DE2849974A1

DE2849974A1 - Durchflussueberwachungsgeraet fuer fluessige oder gasfoermige medien

Info

Publication number: DE2849974A1
Application number: DE19782849974
Authority: DE
Inventors: Gerhard Walter Prof Dr Seulen
Original assignee: INTERFLUX AG KUESNACHT
Current assignee: INTERFLUX AG KUESNACHT
Priority date: 1978-11-17
Filing date: 1978-11-17
Publication date: 1980-05-22
Also published as: IT1100597B; CH640939A5; IT7830284A0; FR2441833B1; FR2441833A1; DE2849974C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Durchflussüberwachungsgerät für flüssige oder gasförmige Medien mit einem einen Strömungsraum aufweisenden Gehäuse, in dem ein kolbenförmiger, zumindest mit einem Permanentmagneten bestückter Geber vorgesehen ist, sowie eine außerhalb des Strömungsraumes angeordnete Anzeige-, Meßoder Schaltvorrichtung.

Für die Durchflussüberwachung flüssiger und gasförmiger Medien dienen Durchflussanzeiger, Durchflussmesser und/oder Durchflusswächter, die/mit entsprechenden elektrischen Kontakten ausgerüstet sind, um bei Über- oder Unterschreitung einer meist einstellbaren Strömungsmenge einen elektrischen Impuls zu geben.

Es sind unterschiedliche Einrichtungen für solche Überwachungsaufgaben bekannt. Für die Durchflussanzeige und Durchflussmessung werden vielfach Geräte verwendet, bei denen sich ein kegelförmiger Schwimmer in einem durchsichtigen, konischen Rohr aus Glas oder Kunststoff befindet, der bei senkrechter Montage des Rohres von

von
dem/unten nach oben strömenden Medium angehoben wird. Auf dem Rohr selbst oder an geeigneter Stelle ist eine Skala angebracht, auf der die Durchflussmenge abgelesen werden kann. Die Schwimmer werden entsprechend der Durchflussmenge, der Dichte und bei Flüssigkeiten der Viskosität des Mediums entsprechend der sich durch die Konizität des Rohres ergebenden Erweiterung des Durchtrittsquerschnittes unterschiedlich hoch angehoben. Bei einer Weiterentwicklung dieser Durchflussmesser werden die Schwimmer durch eine Wendelfeder gegen den Druck des strömenden Mediums abgestützt und dabei meist gleichzeitig durch einen mittig im konischen Rohr angeordneten Stab geführt.

Für die elektrische Überwachung von Durchflussmengen sind Geräte bekannt, bei denen ein paddeiförmiger Körper meist senkrecht in einen vom Medium durchflossenen Rohrabschnitt hineinragt und vom strömenden Medium mitgenommen wird. Je nach Durchflussgeschwindigkeit stellt sich eine bestimmte Schräglage des Paddels ein, die

030021/0400

- ι - 2849374

dazu ausgenutzt wird, um über Stopfbuchsen oder Metallbälge einen außerhalb des Strömungsraums befindlichen Mikroschalter zu betätigen oder aber mittels am Paddelschaft befestigter Permanentmagnete einen außerhalb des Strömungsraumes angebrachten Reedkontakt zu schalten.

Es sind auch Durchflusswächter bekannt, die mit kolbenförmigen Meßgebern arbeiten. Bei Verwendung von Geradsitzgehäusen werden diese Kolben in Achsrichtung des Ventilsitzes angebracht und oberhalb desselben meist an ihrer Innenseite geführt. Sie sind durch eine Feder gegen den Druck des fließenden Mediums abgestützt und übertragen ihre Lageveränderung im allgemeinen durch einen Permanentmagneten auf außerhalb des Gehäuses angebrachte Reedschalter. Anstelle der Geradsitzgehäuse können auch Durchgangsgehäuse verwendet werden, in denen in der Gehäusebohrung geführte Kolben, die mit einem Permanentmagneten bestückt sind, gegen den Druck des fließenden Mediums durch eine Feder abgestützt sind. Der Permanentmagnet be_tätigt dabei einen außerhalb des Gehäuses befindlichen Reedschalter oder er bildet mit einem außerhalb des Gehäuses befindlichen weiteren Permanentmagneten eine Magnetkupplung, die durch ihre Bewegung einen Mikroschalter betätigt.

