DE2829866C2 - Schraubenradzähler - Google Patents

Description

(a) ein als Referenzfühler (52) dienender zweiter Fühler gehäusefest angeordnet ist,

(b) ein umlaufender Markenträger (58) vorgesehen ist, welcher Marken (62) trägt, auf die der Referenzfühler (52) mit Zählimpulsen anspricht, und

(c) eine Vergleichseinrichtung (70) vorgesehen ist, auf welche die Zählimpulse von Meßfühler (48) und Referenzfühler (52) aufschaltbar sind und welche bei Abweichung von dem sich aus Flügelzahl und Markenzahl ergebenden Verhältnis der Impulszahlen ein Fehlersignal liefert,

Die Erfindung betrifft einen Schraubenradzähler mit einem Durchströmgehäuse, einem in dem Durchströmgehäuse drehbar gelagerten Schraubenrad mit einer Mehrzahl von Flügeln und einem im Durchströmgehäuse am Umfang des Schraubenrades feststehend angeordneten, auf das Vorbeilaufen der einzelnen Flügel des Schraubenrades ansprechenden und dabei jeweils einen Zählimpuls liefernden Meßfühler, bei welchem

(a) ein als Referenzfühler dienender zweiter Fühler gehäusefest angeordnet ist,

(b) ein umlaufender Markenträger vorgesehen ist, welcher Marken trägt auf die der Referenzfühler mit Zählimpulsen anspricht, und

(c) eine Vergleichseinrichtung vorgesehen ist, auf welche die Zählimpulse von Meßfühler und Referenzfühler aufschaltbar sind und welche bei Abweichung von dem sich aus Flügelzahl und Ma~kenzahl

ίο ergebenden Verhältnis der Impulszahlen ein Fehlersignal liefert

dadurch gekennzeichnet, daß

(d) der Markenträger (58) eine an dem Schraubenrad (20) fest angebrachte mit diesem gleichachsige und sich senkrecht zur Umlaufachse erstreckende Scheibe (60) ist.

2. Schraubenradzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) der Referenzfühle- (52) stromab von dem Schraubenrad in geringer? Abstand von dem Markenträger (58) angeordnet ist und

(b) der Markenträger (58) eine Mehrzahl von Marken (62) trägt, welche bei einem Kontakt zwischen Scheibe (60) und Referenzfühler (52) abreibbar ist.

3. Schraubenradzähler nach Anspruch 2, dadurch, gekennzeichnet, daß der Referenzfühler (52) eii/ Hochfrequenz-Näherungsschalter ist und daß die Marken (62) von dünnen Schichten aus gut leitfähigem Material gebildet sind, weiche auf die Scheibe (60) aufgebracht sind.

4. Schraubenradzähler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzfühler (54) in axialer Richtung verstellbar ist.

5. Schraubenradzähler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß der Meßfühler (48) ein Hochfrequenz-Näherungsschalter und mittels eines Feingewindes (50) in radialer Richtung verstellbar ist.

Schraubenradzähler sind beispielsweise bekannt durch die US-PS 36 23 835 oder die US-PS 37 88 142.

Eine einwandfreie Messung mittels solcher Schraubenradzähler setzt voraus, daß das Schraubenrad intakt ist daß also beispielsweise keine Flügel des Schraubenrades abgebrochen oder verbogen sind. Es muß auch gewährleistet sein, daß das Schraubenrad eine definierte Lage im Durchströmgehäuse innerhalb vorgegebener Toleranzen einnimmt Sowohl ein radialer Schlag des Schraubenrades als auch eine axiale Verlagerung des Schraubenrades zu den Kanten des Meßraumes hin können bei Überschreiten vorgegebener Toleranzen zu einer Veränderung der Charakteristik des Schraubenradzählers führen. Solche Veränderungen im Schraubenradzähler sind vqn außen nicht ohne weiteres feststellbar, so daß der Schraubenradzähler u. a. über lange Zeit die Durchflußmengen falsch zählt Das kann zu schwerwiegenden finanziellen Verlusten führen.

