergleichen.
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In
dem Fall einer Bildung des vorstehend erwähnten, herkömmlichen, nicht kreisförmigen Zahnrads
durch plastisches Formen, durch Wärme-Extrusion und Kaltziehen,
existiert dasselbe Problem, wie es vorstehend beim Metallpulver-Kompressionsformen
vorhanden ist.
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29 zeigt
eine Ansicht, die, anhand eines erläuternden Beispiels, ein nicht
kreisförmiges
Zahnrad darstellt, das frei von dem vorstehend erwähnten Problem
ist. 29 stellt die obere Hälfte dar, die auf einer kleinen
Achse X-X dargestellt ist, des vorstehend erwähnten, nicht kreisförmigen Zahnrads.
Ein Profil Ti (i=1, 2, ..., i, ..., n) des Zahns, gebildet mit einer
Teillinie Pc' des
nicht kreisförmigen
Zahnrads 133',
besitzt die Achsenlinie O-Y',
die durch die Drehmitte O hindurchführt. Demzufolge nehmen, wenn eine
Menge an Metallpulver in einer Kompressions-Form komprimiert wird,
beide Oberflächen,
A und B, jedes Zahns, mit dem Profil Ti', im Wesentlichen eine gleichmäßige Kraft
auf, und des halb kann das Metall zu einer gleichförmigen Dichte
komprimiert werden. Deshalb kann, in dem primären Sintervorgang, das komprimierte
Metallpulver des nicht kreisförmigen
Zahnrads nahezu eine gleichförmige Schrumpfung
zu der Drehmitte O hin erfahren. Da das geschrumpfte, nicht kreisförmige Zahnrad
ein nur gering deformiertes Zahnprofil besitzt, kann es, in dem
sekundären
Kompressions-Vorgang, erneut gleichförmig in einer Form geformt
werden. Die Weiterformungskraft, die die Zahnrad-Zähne beeinflusst, ist
sehr gering im Vergleich zu dem herkömmlichen, nicht kreisförmigen Zahnrad,
und deshalb werden die Produktionserträge verbessert.
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Das
nicht kreisförmige
Zahnrad, dargestellt in 29, ist
auch dazu geeignet, durch ein Harzformen gebildet zu werden, und
kann effektiv durch Heißextrusion
und Kaltziehen hergestellt werden.
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In
dem volumetrischen Verdrängungsdurchflussmesser
wird die Drehung des Rotors mechanisch über ein Untersetzungsgetriebe
und elektrisch über
einen Drehsensor, der sie in ein elektrisches Signal umwandelt,
angezeigt. Viele optische Sensoren und magneto-elektrische, kontaktlose
Sensoren vom Wandler-Typ werden für ein direktes Erfassen der Drehung
des Rotors angewandt. Dabei sind zwei Typen von optischen Sensoren
vorhanden – reflektierend
und transmittierend. Allerdings können diese optischen Sensoren
nur für
Licht transmittierende Fluide angewandt werden, wobei die Arten
davon begrenzt sind. Andererseits können magneto-elektrische Sensoren
vom Wandler-Typ für
viele Arten von Fluiden angewandt werden, und deshalb können sie vorzugsweise
bei vielen volumetrischen Verdrängungsdurchflussmessern
angewandt werden. Magnetische Sensoren, wie beispielsweise eine
Hall-Vorrichtung, magnetische Widerstände, usw., werden als ein magneto-elektrische
Wandler verwendet, die dazu geeignet sind, einen magnetischen Fluss
von einem übertragenden
Magneten, der in einem Rotor des Durchflussmessers eingebettet ist,
zu erfassen.
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Allerdings
können
die vorstehend erwähnten magnetischen
Sensoren nicht bei magnetischen Fluiden angewandt werden, die die
Verteilung des magnetischen Flusses des übertragenden Magneten beeinflussen,
und sie sind auch durch ihre Arbeitstemperatur begrenzt. Gewöhnlich können magnetische Sensoren
dieses Typs bei relativ niedrigen Temperaturen arbeiten (maximale
Arbeitstemperatur von ungefähr
80-100°C)
und können
deshalb in vielen Fällen
nicht direkt die Drehung des Rotors erfassen. Zusätzlich müssen sie
mit Wechselstrom-Versorgungsquellen versehen werden. Dies bedeutet,
dass, in dem Fall der Langzeitmessung eines Fluids durch ein einfaches
Verfahren, zum Beispiel dann, wenn ein integrierender Durchflussmesser
mit einer Batterieversorgung für
die Messung des gesamten Flusses von Stadtwasser oder Stadtgas verwendet
werden soll, eine zusätzliche
Energieversorgung für
die Sensoreinheit sowohl die Herstellungs- als auch die Betriebskosten
des Durchflussmessers erhöhte
und sein Anwendungsgebiet beschränkte.
