-
Strömungsmengenmesser Die Erfindung bezieht sich auf einen Strömungsmengenmesser
mit einer Strömungsmeßeinrichtung und einem Zählwerk. die über eine Magnetkupplung
miteinander gekuppelt sind, wobei das mit der Strömungsmeßeinrichtung verbundene
treibende Teil der Magnetkupplung auf einer geschlossenen Bahn um einen Hohlzylinder
aus nichtmagnetischem Material kreist, in den die Antriebsspindel des Zählwerks
ragt, während das angetriebene Teil der Magnetkupplung im Innern des Hohlzylinders
in axialer Richtung frei beweglich ist, jedoch normalerweise durch die zwischen
den beiden Kupplungsteilen bestehende Anziehungskraft auf der Höhe des treibenden
Kupplungsteils gehalten und rings um die Innenwand des Hohlzylinders geführt wird,
wobei das angetriebene Teil einen in seine Bewegungsbahn ragenden Ansatz der Antriebsspindel
mitnimmt.
-
In der USA.-Patentschrift 2 487 783 ist ein Strömungsmengenmesser
dieser Art beschrieben, bei dem der Hohlzylinder senkrecht angeordnet und am unteren
Ende verschlossen ist. Auf dem Boden des Hohlzylinders liegt eine Scheibe aus reibungsminderndem
Material. beispielsweise Nylon, die auch zur Lagerung des unteren Endes der Antriebsspindel
des Zählwerks dient. Das treibende magnetische Kupplungsteil ist so angeordnet,
daß es das angetriebene magnetische Kupplungsteil durch die magnetische Anziehungskraft
normalerweise im Abstand über dem Boden des Hohlzylinders hält. Bei der Bewegung
des treibenden Kupplungsteils rings um den Hohlzylinder wird das angetriebene Kupplungsteil
durch die Anziehungskraft mitgezogen, wobei es auf der Innenseite des Hohlzylinders
abrollt. Es schiebt dabei den Ansatz der Antriebsspindel des Zählwerks vor sich
her, wodurch das Zählwerk angetrieben wird.
-
Das angetriebene Kupplungsteil kann natürlich der Bewegung des treibenden
Kupplungsteils nur bis zu einer bestimmten Höchstdrehzahl folgen, die von der Bemessung
der Teile abhängt. Bei noch höheren Drehzahlen fallen die beiden Kupplungsteile
außer Tritt, d. h. daß das angetriebene Kupplungsteil hinter dem treibenden Kupplungsteil
zurückbleibt. Die Anziehungskraft zwischen den beiden Kupplungsteilen reicht dann
nicht mehr aus, um das angetriebene Kupplungsteil über dem Boden des Hohlzylinders
in der Schwebe zu halten; es fällt daher nach unten und bleibt auf dem Boden stehen.
Bei jedem weiteren Vorbeigang des treibenden Kupplungsteils empfängt das angetriebene
Kupplungsteil zwar einen kurzzeitigen Impuls, der aber bei dieser hohen Drehzahl
nicht ausreicht, daß das angetriebene Kupplungsteil wieder eingefangen wird, also
der Bewegung des treibenden
Kupplungsteils wieder richtig folgt. Erst wenn die Drehzahl
des treibenden Kupplungsteils auf oder unter eine sehr viel niedrigere Einfangdrehzahl
sinkt, wird das angetriebene Kupplungsteil wieder sicher eingefangen.
-
Der Anwendungsbereich einer derartigen Magnetkupplung wird im wesentlichen
durch die Einfangdrehzahl begrenzt, und zwar auch dann, wenn die zuvor erwähnte
Höchstdrehzahl im Betrieb nicht überschritten wird. Es kann nämlich auch bei niedrigeren
Drehzahlen vorkommen, daß die Kupplungsteile vorübergehend außer Tritt fallen, beispielsweise
infolge eines Stoßes oder einer kurzzeitigen Hemmung des Zählwerks. Es ist dann
unerläßlich, daß das angetriebene Kupplungsteil möglichst schnell, möglichst bereits
beim nächsten Umlauf, wieder eingefangen wird.
