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Die Erfindung betrifft einen Meßeinsatz für einen Volumenzähler für Flüssigkeiten, mit einem als Becher ausgebildeten Meßeinsatzgehäuse, in dem ein Flügelrad drehbar angeordnet ist und in dessen insbesondere von einer ersten Lagerplatte gebildeten Becherboden ein erstes Ende einer das Flügelrad tragenden Flügelradwelle gelagert ist, mit einer zweiten Lagerplatte, in der ein zweites Ende der Flügelradwelle gelagert ist, mit wenigstens einer Einströmausnehmung in einer Becherwand des Meßeinsatzgehäuses, und mit wenigstens einer Ausströmausnehmung in dem Becherboden. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Messen eines Flüssigkeitsvolumens mit dem erfindungsgemäßen Meßeinsatz.
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Derartige, allgemein bekannte Volumenzähler für Flüssigkeiten, sind in der Regel in Nenngrößen unterteilt und für einen der Nenngröße zugeordneten Meßbereich konstruiert, für den die betreffenden technischen Anforderungen festgelegt sind, wie beispielsweise die Meßgenauigkeit oder der zulässige Druckabfall, und durch den Volumenzähler einzuhalten sind.
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Hierdurch wird jeweils eine Konstruktion eines Volumenzähler je Meßbereich notwendig. Durch die verschiedenen Baugrößen sind üblicherweise die jeweiligen Bauteile verschieden groß gestaltet, was zu einer entsprechend umfangreichen Lager- und Ersatzteilhaltung führt. Zudem ist der Einfluß auf die Hydraulik einer Meßvorrichtung nicht berechenbar. Insbesondere das Zählergehäuse, der Meßeinsatz mit Lagerung und Flügelrad sowie das Zählwerk sind dementsprechend auf die jeweilige Konstruktion beziehungsweise auf die Nenngröße des Volumenzählers abzustimmen. Außerdem müssen fertig montierte Volumenzähler häufig zur Kalibrier- oder Eichzwecken mittels bestimmter Einstellorgane feinjustiert werden.
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Es ist ein Mehrstrahlzähler bekannt geworden, der weitestgehend mit einem Typ an Meßeinsatz auskommt und der mittels einer Blende, die im Zählergehäuse abgeordnet ist, einen bestimmten Teil des Gesamtstromes von der Einströmanschlußseite zur Ausströmanschlußseite des Mehrstrahlzählers leitet, ohne daß dieser Teilstrom an der Zählung beteiligt ist. Die hieraus resultierende vergleichsweise geringere Drehzahl eines Flügelrades wird mittels entsprechend angepaßter Übersetzung des Zählwerkes kompensiert. Auch bei diesem Vorschlag muß das Zählergehäuse, die Blende sowie das Zählwerk auf die jeweilige Baugröße angepaßt werden.
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Aus der
EP 0 520 306 A2 ist ein Mehrstrahlwasserzähler bekannt geworden, bei welchem alle für das Messen erforderlichen Funktionseinheiten in einer Mellkartusche vereinigt sind und welche werksseitig komplett montiert und beglaubigt werden kann. Die Meßkartusche besteht aus einem becherförmigen, leicht konischen Kartuschenunterteil und einem transparenten, druckfesten Kartuschenoberteil. Im Inneren der Meßkartusche ist ein Flügelbecher mit Flügelrad vorgesehen. Des Weiteren weist das Flügelbecherunterteil unten zwei Bypaßöffnungen auf, mit denen die Anzeige insgesamt nach Minus oder Plus verschoben werden kann. Um die Menge des durch diese Bypaßöffnungen hindurchtretenden Wassers justieren zu können, ist in die zentrale Wasserauslaßöffnung im Boden des Kartuschenunterteils ein Justierring eingesetzt.
