DE202005021625U1

DE202005021625U1 - Rotationsdurchflussmessgerät

Info

Publication number: DE202005021625U1
Application number: DE202005021625U
Authority: DE
Original assignee: Caleffi SpA
Current assignee: Caleffi SpA
Priority date: 2004-10-08
Filing date: 2005-08-24
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2015-08-25
Also published as: CN1758030A; KR20060051665A; CN100429487C; DE102005040057A1; ITMI20041905A1

Abstract

Rotationsdurchflussmessgerät, das umfasst:
einen rohrförmigen Körper (16), der einen axialen Durchlass für ein Fluid von einer Einlassseite (11) durch eine Mittelkammer (13) zu einer Auslassseite (12) definiert;
einen Magnetrotor (14), der in der Mittelkammer (13) frei rotiert und mehrere flache Blätter (22) besitzt, die parallel zur Längsachse des Rotors (14) verlaufen;
einen Flussablenker (23, 24) an der Einlassseite (11) der Mittelkammer (13); und
einen magnetischen Sensor (16) in einem Hohlraum (15) an einer Seite des rohrförmigen Körpers (10) des Durchflussmessgeräts,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rotor (14) ein lang gestrecktes Kernelement (17) umfasst, das axial in der Mittelkammer (13) des Kernelements (17) verläuft, wobei es nach hinten zum Fluidauslass (12) auseinander geht;
an der Rückseite des Kernelements (17) ein Ringmagnet (18) vorgesehen ist, der mehrere radial orientierte Polflächen mit abwechselnden Polaritäten (N, S) besitzt; und
an dem Fluidauslass (12) ein Halteschaft (27)...

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Rotationsdurchflussmessgeräte und insbesondere ein Rotationsdurchflussmessgerät, das die Fluiddurchflussmenge oder den Fluss misst und von dem Typ ist, der einen rohrförmigen Körper umfasst, der mit einer Kammer für einen Magnetrotor versehen ist, wobei das Fluid veranlasst, dass er frei rotiert, so dass er einen magnetischen Sensor bildet, der elektrische Signale liefern kann, deren Frequenz proportional zur Anzahl der Magnetpole des Rotors und zur Drehzahl des Rotors ist, die von der Durchflussmenge des Fluids abhängt, das entlang eines Weges strömt, der die oben erwähnte Kammer in dem rohrförmigen Körper des Durchflussmessgeräts umfasst.
Rotationsdurchflussmesser sind allgemein bekannt und werden z. B. in Heizungsanlagen oder für andere Hydraulikanwendungen, z. B. in kleinen Wandgasboilern, verwendet, um Steuersignale oder eine Flusssignalangabe des Umlaufs des Fluids zu liefern.
Beispiele von Durchflussmessern sind aus GB-A-1 008 508 , US-A-3 878 711 , EP-A-1 308 702 , GB 2 234 824 und DE-A-10 111 993 , die den nächsten Stand der Technik zu dieser Erfindung bilden, bekannt.
Im Allgemeinen besitzen die Durchflussmesser des bekannten Typs eine etwas komplizierte Konstruktion, die aus mehreren getrennt hergestellten Teilen zusammengesetzt ist, die nachfolgend in einem rohrförmigen Körper, der zwischen einer Einlassseite und einer Auslassseite einen Flussweg für ein Fluid definiert, zusammengesetzt werden müssen.
In dem rohrförmigen Körper der Vorrichtung ist ein Magnetrotor oder ein Magnetflügelrad angeordnet, der bzw. das frei rotieren kann; der Magnetrotor umfasst im Wesentlichen eine Nabe, die mit einem Satz von Blättern versehen ist, die durch den Fluss des durch den rohrförmigen Körper des Durchflussmessgeräts fließenden Fluids rotieren können.
Der Rotor ist üblicherweise mit mehreren Blättern versehen, die aus einem magnetischen Material hergestellt und in Bezug auf die Längsachse des Rotors geneigt sind, um von dem axial durch das Durchflussmessgerät fließenden Fluid den für die Rotation notwendigen Schub zu empfangen.