Es sind auch Durchflussmesser bekanntgeworden, bei denen federgestützte Kolben an der Innenwandung rohrförmiger Gehäuse geführt werden, wobei diese Kolben zwei entgegengesetzt magnetisierte Permanentmagnetringe, aufweisen, die eine auf einer außen angebrachten Skala im verzerrten Mittelfeld dieser Magnetkombination mitgenommene Kugel zur Anzeige der Durchflussmenge verwenden. Solche Geräte können zusätzlich mit einem verschiebbaren Reedschalter versehen werden, um bei Über- oder Unterschreitung einer einstellbaren Menge ein elektrisches Schaltsignal zu vermitteln.

Alle diese bekannten Einrichtungen zur Durchflussüberwachung haben den Nachteil, daß die Lagerung der beweglichen konus-, paddel- oder kolbenförmigen Teile durch vom Medium mitgeführte Fremdkörper oder aus dem Medium ausfallende Niederschläge beeinträchtigt wird.

030021/0469

Insbesondere gilt dies für die mit Geradsitz- oder Durchgangsgehäusen versehenen, mit federgestützten Kolben arbeitenden Durchflussmesser und/oder Durchflusswächter. Da bei diesen Geräten relativ enge Toleranzen in der Lagerung eingehalten werden müssen, um reproduzierbare Meß- oder Schaltwerte zu erreichen, führen schon geringe Schmutzmengen oder aus dem strömenden Medium ausfallende überzüge, wie z.B. Kesselstein bei kalkhaltigen Wässern, zum Verklemmen und damit zum Unbrauchbarwerden der Geräte. Ein weiterer Nachteil der mit beweglich gelagerten Kolben arbeitenden Geräte besteht darin, daß durch ein Verkanten der auf geringer Länge gelagerten bzw. geführten Kolben Fehlmessungen auftreten können. '

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Durchflussüberwachungsgerät der eingangs definierten Gattung als im Aufbau einfaches und damit besonders wirtschaftlich zu fertigendes Gerät auszubilden, das sich auch bei ungünstigsten Betriebsverhältnissen durch hohe Betriebssicherheit auszeichnet und stets exakte Meß- und Anzeigewerte gewährleistet.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der magnetbestückte Geber als durchströmbarer Hohlkolben ausgebildet ist, der auf einem gehäusefesten, strömungsführenden Rohrelement verschiebbar gelagert ist und an seinem abströmseitigen Endbereich eine vorgebbare Querschnittsverringerung aufweist.

Durch die Lagerung eines Hohlkolbens auf einem gehäusefesten, strömungsführenden Rohrelement wird eine teleskopartige Anordnung erhalten, deren wesentlicher Vorteil darin besteht, daß die miteinander zusammenwirkenden Lagerflächen von Hohlkolben und Rohrelement außerhalb des Strömungsweges des Mediums liegen, d.h., daß diese Lagerflächen in Strömungsrichtung gesehen vor der Austrittsstelle des Mediums aus dem strömungsführenden Rohrclement gelegen sind. Damit kann das aus dem Rohrelement austretende Medium die Lagersteilen nicht ungünstig beeinflussen, so daß sichergestellt ist, daß Fremdkörper, die von dem Medium mitgeführt werden

0300 21/0 4 69

und die insbesondere bei flüssigen Medien niemals ganz zu vermeiden sind, nicht zu einer Verklemmung oder Verkantung der Lagerung und damit zu Fehlmessungen oder zum Unbrauchbarwerden des Gerätes führen können.

Von wesentlichem Vorteil ist ferner, daß die Lagerung des Hohlkolbens auf dem strömungsführenden Rohrelement unabhängig von der Nennweite des Gerätes und damit unabhängig von Durchflussmenge und Betriebsdruck nach den Konstruktionsrichtlinien des Maschinenbaus ausgebildet werden kann, was gleichbedeutend damit ist, daß eine auf den Außendurchmesser des Rohrelements bezogene große Lagerlänge gewählt werden kann, die wiederum gewährleistet, daß keine Verkantungsgefahren auftreten. Es ist auch möglich, die Lagerflächen zusätzlich zu schmieren, da aufgrund der strömungsgeschützten Lage der Lagerstelle ein Wegspülen oder sonstiges Beseitigen des Schmiermittels nicht befürchtet werden muß.