-
Die Einfangdrehzahl, also die obere Drehzahl, bei der das angetriebene
Kupplungsteil aus dem Stillstand mit Sicherheit wieder von dem umlaufenden treibenden
Kupplungsteil mitgenommen wird, stellt also die oberste Drehzahl dar, bis zu der
die Magnetkupplung verwendet werden kann.
-
In der Praxis hat sich herausgestellt, daß die Einfangdrehzahl bei
der zuvor erwähnten bekannten Magnetkupplung verhältnismäßig niedrig liegt. Ferner
wurde beobachtet, daß sich das Zählwerk oberhalb der Einfangdrehzahl mit ungleichförmiger
Drehzahl langsamer als das treibende Kupplungsteil dreht.
-
Das Ziel der Erfindung ist demgegenüber ein Strömungsmengenmesser,
dessen Magnetkupplung bei sonst gleichen Bedingungen eine wesentlich höhere Einfangdrehzahl
aufweist, wodurch der Anwendungsbereich beträchtlich vergrößert wird.
-
Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß eine im normalen
Betrieb axial im Abstand von dem angetriebenen Kupplungsteil liegende Bremsfläche
so ausgebildet ist, daß sie auf das angetriebene Kupplungsteil eine Bremswirkung
ausübt, wenn dieses bei einer axialen Verschiebung mit der Bremsfläche in Berührung
kommt, und daß das angetriebene Kupplungsteil unter dem Einfluß einer axial gerichteten
Kraft steht, die es gegen die Bremsfläche zu bewegen sucht, jedoch so klein ist,
daß sie die Wirkung der zwischen den beiden Kupplungsteilen bestehenden magnetischen
Anziehungskraft nicht überwinden kann, solange sich diese etwa auf dem gleichen
Radius gegenüberstehen.
-
Versuche haben erwiesen, daß die Einfangdrehzahl bei der gemäß der
Erfindung ausgeführten Magnetkupplung 2100 U/min betrug, wenn unter sonst völlig
gleichen Bedingungen die Magnetkupplung nach der USA.-Patentschrift 2487783 eine
Einfangdrehzahl von 1400 U/min hatte.
-
Diese Wirkung beruht vermutlich auf folgender Erscheinung. Wenn bei
der bekannten Magnetkupplung die Kupplungsteile außer Tritt gefallen sind, steht
das angetriebene Kupplungsteil auf der reibungsmindernden Nylonscheibe. Wenn sich
nun das treibende Kupplungsteil nach einem Umlauf von der anderen Seite wieder nähert,
wird auf das angetriebene Krupp lungsteil zunächst eine magnetische Anziehungskraft
entgegen der eigentlichen Drehrichtung ausgeübt. Infolge der geringen Reibung auf
der Unterlage setzt sich dann das angetriebene Kupplungsteil entgegengesetzt zu
dem treibenden Kupplungsteil in Bewegung. Wenn die beiden Kupplungsteile auf der
gleichen Höhe sind, hat das angetriebene Kupplungsteil bereits einen Impuls in der
Gegenrichtung, der erst wieder abgebremst werden muß, bevor das angetriebene Kupplungsteil
in der eigentlichen Drehrichtung beschleunigt werden kann. Dies ist offensichtlich
erst bei einer Drehzahl möglich, die unter der Drehzahl liegt, bei der das angetriebene
Kupplungsteil aus dem Stillstand eingefangen werden kann.