Außerdem ist der Rotor sowohl an der Einlassseite als auch an der Auslassseite direkt oder indirekt durch Speichenhalter gehalten, die in dem rohrförmigen Körper des Messgeräts angeordnet sind.
Als eine Alternative zu einem Rotor mit Magnetblättern schlägt EP 1 308 702 den Einbau eines oder mehrerer axial polarisierter Permanentmagnete vor, die radial an einem T-förmigen Kopf an dem der Flusseinlassseite zugewandten Ende des Rotors angeordnet sind.
Diese Lösungen sind nicht nur konstruktiv kompliziert und folglich teuer, sondern die besonderen Konstruktions- und Funktionsmerkmale des Flügelrads und der üblichen Speichenhaltesysteme bedingen eine übermäßige Drosselung und Hindernisse, was wiederum unerwünschte Turbulenz verursacht, die dazu neigt, Verunreinigungen und/oder Filamente, die durch das Fluid mitgerissen werden können, zurückzuhalten; somit können die Rotation des Flügelrads und die richtige Funktion des Durchflussmessgeräts mit der Zeit negativ beeinflusst oder gefährdet werden.
DE-A-10 111 993 offenbart eine Lösung, die von einem bestimmten Standpunkt aus eine Verbesserung bildet, da sie einen Rotor mit flach geformten Magnetflügeln verwendet, die geeignet gemäß der Flussrichtung des Fluids in einer axialen Richtung des Rotors orientiert sind; wobei an der Flusseinlassseite ein Flussablenker angeordnet ist. Dennoch besitzt auch diese Lösung einen großen Teil der zuvor erwähnten Nachteile; insbesondere neigen die zylindrische Konfiguration der Mittelnabe des Rotors und wie zuvor die Anwesenheit einer Speichenhalterung an beiden Seiten dazu, für das Fluid Turbulenzen und übermäßige Drosselung zu erzeugen.
Schließlich werden in Rotoren mit Blättern aus magnetischem Material im Allgemeinen nur vier radiale Flügel verwendet, was eine Begrenzung der Magnetpole und der Anzahl der bei jeder Umdrehung des Rotors erzeugten elektrischen Signale zur Folge hat, sofern nicht kompliziertere und teurere Rotoren mit großem Durchmesser verwendet werden.
Eine niedrigere Anzahl von Impulssignalen pro Umdrehung bedeutet, dass veranlasst werden muss, dass der Rotor mit höheren Drehzahlen rotiert, um innerhalb der Zeiteinheit die geforderte Anzahl von Signalimpulsen zu erzeugen.
Unter Berücksichtigung dessen, dass die momentane Tendenz dahin geht, für den Rotor oder für das Flügelrad und für die jeweiligen Halter in größerem Umfang Kunststoffmaterial zu verwenden, führt all dies zu einem stärkeren Verschleiß insbesondere des hinteren Halters an der Auslassseite, was folglich weiter einen Ausfall des Durchflussmessgeräts veranlasst; ferner kann es bei niedrigen Flusswerten zu einer unzureichenden Anzahl von Signalen oder bei niedrigen Drehzahlen zu elektrischen Signalen mit unzureichender Frequenz und mit einem zu kleinen Wert führen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Rotationsdurchflussmessgerät zu schaffen, das konstruktiv einfach ist, sehr niedrige Kosten verursacht und somit die bei den bisher bekannten Durchflussmessgeräten vorhandenen Nachteile beseitigt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Rotationsdurchflussmessgerät nach Anspruch 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird ein Durchflussmessgerät der oben erwähnten Art geschaffen, das einen hohen Flussdurchlass für das Fluid bieten kann und damit mögliche Ursachen für Turbulenz und Ansammlung von Fremdkörpern wie etwa von durch das Fluid mitgerissenen Filamenten oder von Eisenstein, der sich mit der Zeit aus der Rohrleitung lösen und auf unkontrollierte Weise an den Blättern des Rotors ablagern und ihn aus dem Gleichgewicht bringen kann, verringern kann.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird ein wie oben erwähntes Durchflussmessgerät geschaffen, das zuverlässiger im Betrieb ist und somit mögliche Ursachen von Verschleiß oder Störung auf ein Minimum verringert.
