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Die Erfindung betrifft einen Turbinenrad-Gaszähler mit einem Turbinenrad, das in einer Gasleitung angeordnet ist und mit einer Welle über zumindest ein Lager drehbar gelagert ist, und mit einer Schmiervorrichtung zur Schmierung des Lagers mit einem Schmiermittel, wobei die Schmiervorrichtung einen Schmiermittelvorrat und zumindest einen Kanal aufweist, durch den das Schmiermittel dem Lager zuführbar ist.
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Turbinenrad-Gaszähler sind sehr genaue Messgeräte zur Durchflussmessung von Gasen, insbesondere Erdgas, in Gasleitungen und sind seit vielen Jahren am Markt und relativ günstig herstellbar. Jedoch ist ihr Einsatzgebiet abhängig von den in der Gasleitung strömenden Gasen. Insbesondere bei sogenannten Biogasen, die eine erhöhte Konzentration von Schwefelwasserstoff H2S und Ammoniak NH3 besitzen, werden hohe Anforderungen an die Resistenz der Turbinenradlagerung gestellt, da es aufgrund der chemischen Zusammensetzung der Biogase zu einer erhöhten Korrosion an den Bauteilen des Turbinenrad-Gaszählers kommen kann.
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Ein weiterer Nachteil besteht in dem relativ hohen Wartungsaufwand, da die Lagerung des Turbinenrades durch Fachpersonal in regelmäßigen Abständen manuell geschmiert werden muss, was zeitaufwändig und kostenintensiv ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Turbinenrad-Gaszähler der genannten Art zu schaffen, der auch in aggressiven Medien eine hohe Betriebsdauer aufweist und in einfacher Weise gewartet werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Turbinenrad-Gaszähler mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass der Schmiermittelvorrat in einer Vorratskammer aufgenommen ist, die in dem Turbinenrad und/oder in dessen Welle ausgebildet ist.
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Erfindungsgemäß wird von der Grundidee ausgegangen, die Lagerung des Turbinenrades eines Turbinenrad-Gaszählers mit einer integrierten Schmiervorrichtung zu versehen, so dass der Turbinenrad-Gaszähler über einen langen Zeitraum und vorzugsweise über seine gesamte Lebensdauer aus der integrierten Schmiervorrichtung geschmiert werden kann, ohne dass ein Benutzer von außen eingreifen muss. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, dass der Schmiermittelvorrat, der für den gewünschten Zeitraum oder die gesamte Lebensdauer des Turbinenrad-Gaszählers zur Schmierung der Turbinenrad-Lagerung notwendig ist, bereits in dem Turbinenrad-Gaszähler und insbesondere in dem Turbinenrad enthalten ist. Die Schmiermittelabgabe an das oder die Lager des Turbinenrad-Gaszählers kann kontinuierlich oder in Abhängigkeit von der Drehzahl des Turbinenrades erfolgen. Eine bevorzugte Dosierrate für das Schmiermittel, bei dem es sich vorzugsweise um Öl handelt, kann bei ca. 5 bis 10 nl/min liegen. Der Transport des Schmiermittels aus der Vorratskammer zu dem Lager des Turbinenrad-Gaszählers kann über kapillare Kanäle erfolgen, wie sie beispielsweise in der Mikrofluidik oder bei Mikrodosiersystemen bekannt sind.
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Im Ruhezustand des Turbinenrades sammelt sich das Schmiermittelvolumen aufgrund der Schwerkraft im unteren Bereich des Schmiermittelvorrats. Bei Drehung des Turbinenrades verteilt sich das Schmiermittel aufgrund der Zentrifugalkräfte an der Außenwand der Vorratskammer, so dass eine Unwucht vermieden ist. Dies ist insbesondere dann gegeben, wenn die Vorratskammer symmetrisch und insbesondere rotationssymmetrisch zu einer Drehachse des Turbinenrades angeordnet und ausgebildet ist.
