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Die Erfindung betrifft ein Rad, insbesondere Zahlenrad für ein Zählwerk, sowie ein Zählwerk mit mindestens einem solchen Rad gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
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Räder im Sinne der vorliegenden Anmeldung bestehen im Wesentlichen aus einem Radkranz und einer Lagerbuchse und können beispielsweise als Zahlenrad oder als Zahnrad für den Aufbau eines Zählwerks, wie beispielsweise in einem Wasserzähler, ausgebildet sein. Der Radkranz des Rades umschließt die zumeist mittig angeordnete Lagerbuchse, mittels derer das Rad auf einer Achse oder Welle lagerbar ist. Häufig wird die Lagerbuchse aus einem Metall gefertigt, während der Radkranz aus einem Kunststoff besteht. Diese Kombination von zwei unterschiedlichen Werkstoffen mit abweichenden Materialeigenschaften, wie beispielsweise unterschiedliches Schrumpfungsverhalten, in dem Werkstück Rad führt jedoch zu Verschleisserscheinungen, insbesondere zwischen der Lagerbuchse und dem Radkranz bzw. innerhalb der Lagerbuchse.
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Es ist bekannt, dass der Verschleiss zwischen dem Kunststoff des Radkranzes und der Lagerbuchse durch Verwendung von Kunststoffbuchsen verringert werden kann. So beschreibt beispielhaft die
WO 2012/130304 A1 ein Rad mit einem Zahnkranz, bei dem sowohl der Zahnkranz als auch die Lagerbuchse aus einem Verbundwerkstoff gefertigt sind. Durch Formschlusselemente sind der Zahnkranz und die Lagerbuchse drehfest miteinander verbunden, wobei die Lagerbuchse ebenfalls gleitend auf einer Achse gelagert ist. Zwar erleichtert die Verwendung des gleichen Grundmaterials die Herstellung des Rades, jedoch können die Materialeigenschaften von Lagerbuchse und Zahnkranz nur begrenzt an ihre Funktionen angepasst werden.
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Die
WO 96/15380 A1 beschreibt ebenfalls ein Rad im Sinne der vorliegenden Erfindung mit einem Radkranz aus einem thermoplastischen Material und offenbart eine Lagerbuchse des Rades bestehend aus einem Metall oder aus einem Kunststoffmaterial. Beim Herstellungsprozess des Rades wird zunächst der Radkranz durch Vergiessen des erhitzten, thermoplastischen Kunststoffs in einer Form hergestellt, wobei die Form insbesondere eine mittige Aussparung für die Lagerbuchse aufweist und in diese mittige Aussparung des Radkranzes die vorgefertigte Lagerbuchse während des Abkühlungsprozesses eingefügt wird. Während des Abkühlungsprozesses wird die Lagerbuchse fest vom Radkranz umschlossen. Zusätzliche Halterungen am Radkranz erhöhen die Verbindungswirkung der Lagerbuchse innerhalb der Aussparung des Radkranzes, somit sind Lagerbuchse und Radkranz fest miteinander verbunden. Dieser Herstellungsprozess hat insbesondere den Nachteil, dass die Lagerbuchse vorgefertigt sein muss und für einen guten Halt der Lagerbuchse innerhalb des Radkranzes zusätzliche Halterungen erforderlich sind.
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Die Lösungen im oben genannten Stand der Technik haben den Nachteil, dass Verschleisserscheinungen an der Lagerbuchse und der Achse aufgrund der starren Verbindung zwischen dem Radkranz und der Lagerbuchse führen können.