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Darüber hinaus ist in der
DE 91 15 728 U1 eine Meßeinheit für Durchflußzähler für Flüssigkeiten zum Anschluß an ein einen Auslaßkanal und einen diesen ringförmig umschließenden Einlaßkanal aufweisendes Koaxial-Anschlußstück angegeben, bei der ein Flügelrad innerhalb eines eine Leiteinrichtung für die Flüssigkeit sowie einen Boden aufweisenden Meßwerkgehäuses um eine Achse drehbar gelagert ist, das mindestens eine an den Einlaßkanal des Anschlußstücks anschließbare Einlaßöffnung und mindestens eine an den Auslaßkanal des Anschlußstücks anschließbare Auslaßöffnung im Boden sowie einen ringförmigen Wasserzuführkanal aufweist.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung, einen Meßeinsatz zu schaffen, der auf einfache Weise für verschiedene Nenngrößen beziehungsweise für verschiedene Typen einer Nenngrößen von Volumenzählern anpaßbar ist. Zudem ist es die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Messung eines Flüssigkeitsvolumens mit dem erfindungsgemäßen Meßeinsatz zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Meßeinsatz zum Antrieb eines Zählwerks eines Volumenzählers für Flüssigkeiten mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 8 zum Messen eines Flüssigkeitsvolumens mit einem Volumenzähler mit den Merkmalen.
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Demnach ist ein erfindungsgemäßer Meßeinsatz dadurch gekennzeichnet, daß im Meßeinsatzgehäuse wenigstens eine Beipassausnehmung angeordnet ist, durch die ein Beipassvolumenstrom von einer stromaufwärts zum Flügelrad gelegenen Stelle unmittelbar zu einer stromabwärts zum Flügelrad gelegenen Stelle geführt ist. Der Zählbereich des Flügelrades ist hierbei umgangen und derart eine direkte Beeinflussung der Messung durch den Beipassvolumenstrom vermieden. Hierdurch wird erfindungsgemäß die Möglichkeit geschaffen, durch die Gestaltung des Meßeinsatzes einen bestimmten Beipassvolumenstrom an der Messung vorbei zu führen. Das heißt, daß beispielsweise über die Variation des Beipassvolumenstroms der Gesamtvolumenstrom des Meßeinsatzes veränderbar ist. Damit ist der Meßeinsatz auf den zu messenden Volumenstrommeßbereich, also auf verschiedene Nenngrößen anpaßbar. Zudem muß vorteilhafterweise nur der Meßeinsatz für die verschiedenen Nenngröße des Volumenzählers variiert werden.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei einer bestimmten Nenngröße der Meßeinsatz vergleichsweise kleiner ausgestaltet werden kann, als das bisher üblich war. Es wird nur eine im Vergleich zum Gesamtvolumenstrom entsprechend kleiner Flüssigkeitsmenge gemessen. Die Meßkammer des Flügelrads und das Flügelrad wird vergleichsweise klein gewählt werden können. Damit ist der Meßeinsatz auf einfache Weise auf verschiedene Typen einer Nenngröße anpaßbar. Außerdem sinken die wirkenden Kräfte sowie die Belastungen auf die drehbeweglichen Bauelemente. All dies führt zu einer erhöhten Lebensdauer der einzelnen Bauteile.
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Bei einer entsprechenden Wahl des Beipassvolumenstroms oder einer entsprechenden Ausgestaltung des Meßeinsatzes, insbesondere des Flügelrades, kann die Drehzahl der Flügelradwelle auf eine vorhandene Übersetzung eines Zählwerks eingestellt werden.
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Weiterhin ist der Meßeinsatz dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Beipassausnehmung in dem Bereich der Becherwand angeordnet ist, der zwischen dem Flügelrad und dem Becherboden liegt. Dabei strömt der Beipassstrom durch die Beipassausnehmungen in den Meßeinsatz ein und durch die wenigstens eine Ausströmausnehmung im Becherboden wieder aus, ohne die Messung zu beeinflussen.
