DE102008059429B3

DE102008059429B3 - Flügelrad für einen Flügelradzähler

Info

Publication number: DE102008059429B3
Application number: DE200810059429
Authority: DE
Inventors: Walter Klass
Original assignee: Hydrometer GmbH
Current assignee: Diehl Metering GmbH
Priority date: 2008-11-27
Filing date: 2008-11-27
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2028-11-28

Abstract

Flügelrad für einen Flügelradzähler, insbesondere einen Wasserzähler, bestehend aus einem Hochtemperaturkunststoff, das zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig aus einem geschäumten Hochtemperaturkunststoff besteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Flügelrad für einen Flügelradzähler wie Wasser-, Kälte- oder Wärmezähler.
Zur Ermittlung des Verbrauchs eines fluiden Mediums respektive von daraus ableitbaren Energieverbrauchsinformationen wird häufig ein Flügelradzähler eingesetzt, beispielsweise in Form eines Wasser-, eines Kälte- oder eines Wärmezählers. Ein solcher Zähler umfasst ein Flügelrad, das von dem in einer Rohrleitung zuströmenden Medium in Drehung gesetzt wird, wobei eine dem Flügelrad nachgeschaltete Sensorik die Flügelradumdrehungen ermittelt und anhand der pro Zeiteinheit erfassten Umdrehungen ein entsprechendes Durchflussvolumen ermittelt, das zur Bestimmung des verbrauchten Volumens respektive daraus ermittelbarer sonstiger Messparameter verwendet wird. Um auch Medien mit höherer Temperatur messen zu können, werden mitunter auch Flügelräder aus Hochtemperaturkunststoffen eingesetzt, also aus Kunststoffen, die auch bei Temperaturen von weit oberhalb 100°C, beispielsweise 130° oder 150° oder höher, noch vollkommen formstabil sind. Beispiele sind PES, PEI oder PEEK. Diese Hochtemperaturkunststoffe zeichnen sich durch eine sehr gute Temperaturbeständigkeit und damit Maßhaltigkeit aus, besitzen jedoch den wesentlichen Nachteil einer hohen Dichte von ca. 1,3–1,5 g/cm³. Das heißt, dass ein solches aus einem Hochtemperaturkunststoff bestehendes Flügelrad relativ schwer und damit träge ist. Hieraus resultieren gerade im unteren Messbereich, also bei geringen Durchflüssen, sowie im gekippten Einbauzustand aufgrund der Trägheit des Flügelrades Messungenauigkeiten. Darüber hinaus werden solche Flügelräder nur für Anwendungen bei höherer Temperatur eingesetzt, weshalb für andere Anwendungen Flügelräder aus anderen Kunststoffen als solchen Hochtemperaturkunststoffen hergestellt und vorrätig gehalten werden müssen.
DE 42 18 812 A1 betrifft ein Flügelrad für einen Flüssigkeitszähler umfassend eine Welle, an deren Umfang Flügelpaletten gleichmäßig verteilt angeordnet sind und an deren Ende Lagerstellen vorgesehen sind, wobei das Flügelrad in der jeweils gegebenen Messflüssigkeit weder Auf- noch Abtrieb erfährt und der Schwerpunkt des Flügelrads in der Messflüssigkeit zwischen den Lagerstellen liegt. Innerhalb des Flügelrads sind Hohlräume zur Gewichtsreduzierung vorgesehen.
DE 42 18 814 A1 bezieht sich auf einen Flüssigkeitszähler umfassend ein Flügelrad in einer Messkammer. Damit sich das Flügelrad in der Messkammer selbständig zentriert, werden das Innere der Messkammer und die entsprechenden Abschnitte des Flügelrads spiegelsymmetrisch zu einer gedachten Mittelebene gestaltet, die genau in der Mitte zwischen Boden und Decke verläuft. In einer Ausführungsform sind ebenfalls Hohlräume innerhalb des Flügelrads vorgesehen.
DE 29 04 048 A2 schlägt ebenso ein Flügelrad für einen Flüssigkeitszähler vor, welches aus Kunststoffvollmaterial einstückig mit einer Welle hergestellt ist, wobei die Dichte des verwendeten Kunststoffs etwa 1 g/cm³ beträgt. Zur Stabilitätserhöhung sind metallische Schwerteile rotationssymmetrisch im Flügelrad angeordnet.