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Aus der
US 4,012,961 ist eine Umlenkrolle für einen Seilzug von Textilvorhängen bekannt geworden. Die Rolle besteht aus zwei vorgefertigten Kunststoffteilen, wobei die beiden Kunststoffteile aus dem gleichen Material gefertigt sind und wobei die Kunststoffteile Führungsmittel in Form einer im Querschnitt etwa kreisbogenförmigen Erhebung und einer mit dieser in Eingriff bringbaren bauchigen Ausformung aufweisen. Durch Zusammendrücken werden die beiden Teile miteinander verbunden, wodurch eine Schnapp- oder Rastverbindung vorliegt. Danach sind das innere Kunststoffteil und das äussere Kunststoffteil gegeneinander in Drehrichtung über die in Drehrichtung verlaufende Führung drehbar bewegbar. Die Herstellung der Rolle ist aufwendig. Auch ist die Handhabung der Halbfabrikate, d. h. der vergleichsweise kleinen vorgefertigten Kunststoffteile, nicht einfach. Weiterhin ist es möglich, dass bei in axialer Richtung wirkenden mechanischen Belastungen, die Rolle im Gebrauch kaputtgehen kann. Die Schnapp- oder Rastverbindung hat schliesslich auch den Nachteil, dass eine präzise Positionierung der beiden Kunststoffteile zueinander insbesondere bei einer massenweisen Fertigung nicht sichergestellt ist. Ein allenfalls auf die beschriebene Art gefertigtes Rad wäre daher auch nicht als Zahlenrad für ein Zählwerk geeignet.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein Rad, insbesondere ein Zahlenrad für ein Zählwerk, der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches einen geringen Verschleiss zwischen dem Radkranz und der Lagerbuchse aufweist und einfach herstellbar und kostengünstig ist.
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Diese Aufgabe wird durch die in dem unabhängigen Schutzanspruch offenbarte Vorrichtung gelöst.
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Die Erfindung betrifft ein Rad, insbesondere ein Zahlenrad für ein Zählwerk. Das Rad umfasst einen äusseren Radkranz und eine innenliegende Lagerbuchse, wobei die Lagerbuchse und der Radkranz unterschiedliche Materialien umfassen und die Lagerbuchse und der Radkranz gegeneinander in Drehrichtung des Rades drehbar über eine zwischen Radkranz und Lagerbuchse in Drehrichtung verlaufende Führung bewegbar sind. Die Führung ist dabei vorzugsweise entlang der Drehrichtung bzw. in Umfangsrichtung durchgehend ausgebildet. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, dass auf Grund der Drehbarkeit der Lagerbuchse gegenüber dem Radkranz die Lagerbuchse drehfest mit einer Achse verbunden werden kann oder dass Verschleisserscheinungen innerhalb des Rades bzw. der Lagerbuchse gegenüber einer in der Lagerbuchse liegenden Achse minimiert werden können und die Lebensdauer des Rades erhöht wird. Zusätzliche und separate Lagerbuchsen sind nicht mehr notwendig. Die als Spritzgussteile ausgestalteten Lagerbuchse und der Radkranz sind je aus unterschiedlichen Kunststoffen gefertigt.
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Wenn die Lagerbuchse und der Radkranz über die Führung unverlierbar miteinander verbunden sind, kann ein vorteilhaftes Rad geschaffen werden, welches auch grösseren mechanischen Belastungen standhalten kann.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Führung zwischen Radkranz und Lagerbuchse Führungselemente auf, wobei die Führungselemente vorzugsweise als zumindest eine Ausformung und eine zur Ausformung komplementären Einbuchtung ausgebildet sind, welche miteinander in Wirkverbindung sind und vorzugsweise ineinander greifen. Der Vorteil von miteinander in Wirkverbindung stehenden Führungselementen besteht darin, dass Lagerbuchse und Radkranz zuverlässig miteinander verbunden bleiben und eine hohe Präzision und ein ruhiger Lauf des Rades ermöglicht werden.
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Vorzugsweise ist jeweils ein erstes Führungselement als Bestandteil der Lagerbuchse oder des Radkranzes ausgebildet und ein zum ersten Führungselement komplementäres zweites Führungselement Bestandteil des Radkranzes oder der Lagerbuchse.
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Des Weiteren ist die Lagerbuchse und/oder der Radkranz einstückig ausgebildet, was eine kostengünstige Herstellung mit einem geringen Materialaufwand gewährleistet, da eine Fertigung in einem einzigen Schritt möglich ist. Zudem können durch die einstückige Fertigung der Lagerbuchse und des Radkranzes homogene Bauteile mit gleichmässigen Materialeigenschaften bereitgestellt werden.
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In einer Ausführungsform ist weiterhin vorgesehen, dass die Führung entlang der Drehrichtung des Rades mittels einer Querschnittsform des ersten Führungselements und einer zur Querschnittsform komplementären korrespondierenden Querschnittsform des zweiten Führungselements ausgestaltet ist.