Ein abermals weiteres Merkmal der Erfindung ist, dass sie ein Durchflussmessgerät schafft, das mittels einer einfachen und preiswerten Lösung auch für niedrige Werte des Flusses und/oder der Rotordrehzahl geeignete elektrische Steuersignale liefern kann.
Gemäß der Erfindung wird ein Durchflussmessgerät der oben erwähnten Art geschaffen, in dem eine besondere Form des Rotors und besondere Merkmale und eine besondere Anordnung der Magnete und einer Sensorvorrichtung zur Erzeugung elektrischer Steuersignale ermöglichen, die Turbulenz des Flusses auf ein Minimum zu verringern und einen zufrieden stellenden Schutz des Magneten vor Ablagerung von Fremdkörpern sicherzustellen, indem der Magnet selbst einer ununterbrochenen Spülwirkung durch das Fluid ausgesetzt ist.
Da für den Rotor ein besonderes Haltesystem angewendet wird, kann außerdem insbesondere an den eingeschränkten Flusspunkten an der hinteren Halteseite des Rotors eine effektivere Reinigungswirkung erreicht werden und ermöglicht werden, dass das Durchflussmessgerät entweder in einer horizontalen oder in einer vertikalen Stellung eingebaut wird.
Insbesondere schafft die Erfindung ein Rotationsdurchflussmessgerät, das umfasst:
einen rohrförmigen Körper, der einen axialen Durchlass für ein Fluid von einer Einlassseite durch eine Mittelkammer zu einer Auslassseite definiert;
einen Magnetrotor, der in der Mittelkammer frei rotiert und mehrere flache Blätter besitzt, die parallel zur Längsachse des Rotors verlaufen;
einen Flussablenker an der Einlassseite der Mittelkammer; und
einen magnetischen Sensor in einem Hohlraum an einer Seite des rohrförmigen Körpers des Durchflussmessgeräts,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rotor ein lang gestrecktes Kernelement umfasst, das axial in der Mittelkammer des Kernelements verläuft, wobei es nach hinten zum Fluidauslass auseinander geht;
an der Rückseite des Kernelements ein Ringmagnet vorgesehen ist, der mehrere radial orientierte Polflächen mit abwechselnden Polaritäten besitzt; und
an dem Fluidauslass ein Halteschaft für den Rotor radial in die Mittel kammer verläuft.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, die auf die Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht des Durchflussmessgeräts, wobei ein Teil des rohrförmigen Körpers entfernt ist;
2 eine Längsschnittansicht;
3 eine Querschnittansicht längs der Linie 3-3 aus 2;
4 eine Ansicht des Rotors; und
5 eine Ansicht des Flussablenkers.
Wie in den 1–3 gezeigt ist, umfasst das Durchflussmessgerät einen rohrförmigen Körper 10 aus Kunststoff-Formstoff mit einem Flusseinlassende 11 und mit einem Flussauslassende 12, das dem Einlassende 11 gegenüber liegt und axial darauf ausgerichtet ist.
Der rohrförmige Körper 10 definiert eine Mittelkammer 13 für einen Magnetrotor 14, der in der Kammer 13 des rohrförmigen Körpers 10 frei rotierend gehalten ist. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet in den verschiedenen Figuren einen seitlichen Hohlraum, in dem ein elektromagnetischer Sensor 16, z. B. eine "Hall"-Sonde, untergebracht ist, der bzw. die dem durch die Rotation des Magnetrotors 14 erzeugten Magnetfeld ausgesetzt ist; der Hohlraum 15, in dem der Sensor untergebracht ist, ist tangential zu dem Körper 10 angeordnet und verläuft in Längsrichtung der Rotationsachse des Rotors 14 an einer Seite über eine größere Breite als der Ringmagnet 18.