Bei einer bekannten Konstruktion (US-PS 36 23 835) wird angestrebt das Schraubenrad möglichst genau und verschleißfrei zu lagern. Zu diesem Zweck wird die Achse des Schraubenrades über Spitzen in Edelstein lagern gelagert und außerdem durch magnetische Kräfte in den Lagern entlastet Eine solche Lagerung ist sehr aufwendig. Trotzdem ist dort keine Kontrolle darüber gegeben, ob die Lagerung die gestellten Anforderungen tatsächlich erfüllt, und weiterhin, ob eventuell Fehler durch Beschädigung der Flügel des Schraubenrades auftreten.

Es ist versucht worden. Beschädigungen von Flügeln des Schraubenrades dadurch zu erkennen, daß die Folge der von dem Meßfühler gelieferten Signale mittels eines Oszillographen beobachtet wird. Das ist jedoch kein geeignetes Mittel zur Dauerüberwachung des Schraubenradzählers.

Durch die US-PS 39 34 473 ist ein Schraubenrad-Druckmittelzähler bekannt, bei welchem zwei unabhän-

50. gig voneinander und mit entgegengesetztem Drehsinn angetriebene Schraubenräder gleichachsig zueinander in einem Gehäuse gelagert sind. Dabei sollen Druckmitteleigenschaften und stromaufwärtige Störungen der Strömung minimale Schwankungen der Voiumenstrommessung hervorrufen. Das ergibt sich durch das hydro- oder aerodynamische Zusammenwirken zwischen den Schraubenrädern. Die Winkelgeschwindigkeiten der Schraubenräder werden durch Fühler erfaßt, welche auf die Flügel der Schraubenräder ansprechen. Zur Anzeige des Gesamtdurchsatzes oder -durchflusses werden die Signale der Fühler addiert. Außerdem werden die Signale der Fühler miteinander verglichen, so daß mechanische oder elektronische Fehler angezeigt werden.
Die DE-OS 19 44 219 beschreibt ein Verfahren zur Überwachung eines Turbinen-Durchflußmessers, bei welchem ebenfalls in einer Leitung zwei Meßturbincn angeordnet und die Ausgangswertc der Meßturbinen miteinander verglichen werden.

Eine ähnliche Anordnung mit zwei Meßturbinen zeigt auch die DE-OS 21 17 692.

In allen diesen Fällen sind zwei unabhängig voneinander angetriebene Meßturbinen oder Schraubenräder vorgesehen. Das erhöht den technischen Aufwand und Raumbedarf des Geräts. Es muß außerdem sichergestellt sein, daß sich die beiden Meßturbinen oder Schraubenräder, die ja voneinander unabhängig sind, bei gleichen Strömungen und intakten Flügeln auch tatsächlich mit der gleichen Drehzahl drehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schraubenradzähler der eingangs definierten Art mit möglichst geringem Aufwand laufend auf Fehlen oder Beschädigung von Flügeln des Schraubenrades oder Radialschlag des Schraubenrades zu überwachen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

(d) der Markenträger eine an dem Schraubenrad fest angebrachte, mit diesem gleichachsige und sich senkrecht zur Umlaufachse erstreckende Scheibe ist

Bei jeder Umdrehung des einzigen Schraubenrades liefert der Referenzfühler eine vorgegebene Anzahl von Zähiimpulsen. Die Anzahl der von den Flügeln des Schraubenrades hervorgerufenen Zählimpulse am Meßfühler muß hierzu in einem definierten Verhältnis stehen. Fehlt ein Flügel des Schraubenrades oder wird ein Flügel durch einen Schlag des Schraubenrades vom Meßfühler nicht erfaßt, dann stimmt dieses Verhältnis nicht mehr, so daß die Vergleichseinrichtung ein Fehlersignal liefert. In ähnlicher Weise wird auch ein Fehlersignal erzeugt, wenn der Referenzfühler aus irgendeinem Grunde (was auch möglich ist) nicht die vorgeschriebene Anzahl von Zählimpulsen liefert Durch das Fehlersignal wird die Funktion des Schraubenradzählers zunächst nicht beeinflußt. Es leuchtet beispielsweise eine Signallamp-i auf, die den Benutzer veranlaßt, die Ursache der Störung zu suchen. Dazu können dann z. B. die Impulsfolgen mittels eines Oszillographen betrachtet werden.