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Die Führungselemente können jeweils eine polygonale Querschnittsform aufweisen, wobei bevorzugt die Führungselemente jeweils einen Querschnitt mit einer dreieckigen Kontur aufweisen können. Vorteilhafterweise ist dabei eine dreieckige Querschnittsform des ersten Führungselements und eine dazu komplementär korrespondierende Querschnittsform des zweiten Führungselements vorgesehen. Andere polygonale Querschnittsformen, zum Beispiel rechteckige oder trapezförmige Konturen oder auch alternative Querschnittsformen wie etwa T-förmige Konturen bzw. jeweils hierzu komplementär korrespondiere Querschnittsformen, sind ebenfalls denkbar.
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Eine besonders sichere Verbindung zwischen Lagerbuchse und dem Radkranz lässt sich erreichen, wenn die im Querschnitt dreieckig konturierten Führungselemente spitzwinklig ausgestaltet sind bzw. wenn die im Querschnitt dreieckig konturierten Führungselemente spitzwinklig aufeinander zulaufende Führungsflächen aufweisen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Rad kann ebenfalls zwischen der Lagerbuchse und dem Radkranz ein Trennspalt mit einer definierten Spaltbreite verbleiben. Insbesondere gewährleistet ein Trennspalt definierter Spaltbreite, dass eine Lauffähigkeit bezüglich der gesamten Lauffläche zwischen dem Radkranz und der Lagerbuchse gewährleistet ist und bei gleichbleibender Spaltbreite des gesamten Trennspaltes entlang der gesamten Drehrichtung auch keine Unwuchten auftreten, die zu einem wiederum erhöhten Verschleiss des Rades führen könnten. Die bevorzugte Spaltreite des Trennspaltes liegt – in einer Ruhestellung des Rades – zwischen 0.01 und 0.1 mm, besonders bevorzugt zwischen 0.04 bis 0.07 mm und ganz besonders bevorzugt bei 0.05 mm, für thermoplastische Kunststoffe. In einer Betriebsstellung, während der sich Lagerbuchse und Radkranz relativ zueinander bewegen, kann die Spaltbreite des Trennspalts von der definierten Spaltbreite in der Ruhestellung abweichen. Die erwähnte Ruhestellung liegt beispielsweise nach Fertiggestellung des Rades bzw. nach Beendigung des Verfahrens zur Herstellung des Rades vor; der Trennspalt wird insbesondere durch den Herstellungsprozess bestimmt und kann sich während dem Betrieb durch äussere Kraft- oder Temperatureinflüsse ändern. Weiterhin gewährleistet der Trennspalt mit gleichbleibender Spaltbreite die Drehbarkeit vom Radkranz gegenüber der Lagerbuchse, wodurch die Krafteinwirkung auf die Lagerbuchse minimiert und die Lebensdauer des Rades im Vergleich zu bekannten Rädern erhöht wird.
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Zumindest eines der Materialien der Lagerbuchse und/oder des Radkranzes kann ein thermoplastischer Kunststoff sein. Die Verwendung von thermoplastischen Kunststoffen hat den Vorteil, dass diese gut verformbar sind und eine hohe Verschleissbeständigkeit, insbesondere bei mechanischen Belastungen, aufweisen. Der Radkranz und/oder die Lagerbuchse bestehen vorzugsweise aus Polyoxymethylen (POM), aus Polyphenylenoxid (PPO), aus Polyamid (PA), aus Polyimid (PI), aus Polyurethan (PUR) oder aus Polytetrafluorethylen (PTFE). POM zeichnet sich durch eine hohe Steifigkeit und niedrige Reibwerte aus. Zudem weist POM eine hohe Abriebsfestigkeit und eine gute Dimensionsstabilität auf, das heisst, dass sich das Material bei wechselnden Umgebungsbedingungen nur wenig oder gar nicht ändert. PPO ist ein amorpher und sehr kostengünstiger Werkstoff, der sich leicht verarbeiten lässt. PPO zeichnet sich des Weiteren durch grosse mechanische und chemische Stabilität aus und ist extremen Temperaturschwankungen gewachsen. Auch Kombinationen der verschiedenen oben genannten thermoplastischen Kunststoffe sind als Material für die Lagerbuchse und/oder den Radkranz verwendbar. Weitere Materialkombinationen, wie beispielsweise ein aus thermoplastischem Material gefertigter Radkranz in Kombination mit einer metallischen Lagerbuchse, sind ebenfalls vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung umfasst.