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Auch ist der erfindungsgemäße Meßeinsatz mit wenigstens einer Beipassausnehmung im Becherboden ausgestattet. Hierbei ist der Beipassstrom vorteilhaft weit entfernt vom Flügelrad geführt. Zudem besteht die Möglichkeit, den Beipassstrom, anstatt in die wenigstens eine Ausströmausnehmung separat, also mittels wenigstens einer weiteren Ausnehmung, zur Ausströmseite des Zählers zu leiten.
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Weiterhin ist ein ringförmiger Strömungskanal vorgesehen, der außerhalb der Becherwand angeordnet ist und in den der Gesamtvolumenstrom der Flüssigkeit einströmt. Die Strömung ist hydraulisch vorteilhafterweise vergleichmäßigt und zudem in einem zur Flüssigkeitsverteilung geometrisch günstigen Ringraum geleitet.
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Eine günstige Möglichkeit, den erfindungsgemäßen Meßeinsatz auszugestalten, wird durch eine zweite Lagerplatte erreicht, die den Meßbecher mediumsdicht gegen ein Zählwerkgehäuse abschließt. Mit dieser Maßnahme ist sichergestellt, daß in das Zählwerkgehäuse keine Flüssigkeit eindringt. Zudem ist ein kreisringförmiger Bereich zwischen der Becherwand und dem maximalen Durchmesser der zweiten Lagerplatte auf dessen zum Meßbecher weisenden Seite vorhanden, der einen vorteilhaften Freiraum für konstruktive Ausgestaltungen, beispielsweise einen Paßsitz für einen Siebkorb oder Dichtungselemente, darstellt.
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Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Messen eines Flüssigkeitsvolumens mit einem Volumenzähler, der einen erfindungsgemäßen Meßeinsatz aufweist, mit einem als Becher ausgebildeten Meßeinsatzgehäuse, in dem ein Flügelrad drehbar angeordnet ist und in dessen Becherboden ein erstes Ende einer das Flügelrad tragende Flügelradwelle gelagert ist, und mit einer zweiten Lagerplatte, auf der ein zweites Ende der Flügelradwelle gelagert ist, und mit wenigstens einer Einströmausnehmung in einer Becherwand des Meßeinsatzgehäuses, und mit wenigstens einer Ausströmausnehmung in dem Becherboden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch kennzeichnet, daß der Gesamtvolumenstrom durch den Meßeinsatz in einen Zählvolumenstrom und in einen Beipassvolumenstrom aufgeteilt wird, daß das Flügelrad durch den Zählvolumenstrom angetrieben wird, dass der Beipassvolumenstrom durch die wenigstens eine Beipassausnehmung (38), die im Bereich der Becherwand (28), der in axialer Richtung der Flügelradwelle (42) gesehen, zwischen dem Flügelrad (44, 78) und der ersten Lagerplatte (26) liegt, in der ersten Lagerplatte angeordnet ist, geführt und stromabwärts vom Flügelrad dem Zählvolumenstrom wieder zugeführt wird.
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Dabei wird der Gesamtvolumenstrom, vor der Aufteilung in den Zählvolumenstrom und in den Beipassvolumenstrom, von der Einströmseite her in einen ringförmigen Strömungskanal geleitet, der im wesentlichen um die Becherwand des Meßeinsatzes angeordnet ist. Hiermit wird eine vorteilhafte Strömungsvergleichmäßigung erreicht.
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Der Gesamtvolumenstrom fließt vorteilhafterweise weiterhin zum Meßeinsatz, durch den dann die Aufteilung in den Beipassvolumenstrom sowie den Zählvolumenstrom erfolgt. Es wird also lediglich ein Bauteil, der Meßeinsatz, angepaßt, um in vorhandenen Konstruktionen, welche die Zuleitung des Gesamtvolumenstroms zum Meßbecher vorsehen, eingesetzt werden zu können.