Aus WO 2004/010088 A1 ist ein Flügelrad aus kompaktem Kunststoffmaterial in einem Flüssigkeitszähler bekannt, welches zusätzlich in dem Flügelrad angeordnete Magneten sowie einen Achszapfen umfasst.
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Flügelrad anzugeben, das trotz Herstellung aus einem Hochtemperaturkunststoff leichter ist und folglich eine größere Messgenauigkeit bietet.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Flügelrad der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass es zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig aus einem geschäumten Hochtemperaturkunststoff besteht.
Anders als alle bisher bekannten Flügelräder aus Hochtemperaturkunststoff, die als homogenes Spritzgussteil aus Vollmaterial bestehen, ist das erfindungsgemäße Flügelrad aus einem geschäumten Kunststoff, weist also zumindest teilweise, vorzugsweise über nahezu das gesamte Volumen, eine Schaumstruktur auf. Es handelt sich zweckmäßigerweise um ein mit bekannter Spritzgusstechnik hergestelltes Schaumspritzgussteil, das aufgrund seiner Schaumstruktur deutlich andere Eigenschaften – abgesehen von der Temperaturbeständigkeit – aufweist als bisher bekannte Hochtemperaturkunststoff-Flügelräder. Denn in Folge der Schaumstruktur besitzt das Flügelrad je nach Aufschäumgrad ein beachtliches Porenvolumen, ist also deutlich leichter als vergleichbar große Flügelräder aus Vollmaterial. Dies führt dazu, dass das erfindungsgemäße Flügelrad nicht die Trägheit aufweist, wie bisher bekannte vergleichbare Flügelräder, weshalb die eingangs genannten Probleme der Messungenauigkeit im unteren Durchflussmengenbereich wie auch die Schwierigkeiten bei gekipptem Einbau nicht mehr gegeben sind respektive deutlich reduziert werden können. Das erfindungsgemäße Flügelrad zeichnet sich also durch eine hohe Warmformbeständigkeit und gleichzeitig geringes Gewicht aus. Aus der Gewichtsreduktion resultiert ferner grundsätzlich die Möglichkeit, derartige Flügelräder auch zur exakten Messung von Medien niedriger Temperatur einzusetzen, das heißt, dass grundsätzlich nur noch geschäumte Flügelräder in unterschiedlichen Größen vorgehalten werden können, jedoch keine Flügelräder aus unterschiedlichen Materialien für unterschiedliche Einsatzzwecke.
Wie beschrieben ist das Flügelrad ein Schaumspritzgussteil, es wird also in einem Schaumspritzgussverfahren hergestellt. Es zeichnet sich ferner dadurch aus, dass seine mittlere Dichte ≤ 1,1 g/cm³, insbesondere ≤ 1,0 g/cm³ ist. Das heißt, dass das Porenvolumen respektive die Schaumstruktur derart bezogen auf das Gesamtvolumen des Flügelrades eingestellt wird, dass sich eine mittlere Dichte von vorzugsweise ca. 1,0 g/cm³ ergibt. Beim Spritzgießen wird das Aufschäumen also entsprechend eingestellt, dass sich die gewünschte mittlere Dichte ergibt. Die mittlere Dichte ist hier als Maß anzusetzen, da aufgrund der konstruktiven Gegebenheiten und dem Umstand, dass das Flügelrad auch nicht unbedingt vollständig aufgeschäumt sein muss, unterschiedlich dichte Bereiche gegeben sind, jedoch im Mittel eine Dichte von ≈ 1,0 g/cm³ angestrebt wird. Hieraus resultiert grundsätzlich eine deutliche Gewichtsverminderung und daraus resultierend eine Verminderung der Trägheit des Flügelrades. Da die Dichte durch Steuerung des Aufschäumvorgangs lokal variiert werden kann, kann hierüber auch das Anlaufverhalten beeinflusst werden, denn es kann z. B. in der Radmitte eine größere Dichte als im Flügelbereich eingestellt werden, so dass geringere Zentripedalkräfte wirken.