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Die Lagerbuchse ist besonders bevorzugt aus Polyoxymethylen (POM) und der Radkranz ist besonders bevorzugt aus Polyphenylenoxid (PPO) gefertigt. Für die Fertigung der Lagerbuchse wird zum Beispiel Hostaform® C 9021 und für den Radkranz NorylTM 731 Granulat verwendet, erhältlich bei den Firmen SABIC oder Ticona Celanese.
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In einer weiter bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Verbindungs- und Reibungseigenschaften innerhalb des Trennspalts zwischen Radkranz und Lagerbuchse veränderbar sind. Durch gezielte Einflussnahme auf die Verbindungs- und Reibungseigenschaften innerhalb des Trennspaltes während des Herstellungsprozesses und/oder während des Betriebes können die Dreheigenschaften des Radkranzes gegenüber der Lagerbuchse entweder während des Herstellungsprozesses und/oder während des Betriebes in Abhängigkeit von der Grösse des Drehmoments auf den Radkranz und/oder auf die Lagerbuchse optimiert werden. Im Rahmen des Herstellungsprozesses können beispielsweise durch eine gezielte Temperatursteuerung oder durch weiteres Einbringen von Additiven in den Trennspalt die Verbindungs- und Reibungseigenschaften gezielt verändert werden. Aufgeraute Oberflächen innerhalb des Trennspaltes erhöhen die Reibungseigenschaften und führen damit zu einer Reduzierung der Drehbarkeit der Lagerbuchse relativ zum Radkranz. Umgekehrt führt die Einbringung von Additiven mit Schmierungseigenschaften zu einer Reduzierung der Reibungseigenschaften damit zu einer Erhöhung der Drehbarkeit des Radkranzes relativ zur Lagerbuchse. Die Einbringung von Additiven in den Trennspalt kann auch während des Betriebes des Rades durch geeignete Maßnahmen oder Vorrichtungen erfolgen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Rades ist vorgesehen, dass eine Auswerteeinrichtung an dem Rad anordbar und der durch die Stellung des Rades repräsentierte Zahlenwert durch die Auswerteeinrichtung ermittelbar ist. Die vorzugsweise seitlich angeordnete Auswerteeinrichtung kann insbesondere einen Lichtimpuls erzeugen, wobei der Strahlenverlauf des Lichtimpulses aufgrund der Stellung und/oder Form und/oder Lage und/oder Länge von Aussparungen auf dem Rad mess- oder veränderbar und ein Mass für den durch die Stellung des Rades repräsentierten Zahlenwert ist.
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Nach einem Verfahren zur Herstellung eines Rades, insbesondere eines Zahlenrades für ein Zählwerk wie vorliegend beschrieben, bei dem ein erstes Formteil zur Herstellung eines Radkranzes bereitgestellt wird, wird ein erster, aufgeheizter Kunststoff in das erste Formteil zur Herstellung des Radkranzes mit einem ersten Führungselement eingespritzt. Des Weiteren wird ein weiteres Formteil zur Herstellung einer Lagerbuchse bereitgestellt, in das ein zweites zur Herstellung einer Lagerbuchse mit einem zweiten, zum ersten Führungselement korrespondierenden Führungselement, eingespritzt wird. Das erste und das zweite Führungselement bilden dann eine in Drehrichtung verlaufende Führung mittels derer der Radkranz und die Lagerbuchse in Drehrichtung gegeneinander drehbar bewegbar sind.
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Die Führung ist dabei vorzugsweise durchgehend und verläuft in Drehrichtung des Rades. Das beschriebene Herstellungserfahren hat den Vorteil, dass das so hergestellte Rad mit Radkranz, Lagerbuchse und Führungselementen zwischen Radkranz und Lagerbuchse, in einem zweistufigen Spritzgussverfahren einfach und kostengünstig hergestellt werden kann. Die Formenteile können Bestandteile einer grösseren, zusammensetzbaren Form, jeweils eigene Formen oder auch andere Bauteile sein, die dem ein- bzw. angespritzten Material während und nach der Abkühlung eine Form geben.