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Besonders vorteilhaft ist es hierbei, daß bei einem bestimmten Gesamtvolumenstrom die Drehzahl der Flügelradwelle durch das Verhältnis von Zählvolumenstrom zu Beipassvolumenstrom eingestellt wird. Die bisher übliche Anpassung der Übersetzung des Zählwerkes auf die Drehzahl kann somit entfallen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Meßeinsatzes sowie des Verfahrens sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Anhand der in den Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele, sollen die Erfindung, ihre Vorteile sowie weitere Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
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Es zeigen:
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1 einen erfindungsgemäßen Wasserzähler,
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2 einen zweiten Meßeinsatz mit einer Flügelscheibe,
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3 einen Hohlzylinder in Draufsicht, und
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4 den Hohlzylinder in einer Schnittansicht durch die Mittelachse.
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Die 1 zeigt beispielhaft einen ersten Wasserzähler 10 mit einem im wesentlichen kreiszylindrischen Gehäuse 12 mit je einem daran angeformten ersten Anschlußelement 14 und einem zweiten Anschlußelement 16. Hierbei bilden das erste Anschlußelement 14 die Zuströmseite und das zweite Anschlußelement 16 die Ausströmseite.
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Zwischen dem Gehäuse 12 und einem zentrisch darin eingesetzten Meßeinsatz 24 befindet sich eine Siebvorrichtung 20, die einen Ringraum 20 begrenzt.
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Der Meßeinsatz 24 hat ein Meßeinsatzgehäuse 26, 28, das im wesentlichen eine becherförmige Form aufweist, die durch eine scheibenförmige erste Lagerplatte 26 und einen darauf zentrisch angeordneten Hohlzylinders 28 gebildet ist. Die erste Lagerplatte 26 weist auf der zum Gehäuse 12 weisenden Seite eine ringförmige Nut 30 auf, in der eine Dichtung 32 eingebracht ist, wobei diese verhindert, daß Wasser vom Ringraum 22 beziehungsweise von der Einströmseite des Wasserzählers 10 zwischen der ersten Lagerplatte 26 und dem Gehäuse 12 hindurch, auf die Ausströmseite gelangen kann. Außerdem hat die erste Lagerplatte 26 eine Anzahl von Durchlaßöffnungen 34, die um ein Zentrum 36 gleichverteilt angeordnet sind. Die Durchlaßöffnungen 34 ermöglichen es dem in dem Meßeinsatz befindlichen Wasser, zur Ausströmseite des Wasserzählers 10 zu strömen. Des weiteren sind in der ersten Lagerplatte 26 mehrere Beipasskanäle 38 angeordnet, die Wasser vom Ringraum 22 in die Durchlaßöffnungen 34 und damit zur Auslaßseite des Wasserzählers 10 leiten. Im Zentrum 36 ist ein erstes Lager 40 angeordnet, welches ein erstes Wellenende 35 einer Flügelradwelle 42, auf der ein Flügelrad 44 angeordnet ist, lagert. Auf der dem ersten Wellenende 35 abgewandten Seite des Flügelrades 44 ist eine erste Magnetkupplungshälfte 46 angeordnet, die durch eine entsprechende Ausgestaltung des Flügelrades 44 fixiert ist. Ein zweites Wellenende 48 der Flügelradwelle 42 ist in einem zweiten Lager 50 gelagert, das mittig in einer scheibenförmigen zweiten Lagerplatte 52 angeordnet ist. Der Hohlzylinder 28 hat in seinem zur zweiten Lagerplatte 52 weisenden Randbereich mehrere Schlitze 45, die zusammen mit der die Schlitze 45 abdeckenden zweiten Lagerplatte 52, Einlaßkanäle 54 ausbilden. Durch diese Einlaßkanäle 54 tritt Wasser aus dem Ringraum 22 in den Innenbereich des Meßeinsatzes 24, der durch die zweite Lagerplatte 52, den Hohlzylinder 28 sowie die erste Lagerplatte 26 begrenzt ist.