Als verwendbare Hochtemperaturkunststoffe sind primär PES, PEI oder PEEK zu nennen, wobei diese Aufzählung jedoch nicht abschließend ist, vielmehr können auch andere schäumbare Hochtemperaturkunststoffe verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Flügelrad weist ferner vorzugsweise eine glatte Außenhaut auf, während sich die Schaumstruktur nur im Radinneren ausbildet, also nur dort Poren vorhanden sind. Dabei kann die Schaumstruktur wie eingangs beschrieben auch nur in Teilen des Flügelrades ausgebildet sein, beispielsweise im Kern, während die nur wenige Millimeter dicken Flügel nicht oder in nur vernachlässigbaren Umfang aufgeschäumt sind. In jedem Fall ist beim Schaumspritzgießen darauf zu achten, dass sich eine glatte Außenhaut ausbildet, was aus strömungstechnischen Gründen zweckmäßig ist.
In Weiterbildung der Erfindung weist das Flügelrad einen materialgefüllten zylindrischen Kern ohne einem der Verhinderung einer Materialanhäufung im Kern dienende axialen Sackloch auf. Bei bisher bekannten Flügelrädern aus reinem Vollmaterial wird zur Reduzierung des Gewichts oder zur Vermeidung eines Verzugs oder von Lunkern und Einschnürungen ein oder werden mehrere konzentrische Sacklöcher in den Kern eingeformt respektive nach der Herstellung eingebracht. Beim erfindungsgemäßen Flügelrad ist dies mit besonderem Vorteil nicht erforderlich, da aufgrund der Aufschäumung und der daraus resultierenden hohen Dichtereduktion von mehreren 10% verglichen mit dem Vollmaterial eine solche „Materi alreduzierung” nicht erforderlich ist. Das Flügelrad ist folglich hinreichend stabil, ferner kann damit erreicht werden, dass eine das Flügelrad mittig durchsetzende Achse über wenigstens die Hälfte ihrer Länge form- oder stoffflüssig mit dem Kern verbunden ist. Die Drehachse, um die das Flügelrad dreht, ist also über einen großen Teil ihrer Länge fest im Flügelrad aufgenommen, was für die Drehstabilität von Vorteil ist, verglichen mit der bisherigen, nur über ein sehr kurzes Längenstück erfolgenden Achsverbindung zum Kern.
Weiterhin können ein oder mehrere in die Kunststoffmasse eingebettete Magnetelemente, insbesondere am Kern, vorgesehen sein, die zweckmäßigerweise beim Schaumspritzgießen gleich eingebettet werden können, oder die nachträglich in entsprechende, seitens der Spritzgießform bereits vorgesehene Flügelradausnehmungen eingesetzt werden können.
Neben dem Flügelrad selbst betrifft die Erfindung ferner einen Flügelradzähler, umfassend ein derartiges aus geschäumtem Hochtemperaturkunststoff bestehendes Flügelrad.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Flügelrads, teilweise im Schnitt, und
2 eine Aufsicht auf das Flügelrad aus 1.
1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Flügelrads 1, bestehend aus einem zentralen zylindrischen Kern 2, von dem sich im gezeigten Beispiel sieben Flügel 3 radial erstrecken. Das Flügelrad 1 besteht aus einem Hochtemperaturkunststoff, beispielsweise PES, PEI oder PEEK, jedoch nicht aus einem Vollmaterial, sondern aus geschäumtem Kunststoff. Wie 1 zeigt, ist das Flügelrad 1 im hier gezeigten Beispiel sowohl im Bereich des Kerns 2 als auch der Flügel 3 aus einer Schaumstruktur gebildet, weist also ein die Dichte reduzierendes Porenvolumen auf. Die Außenhaut 5, also die Außenfläche des gesamten Flügelrads im Bereich des Kerns 2 sowie der Flügel 3 ist jedoch glatt, ist also frei von etwaigen Lunkern oder Einfallstellen. Die Schaum- oder Porenstruktur 4 befindet sich lediglich im Inneren des Kerns 2 respektive der Flügel 3. Dabei besitzen beim beschriebenen Beispiel wie ausgeführt auch die Flügel 3 eine solche Schaumstruktur, dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, vielmehr ist es auch denkbar, dass aufgrund der gegebenen Dicke lediglich im Kernbereich eine solche Schaumstruktur vorhanden ist. Je größer jedoch das Porenvolumen ist, das heißt, je größer letztlich das aufgeschäumte Volumen ist, desto weiter kann die Dichte des Flügelrades 1 reduziert werden. Der Spritzgießvorgang zur Herstellung des Flügelrades 1, bei dem es zum Aufschäumen des