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Die
Lehren der vorliegenden Ausführungsform
sind dazu vorgesehen, einen magnetischen Sensor zu schaffen, der
die Charakteristika von amorphem Metall verwendet und nicht eine
mit Batterie betriebene Energieversorgung benötigt.
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Ein
amorphes Metall wird durch Abschrecken des geschmolzenen Metalls
in einen festen Zustand unter der hohen Kühlgeschwindigkeit von 1000°/msec erhalten.
Amorphes Metall ist in der Form von dünnen Platten, einem dünnen Draht,
Pulver, usw., erhältlich.
Wenn ein Metall von diesem geschmolzenen Zustand (d.h. ein Zustand
einer aktiven, molekularen Bewegung) schnell abgekühlt wird, ohne
Zeit zu haben, zu kristallisieren, wird es amorph, d.h. ein Festkörper, der
keine Kristalle besitzt und der homogen ist und einfach zu einer
Legierung wird. Aus diesem Grund werden viele amorphe Legierungen,
die ausgezeichnete, mechanische Eigenschaften haben, die resistent
gegen Korrosion sind und magnetische Charakteristika haben, erzeugt.
Insbesondere besitzt ein FE-Si-B-System einer amorphen Faser (nachfolgend
bezeichnet als AMF) eine kleine koerzitive Kraft Hc von 0,4 Oe (Oerstedts)
und ist durch seine magnetische Hysterese-Kurve gekennzeichnet.
Dementsprechend entsteht, wenn die magnetische Intensität 0,4 Oe übersteigt,
eine abrupte Änderung
in der Dichte des magnetischen Flusses, d.h. ein Barkhousen-Sprung
entsprechend der Kurve der magnetischen Hysterese.
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31 stellt
ein erläuterndes
Beispiel eines magnetischen Sensors, der keinen Teil der vorliegenden
Erfindung bildet, unter Verwendung des vorstehend erwähnten Effekts,
dar. Wie in 31 dargestellt ist, ist der
magnetische Sensor 170 aus einem magnetisch erfassenden
Element 171, hergestellt aus einem einzelnen Teil oder
einem Bündel
aus AMF, einer Spule 172, die um das Sendeelement herumgewickelt
ist, und einem Schutzgehäuse 173,
das aus einem nicht magnetischen Material zum Aufnehmen darin des
mit Spule umwickelten Erfassungselements hergestellt ist, aufgebaut.
Der magnetische Sensor 170 erzeugt einen Ausgang an Anschlüssen 172a und 172b der
Spule 172. In 31 erzeugt, wenn ein Magnet
zu einer Fläche 173a des
Gehäuses 173 angenähert wird,
die AMF den Barkhousen-Sprung, d.h. ändert augenblicklich die magnetische
Flussdichte zu /2Bm/ bei einer koerzitiven Kraft von über ±Hc, wodurch
eine Spannung entsprechend zu der Änderung der magnetischen Flussdichte
an der Spule 172 erzeugt wird.
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32 stellt
eine Ansicht eines volumetrischen Verdrängungsdurchflussmessers dar,
der mit dem vorstehend angegebenen, magnetischen AMF-Sensor 170 ausgestattet
ist. In einer Messkammer 179 des Durchflussmesser-Körpergehäuses 176,
das einen Strömungseinlass 174 und
einen Strömungsauslass 175 besitzt,
ist ein Paar von nicht kreisförmigen
Zahnrädern 177 und 178 (nachfolgend bezeichnet
als Rotoren 177 und 178) vorhanden, die auf Wellen 177a und 178a,
jeweils, angepasst befestigt sind und die ineinander eingreifen.
Der Unterschied der Drücke
des Einlasses 174 und des Auslasses 175 bewirkt,
dass sich die Rotoren 177 und 178 in der Richtung
von R drehen, wenn Fluid in der Richtung des Pfeils Q fließt. Da eine
Strömungsrate proportional
zu den Drehungen der Rotoren 177, 178 ist, kann
sie durch Erfassen der Drehung entweder des Rotors 177 oder 178 gemessen
werden.