Vorzugsweise bildet das strömungsführende Rohrelement das gehäuseinnere Ende eines Einströmstückes. Das Durchflussüberwachungsgerät erhält damit einen besonders einfachen Aufbau, da es im Prinzip aus lediglich drei Teilen aufgebaut werden kann, nämlich dem Einströmstück, dem sich daran anschließenden Gehäuse und dem magnetbestückten Hohlkolben, der auf dem Rohrelement geführt ist. Das Einströmstück hat dabei eine Doppelfunktion dergestalt, daß sein rohrförmiger Ansatz die einwandfreie und leichtgängige Lagerung des Hohlkolbens gewährleistet und andererseits das Einströmstück einschließlich seines rohrförmigen Ansatzes zum Zuführen des zu überwachenden Mediums dient.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Hubweg des Hohlkolbens durch einen ringschulterförmigen Ansatz an der Hohlkolbenaußenseite begrenzt, dem eine Gegenringschulter am Gehäuse zugeordnet ist. Der ringschulterförmige Ansatz erstreckt sich dabei zweckmäßigerweise bis in die unmittelbare Nähe der Gehäuseinnenwand.

03O021/0469

- ίο -

Aufgrund dieser Ausgestaltung wird beim Maximalhub des Hohlkolbens eine im wesentlichen dichte Anlage des ringschulterförmigen Ansatzes an der Gehäuse-Gegenringschulter erhalten, wodurch der Strömungsraum gegenüber der freiliegenden Außenfläche des Rohrelements abgetrennt wird und damit auch keine Verunreinigungen in diesen Bereich gelangen können. Da sich der ringschulterförmige Ansatz zweckmäßigerweise bis in die unmittelbare Nähe der Gehäuseinnenwand erstreckt, ergibt sich insbesondere dann, wenn der Außendurchmesser des ringschulterförmigen Ansatzes im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des zumindest einen ringförmigen Gebermagneten ist, ein auch in Zwischenstellungen des Hohlkolbens den eigentlichen Strömungsraum von dem Freiraum zwischen Gebermagnet und Einströmstück trennender Ringspalt.

Gemäß einer speziellen Ausführungsvariante besteht eine der beiden zusammenwirkenden Lagerflächen von Hohlkolben und Rohrelement aus einer Vieleckfläche, wodurch sich besonders günstige Lagereigenschaften ergeben, da das jeweils vieleckige Teil einen reibungsarmen Linienkontakt erbringt.

Die Querschnittsverengung des Hohlkolbens wird in besonders einfacher Weise durch wenigstens eine in seiner Stirnwand vorgesehene Bohrung erhalten. Es ist auch möglich, den Hohlkolben seitlich mit einer Bohrung oder mehreren Bohrungen mit kreisförmigem, rechteckförmigem oder trapezförmigem Querschnitt zu versehen, wobei diese Bohrungen im Ruhezustand durch das Rohrelement praktisch verschlossen sind und bei Mediendurchtritt aufgrund der Bewegung des Hohlkolbens auf dem Rohrelement mehr und mehr geöffnet werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Hohlkolben in seiner Stirnfläche mit einer gegenüber seinem Innendurchmesser kleineren Bohrung versehen, durch die ein sich konisch verjüngender Teil des gehäusefesten Rohrelements hindurchragt. Dabei ist durch unterhalb des konischen

030021/046Ö

Teils angebrachte Bohrungen oder Fräsungen in der Stirnfläche des Rohrelements dafür Sorge zu tragen, daß das strömende Medium ohne wesentlichen Druckverlust in den Hohlkolben eintreten kann. Die Länge des konischen Teils, seine Konizität sowie der Unterschied zwischen seinem größten Außendurchmesser und dem Innendurchmesser der Querschnittsverringerung in dem Hohlkolben richten sich nach Medium, Durchflussmenge und gewünschtem mengenabhängigem Weg des Hohlkolbens.

Zur Übertragung der Lageveränderung des Hohlkolbens auf die außerhalb des Strömungsraumes angeordnete Anzeige-, Meß- oder Schalt-, vorrichtung sind bevorzugt zwei entgegengesetzt axial magnetisierte Ringmagnete auf dem Hohlkolben und zwei als Ring-, Staboder Blockmagnete ausgebildete, außerhalb des Strömungsraums angeordnete und ebenfalls entgegengesetzt magnetisierte Permanentmagnete gegensinnig vorgesehen. Sowohl die entgegengesetzt magnetisierten Mittelpole dieser beiden Magnetpaare ziehen sich in "starkem Maße an und sorgen für eine gleichlaufende Bewegung ohne Hysterese als auch die entgegengesetzt magnetisierten Pole der Stirnfläche, die sich durch die Wandstärke getrennt auf praktisch gleicher Höhe gegenüberstehen. Auf diese Weise wird insbesondere auch bei Richtungswechsel der Kolbenbewegung eine exakte und saubere Nachführung gewährleistet.