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Auf der dem Hohlzylinder 28 abgewandten Seite der zweiten Lagerplatte 52 ist eine Zwischenplatte 56 mittels eines Gewindes 58 in das Gehäuse 12 eingeschraubt, die an der zweiten Lagerplatte 52 anliegt und den Meßeinsatz 24 gegen das Gehäuse 12 verspannt. Auf der dem Meßeinsatz 24 abgewandten Seite der Zwischenplatte 56 ist ein Zählwerk 58 in einem Zählwerkbecher 60 angeordnet, das mittels einer mit der Flügelradwelle 42 fluchtenden Antriebswelle 62, angetrieben wird. Die Antriebswelle 62 weist an dem zur Zwischenplatte 56 weisenden Wellenende eine zweite Magnetkupplungshälfte 64 auf, die durch die magnetische Kopplung mit der ersten Magnetkupplungshälfte 46 durch diese, entsprechend der Drehzahl des Flügelrades 44, gedreht wird. Eine Klarsichthaube 66 ist in die Zwischenplatte 56 eingerastet und fixiert derart das Zählwerk 58 auf der Zwischenplatte 56. Eine erste Dichtung 68 schützt das Zählwerk 58 vor Verunreinigungen aus der Umgebung. Eine zweite Dichtung 70 zwischen dem Gehäuse 12 und der Zwischenplatte 56 verhindert, daß Wasser aus dem Gehäuse 12 in die Umgebung austreten kann.
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Der zu messende Wasserstrom tritt von einer in dieser Figur nicht dargestellten Wasserleitung, die mit dem ersten Anschlußelement 14, verbunden ist, in einen Einströmbereich 72 des Wasserzählers 10 ein. Von dort wird der gesamte Wasserstrom, der die Siebvorrichtung 20 durchströmt, in den Ringraum 22 geleitet, wo sich das Wasser gleichmäßig verteilt.
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Erfindungsgemäß wird der Wasserstrom durch den Meßeinsatz 24 in einen Beipassstrom und einen Teilstrom aufgeteilt. Dabei fließt der Teilstrom durch die Einlaßkanäle 54 in den Innenbereich des Meßeinsatzes 24. Der Teilstrom wird durch eine entsprechende Anordnung und Gestaltung der Einlaßkanäle 54, die in den nachfolgenden Figuren näher beschrieben sind, so gerichtet, das die Flügel des Flügelrades 44 nicht direkt angestrahlt werden. Hierzu wird der Teilstrom in einen freien Bereich des Innenraums des Meßeinsatzgehäuses 26, 28, der zwischen der zweiten Lagerplatte 52 und dem der zweiten Lagerplatte 52 zugewandten axialen Ende des Flügelrades 44 liegt, gerichtet. Hier bildet sich eine rotierende Flüssigkeitsscheibe, die nach und nach anwächst, bis der gesamte Innenraum zu einer rotierenden Flüssigkeitssäule geworden ist und diesen ausfüllt. Unterstützt wird dieser Vorgang, indem die Ausströmausnehmungen 34 auf der den Einströmkanälen 54 gegenüberliegenden axialen Seite des Flügelrades 44 liegt. Die Flügel des Flügelrades 44 erstrecken sich in diese drehende Flüssigkeitssäule und beaufschlagen die Flügelradwelle 42 mit einer Drehzahl, die abhängig vom Teilstrom ist.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind auch Beipasskanäle 38 vorgesehen, durch welche der Beipassstrom vom Ringraum 22 zu den Durchlaßöffnungen 34 geleitet wird. Der aus Innenbereich ausströmende Teilstrom wird an dieser Stelle mit dem Beipassstrom vermischt und gelangt in den Ausströmbereich 74 des Wasserzählers und von dort zurück in die Wasserleitung, wobei diese wiederum nicht dargestellt ist. Die Stelle, an der der Teilstrom und der Beipassstrom wieder zusammengeführt werden, liegt stromabwärts vom Flügelrad. Eine antreibende Wirkung der Beipassströmung auf das Flügelrad 44 ist so vermieden, das heißt, die Drehzahl des Flügelrades 44 ist unabhängig vom Beipassstrom. Hierin liegt der wesentliche Vorteil der Erfindung. Mit der Bestimmung des Beipassstroms, beispielsweise durch die Festlegung der Querschnittsflächen der Beipasskanäle 38, kann der Teilstrom, der wiederum die Drehzahl der das Zählwerk 58 antreibende Flügelradwelle 42 bestimmt, auf einfache Weise festgelegt werden.