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33 zeigt
eine Ansicht, die eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Rotoren 177 und 178 drehen
sich, wobei sie ineinander in derselben Art und Weise wie die Rotoren,
dargestellt in 32, eingreifen, und sie sind
mit den entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Das Körpergehäuse 176 und
die anderen Bauelemente, dargestellt in 32, sind
in 33 weggelassen. Ein magnetischer Sensor ist mit
einem entsprechenden Bezugszeichen (170) bezeichnet. 33 stellt einen
Grundaufbau der Ausführungsform
dar. Ein Rotor 177 besitzt zwei Übertragungsmagnete 180a und 180b,
die bündig
zu der Fläche
des Rotors an gegenüberliegenden
Punkten eingebettet sind, wo eine Hauptachse des Rotors (nicht kreisförmiges Zahnrad)
durch einen konzentrischen Kreis geschnitten wird, der eine gemeinsame
Mitte 177a besitzt. Die freigelegte Fläche (Nordpol) des übertragenden Magneten 180a ist
durch einen kleinen, schwarzen Kreis angezeigt, und die freigelegte
Fläche
(Südpol) des übertragenden
Magneten 180b ist durch einen kleinen, weißen Kreis
angegeben. Der magnetische Sensor 170 ist an dem Gehäuse 176 oder
einem ähnlichen,
geeigneten Element an einer Stelle befestigt, wo er den übertragenden
Magneten 180a und 180b gegenüberliegen kann, und zwar durch
Drehungen, wenn sich die Rotoren 177 und 178 drehen.
2 Impulse pro Umdrehung des Rotors 177 werden als Strömungsratensignale übertragen.
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34 stellt
eine andere, erläuternde
Ausführungsform
dar, bei der ein Rotor 177 zwei Magnete 180a und 180a', eingebettet
mit ähnlichen
Nordpolen, die an gegenüberlie genden
Punkten freigelegt sind, besitzt, wo eine Hauptachse des Rotors 177 durch
einen konzentrischen Kreis geschnitten wird, der eine gemeinsame
Mitte 177a besitzt, und ein Rotor 178 besitzt
zwei Magnete 181a und 181b, die mit ähnlichen
Südpolen
eingebettet sind, freigelegt an gegenüberliegenden Punkten, wo eine
Hauptachse des Rotors 178 durch einen konzentrischen Kreis
geschnitten wird, der eine gemeinsame Mitte 178a besitzt.
4 Impulse pro Drehung der Rotoren werden als Strömungsratensignale erzeugt,
d.h. die Auflösung der
Impulssignale dieser Ausführungsform
ist zweimal höher
als diejenige der Grundausführungsform, die
in 33 dargestellt ist.
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35 stellt
eine andere, erläuternde
Ausführungsform
dar, bei der ein Joch 182 aus einem hochpermeablen Material,
wie beispielsweise Permalloy, zwischen einem Rotor 177,
der zwei Magnete 180a und 180b besitzt (in derselben
Art und Weise, wie dies in 33 dargestellt
ist), und einem magnetischer Sensor 170 vorgesehen ist.
Da ein Signal von dem übertragenden
Magneten 180a oder 180b durch einen Leckagefluss
am Joch 182 in der Art und Weise des magnetischen Sensors 170 gedämpft werden kann,
ist das Joch 182 so gebildet, dass es im Durchmesser größer als
die Magnete 180a, 180b ist, für den Zweck, den magnetischen
Widerstand (Reluktanz) zu verringern und um konische Enden 182a zu haben,
die zu dem magnetischen Sensor 170 hinweisen.
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36 stellt
eine andere Ausführungsform dar,
bei der ein Ringmagnet 183 in die Fläche eines Rotors 177 eingebettet
ist, um einen konzentrischen Ring zu bilden, der eine gemeinsame
Mitte 177a besitzt und der bündig zu der Fläche des
Rotors ist. Der Ringmagnet 183 ist aus einer Vielzahl von
Magneten (Segmenten), angeordnet in einem Kreis und magnetisiert
mit ungleichen Polen am nächsten
zueinander, aufgebaut. Der Zweck dieser Ausführungsform ist derjenige, die
Anzahl von Impulssignalen pro Umdrehung des Rotors 177 zu
erhöhen.