Bei optischer Durchflußanzeige oder -messung können die Außenmagnete direkt zur Anzeige auf einer entsprechend angebrachten Skala dienen. Bei Ausbildung des Geräts als Schaltvorrichtung kann durch die Verschiebung der Außenmagnete ein in seiner Lage einstellbarer Mikroschalter betätigt werden, und es können auch die beiden Magnete direkt an dem Betätigungshebel eines Mikroschalters fest angebracht sein.

Ist das Gerät als reine Schalteinrichtung ausgebildet, so genügt es, wenn ein auf dem Hohlkolben angebrachter Magnet einen außerhalb des Gehäuses liegenden, vorzugsweise verschiebbaren Reedkontakt betätigt. Dabei ist es zweckmäßig, den Reedkontakt im Unterteil eines Schalters unterzubringen, in dem dieser beispielsweise direkt an die Anschlußkontakte dieses Schalterunterteils

030021/0469

angelötet und anschließend mit einer isolierenden Masse vergossen wird. Auf diese Weise werden aufwendige zusätzliche Konstruktionselemente für die Aufnahme des Reedschalters eingespart. Sollen größere Schaltströme geschaltet werden, so können zusätzlich zu dem Reedschalter ein Triac und ein mit seinem Steuergitter verbundener Schutzwiderstand im Unterteil des Schalters untergebracht werden.

Bei Verwendung einer Ausführungsform der Erfindung mit sich durch eine mittige Bohrung der Hohlkolben-Stirnwand erstreckendem, gehäusefestem Z-apfen ist es vorteilhaft, einen doppelseitig konischen, ggf. im Mittelbereich einen zylindrischen Teilabschnitt aufweisenden Zapfen zu verwenden, wobei der anströmseitige Bereich des Zapfens strömungsgünstig ausgebildet wird und durch die Wahl der Steilheit des abströmseitigen Zapfenbereichs die jeweils erforderliche Charakteristik des Weg/Mengenverhältnisses vorgegeben werden kann.

Eine weitere besonders vortei] ϊ ι - j ftο Ausführungsform der Erfindung, die sich vor allem zum Einsatz als Durchflußwächter in Hydraulikkreisen hinter sog. Überströmventilen eignet und eine weitgehend verzögerungsfreie Signalgabe bei einem Übergang von der Meldestellung in die Ruhestellung ermöglicht, zeichnet sich dadurch aus, daß der Durchmesser des den federvorgespannten Hohlkolben führenden Rohrelements um ein Mehrfaches kleiner ist als der Innendurchmesser des Gehäuses im Hubbereich der Ringmagnete und daß zwischen der Gehäusewand und den an einem einen erweiterten Außenumfang besitzenden Hohlkolben-Fußteil befestigten Ringmagneten ein relativ großer Rückström-Ringspalt vorgesehen ist. Bei dieser Ausgestaltung ist das maximale Volumen des voll ausgefahrenen Hohlkolbens im Vergleich zu dem in diesem Betriebszustand unterhalb der Ringmagnete gelegenen Volumens relativ klein.

030021/0*69

Schließlich eignet sich eine weitere Ausführungsform der Erfindung insbesondere für den Einsatz als Überwachungsorgan für hydrostatische Lagerungen, wobei ein weitgehend viskositätsunabhängiges Arbeiten gefordert wird. Diese Ausführungsform arbeitet mit in der Stirnwand des Hohlkolbens vorgesehenen, nach Art einer Venturiblende ausgebildeten Öffnungen, denen zumindest zum Teil jeweils ein gehäusefester, sich durch die jeweilige Öffnung erstreckender Stift zugeordnet ist. Die Länge dieser Stifte ist unterschiedlich und zumindest bei einem Teil der Stifte kleiner als der Hohlkolben-Hubweg. Auf diese Weise kann z.B. unter Verwendung von drei und mehr Schaltern das Gerät für die gleichzeitige Überwachung der unterschiedlichsten Mengen Verwendung finden, ohne daß sich die Schaltpunkte durch viskositätsabhängige Änderungen der Reibungsverhältnisse ändern.

Äusführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Durchflußüberwachungsgeräts gemäß der Erfindung mit einem Durchgangsgehäuse,

Fig. 2 eine schematische Teildarstellung einer Variante des Geräts nach Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Teildarstellung einer weiteren Ausführungsform eines strömungsführenden Rohrelements mit magnetbestücktem Hohlkolben zum Einbau in ein Strömungsgehäuse,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit einer speziellen Magnetanordnung zur Mikroschalterbetätigung,

030021/0469

Fig. 5 eine Ausführungsform eines Durchflußüberwachungsgeräts mit einem Geradsitzgehäuse,

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer weiteren

Ausführungsform der Erfindung mit der spezielle Charakteristiken des Weg/Mengenverhältnisses vorgebbar sind,

Fig. 7 eine sich besonders als Durchflußwächter in

Hydraulikkreisen mit Überströmventilen eignende weitere AusführungsVariante, und

Fig. 8 eine Ausführungsform der Erfindung, die sich insbesondere als Überwachungsorgan für hydrostatische Lagerungen eignet.

Die Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Gehäuse 10 aus Kunststoff oder aus einem nichtmagnetischen Metall mit einem Einströmstück 11 beispielsweise durch Kleben verbunden ist, so daß in dem Gehäuse ein Strömungsraum 6 erhalten wird, in den sich ein rohrförmiger Ansatz 12 des Einströmstücks 11 erstreckt.

030021/0480

Auf diesem rohrförmigen Ansatz 12 ist ein Hohlkolben 13 verschiebbar gelagert, der als Meßwertgeber einen Permanentmagnetrxng 14 trägt.

In der Stirnwand 15 des zylinderförmigen Hohlkolbens 13 ist eine öffnung 16 vorgesehen, die bezüglich des Strömungsquerschnittes von Rohransatz 12 und Hohlkolben 13 eine Querschnittsverengung erbringt.

Bei senkrechtem Einbau des Gerätes und Eintritt des Mediums in Richtung des Pfeiles 7 hebt sich der Hohlkolben 13 einschließlich des Magneten 14 entsprechend Durchflußmenge und spezifischem Gewicht des Mediums sowie des Eigengewichts des Hohlkolbens und der Abmessung der Querschnittsverengung 16 ab einem bestimmten Durchfluß in die in Figur 1 gezeichnete Lage an, wobei der Permanentmagnetring 14 einen außerhalb des Strömungsraums in einer Ausnehmung 18 angeordneten Reedschalter 17 betätigt. Das Gerät bildet in diesem Falle einen reinen Durchflußwächter, der bei genügendem Durchfluß den Schalter 17 geschlossen hält und diesen öffnet, wenn die gewählte Durchflußmenge unterschritten wird.

Der Hohlkolben 13 ist an seiner Außenfläche mit einem ringschulterförmigen Ansatz 9 versehen, der im Betrieb an einer im Gehäuse 10 ausgebildeten Ringstufe 8 zur Anlage kommt, wenn die gewählte Durchflußmenge erreicht ist und der Schalter 17 durch den Permanentmagneten 14 im geschlossenen Zustand gehalten wird. Der ringschulterförmige Ansatz 9 trennt dabei den unterhalb der Gehäusestufe 8 gelegenen Raum 5 vom eigentlichen Strömungsraum 6 ab, was den Vorteil mit sich bringt, daß die freiliegende Führungsfläche des Rohransatzes 12 gegenüber dem eigentlichen Strömungsraum 6 voll abgeschirmt ist, so daß in diesen abgetrennten Freiraum 5 auch keine Fremdpartikel gelangen können.

Der ringförmige Ansatz 9 am Hohlkolben 13 ist gleichzeitig zur Fixierung des Permanentmagneten 14 ausgenutzt, dessen Außendurchmesser dem Außendurchmesser des ringschulterförmigen Ansatzes 9 entspricht, so daß zwischen Gehäusewand und Ringschulter 9 sowie

0300 21/0469

Permanentmagnet 14 ein relativ schmaler Spalt 4 verbleibt und damit der Permanentmagnet 14 bezüglich des Reedschalters 17 einen möglichst geringen Abstand besitzt.