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Die Schmierung der Lager, d. h. die Schmiermittelabgabe kann kontinuierlich oder insbesondere drehzahlabhängig erfolgen. Dabei wird vorzugsweise auf eine Pumpe verzichtet, sondern es werden die infolge der Rotation auftretenden und sich bei Änderung der Rotationsgeschwindigkeit ebenfalls ändernden Kräfte, beispielsweise die Benetzungskräfte des Schmiermittels und auch auftretende Kapillarkräfte genutzt.
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Das Schmiermittel wird dem Lager über zumindest einen Kanal aus dem Schmiermittelvorrat zugeführt. In bevorzugter Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Kanal in der Welle ausgebildet ist.
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In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kanal einen konzentrisch zur Drehachse der Welle verlaufenden Axialkanal vorzugsweise innerhalb der Welle und einen den Axialkanal mit dem Lager verbindenden Querkanal aufweist. Der Querkanal kann in der Welle als Radialkanal ausgebildet sein.
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Statt den Kanal konzentrisch zur Drehachse auszubilden, kann alternativ auch vorgesehen sein, dass der Kanal einen parallel und versetzt zur Drehachse verlaufenden Axialkanal aufweist. Durch diese außermittige Anordnung des Kanals lässt sich die Dosierrate an Schmiermittel in Abhängigkeit von der Drehzahl der Welle verändern.
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Die für die Schmierung des oder der Lager des Turbinenrad-Gaszählers notwendige Schmiermittel- oder Ölmenge für einen Zeitraum von 8 bis 12 Jahren beträgt insgesamt ca. 30 m. Diese Schmiermittelmenge kann in der Vorratskammer im Inneren des Turbinenrades und/oder auch in der Vorratskammer im Inneren der Welle aufgenommen werden.
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Aufgrund des Drucks von bis zu 100 bar im Inneren des Turbinenrad-Gaszählers bzw. der Gasleitung muss das Dosiersystem druckfest sein. Das erfindungsgemäße Dosiersystem ist hinsichtlich des Drucks ausgeglichen, da keine eingeschlossenen Kavitäten existieren. Bei wechselndem Umgebungsdruck gleicht sich der Druck in der Vorratskammer über die Kanäle aus, d. h. die Dosierrate wird nicht beeinflusst.
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In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Lager ein Kugellager ist und dass das Schmiermittel auf einer der Welle zugewandten Seite des Kugellagers ansteht, so dass die Kugeln des Kugellagers zuverlässig geschmiert werden.
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Bei dem Lager kann es sich jedoch auch um Axiallager handeln, wobei der Kanal am axialen Ende der Welle in dem Axiallager mündet und dieses schmiert.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:
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1 Eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Turbinenrad-Gaszählers,
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2 Den Turbinenrad-Gaszähler gemäß 1 im Längsschnitt,
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3 Eine Abwandlung des Turbinenrad-Gaszählers gemäß 2,
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4 Eine Abwandlung des Turbinenrad-Gaszählers gemäß 3 und
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5 Eine weitere Abwandlung eines Turbinenrad-Gaszählers gemäß 2.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Turbinenrad-Gaszählers 10, der in einer Gasleitung 15 angeordnet ist und ein Turbinenrad 11 aufweist, das eine Nabe 12 besitzt, die auf einer sich in Längsrichtung der Gasleitung 15 erstreckende Welle 13 besitzt. Die Welle 13 ist in zwei axial beabstandeten Bereichen, die im dargestellten Ausführungsbeispiel auf entgegengesetzten Seiten des Turbinenrades 11 angeordnet sind, über jeweils ein Lager 14 um eine Drehachse D drehbar gelagert, wobei die Drehachse D sich in Längsrichtung der Gasleitung 15 erstreckt und vorzugsweise mit der Längsmittelachse der Gasleitung 15 zusammenzählt.