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Die 37 und 38 stellen
Ausführungsformen
dar, bei denen eine Vielzahl von magnetischen Sensoren 170 vorgesehen
ist, um denselben Zweck wie derjenige der Ausführungsform der 36 zu
erreichen, d.h. um eine erhöhte
Anzahl von Impulssignalen für
eine Umdrehung des Rotors 177 zu erhalten.
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In 37 besitzt
ein Rotor 177 einen übertragenden
Magneten 179a, der darin mit seinem Nordpol, der freigelegt
ist, eingebettet ist, und eine Mehrzahl von magnetischen Sensoren 170, 1702 , 1703 , 1704 , ..., 170n. Ein kreisförmiger Magnet 184 besitzt
im We sentlichen denselben Durchmesser wie derjenige des umlaufenden
Kreises des Magneten 179a und ist entgegengesetzt zu seinem
ungleichen Südpol
zu dem Magneten 179a.
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In 38 besitzt
ein Rotor 177 zwei übertragende
Magnete 179a und 179b, die darin eingebettet sind
(dieselben wie sie in 40 dargestellt sind), und eine
Vielzahl von magnetischen Sensoren 1701 , 1702 , 1703 ,
..., 170n, die entgegengesetzt entlang eines Drehkreises
der übertragenden
Magneten 179a und 179b angeordnet sind. Da die
magnetischen Sensoren 170 eine hohe Empfindlichkeit haben,
können
die übertragenden
Magnete einer kompakten Größe verwendet
werden, und jeder Sensor ist dazu geeignet, Impulssignale der Strömungsrate
an seinen Anschlüssen 172a und 172b ohne
Energieversorgung zu erzeugen.
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Wie
anhand der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, ist es, da
alle vorstehend erwähnten, magnetischen
Sensoren gemäß der vorliegenden
Erfindung die Strömungsraten-Impulssignale übertragen
können,
ohne dass Energie zugeführt
wird, und empfindlich genug sind, um einen Magnetismus von einfachen
und kompakten Magneten zu erfassen, möglich, einen hochempfindlichen
Durchflussmesser zu schaffen, der leichte Rotoren besitzt. Aufgrund
der ausgezeichneten Funktionsweise der magnetischen Sensoren bei
hohen Temperaturen wird der Anwendungsbereich des Durchflussmessers
auf verschiedene Arten von Fluiden mit hohen Temperaturen erweitert.
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Eine
große
Mehrheit der volumetrischen Verdrängungsdurchflussmesser ist
dazu vorgesehen, Messungen einer Strömung durch Erfassen der Drehungen
eines Paars von Rotoren durchzuführen,
die sich entsprechend der Strömungsrate
eines Fluids in einer Messkammer, vorgesehen zwischen einer Einlassöffnung und
einer Auslassöffnung
des Körpers des
Durchflussmessers, drehen, und auch ein solches Erfassungssystem
einzusetzen, das einen magnetischen Fluss, erzeugt durch einen übertragenden
Magneten, der in die Fläche
des Rotors eingebettet ist, durch einen magnetischen Sensor, befestigt
an einem Gehäuse,
erfasst.
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Die 39 und 40 stellen
ein erläuterndes
Beispiel eines Aufbaus des volumetrischen Verdrängungsdurchflussmessers, der
keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, dar. 46 ist
ein Schnitt, der in der Richtung der Pfeile XLVI-XLVI in 40 vorgenommen
ist, und 41 zeigt einen Schnitt, der
in der Richtung der Pfeife XLVII-XLVII in 39 vorgenommen
ist. In den 39 und 40 bezeichnet
das Bezugszeichen 200 einen Körper eines Durchflussmessers,
aufgebaut aus einem Gehäuse 191,
Rotorwellen (nach folgend bezeichnet als „Welle") 193a, 193b und sich
drehende, nicht kreisförmige
Zahnräder
(nachfolgend bezeichnet als „Rotor") 192a, 192b.
Die Rotoren 192a und 192b sind drehbar an den
Wellen 193a und 193b jeweils montiert und in der
Messkammer 191a angeordnet und in dem Gehäuse 191 vertieft
angeordnet, in einer solchen Art und Weise, dass sie drehend ineinander
eingreifen können.