-
Im Gegensatz dazu wird bei der Konstruktion nach der Erfindung das
angetriebene Kupplungsteil durch die darauf ausgeübte Bremskraft festgehalten, so
daß es sich nicht dem treibenden Kupplungsteil entgegenbewegen kann. Erst wenn das
treibende Kupplungsteil sich etwa auf der Höhe des angetriebenen Kupplungsteils
befindet, überwindet die Anziehungskraft die in axialer Richtung wirkende Kraft,
wodurch das angetriebene Kupplungsteil von der Bremsfläche abgehoben wird. Dadurch
verschwindet die Bremswirkung, so daß das angetriebene Kupplungsteil nun ohne Hemmnis
aus dem Stillstand beschleunigt werden kann.
-
Wenn die Drehachse des Zählwerks lotrecht steht, ist auch der Hohlzylinder
der Magnetkupplung lotrecht angeordnet, und die Bewegungsbahnen der Kupplungsteile
liegen waagerecht. In diesem Fall liegt die Bremsfläche vorzugsweise unter dem angetriebenen
Kupplungsteil, und die in axialer Richtung auf das angetriebene Kupplungsteil wirkende
Kraft ist die Schwerkraft. Zur Erzielung einer ausreichenden Bremswirkung ist es
dann lediglich erforderlich, daß
das Gewicht des angetriebenen Kupplungsteils groß
genug ist.
-
Bei waagerechter Drehachse des Zählwerks, also bei waagerecht liegendem
Hohlzylinder, kann die Schwerkraft nicht zur axialen Verschiebung des angetriebenen
Kupplungsteils herangezogen werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung wird dann die Bremsfläche an einem Teil aus magnetischem Material angebracht,
so daß eine in axialer Richtung wirkende Anziehungskraft zwischen dem angetriebenen
Kupplungsteil und der Bremsfläche entsteht.
-
Natürlich kann diese Maßnahme auch bei lotrecht liegendem Hohlzylinder
zusätzlich angewendet werden, wenn das Gewicht des angetriebenen Kupplungsteils
für sich allein zur Erzeugung der erforderlichen Bremswirkung nicht ausreicht.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Darin zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch das Zählwerk und die Magnetkupplung eines
Strömungsmengenmessers und Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 von Fig. 1.
-
In der Zeichnung ist das Zählwerk 27 eines Strömungsmengenmessers
dargestellt. Dieses Zählwerk ist von der darunterliegenden Strömungsmeßeinrichtung
durch eine Wand 10 getrennt. In der Wand 10 ist eine Öffnung 11 angebracht, in die
ein hohlzylindrisches Teill2 strömungsmitteldicht eingesetzt ist, so daß an der
Außenseite des Hohlzylinders 12 entlang kein Strömungsmittel in das Innere des Zählwerks
27 eintreten kann. Der Hohlzylinder 12 besteht aus nichtmagnetischem Material und
ist an der Unterseite durch eine Stirnwand 13 verschlossen. Die Strömungsmeßeinrichtung
ist somit von dem Zählwerk durch eine an keiner Stelle unterbrochene, zusammenhängende
Wand getrennt.
-
In das obere, offene Ende des Hohlzylinders 12 ist eine Buchse 26
eingesetzt, in der die Antriebsspindel 34 des Zählwerks gelagert ist. Am oberen
Ende der Antriebsspindel 34 sitzt das Antriebsritzel 38 des Zählwerks, während das
untere Ende der Antriebsspindel in den von der Buchse 26 nicht eingenommenen, freien
unteren Teil des Hohlzylinders 12 ragt.
-
Die Antriebsspindel ist am oberen Ende der Buchse 26 in einem Lager
35 und am unteren Ende der Buchse 26 in einem Lager 36 gelagert.
-
Konzentrisch zu dem Hohlzylinder 12 liegt im Abstand ein Führungsringl9,
so daß zwischen diesen Teilen ein ringförmiger Zwischenraum entsteht. In diesem
Zwischenraum bewegt sich auf einer geschlossenen Bahn rings um den Hohlzylinder
12 ein nichtmagnetisches Gehäuse 16, das mit einem beweglichen Organ 17 der Strömungsmeßeinrichtung,
beispielsweise einem Schwingkolben, verbunden ist. Die Drehzahl, mit der sich das
Gehäuse 16 um den Hohlzylinder 12 bewegt, ist ein Maß für die durch die Anordnung
fließende Strömungsmenge. Die Antriebsspindel 34 des Zählwerks soll mit der gleichen
Drehzahl in Drehung versetzt werden, damit das Zählwerk 27 die Strömungsmenge registriert.