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Der Teilstrom kann aber ebenso einfach durch die Wahl der Querschnittsflächen der Einströmkanäle 54 verändert werden. Besonders vorteilhaft ist es, die Querschnittsflächen der Einströmkanäle 54 sowie die Beipasskanäle 38 so aufeinander abzustimmen, daß ein insgesamt möglichst geringer Druckabfall durch den Wasserzähler 10 entsteht, zugleich jedoch die weiteren Auslegungsbedingungen beachtet werden.
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2 zeigt einen zweiten Meßeinsatz 25, der bei wesentlichen Bauelementen mit dem Meßeinsatz 24 konstruktiv weitgehend übereinstimmt. Daher werden für die vergleichbaren Bauelemente auch die gleichen Bezugszeichen verwendet. Im Folgenden soll insbesondere auf die Unterschiede eingegangen werden.
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Auf der Flügelradwelle 42 ist eine Flügelradscheibe 76 angeordnet. Die Flügelradscheibe 76 weist mehrere über deren Umfang gleich verteilte Langlöcher 78 auf, die in dieser Ansicht im Schnitt dargestellt sind, und ist außerdem bei einem ungefähr gleich großen Durchmesser wie das Flügelrad, mit etwa zwei Drittel der entsprechenden axialen Ausdehnung vergleichsweise dünner als das Flügelrad. Eine Magnetkupplung 65 ist bei dieser Anordnung in einem Magnetkupplungsträger 80 gehalten, der auf der Flügelradwelle 42 so angeordnet ist, daß dieser die Flügelradscheibe 76 gerade berührt und diesen als Anschlag benutzt.
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Des weiteren ist in dieser Figur eine napfförmige Verdrehsicherung 82 gezeigt, die den Zusammenbau der zweiten Lagerplatte 52 mit dem Hohlzylinder 28 erleichtert, indem die Verdrehsicherung 82 nur eine technisch sinnvolle Position der beiden Bauteile zueinander ermöglicht.
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3 zeigt den Hohlzylinder 28 in einer Draufsicht auf die Seite, die zur zweiten Lagerplatte 52 weist. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine bevorzugte Ausgestaltung des Hohlzylinders im Bereich der Einlaßkanäle 54 gezeigt. Acht der Einlaßkanäle 54 sind gleich über den Umfang verteilt. Dabei ist jeder der Einströmkanäle 54 als rechteckige Nut ausgebildet, die einen Winkel von 45° zum betreffenden Radius aufweisen. Der durch die Einströmkanäle 54 fließende Teilstrom wird mit ca. 45° in den Innenbereich des entsprechenden Meßeinsatzes 24, 25 eingeleitet und erzeugt derart eine rotierende Strömung.
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4 zeigt den Hohlzylinder 28 in einer Schnittansicht durch dessen Symmetrieachse 82. Auf der zur ersten Lagerplatte 26 weisenden Seite ist an dem inneren Durchmesser eine ringförmige Ausnehmung 84 angeordnet, in welche die erste Lagerplatte 26 formschlüssig einsteckbar ist, was den Zusammenbau des Meßeinsatzes 24 erleichtert.