Säulenförmige Übertragungsmagnete 194, 194,
magnetisiert in einer axialen Richtung, sind in der Fläche 192a des
Rotors 192 an gegenüberliegenden
Punkten auf der Hauptachse des Rotors 192a unter einem
gleichen Abstand von der Drehmitte 193a eingebettet. Das
Bezugszeichen 196 bezeichnet Einlass- und Auslassöffnungen,
die in dem Körper 200 gebildet
sind, um die Strömung
des Fluids in die Messkammer 191a und von dieser heraus
zu führen,
und das Bezugszeichen 195 bezeichnet eine Sensor-Befestigungsabdeckung,
die die Messkammer 191a in einer solchen Art und Weise verschließt, um eine
störungsfreie
Drehung der Rotoren 192a und 192b zu erhalten,
indem ein kleiner Freiraum von den Spitzen der Zähne der Rotoren 192a und 192b,
die sich in der Messkammer 191a drehen, vorgesehen wird,
auch verwendet dazu, darauf einen Sensor 197, platziert
gegenüberliegend
zu dem Rotor 192, zu befestigen, der Übertragungsmagnete 194 und 194 besitzt.
Der Sensor 197 umfasst einen magnetischen Sensor, wie beispielsweise
einen magnetischen Widerstand, ein Hall-Element, und dergleichen, in seinem
Bodenbereich 197a, woran sich die übertragenden Magnete 194 und 194 annähern können, wenn
sich die Rotoren drehen. Ein Leitungsdraht 197b, um dort
hindurch ein Erfassungssignal von dem magnetischen Sensor 197 zu einem
Zählbereich 199 zu übertragen,
ist in einer Befestigungssäule 198 verlegt,
die an der Sensor-Befestigungsabdeckung 195 befestigt ist,
und trägt
den Zählbereich 199.
Der Zählbereich 199 nimmt
Rotor-Drehsignale von dem magnetischen Sensor über den Leitungsdraht 197b auf
und berechnet den momentanen Fluss, den Gesamtfluss, usw., und zeigt die
Berechnungsergebnisse an, z.B. in dem vorstehend erwähnten volumetrischen
Verdrängungsdurchflussmesser,
wenn ein Fluid in die Messkammer in der Richtung des Pfeils Q fließt, sich
gepaarte Rotoren 192a und 192b in den Richtungen,
angezeigt durch die Pfeile +R und –R jeweils, durch die Wirkung
des differenziellen Drehmoments drehen, das alternierend über jede
90° in deren
Umdrehung um die Wellen 193a und 193b erscheint.
Die Umdrehungen der gepaarten Rotoren werden durch den Sensor 197 erfasst,
der einen magnetischen Fluss von den Magneten 194 und 195 erfasst,
die sich um die Welle des Rotors drehen und sich alternierend daran
annähern,
was ein Signal proportional zu der Strömungsrate erzeugt, und das
er zu dem Zählbereich 199 überträgt.
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Der
vorstehend erwähnte
volumetrische Verdrängungsdurchflussmesser
ist dazu geeignet, direkt die Umdrehungen des Rotors zu erfassen,
und ist durch einfache und genaue Messungen der Strömung des
Fluids aufgrund einer geringen Belastung für die Erfassung der Strömung charakterisiert.
Allerdings besitzt ein Durchflussmesser dieses Typs, zusammen mit
anderen Typen, den Nachteil, dass es, um einen weiten Bereich von
Strömungsmessungen abzudecken,
notwendig ist, Variationen der Körper
zu präparieren,
die Rotoren einsetzen, die ähnlich
in der Form, allerdings unterschiedlich in der Größe, sind, und
die wahlweise in Abhängigkeit
von dem geforderten Messbereich der Fluid-Strömung,
die gemessen werden soll, verwendet werden.
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Die 41 bis 43 zeigen
Ansichten, die gegenseitige Anordnungen der Sensoren und der übertragenden
Magnete einer Vielzahl von Rotoren darstellen.
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41 stellt
Teilkurven Aa, Ab, der Rotoren für
kleine Durchflussmessungen dar, und 42 und 43 stellen
Teilkurven Ba, Bb und Ca, Cb jeweils für mittlere und große Durchflussmessungen
dar. Eine Vielzahl von übertragenden
Magneten (194A1, 194A2, ...., 194An), 194B1, 194B2,
...., 194Bn), und (194C1, 194C2, ..., 194Cn)
ist in Flächen
von entsprechenden Rotoren Aa, Ba, Ca in einer solchen Art und Weise
eingebettet, dass sie auf einem Kreis angeordnet sind, der entsprechende
Drehmitten OA, OB, OC unter Teilungsintervallen proportional zu
den Drehgeschwindigkeiten der entsprechenden Paare von Rotoren (nicht
kreisförmige
Zahnräder),
die ineinander eingreifen, besitzt. Die Positionen der magnetischen
Sensoren entsprechend zu den vorstehend erwähnten übertragenden Magneten sind
mit den Bezugszeichen 197A, 197A, 197C,
jeweils, angegeben. Jeder der Sensoren (197A, 197B, 197C)
ist auf eine Hauptachse (ra-ra, rb-rb, rc-rc) eines Rotors (Aa,
Ba, Ca), die unter einem spezifizierten Abstand (YA, YB, YC) von
dem Schnitt der Hauptachse (ra-ra, rb-rb, rc-rc) und dem Teilkreis
(Aa, Ba, Ca) entfernt sind, angeordnet.