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Des Weiteren können die Formteile eine Matrize und einen Kern, vorzugsweise einen zweiteiligen Kern, zum Formen zumindest eines Führungselements der Führung umfassen. Durch ein solches Herstellungserfahren mit einer Matrize und zweiteiligem Kern als jeweils separate Formteile können der Radkranz und die Lagerbuchse jeweils einstückig und kostengünstig im Rahmen eines Spritzgussverfahrens hergestellt werden. Es sind keine separaten Formteile nötig und einzelne Bestandteile des Rades müssen nicht separat hergestellt und zusammengebaut werden.
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Das zweite Material wird vorzugsweise an einen vollständig abgekühlten oder allenfalls noch warmen Radkranz angespritzt. Somit kann zunächst bei Verwendung einer Matrize mit einem zweiteiligen Kern, zwischen der Matrize und dem zweiteiligen Kern das erste Material für die Herstellung des Radkranzes eingespritzt werden. Durch das Abkühlen des zweiten Materials lässt sich der Trennspalt zwischen den beiden Elementen, d. h. zwischen dem Radkranz und der Lagerbuchse, automatisch erzeugen. Beim Abkühlen des zweiten Materials für die Lagerbuchse geht die Lagerbuchse die gewünschte drehbare Verbindung mit dem Radkranz ein, ohne dass nachgelagerte Montageschritte notwendig sind. Vorzugsweise weist der Kern die Kontur der Führungselemente auf, wodurch der Radkranz nach dem ersten Spritzgussvorgang bereits die Kontur eines ersten Führungselements aufweist. Im nächsten Schritt wird der Kern entnommen und beispielsweise durch einen im Durchmesser kleineren Kern ersetzt. In die verbleibenden und dafür vorgesehenen Öffnungen des Radkranzes kann nun das zweite Material zur Bildung der Lagerbuchse mit einem zweiten Führungselement eingespritzt werden. Alternativ kann bei schnellaushärtenden Materialien in den vorgesehenen Öffnungen des Radkranzes als Formteil eine Schicht des schnellaushärtenden Materials aufgetragen werden, die unmittelbar die Form der Öffnungen annimmt und damit die Lagerbuchse ohne Verwendung von weiteren Formteilen erzeugt.
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Die Querschnittsformen der Führungselemente sind bevorzugt dabei automatisch zueinander komplementär korrespondierend und können unterschiedliche Querschnittsformen bzw. hierzu komplementär korrespondierende Konturen aufweisen.
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Die für den Radkranz und die Lagerbuchse verwendeten Materialien können unterschiedliche Verarbeitungstemperaturen, sowie unterschiedliche Verarbeitungsschwindungen aufweisen. Die jeweils verwendeten Materialien für den Radkranz und die Lagerbuchse sind vorzugsweise so gewählt, dass eine Vernetzung zwischen den Materialien während des Herstellungsprozesses vermieden wird. Bevorzugt werden Materialien für die Lagerbuchse einerseits und den Radkranz andererseits verwendet, welche sich durch einen ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auszeichnen, wodurch ein gleichmässiger Trennspalt resultiert. Die Verarbeitungsschwindung des Materials zur Herstellung der Lagerbuchse kann beispielsweise 1.5 bis 2.0% betragen, während das Material zur Herstellung des Radkranzes beispielsweise nur um 0.5 bis 0.7% schrumpft. Alternativ zu unterschiedlichen Kunststoffmaterialien oder allenfalls sogar zusätzlich ist es auch vorstellbar, dass auch zwischen den Kunststoffen ein Additiv als Trennmittel eingebracht wird. Dieser Verfahrensschritt hat den Vorteil, dass Radkranz und Lagerbuchse als Verbund hergestellt werden können, ohne dass sich die Materialien miteinander verbinden.
