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Durchflußzähler für Flüssigkeiten.
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Die Erfindung betrifft einen Durchflußzähler für kleine Flüssigkeitmengen
mit einem einen Flüssigkeitseinlaß und einen Flüssigkeitsauslaß aufweisenden Gehäuse,
in welchen ein durch die das Gehäuse durchströmende Flüssigkeit antreibbarer Rotor
gelagert ist, dessen Drehgeschwindigkeit als Anzeige für die den Zähler pro Zeiteinheit
durchströmende Flüssigkeitsmenge durch einen berührungslosen Sensor ermittelt wird,
wobei das Gehäuse normal zur Rotorachse geteilt ist.
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Ein derartiger Durchflußzähler ist in einer besonders leichten, einfachen
und preiswerten Bauart bekannt, wobei das Gehäuse und der Rotor aus Kunststoff bestehen.
Für die Präzision der Messung ist es erforderlich, daß die Drehung des Rotors
ausschließlich
von der den Zähler durchströmenden Flüssigkeitsmenge abhängig ist wobei insbesondere
aus der Lagerreibung resultierende Einflüsse auf die Drehung des Rotors vermieden
werden müssen. Es ist deshalb erforderlich, den Rotor weitgehend spielfrei und zugleich
frei von äußeren Krafteinflüssen zu lagern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Durchflußzähler
der eingangs beschriebenen Art unter Beibehaltung einer besonders einfachen und
preisgünstigen Konstruktion den Rotor spielfrei und weitgehend spanrungsfrei präzise
derart zu lagern, daß seine Drehbewegung ausschließlich von der Flüssigkeitsströmung
bestimmt wird.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht darin, daß ein in der Ebene
der Rotorachse eine etwa ringförmig in sich geschlossene Form aufweisender Lagerbügel
in seinen beiden etwa normal zur Rotorachse verlaufenden Abschnitten jeweils ein
Lager für die Rotorachse aufweist, daß diese beiden Abschnitte einer gegeneinander
gerichteten Vorspannung unterworfen sind, daß die axiale Länge der Rotorachse gegenüber
dem durch diese Vorspannung bewirkten Lagerabstand ein geringes Übermaß aufweist,
derart, daß durch diese Vorspannung eine in axialer Richtung spielfreie Lagerung
der Rotorachse im Lagerbügel gesichert ist und daß die aus Lagerbügel und Rotor
bestehende Montageeinheit frei von Druckbelastung formschlüssig im Gehäuse positioniert
ist.
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Durch diese Konstruktion kann einerseits mittels der gewählten Vorspannung
des Lagerbügels eine einerseits spielfreie, andererseits weitgehend spannungsfreie
Lagerung des Rotors erreicht werden, da sich der Lagerbügel beim Zusammenbau des
Gehäuses
derart in dieses einfügen läßt, daß er formschlüssig und
ohne äußere Krafteinwirkung festgehalten wird. Die einmal eingestellte Lagerung
des Rotors im Lagerbügel bleibt dadurch unverändert.
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Eine zweckmäßige Ausgestaltung besteht darin, daß die Gehäuseinnenseite
mit Ausnehmungen zur Aufnahme des Lagerbügels versehen ist, derart, daß die dem
Rotor zugewandten Flächen des Lagerbügels bündig an die benachbarte Innenfläche
des Gehäuses anschließen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist es, daß zur Aufnahme
der Lager der Bügel nach außen vorspringende Verstärkungen aufweist und daß diese
Verstärkungen allseitig einen geringen Abstand von der benachbarten Gehäuseoberfläche
einhalten. Dadurch wird jeglicher Einfluß auf die vorab eingestellte Rotorlagerung
nach dem Einsetzen der Montageeinheit aus Bügel und Rotor in das Gehäuse vermieden.
Besonders zweckmäßig beträgt dieser Abstand dabei etwa 0,1 mm.
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Eine andere zweckmäßige Ausgestaltung ist es, daß der Zwischenraum
zwischen der Außenfläche dieser Verstärkung und der benachbarten Gehäuseoberfläche
mit dem von der Flüssigkeit durchströmten Gehäuseinnenraum in Verbindung steht.