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44 stellt
eine Abdeckung 195 dar, auf der Positionen 197A, 197B, 197C der
Sensoren, dargestellt in den 41 bis 43,
angegeben sind. Wie anhand der 51 ersichtlich
ist, ist es, falls die Sensor-Befestigungsabdeckung 195 und
der Zählbereich 199 in
denselben Größen für Variationen
der Durchflussmesser-Körper
gebildet sind, notwendig, jeweilige Abdeckungen zu präparieren,
die von derselben Größe sind,
sich allerdings voneinander durch die Positionen einer Sensor-Befestigung
(z.B. 197A, 197B, 197C) unterscheiden.
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Die 45 bis 47 zeigen
Ansichten, die Ausführungsformen
der gegenseitigen Anordnung von Rotoren (übertragenden Magneten) und
Sensoren darstellen, und wobei die Befestigungsposition der Sensoren
gegenüber
solchen der herkömmlichen Durchflussmesser,
dargestellt in 39, geändert sind. Variationen der
Durchflussmesser, dargestellt in den 45 bis 47,
sind ähnlich
zu solchen, die in den 41 bis 43, jeweils,
dargestellt sind. Paare von Rotoren sind mit deren Teilkreisen (Aa, Ab),
(Ba, Bb), (Ca, Cb) jeweils bezeichnet. Um die Auflösung jedes
Durchflussmessers zu erhöhen,
ist eine Zahl „n" von übertragenden
Magneten [(194A1, 194A2, ...., 194An), 194B1, 194B2,
...., 194Bn), und (194C1, 194C2, ..., 194Cn)]
in den Flächen
des Rotors (Aa, Ba, Ca) in einer solchen Art und Weise eingebettet,
dass sie auf einem Kreis angeordnet sind, der eine gemeinsame Mitte
(OA, OB, OC) mit dem Rotor besitzt. Magnetische Sensoren entsprechend zu
den vorstehend erwähnten, übertragenden
Magneten sind auf entsprechenden Abdeckungen befestigt und deren
Positionen sind mit den Bezugszeichen 197A1, 197B1, 197C1,
jeweils, angegeben. Die Position jedes Sensors (197A1, 197B1, 197C1)
ist durch einen konstanten Abstand β zwischen einem Punkt (PA, PB,
PC), wo der Rotor (Aa, Ba, Ca) an seiner Hauptachse mit einem passenden
Rotor (Ab, Bb, Cb) eingreift, und einen Punkt, wo eine axiale Linie L-L
des Sensors die Hauptachse des Rotors unter kleinen Winkeln schneidet,
definiert, und mit einem konstanten Abstand α von einem Punkt, wo die axiale Linie
L-L des Sensors senkrecht die Hauptachse des Rotors schneidet, und
indem die Linie (MA-MA, MB-MB, MC-MC) durch die Mitte des Sensors
führt und
senkrecht zu einer kleinen Achse des Rotors liegt, und einen Drehkreis
(CA, CB, CC) der übertragenden
Magnete einen Schnitt besitzt, der auf einer gemeinsamen Spur der
Drehung der Magnete der Rotoren liegt, die sich in einer Vielfalt
von Körpern drehen.
Dementsprechend wird eine Abdeckung mit einem Sensor, der darauf
an dem Punkt befestigt ist, entsprechend zu einem gemeinsamen Punkt
von Drehkreisen der Magnete von unterschiedlichen Rotoren, gemeinsam
für eine
Vielzahl von Rotoren verwendet, das bedeutet für Variationen von Durchflussmesser-Körpern. Obwohl
in den vorstehend angegebenen Ausführungsformen Rotoren mit einer
Vielzahl von übertragenden
Magneten verwendet werden, ist es auch möglich, Rotoren zu verwenden,
die einen einzelnen Magneten, der darin eingebettet ist, besitzen.