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Durch Verwendung von Materialien mit unterschiedlichen Verarbeitungsschwindungen für den Radkranz und für die Lagerbuchse, wird ein Trennspalt zwischen dem Radkranz und der Lagerbuchse aufgrund einer höheren Verarbeitungsschwindung der Lagerbuchse im Vergleich zur Verarbeitungsschwindung des Radkranzes gebildet. Das hat zur Folge, dass während des Abkühlungsprozesses das Material der Lagerbuchse stärker schrumpft als das Material des Radkranzes und dadurch der Trennspalt zwischen Radkranz und Lagerbuchse erzeugt wird. Das hat den weiteren Vorteil, dass der Trennspalt kostengünstig und ohne zusätzlichen Herstellungsaufwand während der Herstellung während der Abkühlung des Rades entsteht. Als Materialien können thermoplastische Kunststoffe, vorzugsweise Polyoxymethylen (POM), Polyphenylenoxid (PPO), Polyamid (PA), Polyimid (PI), Polyurethan (PUR) oder Polytetrafluorethylen (PTFE), bevorzugt verwendet werden. Die Verwendung solcher thermoplastischer Kunststoffe hat den Vorteil, dass sie den materiellen Anforderungen der Funktionen von Lagerbuchse und Radkranz standhalten und damit die Lebensdauer des Rades erhöhen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Temperatur bzw. der Temperaturgradient während der Abkühlung des Radkranzes und/oder der Lagerbuchse im Hinblick auf die jeweiligen Verarbeitungsschwindungen der verwendeten Materialien angepasst wird. Auch sind die Verbindungs- und Reibungseigenschaften innerhalb des Trennspalts zwischen Radkranz und Lagerbuchse in dieser Phase des Herstellungsprozesses durch Einbringung von ausgewählten Additiven gezielt veränderbar.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Zählwerk, wobei das Zählwerk mindestens ein wie vorliegend beschriebenes Rad umfasst und das Rad zusätzlich auf dem Umfang in Umlaufrichtung mit Nummern bedruckt sein und folglich als Zahlenrad ausgebildet sein kann. Ausgestanzte oder ausgeformte Nummern sind ebenfalls denkbar. Das Zählwerk kann auch zwei oder mehr Räder umfassen. Ein solches Zählwerk hat den Vorteil, dass es schwankenden Umgebungsbedingungen standhält und sich durch eine lange Lebensdauer auszeichnet. Es ist wartungsarm, günstig in der Herstellung und weist eine hohe Präzision auf und kann insbesondere in Wasser- oder Gaszählern eingebaut werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den nachfolgenden Figuren und die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1: ein erfindungsgemässes Zahlenrad für Zählwerke in einer perspektivischen Darstellung;
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2: das Zahlenrad aus 1 in einer teilweise aufgeschnittenen Ansicht;
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3: ein erfindungsgemässes Zahlenrad in einer Schnittansicht;
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3A: eine vergrösserte Detailansicht auf das Zahlenrads aus 3 (Ausschnitt A gemäss 3);
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4: ein Verfahren in einer vereinfachten Darstellung und in der Schnittansicht;
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5: eine Schnittzeichnung des Rades mit seitlich angeordneter Auswerteeinheit.
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Die 1 zeigt ein erfindungsgemässes Zahlenrad 1 für Zählwerke in einer perspektivischen Darstellung, umfassend einen Radkranz 2 sowie eine Lagerbuchse 3. Der Radkranz 2 ist beispielhaft aus NorylTM 731 Granulat und die Lagerbuchse ist aus Hostaform® C 9021 gefertigt. Der Radkranz 2 besteht aus einem inneren Teil 4 und einem äusseren Rand 5. An einer Seite 7 des äusseren Rands 5 ist ein Zahnkranz 6 für den Einbau in ein Getriebe angeordnet. Im inneren Teil 4 des Radkranzes 2 ist eine Nabe 8 angeordnet. In diese Nabe 8 ist die Lagerbuchse 3 integriert. Der innere Teil 4 des Radkranzes 2 weist Aussparungen 9 auf. Auf dem äusseren Rand 5 befinden sich aufgedruckte Zahlen 10.