Wie ausführlicher in 4 gezeigt ist, umfasst der Rotor 14 ein lang gestrecktes Kernelement 17 sowie eine Menge radialer Blätter 22; das Kernelement 17 ist im Wesentlichen konisch geformt und geht in Ausflussrichtung des Fluids zu einem Ringmagneten 18 hin auseinander; der Magnet 18 ist radial polarisiert, so dass er an seiner Umfangsoberfläche mehrere Magnetpole, z. B. sechs Polflächen, besitzt, die abwechselnd entgegengesetzte Polaritäten N und S haben.
Gemäß dem Beispiel aus 4 umfasst das Kernelement 17 in Bezug auf die Flussrichtung des Fluids des Rotors einen vorderen zylindrischen Abschnitt 17A mit einem verhältnismäßig kleinen Durchmesser und einen konischen Zwischenabschnitt 17B, der allmählich bis zu einem Nabenabschnitt 19 auseinander geht, wobei der konische Abschnitt 17B mit einem Durchmesser endet, der im Wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des Ringmagneten 18 ist. Auf diese Weise ist die durch das hintere Ende des Kernelements 17 geschützte vordere Oberfläche des Magneten 18 nicht dem Fluid ausgesetzt, während die äußere Oberfläche dieses Magneten vom den Fluss des Fluids effektiv überdeckt ist und ununterbrochen gespült wird, was irgendwelche Ablagerungen von Filamenten und Schmutz zu entfernen hilft, die eventuell durch den Magneten zurückgehalten worden sind, so dass er sauber gehalten wird.
Außerdem wird angemerkt, dass ein Durchflussmessgerät gemäß der Erfindung entweder in einer vertikalen oder in einer horizontalen Lage eingebaut werden kann; ferner ist das Gewicht des Rotors 14 hauptsächlich durch den Zylindermagneten 18 bedingt, der anders als die Typen mit Magnetblättern einen kleineren Durchmesser hat; somit unterliegt der gesamte Rotor 14 niedrigeren Zentrifugalkräften, was seiner Anpassung und Empfindlichkeit gegenüber Änderungen der fließenden Durchflussmenge nutzt.
Beide Enden des Kernelements 17 sind mit einer jeweiligen Rotorwelle 20 und 21 versehen.
Außerdem umfasst der Rotor 14 mehrere flache Blätter 22, deren Anzahl nicht von der Anzahl der Nord- und Südpole des Magneten 18 abhängt, wobei in den Figuren z. B. vier Pole verlaufen, die in Längsrichtung und in radialen Ebenen durch die Rotationsachse des Rotors gehen. Die Blätter 22 gehen von einem Punkt in der Nähe des vorderen Endes des Mittelkerns 17 zu einem neuen Mittelpunkt aus und enden in der Nähe mit einer geneigten Kante, die an die Innenform des rohrförmigen Körpers 10 angepasst ist.
An der Flusseinlassseite am vorderen Ende der Kammer 13 ist ein Flussablenker vorgesehen, der so konstruiert ist, dass er den dünnen ankommenden Fluidstrom in Querrichtung lenkt, so dass seine Wirbelung verursacht wird und die Blätter 22 des Rotors getroffen werden, was dazu führt, dass sie rotieren.
Der Flussablenker umfasst im Wesentlichen ein ringförmiges Element 23, das in einem geeigneten Sitz in dem Einlass 11 untergebracht ist; das ringförmige Element 23 ist mit mehreren Innenflügeln 24 versehen, die angewinkelt voneinander beanstandet und in der gleichen Richtung geneigt sind; vorzugsweise sind die Flügel 24 zum Ablenken des Flusses schraubenförmig und ist ihre Anzahl verschieden von der der Blätter 22 des Rotors und z. B. größer als diese.