-
Die Antriebsverbindung zwischen dem bewegten Organ 17 der Strömungsmeßeinrichtung
und der Antriebsspindel 34 des Zählwerks erfolgt über eine Magnetkupplung durch
die nichtmagnetische Wand des Hohlzylinders 12 hindurch. Das treibende Kupplungsteil
15 dieser Magnetkupplung wird von dem Gehäuse 16 getragen und bewegt sich mit diesem
auf der geschlossenen Bahn rings um den Hohlzylinder 12. Das
angetriebene
Kupplungsteil 14 der Magnetkupplung ist im Innern des Hohlzylinders 12 angeordnet.
Beide Kupplungsteile bestehen aus magnetischem Material, und wenigstens eines der
beiden Teile ist ein Dauermagnet. Wenn beide Kupplungsteile 14 und 15 Dauermagnete
sind, sind ihre Enden entgegengesetzt gepolt, wie in Fig. 1 gezeigt ist.
-
Das angetriebene Kupplungsteil 14 ist ein stabförmiger Körper von
kreisrundem Querschnitt, der frei beweglich im Innern des Hohlzylindersl2 liegt.
-
Er wird durch die magnetische Anziehungskraft zu der dem treibenden
Kupplungsteil 15 am nächsten liegenden Stelle des Hohlzylinders 12 angezogen (Fig.2).
Wenn sich das treibende Kupplungsteil 15 rings um den Hohlzylinder 12 bewegt, folgt
das angetriebene Kupplungsteil 14 dieser Bewegung. wobei es auf der Innenfläche
12el des Hohlzylinders 12 abrollt.
-
Die Antriebsspindel 34 des Zählwerks 27 ist in ihrem unteren, in
den Hohlzylinder 12 ragenden Abschnitt gekröpft, so daß ihr Endabschnitt 39 in die
Bewegungsbahn des angetriebenen Kupplungsteils 14 ragt. Das angetriebene Kupplungsteil
14 schiebt bei seiner Bewegung entlang der Wand 12 es den Abschnitt 39 der Antriebsspindel
34 vor sich her. wodurch die Antriebsspindel mit der gleichen Drehzahl gedreht wird,
mit der sich das treibende Kupplungsteil 15 rings um den Hohlzylinder 12 bewegt.
Dadurch wird die Bewegung der Strömungsmeßeinrichtung schlupffrei auf das Zählwerk
übertragen.
-
Das treibende Kupplungsteil 15 ist in dem Gehäuse 16 so angeordnet,
daß das angetriebene Kupplungsteil 14 durch die magnetische Anziehungskraft normalerweise
im Abstand oberhalb der Stirnwand 13 gehalten wird. Es entsteht somit im normalen
Betrieb keine gleitende Reibung zwischen dem angetriebenen Kupplungsteil 14 und
der Stirnwand 13.
-
Wenn jedoch das angetriebene Kupplungsteil 14 aus irgendeinem Grund
hinter dem treibenden Kupplungsteil 15 zurückbleibt, verschwindet die Anziehungskraft,
die das angetriebene Kupplungsteil 14 im Abstand oberhalb der Stirnwand 13 hält.
Da das angetriebene Kupplungsteil 14 sich in axialer Richtung völlig frei bewegen
kann. fällt es dann infolge seines eigenen Gewichtes auf die Stirnwand 13 herab.