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48 stellt
eine Sensor-Befestigungsabdeckung 195, mit einem Sensor 197 darauf
befestigt, an einer Position von –β und –α relativ zu den orthogonalen
Linien X-X' und
Y-Y', durch eine
Mitte O der Abdeckung hindurchführend,
befestigt ist, dar. Drehachsen der Rotoren Aa, Ab, Ac sind mit den
Zeichen OA, OB, OC, jeweils, angegeben und sie befinden sich unter
Winkeln von 81, 82 und 83 zu der Sensor-Position
der Linie Y-Y'.
Drehkreise CA, CB, CC der übertragenden
Magnete sind mit unterbrochenen Linien angegeben. Die Abdeckung 195,
die den Sensor 197 besitzt, der so darauf positioniert
ist, kann gemeinsam für
eine Vielzahl von Durchflussmessern verwendet werden. Diese Abdeckung
wird auch mit demselben Zählbereich 199 verwendet,
das bedeutet die Sensor-Befestigungsabdeckung,
versehen mit dem Zählbereich 199,
wird als eine gemeinsame Einheit angewandt, die für eine Vielzahl
von Durchflussmesser-Körpern
angepasst ist. Die vorstehend erwähnte Sensor-Befestigungsabdeckung 195 kann bei
Körpern
für Durchflussmesser
angewandt werden, die klein dimensionierte Rotoren besitzen, und, insbesondere,
bei Rotoren, die in der Größe klein sind,
um so keinen gemeinsamen Schnitt der Linien L-L und M-M und der
Drehkreise der übertragenden Magnete
zu erhalten.
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49 stellt
eine andere Ausführungsform dar,
die so aufgebaut ist, um eine Abdeckung vorzusehen, die für die vorstehend
erwähnten
Körper
von kleinen Durchflussmessern anwendbar ist. In 49 ist
eine Hilfserfassungs-Abdeckung 201 eine Scheibe, die als
ihre Mitte O-O bei der Hälfte
einer Linie besitzt, die eine Mitte des Sensors 197, der
darauf befestigt ist, mit der Mitte O der Abdeckung 195 verbindet.
Diese Hilfsabdeckung 201 ist an der Abdeckung 195 in
einer solchen Art und Weise befestigt, um um 180° um die Mitte O-O drehbar zu
sein, das bedeutet ein Drehen der Hilfsabdeckung ermöglicht,
dass der Sensor 197 an der Mitte O angeordnet wird, wo
der Sensor zu einem Drehkreis Cs eines übertragenden Magneten eines
Durchflussmessers eines kleinen Typs gegenüberliegend sein kann. In der
praktischen Ausführung
wird die mit dem Hilfssensor befestigte Abdeckung 201 um
die Mitte O-O zu der gegenüberliegenden
Position gedreht und an der Abdeckung 195 durch die Verwendung
von Schrauben, oder dergleichen, befestigt, wie dies in den 50 und 51 dargestellt ist. Obwohl die vorstehend
erwähnte
Abdeckung 195 als eine Abdeckung des Körpers des Durchflussmessers
dient und um auch daran einen magnetischen Sensor zu befestigen,
ist es auch möglich,
separate Platten zu montieren – eine
Abdeckung und eine Sensor-Befestigungsplatte. Basierend auf der
Lehre der vorstehenden Ausführungsformen
wird eine konstante, gegenseitige Anordnung von Ma gneten, eingebettet
in einem Rotor, und einem Sensor, befestigt an dem Körper des
Durchflussmessers, unabhängig
einer Vielzahl von Durchflussmessern, erhalten. Dementsprechend
könnten Übertragungselemente
in Form von Magneten oder optischen, reflektierenden Elementen verwendet werden.
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Wie
anhand der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, macht das Übertragungssystem
des volumetrischen Verdrängungsdurchflussmessers
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Verwendung derselben Abdeckung und desselben Zählbereichs für eine Vielzahl
von Körpern
von Durchflussmessern mit unterschiedlichen Messbereichen möglich, und führt deshalb
zu einer Verringerung einer Anzahl von Bauteilen, einer Vereinfachung
des Herstellungsvorgangs und einer Verringerung der Anzahl von Montageschritten
für die
Durchflussmesser. Weiterhin führt es
zu vielen anderen Effekten, wie beispielsweise zu einer erhöhten gegenseitigen
Austauschbarkeit der Durchflussmesser, usw., der Übertragungsmagnete, die
verwendet werden, wobei es auch möglich ist, Rotoren zu verwenden,
die einen einfachen Magneten, der darin eingebettet ist, haben.