Die Flügel 24 sind in der Mitte mit einer Hohlnabe 25 verbunden, in die die vordere Welle 20 des Rotors eindringt. An der gegenüberliegenden Seite des Rotors dringt die Welle 21 in eine zweite Hohlnabe 26 ein, die an dem Ende eines Halteschafts 27 angeordnet ist, der radial in die Kammer 13 des Rotors vorsteht; auf diese Weise ist es nicht nur möglich, reichlich Querschnittsfläche aufrechtzuerhalten, damit das Fluid an der Auslassseite fließen kann, sondern außerdem die möglichen Ursachen einer Strudelbildung und Ansammlung von durch das Fluid mitgerissenen Verunreinigungen wesentlich zu verringern. Außerdem verringern die im Wesentlichen konische Form des Mittelkerns 17 des Rotors, der in der gleichen Richtung, in der das Fluid fließt, auseinander geht, die flache Form und die Längsanordnung der Blätter 22 sowie das Fehlen von Stirnflächen des Magneten 18 in Kontakt mit dem Fluid stark den axialen Schub auf den Rotor und die möglichen Ursachen für Verschleiß der Rotorwellen; somit ist die Konstruktion des Rotors außerdem ideal im Gleichgewicht.
Aus der Beschreibung und aus der beigefügten Zeichnung ist klar, dass ein Durchflussmessgerät mit neuen Merkmalen geschaffen wurde, die die gewünschten Verbesserungen erreichen; allerdings können an dem rohrförmigen Körper, an dem Rotor, an dem Flussablenker und an dem Haltesystem für den Rotor selbst selbstverständlich weitere Abwandlungen und Änderungen vorgenommen werden, ohne von dem Umfang der Ansprüche abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- GB 1008508 A [0003]
- US 3878711 A [0003]
- EP 1308702 A [0003]
- GB 2234824 [0003]
- DE 10111993 A [0003, 0010]
- EP 1308702 [0008]

Claims

Rotationsdurchflussmessgerät, das umfasst: einen rohrförmigen Körper (16), der einen axialen Durchlass für ein Fluid von einer Einlassseite (11) durch eine Mittelkammer (13) zu einer Auslassseite (12) definiert; einen Magnetrotor (14), der in der Mittelkammer (13) frei rotiert und mehrere flache Blätter (22) besitzt, die parallel zur Längsachse des Rotors (14) verlaufen; einen Flussablenker (23, 24) an der Einlassseite (11) der Mittelkammer (13); und einen magnetischen Sensor (16) in einem Hohlraum (15) an einer Seite des rohrförmigen Körpers (10) des Durchflussmessgeräts, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (14) ein lang gestrecktes Kernelement (17) umfasst, das axial in der Mittelkammer (13) des Kernelements (17) verläuft, wobei es nach hinten zum Fluidauslass (12) auseinander geht; an der Rückseite des Kernelements (17) ein Ringmagnet (18) vorgesehen ist, der mehrere radial orientierte Polflächen mit abwechselnden Polaritäten (N, S) besitzt; und an dem Fluidauslass (12) ein Halteschaft (27) für den Rotor (14) radial in die Mittelkammer (13) verläuft.
Rotationsdurchflussmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Sensor (16) eine Hall-Sonde umfasst.
Rotationsdurchflussmessgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernelement (17) des Rotors einen hinteren Abschnitt umfasst, dessen Durchmesser dem Außendurchmesser des Ringmagneten (18) entspricht.
Rotationsdurchflussmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Polflächen (N, S) des Magneten (18) größer als die Anzahl der Rotorblätter (22) ist.
Rotationsdurchflussmessgerät nach einem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Anzahl der Flügel (24) des Flussablenkers (23, 24) von der Anzahl der Rotorblätter (22) unterscheidet.
Rotationsdurchflussmessgerät nach einem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Flügel (24) des Flussablenkers (23, 24) größer als die Anzahl der Rotorblätter (22) ist.
Rotationsdurchflussmessgerät nach einem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel (24) des Flussablenkers (23, 24) schraubenförmig sind.
Rotationsdurchflussmessgerät nach einem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (15), in dem der Sensor (16) untergebracht ist, in der Nähe des Ringmagneten (18) des Rotors (14) tangential zu dem rohrförmigen Körper (10) angeordnet ist.
Rotationsdurchflussmessgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (15), in dem der Sensor (16) untergebracht ist, über eine größere Breite als der Ringmagnet (18) verläuft.