Die Flüssigkeit in diesem Zwischenraum wirkt dann bei Erschütterungen und Stößen
auf den Durchflußzähler als Stoßdämpfer, so daß immer eine spielfreie, spannungsfreie
Lagerung auch bei robustem Betrieb des Durchflußzählers erhalten bleibt. Auch der
Federweg des Lagerbügels ist dadurch mit elastischer Dämpfung begrenzt.
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Eine andere zweckmäßige Weiterbildung ist es, daß der Lagerbügel mit
der Vorspannung der die Lager aufweisenden Bügelabschnitte aus Kunststoff gespritzt
ist.
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Dabei ist es eine besonders zweckmäßige Ausbildung, daß zumindest
am Übergang zwischen den etwa normal zur Rotorachse verlaufenden und den parallel
zur Rotorachse verlaufenden Bügelabschnitten durch Verjüngungen des Bügelquerschnitts
Scharniere ausgebildet sind. Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung ist es außerdem,
daß in den etwa normal zur Rotorachse verlaufenden Bügelabschnitten dem Übergang
zu den parallel zur Rotorachse verlaufenden Bügelabschnitten benachbart Durchbrechungen
ausgebildet sind.
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Durch diese scharnierartig wirksamen Querschnittsverengungen wird
der Federweg stets gleichbleibend festgelegt, da die Rotorlagerung praktisch um
das Scharniergelenk verschwenkbar ist.
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Die außerdem im Lagerbügel vorgesehenen Durchbrechungen tragen zur
weichen, linearen Federung der Lagerstellen bei und verhindern ein Verkanten der
Lagerung.
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Eine weitere zweckmäßige Ausbildung ist es, daß Lagerkörper zur Aufnahme
der Rotorachse in den Bügel eingespritzt sind.
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Nach einer anderen zweckmäßigen Ausgestaltung sind die Lager in den
Lagerbügel eingesetzt und mit in axialer Richtung federnden Anschlägen zur axialen
Festlegung der Rotorachse versehen.
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Zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe besteht ein weiterer, erfindungsgemäßer
Lösungsweg darin, daß in den zur Rotorachse etwa normalen Wandungsabschnitt eines
Gehäuseteilstücks ein zur Rotorachse koaxialer Lagerkörper für die Rotorachse
eingeformt
ist, der membranartig zu axialer Verspannung geeigret mit diesem Wandungsabschnitt
verbunden ist und dem eine im War.-dungsabschnitt in axialer Richtung feineinstellbar
angeordnete.
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Stellschraube zugeordnet ist, die mit ihrer dem Lagerkörper zugewandten
Stirnseite geeignet ist, den Lagerkörper entgegen der durch die membranartige Verbindung
des Lagerkörpers mit dem Wendungsabschnitt ausgeübten Stellkraft zur spielfreien
Lagerung der Rotorachse einzustellen.
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Dabei besteht eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung darin, daß
die dem Lagerkörper zugewandte Stirnseite der Stellschraube mit einer konischen,
zentrischen Vertiefung versehen ist, in welche der Lagerkörper mit einem entsprechenden
Zentrieransatz eingreift.
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Anhand der nun folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele der Erfindung wird diese näher erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen erfindungsgemäßen
Durchflußzähler in schematischer Darstellung, Fig. 2 eine Ansicht des in Fig. 1
rechten Teilstücks des Gehäuses des Durchflußzählers mit eingesetzter, aus Lagerbügel
und Rotor bestehender Montageeinheit, Fig. 3 eine Ansicht dieser Montageeinheit
ohne das Gehäuse in Richtung des Pfeils III in Fig. 2, Fig. 4 die Einzelheit A in
doppeltem Maßstab bei einer ersten Ausführungsform der Lagerung der Rotorachse,
Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung einer anderen
Ausführungsform
der Lagerung der Rotorachse, Fig. 6 eine Schnittansicht des in Fig. 1 links dargestellten
Teilstücks des Gehäuses des Durchflußzählers mit einer angeformten Feineinstellung
für die Lagerung der Rotorachse und Fig. 7 ein Detail der Feineinstellung gemäß
Fig. 6 in stark vergrößerter Darstellung.