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Die 2 zeigt das Zahlenrad aus 1 in einer teilweise aufgeschnittenen Ansicht mit dem Radkranz 2, bestehend aus dem inneren Teil 4, dem äusseren Rand 5, die den Zahnkranz 6 tragende Seite 7, der Nabe 8 sowie den Aussparungen 9, und der Lagerbuchse 3. Die unterschiedlichen Kunststoffe von Lagerbuchse 3 und Radkranz 2 sind durch unterschiedliche Schraffierungen gekennzeichnet. Der Radkranz 2 ist einstückig gefertigt. Die Lagerbuchse 3 weist einen zylindrischen Mantel 11 auf, auf dem eine Gleitfläche 12 der Lagerbuchse 3 ausgebildet ist. Die Lagerbuchse 3 ist ebenfalls einstückig ausgebildet. Im Zentrum des Zahlenrades 1 ist eine Führung 13 zwischen Radkranz 2 und Lagerbuchse 3 zu erkennen. Diese Führung 13 ist durchgehend in Umfangsrichtung des Zahlenrades 1 angeordnet. Die Führung 13 weist komplementär korrespondierende Führungselemente 13a, 13b mit einer dreieckigen Kontur auf. Diese Führungselemente 13a, 13b bestehen aus einer Ausformung 13a gemäss 3 und einer Einbuchtung 13b, wie in 3 gezeigt. Zwischen Radkranz 2 und Lagerbuchse 3 verbleibt ein Trennspalt 14, der es ermöglicht, dass sich die Lagerbuchse 3 und der Radkranz 2 gegeneinander drehen können. Radkranz 2 und die Lagerbuchse 3 sind untrennbar miteinander verbunden, das heisst, dass sie sich nicht zerstörungsfrei voneinander trennen lassen. Auf dem äusseren Rand 5 des Radkranzes 2 sind Zahlen 10 aufgedruckt.
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Die 3 zeigt das Zahlenrad 1 aus 1 und 2 in einer Schnittansicht. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen die gleichen Teile wie in 1 und 2. Die Führung 13, wie in 2 gezeigt, besteht aus Führungselementen 13a, 13b in Form einer Ausstülpung 13a und einer Einkerbung 13b. Die Einbuchtung 13b ist dabei an der Lagerbuchse 3 angeordnet und einstückig mit dieser verbunden. Die Ausformung 13a ist am Radkranz 2 angeordnet und einstückig mit diesem verbunden. Es ist aber auch denkbar, dass die Einbuchtung 13b am Radkranz 2 und die Ausformung 13b an der Lagerbuchse 3 angeordnet sind. Die Ausformung 13a und die Einbuchtung 13b sind zueinander komplementär korrespondierend und weisen jeweils eine dreieckige bzw. eine hierzu komplementär korrespondierende Kontur auf. Zwischen dem Radkranz 2 und der Lagerbuchse 3 verbleibt ein Trennspalt 14.
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Aus der Detailansicht gemäss 3A ist ersichtlich, dass die im Querschnitt dreieckig konturierten Führungselemente 13a und 13b jeweils spitzwinklig ausgestaltet sind. Die im Querschnitt dreieckige Ausformung 13a weist zwei plane Führungsflächen 19a und 20a auf. Die Führungsflächen 19a und 20a dieses Führungselements 13a laufen spitzwinklig aufeinander zu, wobei der Winkel zwischen den Führungsflächen 19a und 20a mit α bezeichnet ist. Vorliegend beträgt der Winkel α beispielhaft etwa 60°, er kann jedoch auch zwischen 20° und 90° liegen. Für bestimmte Anwendungsfälle wären sogar auch stumpfwinklige Konfigurationen denkbar. Das Gegenstück zur Ausformung 13a, die die Einkerbung bildende Einbuchtung 13b ist ersichtlicherweise komplementär zur dreieckigen Ausformung 13a ausgebildet; die planen, aufeinander zulaufenden Führungsflächen der Einbuchtung 13b sind mit 19b und 20b bezeichnet. Mit dieser Ausgestaltung der Führungselemente 13a und 13b wird erreicht, dass die Lagerbuchse 3 und der Radkranz 2 über die Führung 13 unverlierbar miteinander verbunden sind. Unverlierbar bedeutet, dass die beiden Teile, also die Lagerbuchse 3 und der Radkranz 2, nur mit erheblichem Aufwand und insbesondere nicht ohne weiteres von Hand getrennt werden können. Unverlierbar kann insbesondere bedeuten, dass die Lagerbuchse 3 und der Radkranz 2 nicht zerstörungsfrei voneinander trennbar sind,