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Wie 2 zeigt, ist im Inneren des Turbinenrades 11 und der Nabe 12 eine Vorratskammer 16 ausgebildet, in der ein Schmiermittelvorrat 17 und insbesondere ein Ölvorrat aufgenommen ist. Die Konfiguration der Vorratskammer 16 ist rotationssymmetrisch zur Drehachse D. Die Vorratskammer 16 und der Schmiermittelvorrat 17 sind Teil einer Schmiervorrichtung 22, mittels der die Lager 14 schmierbar sind.
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In der Welle 13 ist jeweils ein Axialkanal 18 ausgebildet, der an seinem dem Turbinenrad 11 zugewandten Ende in der Vorratskammer 16 mündet und im Bereich des jeweiligen Lagers 14 in einen Quer- oder Radialkanal 19 übergeht, der auf der Außenseite der Welle 13 im Bereich des jeweiligen Lagers 14 mündet.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Lager 14 als Kugellager ausgebildet, wobei das Schmiermittel auf der der Welle 13 zugewandten Seite des Kugellagers 14 ansteht. Bei Drehung des Turbinenrades 11 verteilt sich das Schmiermittel aufgrund der auftretenden Zentrifugalkräfte gleichmäßig über den Umfang bzw. die Wandung der Vorratskammer 16 und eine geringe Schmiermittelmenge gelangt durch den Axialkanal 18 und den Querkanal 19 in das jeweilige Kugellager 14 und schmiert dieses und insbesondere dessen Kugeln 23. Dieser Zustand ist in 3, linke Darstellung, schematisch dargestellt, wobei übermäßiges Schmiermittel aus dem Kugellager austritt, wie es durch Pfeile angedeutet ist.
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3 zeigt auf der rechten Seite eine alternative Ausgestaltung des Lagers als Axiallager 20. Die Welle 13 ist mit ihrem dem Turbinenrad 11 abgewandten axialen Ende in eine Aufnahme 21 eines Lagerblocks 25 eingesetzt und der Axialkanal 18 mündet am axialen Ende der Welle 13, so dass diese innerhalb der Aufnahme 21 des Lagerblocks 25 geschmiert ist. Auch hierbei kann überschüssiges Schmiermittel durch eine Bohrung 26 im Lagerblock 25 abgeführt werden, wie es in der 3 angedeutet ist.
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4 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Turbinenrad-Gaszählers 10 gemäß 3, die sich im wesentlichen dadurch unterscheidet, dass die Vorratskammer 16 vollständig in der Welle 13 ausgebildet ist, auf die das Turbinenrad 11 aufgesetzt ist. Auch hierbei ist das gemäß 4 linke Lager als Kugellager und das gemäß 4 rechte Lager als Axiallager in bereits beschriebener Weise ausgestaltet.
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5 zeigt eine weitere Abwandlung des Turbinenrad-Gaszählers gemäß 2. Während das gemäß 5 linke Kugellager 14 durch den zentralen Axialkanal 18 der Welle 13 und den Querkanal 19 mit Schmiermittel versorgt wird, besitzt die Welle 13 an ihrem gegenüberliegenden Ende einen exzentrischen Axialkanal 24. Dieser verläuft in der Welle 13 parallel, jedoch versetzt zur Drehachse D. Auf der dem Turbinenrad 11 abgewandten, gemäß 5 rechten Seite des exzentrischen Axialkanals 24 ist eine nur schematisch angedeutete Kugel 27 drehbar gelagert und an einer Auflagerplatte 28 abgestützt. Die Kugel 27 verhindert ein Auslaufen des Schmiermittels aus dem Axialkanal 24 und steht auf ihrer dem Axialkanal 24 zugewandten Seite mit dem Schmiermittel in Verbindung, so dass dieses bei einer Drehung der Kugel 27 bzw. bei deren Abrollen auf der Auflagerplatte 28 aus dem Axialkanal 24 abgegeben wird (Kugelschreiber-Prinzip). Dadurch wird erreicht, dass infolge einer Kreisbewegung an der Schmiermittel-Austrittsstelle eine von der Drehzahl abhängige Schmiermittelmenge an die axial angeordnete Auflegerplatte 28 abgegeben wird.