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In Fig. 1 bezeichnet 10 ein aus Kunststoff gespritztes, zweiteiliges
Gehäuse eines Durchflußzählers, wobei die beiden Gehäuseteilstücke mit 12 und 14
gekennzeichnet sind. Das Gehäuseteilstück 12 weist einen zylinderischen, vom Teilstück
14 umschlossenen Abschnitt 16 auf, der zusammen mit einem zur Zylinderachse normalen
Wandungsabschnitt 18 des Teilstücks 12 und einem entsprechenden Wandungsabschnitt
20 des Teilstücks 14 eine zylinderische Kammer 22 umschließt, in welcher koaxial
und leichtgängig drehbar ein Rotor 24 gelagert ist. Dieser Rotor 24 ist beispielsweise
in Form eines Flügelrades ausgebildet und wird durch eine die Kammer 22 durchströmende
Flüssigkeit je nach der Durchflußmenge pro Zeiteinheit in Drehung versetzt. Zur
Zuführung und Abführung der Flüssigkeit dienen am Gehäuse angeforr;te Einlaß- bzw.
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Auslaßstutzen 26 und 28 (Fig. 2). Ein nicht dargestellter, berührungsfreier
Sensor erzeugt in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit des Rotors 24 elektrische
Impulse, die über geeignete Leitungsanschlüsse, z. B. in Taschen 30 am Gehäuseteilstück
14 eingesteckte Lötfahnen 32 abgegriffen werden können.
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Für die Präzision des Meßergebnisses kommt es, wie bereits erwähnt,
entscheidend auf die präzise und leichtgängige Lagerung
des Rotors
24 an. Es ist vor allem darauf zu achten, daß der Rotor in axialer Richtung spielfrei
gelagert ist.
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Nach einer ersten Ausführungsform wird diese spielfreie Lagerung durch
einen Lagerbügel 34 erreicht, der im wesentlichen ringförmig in sich geschlossen
ist und dabei eine etwa rechteckige Form zeigt.
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Dieser Lagerbügel 34 ist wie auch die Gehäuseteilstücke 12 und 14
aus Kunststoff gespritzt, wobei die beiden zur Rotorachse 36 etwa normalen Bügelabschnitte
38 und 40 mit einer gegeneinander gerichteten Vorspannung gespritzt sind, die aus
den Darstellungen der Fig. 3 bis 5 deutlich sichtbar ist. Diese etwa normal zur
Rotorachse 36 verlaufenden Bügelabschnitte 38 und 40 sind jeweils konzentrisch zur
Rotorachse 36 mit Verstärkungen 42 bzw. 44 versehen, die die eigentliche Lagerstellung
für die Rotorachse 36 enthalten. Es kann sich dabei um ein eingespritztes Lager
46 handeln, wie dies aus Fig. 5 ersichtlich ist, oder um einen Lagerstein 48, der
in einer in die Verstärkung 42 eingesetzten Fassung 50 angeordnet ist, wobei die
Fassung zugleich eine durch eine Druckfeder 52 beaufschlagte Druckplatte 54 aufweist,
die geeignet ist, einen geringen Druck auf den in den Lagerstein 48 eingreifenden
Lagerzapfen 56 der Rotorachse 36 aus zu üben, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist.
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Die gesamte Anordnung des Lagerbügels 34 und des Rotors 24 ist dabei
derart getroffen, daß nur sehr geringe Kräfte vom Lagerbügel 34 auf die Rotorachse
36 ausgeübt werden, so daß deren Drehung in keiner Weise beeinflußt wird. Die Länge
der Rotorachse
36 ist etwas größer als der Abstand der Lagerstellen
46 bzw.
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48 im vorgespannten Lagerbügel 34, so daß nach dem Einsetzen des Rotors
24 in den Lagerbügel 34 der Rotor absolut spielfrei gehalten ist.