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Die 4 zeigt in den Schritten a bis d ein Verfahren zur Herstellung des Radkranzes 2 und der Lagerbuchse 3 mittels Spritzguss in einer vereinfachten Darstellung und in einer Schnittansicht. Zur Herstellung des Rades wird eine Form 15 gemäss 4a verwendet, die eine Matrize 16 und einen Kern 17, der aus zwei Teilen 17a und 17b besteht, umfasst. Zunächst wird zwischen der Matrize 16 und dem Kern 17 der Kunststoff zur Bildung des Radkranzes eingespritzt (4b). Danach wird der Kern 17 entnommen und durch einen im Durchmesser schmaleren Kern 18 ersetzt, wie in 4c zu erkennen ist. An den Kunststoff des Radkranzes 2, d. h. in den Hohlraum zwischen dem schmalen Kern 18 und dem noch warmen Radkranz 2, kann nun der Kunststoff für die Bildung der Lagerbuchse 3 eingespritzt werden (4d). Durch entsprechende Material- und Verarbeitungsparameterwahl kann sichergestellt werden, dass die beiden Materialien sich nicht verbinden und die vorteilhafte drehbare Lagerung erreicht wird. Die unterschiedlichen Kunststoffe besitzen unterschiedliche Verarbeitungsschwindungen. Die Verarbeitungsschwindung des Kunststoffes der Lagerbuchse 3 ist grösser als die des Radkranzes 2, das heisst, dass während des Abkühlens der Kunststoffe die Lagerbuchse 3 stärker schrumpft als der Radkranz 2, wodurch der Trennspalt 14 mit einer besonders bevorzugten Breite von 0.05 mm erzeugt wird. Nach Abkühlen der Kunststoffe, wird der schmale Kern 18 aus dem Rad entfernt (nicht gezeigt). Selbstverständlich kann je nach gewählten Materialien, Dimensionierungen und/oder Anwendungsfällen auch von der vorstehen erwähnten besonders bevorzugten Spaltbreite von 0.05 mm abgewichen werden. Eine vorteilhafte Rolle kann bei einer Messung in der Ruhestellung eine Spaltbreite von 0.01 bis 0.1 mm aufweisen, wobei bevorzugt eine Spaltbreite von 0.04 bis 0.07 mm vorzusehen ist.
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Die 5 zeigt eine Schnittzeichnung des Rades 1 mit seitlich angeordneter Auswerteeinrichtung 19a, 19b. Die Auswerteeinrichtung 19a, 19b dient zum Auslesen des jeweils durch die Stellung des Rades 1 angezeigten Zahlenwertes, der ein Zahlenwert eines zugrundeliegenden Zählwerkes, beispielsweise eines Wasserzählers, repräsentieren kann. Die Auswerteeinrichtung 19a, 19b ist vorzugweise eine optische Sende- 19a und Empfängereinheit 19b, die mittels der Auswertung der Stellung und/oder Form und/oder Anordnung und/oder Länge von entlang der Drehrichtung angeordneten Aussparungen 9 des Rades 1 den durch die Stellung des Rades 1 repräsentierten Zahlenwert ermittelt. Die Aussparungen 9 sind vorzugsweise auf dem Radkranz 2 angeordnet, können jedoch auch auf der Lagerbuche 3 oder auf dem äusseren Rand 5 des Rades 1 angeordnet sein. Auch mehrere, entlang einer Achse angeordnete Räder 1 sind mittels jeweils unmittelbar an den jeweiligen Rädern 1 angeordnete oder durch eine gesamte Auswerteeinrichtung 19a, 19b jeweils bzw. insgesamt auslesbar. Die Sendeeinheit der Auswerteeinrichtung 19a kann auch Teil der Achse sein – beispielsweise als Lichtleiter – und einen Lichtimpuls durch die Lagerbuchse 3 senden und aufgrund der Stellung der Lagerbuchse 3 – eventuell durch ebenfalls angeordnete Aussparungen 9 – den hierdurch repräsentierten Zahlenwert ermitteln. Auch andere Funktionsprinzipien der Auswerteeinrichtung 19a, 19b, wie kapazitive oder induktive Verfahren, sind gemäss der vorliegenden Erfindung anwendbar, wobei hierzu die Aussparungen 9 durch entsprechende kapazitive und/oder induktive Signalgeber bzw. Bauteile ersetzt oder ergänzt werden müssen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2012/130304 A1 [0003]
- WO 96/15380 A1 [0004]
- US 4012961 [0006]