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48 stellt
eine Sensor-Befestigungsabdeckung 195 mit einem Sensor 197 darauf
an einer Position von –β und –α relativ
zu den orthogonalen Linien X-X' und
Y-Y', die durch
eine Mitte O der Abdeckung hindurchführen, dar. Drehachsen der Rotoren Aa,
Ab, Ac sind mit den Zeichen OA, OB, OC, jeweils, angegeben, und
sie befinden sich unter Winkeln von θ1, θ2, θ3 zu der Sensor-Position und
der Linie Y-Y'. Drehkreise
CA, CB, CC von übertragenden
Magneten sind mit unterbrochenen Linien angezeigt. Die Abdeckung 195,
die den Sensor 197 entsprechend darauf positioniert besitzt,
kann gemeinsam für
eine Vielzahl von Durchflussmessern verwendet werden. Diese Abdeckung
wird auch mit demselben Zählbereich 199 verwendet,
das bedeutet die mit Sensor montierte Abdeckung, versehen mit dem
Zählbereich 199 wird
als eine gemeinsame Einheit, angepasst für eine Vielzahl von Strömungsmesser-Körpern, angewandt.
Die vorstehend erwähnte,
mit Sensor montierte Abdeckung 195 kann nicht bei Körpern von
Durchflussmessern angewandt werden, die Rotoren mit kleiner Größe umfassen,
und insbesondere Rotoren, die in der Größe klein sind, um keinen gemeinsamen Schnitt
der Linien L-L und M-M und der Drehkreise der übertragenden Magnete zu erhalten.
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49 stellt
eine andere Ausführungsform dar,
die so aufgebaut ist, um eine Abdeckung zu erhalten, die für die vorstehend
erwähnten
kleinen Körper
von Durchflussmessern anwendbar ist. In 49 ist
eine Hilfserfassungs-Abdeckung 201 eine Scheibe, die ihre
Mitte O-O bei einer Hälfte
einer Linie besitzt, die eine Mitte des Sensors 197, der
darauf befestigt ist, mit der Mitte O der Abdeckung 195 verbindet.
Diese Hilfsabdeckung 201 ist an der Abdeckung 195 in
einer solchen Art und Weise befestigt, um 180° um die Mitte O-O drehbar zu
sein, das bedeutet ein Drehen der Hilfsabdeckung ermöglicht,
dass der Sensor 197 an der Mitte O platziert wird, wo der
Sensor einem Drehkreis Cs eines übertragenden
Magneten eines Durchmessers vom kleinen Typ gegenübergelegt
werden kann. Praktisch wird die mit Hilfssensor befestigte Abdeckung 201 um
die Mitte O-O zu der gegenüberliegenden
Position gedreht und an der Abdeckung 195 durch die Verwendung
von Schrauben, oder dergleichen, wie dies in 50 und 51 dargestellt ist, befestigt. Obwohl die
vorstehend angegebene Abdeckung 195 dazu dient, den Körper des
Durchflussmessers abzudecken und auch daran einen magnetischen Sensor
zu montieren, ist es auch möglich,
separate Platten zu montieren – eine Abdeckung
und eine Sensor-Befestigungsplatte.
Basierend auf den Lehren der vorstehenden Ausführungsformen wird eine konstante,
gegenseitige Anordnung von Magneten, eingebettet in einem Rotor und
einem Sensor, befestigt an dem Körper
des Durchflussmessers, unabhängig
einer Vielfalt von Durchflussmessern erhalten.
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Wie
anhand der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, macht es das Übertragungssystem
des volumetrischen Verdrängungsdurchflussmessers, gemäß der vorliegenden
Ausführungsform,
möglich, dieselbe
Abdeckung und denselben Zählbereich
für eine
Vielfalt von Durchflussmesser-Körpern
unterschiedlicher Messbereiche zu verwenden, und deshalb die Anzahl
von Komponenten-Teilen zu verringern, den Herstellungsvorgang zu
vereinfachen und die Anzahl von Montageschritten der Durchflussmesser
zu verringern. Weiterhin führt
dies zu vielen anderen Effekten, wie beispielsweise einer erhöhten gegenseitigen
Austauschbarkeit der Durchflussmesser, usw..