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Die so vorbereitete, aus dem Lagerbügel 34 und dem Rotor 24 bestehende
Montageeinheit wird in den Gehäuseabschnitt 12 eingesetzt, der zu diesem Zweck mit
einer dem Bügel 34 angepaßten Ausnehmung 58 an seiner der Kammer 22 zugekehrten
Innenwandung aufweist. Dadurch wird der Lagerbügel 34 formschlüssig im Inneren des
Gehäuses festgehalten. In dem den Verstärkungen 42 und 46 benachbarten Bereichen
ist das Gehäuseteilstück 12 wie auch das Gehäuseteilstück 14 mit einer Ausnehmung
60 bzw. 62 versehen, deren Oberfläche einen geringen Abstand von etwa 0,1 mm von
der Oberfläche der Verstärkungen 42 bzw. 44 einhält, so daß nach dem Einsetzen des
Lagerbügels 34 keinerlei Einwirkung auf die Lagerstellen vom Gehäuse 10 ausgeht.
Der zwischen der Oberfläche der Verstärkungen 42 und 44 und der Ausnehmungen 60
bzw. 62 gebildete Spalt steht mit der Kammer 22 in Verbindung und füllt sich deshalb
mit der den Durchflußzähler durchströmenden Flüssigkeit. Diese Flüssigkeit dient
als dämpfendes Polster und sichert den Lagerbügel 34 und damit die Lagerstellen
des Rotors 24 gegenüber Erschütterungen und Stößen ab.
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Um den Federweg der Lagerbügelabschnitte 38 bzw. 40 präzise festzulegen,
ist es zweckmäßig, an der Übergangsstelle zwischen den normal zur Rotorachse verlaufenden
Bügelabschnitten 38 und 40 und den zur Rotorachse etwa parallel verlaufenden Bügelabschnitten
64 bzw. 66 Querschnittsverjüngungen vorzusehen, wie diese in den Fig. 4 und 5 beispielsweise
bei 68 gezeigt sind.
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Es entsteht dadurch eine Art Scharniergelenk, wobei die Bügelabschnitte
zwischen den Verstärkungen 42 und 44 und diesen Scharniergelenken den Federweg bestimmen.
Die dem Lagerbügel mitgeteilte Vorspannung ist in Fig. 4 mit x gekennzeichnet.
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Aus Fig. 2 ist außerdem ersichtlich, daß diesen Scharniergelenken
68 benachbart die zur Rotorachse 36 etwa normalen Abschnitte 38, 40 des Lagerbügels
34 mit Durchbrechungen 70 versehen sind, durch welche eine weiche, lineare Federung
der Lagerstellen ohne ein Verkanten gefördert wird.
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Die Fig. 6 und 7 zeigen eine andere Lösung der der Erfindung zligrundeliegenden
Aufgabe, bei welcher ohne einen gesonderten Lagerbügel eine Feineinstellung zur
spielfreien Lagerung der Rotorachse möglich ist. Zu diesem Zweck ist das Gehäuseteilstück
12 selbst mit einer angespritzten Lagerung 72 für die Rotorachse versehen, wobei
diese Lagerung 72 über einen membranartigen, etwa normal zur Rotorachse 36 verlaufenden
Abschnitt 74 mit dem normal zur Rotorachse verlaufenden Wandungsabschnitt 18 verbunden
ist.
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Auf der nach außen gekehrten Seite dieses Wandungsabschnitts ist ein
mit einem Feingewinde 76 versehender zylindrischer Ansatz 78 vorgesehen, in welchem
eine Einstellschraube 80 axial verstellbar angeordnet ist. Diese Feineinstellschraube
80 drückt mit ihrer der Lagerung 72 zugewandten Stirnfläche 82 auf diese Lagerung
72 und kann diese aufgrund der Federwirkung des membranartigen Abschnitts 74 etwa
in einer Größenordnung bis 0,2 mm axial verstellen, was zur spielfreien Lagerung
der Rotorachse ausreicht. Um ein radiales Ausweichen des Lagers zu verhindern, ist
in der Stirnseite 82 der Einstellschraube 80 eine als Zentrierkonus dienende Vertiefung
vorgesehen, mit welcher ein entsprechend
geformter Endabschnitt
des Lageransatzes 72 zentrierend fin Eingriff steht.
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L e e r s e i t e