eingespritzten, flüssigen Kunststoffmaterials kommt, ist so zu kontrollieren, dass sich eine mittlere Dichte von ca. 1,0 g/cm³ ergibt. Ausgehend von üblichen Dichten von Hochtemperaturkunststoffen von ca. 1,3–1,5 g/cm³ lässt der kontrollierte Schaumspritzguss eine beachtliche Dichtereduktion von mehreren 10% zu. Hieraus resultiert eine gravierende Gewichtsverminderung und daraus resultierend eine Verminderung der Trägheit des Flügelrades 1. Da die Dichte durch Steuerung des Aufschäumvorgangs lokal variiert werden kann, kann hierüber auch das Anlaufverhalten beeinflusst werden, denn es kann z. B. in der Radmitte eine größere Dichte als im Flügelbereich eingestellt werden, so dass geringere Zentripedalkräfte wirken.
Wie 1 ferner zeigt, ist der Kern 2 von einer Achse 6 durchsetzt, die die Drehachse ist, um die sich das Flügelrad 1 dreht. Ersichtlich ist die Drehachse 6 um weit über die Hälfte ihrer Länge form- beziehungsweise stoffschlüssig mit dem Material des Kerns 2 verbunden, sie wird also über den größten Teil ihrer Länge im Kern verankert. Anders als bei bekannten Flügelrädern ist hier in Folge der Dichtereduktion und damit Gewichtsreduktion kein der Gewichtsreduktion dienender Materialabtrag im Kernbereich erforderlich, der zu einer nur über eine sehr kurze Länge führenden Verbindung der Drehachse 6 mit dem Kern 2 im Stand der Technik führt, was nachteilig für das Drehverhalten respektive die Drehstabilität ist.
Wie 1 ferner zu entnehmen ist, ist am Kern 2 in Ringmagnet 7 vorgesehen respektive eingebettet, der der Erfassung einer Flügelraddrehung dient. Dieser Ringmagnet 7 kann beim Schaumspritzgießen des Flügelrades eingespritzt werden, denkbar ist es aber auch, in der Spritzform eine entsprechende Ringausnehmung vorzusehen, in die der Ringmagnet 7 nachträglich eingesetzt wird.
Insgesamt lässt die Erfindung die Herstellung eines aus einem Hochtemperaturthermoplasten bestehenden Flügelrades mit einer deutlich reduzierten mittleren Dichte von bevorzugt ≈ 1,0 g/cm³ zu, bei gleichzeitiger hoher Warmformbeständigkeit und hervorragenden Laufeigenschaften des Flügelrads, infolge der erfindungsgemäßen Erzeugung einer Schaumstruktur, also der Ausbildung eines die Dichte reduzierenden Porenvolumens im Flügelradinneren durch Herstellung des Flügelrads in einem Schaumspritzgießverfahren.

Claims

Flügelrad für einen Flügelradzähler, insbesondere einen Wasserzähler, bestehend aus einem Hochtemperaturkunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass es zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig aus einem geschäumten Hochtemperaturkunststoff besteht.
Flügelrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Schaumspritzgussteil ist.
Flügelrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Dichte ≤ 1,1 g/cm³, insbesondere ≤ 1,0 g/cm³ ist.
Flügelrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es aus geschäumtem PES oder PEEK besteht.
Flügelrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine glatte Außenhaut (5) aufweist und nur im Radinneren Poren (4) vorhanden sind.
Flügelrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen materialgefüllten zylindrischen Kern (2) aufweist.
Flügelrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine das Flügelrad (1) mittig durchsetzende Achse (6) über wenigstens die Hälfte ihrer Länge form- oder stoffschlüssig mit dem Kern (2) verbunden ist.
Flügelrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere in die Kunststoffmasse eingebettete Magnetelemente (7), insbesondere am Kern (2), vorgesehen sind.
Flügelrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte lokal variiert, insbesondere im Bereich der Radmitte größer ist als im Flügelbereich.
Flügelradzähler, umfassend ein Flügelrad (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.