Ein Ansprechen der Anordnung auch auf axiale Verlagerung des Schraubenrades infolge ausgelaufener Lager wird dadurch ermöglicht, daß der Referenzfühler stromab von dem Schraubenrad in geringem Abstand von den Markenträger angeordnet ist und der Markenträger eine Mehrzahl von Marken trägt, welche bei einem Kontakt zwischen Scheibe und Referenzfühler abreibbai" ist.

Wenn s'ch durch ausgelaufene Lager das Schraubenrad axial um mehr als die zulässige Toleranz verlagert hat. bei der eine Veränderung der Charakteristik des Schraubenradzähler noch nicht eintritt, dann kommt die Scheibe an dem Referenzfühler reibend zur Anlage. Hierbei werden die Marken während des Umlaufs der Scheibe abgetrieben, so daß schließlich durch den Referenzfühler keine Zählimpulse mehr geliefert werden. Hierauf spricht die Vergleichseinrichtung ebenfalls an.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 3 bis 5.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:

F i g. 1 zeigt einen abgebrochen dargestellten Längsschnitt durch einen Schriubenradzähler nach der Erfindung;

F i g. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab in axialer Richtung gesehen den Markenträger bei dem Schraubenradzähler von F i g. I:

F i g. 3 zeigt schematisch die zugehörige Schallung.
In Fig. I ist mit 10 ein Durchströmgehäusc des Schraubenradzähler bezeichnet, das abdichtend in einem Zählergehäuse 12 sitzt. In dem Durchslrömgehäuse IO sind in üblicher Weise ein stromlinienförmiger vorderer Verdrängungskörper 14 und ein hinterer Verdrängungskörper 16 gehaltert. Zwischen den Verdrängungskörpern 14, 16 und dem Durchströmgehäuse 10 ist ein mantelförmiger Strömungskanal gebildet.

Zwischen der glatt abgeschnittenen Rückseite des vorderen Verdrängungskörpers 14 und der Vorderseite des hinteren Verdrängungskörpers 16 ist ein Schraubenrad 20 angeordnet. Das Schraubenrad 20 weist einen topfförmigen Mittelteil 22 auf der stromabwärts, d. h. zu dem hinteren Verdrängungskörper 16 hin offen ist und mit seinem Rand 24 über einen vorstehenden zylindrischen Ansatz 26 des hinteren Verdrängungskörper!; greift. Der Verdrängungskörper »t- ist hohl, und der Ansatz 26 ist durch eine Stirnplatte 2fa abgeschlossen. Das Schraubenrad 20 ist mit einer Welle 30 in Lagern 32, 34 gelagert, die in der Stirnplatte 28 und einer Zwischenwand 36 des Verdrängungskörpers 16 sitzen. Auf der äußeren Mantelfläche des Randes 24 sitzen Flügel 38 in einem Meßraum 40, welche im wesentlichen den Strömungskanal 18 zwischen Einlauf 42 und Auslauf 44 überdecken.

Im Durchströmgehäuse 10 sitzt ein Führungsstück 46, in welchem ein als Hochfrequenz-Näherungsschalter ausgebildeter Meßfühler 48 mittels eines Feingewindes 50 radial verstellbar geführt ist. Ein solcher Hochfrequenz-Näherungsschalter enthält bekanntlich einen Oszillator mit zwei induktiv gekoppelten Rückkopplungsspulen. Bei Annäherung eines elektrisch leitenden Teils an diese Rückkopplungsspulen erfolgt eine Bedämpfung durch Wirbelströme, so daß die Schwingungen des Oszillators abreißen. Das wird in einen Zählimpuls am Ausgang des Meßfühlers 48 umgesetzt. Durch das Feingewinde 50 kann der Meßfühler 48 radial so eingestellt werden, daß bei richtig zentraler Lagerung des Schraubenrades 20 jeder Flügel des Schraubenrades gerade einen Zählimpuls liefert.