Es wird dann durch die Reibung zwischen seiner Unterseite und der Oberseite 13ci
der Stirnwandl3 abgebremst, so daß es stehenbleibt. Zur Erzielung einer besonders
guten Bremswirkung ist die Oberseite 13a der Stirnwand 13 aufgerauht. Wenn sich
das treibende Kupplungsteil 15 von der anderen Seite her wieder dem angetriebenen
Kupplungsteil 14 nähert, verhindert die Bremswirkung, daß sich das angetriebene
Kupplungsteil entgegen der eigentlichen Drehrichtung dem sich nähernden treibenden
Kupplungsteil 15 entgegenbewegt. Erst wenn das treibende Kupplungsteil 15 wieder
etwa die Höhe des angetriebenen Kupplungsteils 14 erreicht, wird dieses durch die
magnetische Anziehungskraft gegen die Wirkung der Schwerkraft von der Fläche 13a
abgehoben. so daß es wieder der Bewegung des treibenden Kupplungsteils 15 folgen
kann.
-
Zur Abschirmung der Magnetkupplung gegen äußere Magnetfelder ist
der ringförmige Zwischenraum zwischen dem Führungsring 19 und dem Hohlzylinder 12
von einem ringförmigen Einsatz 23 umgeben, der aus einem magnetischen Material von
hoher Permeabilität besteht. Die Oberseite des ringförmigen Zwischenraums ist durch
eine ringförmige
Platte 25 aus dem gleichen Material abgeschirmt.
-
Vorzugsweise besteht auch die Buchse 26 aus einem Material von hoher
Permeabilität.
-
Die beschriebene Magnetkupplung ist grundsätzlich auch für den Fall
geeignet, daß die Umdrehungsachse der Zählwerkspindel 34 waagerecht liegt. In diesem
Fall liegt auch der Hohlzylinderl2 waagerecht, und das treibende Kupplungsteil 15
bewegt sich auf einer senkrechten Bahn rings um den Hohlzylinder 12. Die Anordnung
der Teile entspricht dann im wesentlichen der Fig. 1 nach einer Drehung um 90°.
In diesem Fall wird sich jedoch das angetriebene Kupplungsteil 14 nicht mehr unter
seinem eigenen Gewicht gegen die Bremsfläche 13a bewegen; vielmehr muß auf dieses
Kupplungsteil eine zusätzliche, in axialer Richtung wirkende Kraft ausgeübt werden,
damit die zur Erzielung der Bremswirkung benötigte Reibungsberührung zwischen dem
angetriebenen Kupplungsteill4 und der Fläche 13a erreicht wird.
-
In diesem Fall wird die Stirnwand 13 des Hohlzylinders aus magnetischem
Material gefertigt, und für das angetriebene Kupplungsteil 14 wird auf jeden Fall
ein Dauermagnet verwendet. Es entsteht dann eine magnetische Anziehungskraft zwischen
dem Teil 14 und der Stirnwand 13. Diese Anziehungskraft wird so bemessen, daß die
zwischen den beiden Kupplungsteilen 14 und 15 bestehende magnetische Anziehungskrafl
ausreicht. um das angetriebene Kupplungsteill4 im Abstand von der Fläche 13a zu
halten, solange sich die Teile in der in Fig. 2 gezeigten größten Nähe befinden.
Sobald jedoch das angetriebene Kupplungsteil 14 hinter dem treibenden Kupplungsteil
15 zurückbleibt. kommt die zwischen dem angetriebenen Kupplungsteil 14 und der Stirnwand
13 bestehende magnetische Anziehungskraft zur Wirkung. so daß das angetriebene Kupplungsteil
14 gegen die Bremsfläche 13a bewegt wird. Wenn das treibende Kupplungsteil 15 nach
einem Umlauf wieder in die Nähe des angetriebenen Kupplungsteils 14 kommt. wird
dieses wieder von der Bremsfläche 13a abgehoben und rings um die Innenwand 12a des
Hohlzylinders 12 mitgenommen. Auch in diesem Fall kann zur Erzielung einer besseren
Bremswirkung die Innenfläche 13a der Stirnwand 13 aufgerauht sein.