Es ist weiterhin ein in gleicher We'.se als Hochfrequenz-Näherungsschalter ausgebildeter Referenzfühler 52 mittels eines Feingewindes 54 axial verstellbar in der Stirnplatte 28 stromab von dem Schraubenrad 20 gehaltert. Der Referenzfühler 52 ist durch eine Kontermutter 56 gesichert. An dem Schraubenrad 20 ist stromabwärts

so auf dem Boden des »Topfes« des Mittelteils 22 ein Markenträger 58 angebracht. Wie aus F i g. 1 und 2 ersicr.tlich ist, besteht der Markenträger 58 aus einer sich senkiecht zur Umlaufachse erstreckenden kreisförmigen Scheibe 60 aus nichtleitendem Material. Diese Scheibe 60 trägt Marken 62, die von strahlenförmig angeordneten Streifen in Form von dünnen Schichten aus gut leitfähigem Material gebildet sind. In dem dargestellten Ausführungsbeisfjel sind zehn solche Marken 62 vorgesehen. Die Marken 62 können mittels der Technik der gedruckten Schaltungen als sehr dünne Kupferschichten hergestellt werden.

Jede der Marken 62 erzeugt bei richtiger axialer Lage des Schraubenrades 20 einen Zählimpuls an dem Referenzfühler 52, der üo<;r ein Kabel 64 zu einem Anschluß 66 geführt wird. Die Zählimpulse des Meßfühlers 48 liegen an einem Anschluß 68.

Bei normalem Betrieb stehen die Impulszahlen der Zählimpulse von Meß- und Referenzfühler in einem be-

stimmten Verhältnis zueinander, nämlich im Verhältnis der Anzahl der Flügel 38 zur Anzahl der Marken 62. Eine Vergleichseinrichtung 70 erhält die Zählimpulse von Meß- und Referenzlühler 48 bzw. 52 und bildet daraus das Verhältnis. Dieses Verhältnis wird mit einem Sollwert verglichen. Bei einer Abweichung von diesem Sollwert wird ein Fehlersignal erzeugt. Das Fehlersignal erregt ein Relais 72, über das ein Alarmmelder 74 einschaltbar ist.

Die Zählimpulse von Meßfühler 48 gehen außerdem über einen Meßumformer 76 auf eine analoge Belastungsanzeige. Die Zählimpulse von dem Referenzfühler 52 steuern über einen Meßumformer einen Belastungsschreiber.

Die Dehnungen des Schraubenrades werden außerdem durch ein Meßwerk in üblicher (nicht dargestellter) Weise gezählt.

Die beschriebene Anordnung wirkt wie folgt:

Wenn durch Abbrechen oder Verbiegen eines Flügels 38 der Meßfühler bei jeder Umdrehung einen Zählimpuls zu wenig liefert, dann spricht die Vergleichseinrichtung 70 an und erzeugt ein Fehlersignal. Das gleiche geschieht, wenn infolge eines radialen Schlags des Schraubenrades 20 einzelne Flügel außerhalb des Ansprechbereichs des Meßfühlers 48 an diesem vorbeilaufen. Wenn durch Auslaufen der Lager das Schraubenrad 20 sich zu weit nach links in F i g. 1 bewegt, so daß es in die Nähe der Kante 80 des Meßraumes 40 gelangt und die Charakteristik des Schraubenradzählers verändert wird, kommt die Scheibe 60 mit den Marken 62 an der Stirnfläche des Referenzfühlers 52 schleifend zur Anlage. Dabei werden die dünnen Schichten der Marken 62 abgerieben, so daß schließlich die Zählimpulse am Referenzfühler 52 wegfallen. Auch das bewirkt die Erzeugung eines Fehlersignals. Das Maß »a«, um welches sich das Schraubenrad maximal in axialer Richtung verlagern darf, kann mittels des Feingewindes 54 feinfühlig eingesteiit werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen -to

45

60

65

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Schraubenradzähler mit einem Durchströmgehäuse, einem in dem Durchströmgehäuse drehbar gelagerten Schraubenrad mit einer Mehrzahl von Flügeln und einem im Durchströmgehäuse am Umfang des Schraubenrades feststehend angeordneten, auf das Vorbeiiaufen der einzelnen Flügel des Schraubenrades ansprechenden und dabei jeweils einen Zählimpuls liefernden Meßfühler, bei welchem