Von besonderem Vorteil ist auch, daß der Hohlkolben 13 über eine vergleichsweise große Länge auf dem Rohransatz 12 geführt ist und demgemäß keinerlei Verkantungsgefahren bestehen, was wiederum für die Betriebssicherheit von wesentlicher Bedeutung ist.

Das in Figur 1 gezeigte Gerät kann auch als Durchflussanzeiger ausgebildet sein. 'Dabei werden anstelle des Magnetringes 14 zwei Magnetringe halber Höhe verwendet, die beide axial magnetisiert mit ihren gleichnamigen Polen aufeinander liegen. Anstelle des Reedschalters 17 kann in diesem Falle in die Längsnut 18 des Gehäuses 10 eine Stahlkugel eingelegt werden, die anzeigt, ob sich der Hohlkolben 13 in seiner unteren oder oberen Position befindet.

Figur 2 zeigt einen etwas modifizierten Hohlkolben 13, bei dem die Stirnwand 15 geschlossen ausgebildet ist und die Querschnittsverengung durch Bohrungen in der Seitenwand, d.h. im hohlzylindrischen Teil des Kolbens realisiert ist. Diese Bohrungen 20 sind frei, wenn der Hohlkolben 13 im Falle eines genügenden Durchflusses auf dem zylinderförmigen Ansatz 12 des Einströmstücks in die höchste Stellung angehoben ist, wie dies Figur 2 zeigt.

Hat sich der Hohlkolben 13 auf seinem Sitz bei verringertem Durchfluß abgesenkt, so sind die Bohrungen 20 zumindest teilweise durch den Rohransatz 12 verschlossen.

Die öffnungen 20 können kreisförmige, rechteckförmige oder trapezförmige Gestalt besitzen und insbesondere schlitzförmig ausgebildet sein. Je nach Art und Menge des zu überwachenden Mediums ist es möglich, mehrere derartiger Öffnungen gleichmäßig oder ungleichmäßig über den Umfang des Hohlkolbens zu verteilen, in der Höhe zu versetzen und eventuell auch mit Öffnungen in der Stirnwand zu kombinieren.

030021/0 k6 9

Figur 3 zeigt die Ausbildung eines Einströmstückes 11 mit
rohrförmigem Ansatz 12, wobei am Austrittsende des rohrförmigen Ansatzes ein konusförmiger Zapfen 32 vorgesehen ist,
der dafür sorgt, daß der Hohlkolben 13 mit seiner den Durchtrittsquerschnitt verringernden Auslaßöffnung 16 in der gezeichneten Ruhestellung zum konischen Zapfen 32 einen Ringspalt 35 geringer Breite bildet. Tritt nun das Medium in Richtung des Pfeiles 7 ein, so hebt sich der Hohlkolben 13, wobei sich der Ringspalt entsprechend der Konizität des Zapfens 32
laufend vergrößert. Erreicht der Hohlkolben 13 seine Endstellung, so ist die kreisförmige Durchtrittsöffnung 16 völlig frei.

Das in Richtung 7 strömende Medium tritt durch die Stirnseite des Ansatzes 12, in der lediglich die beiden den konischen
Zapfen 32 tragenden Stege 33 und 34 stehen, in den mit der Querschnittsverringerung 16 versehenen Hohlkolben 13 ein, der gleichzeitig in diesem Falle zwei entgegengesetzt gepolte Magnete und 31 trägt, welche entweder ein auf der Außenseite des Gehäuses angeordnetes Anzeigeelement, z.B. eine magnetisierbare Kugel, mitnehmen,oder die mit einem entsprechenden Ringmagnetpaar oder zwei Blockmagneten, die auf der Außenseite des Gehäuses angebracht sind, eine Magnetkupplung zur hysteresefreien Übertragung der Wege des Hohlkolbens 13 bilden. Die Stirnfläche 29 des Ringmagneten 30 kann dabei gleichzeitig als Anschlagfläche beim Maximalhub dienen.

Die Figur 4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der das mit dem rohrförmigen Ansatz 12 versehene Einströmstück 11 einen Hohlkolben 13 trägt, der mit zwei entgegengesetzt magnetisierten Magnetringen 30 und 31 bestückt ist. Diese bilden mit den beiden ebenfalls entgegengesetzt axial magnetisierten Blockmagneten 27 und 28, die in ihrer Mitte einen Südpol haben, während die Ringmagnete in ihrer Mitte einen Nordpol besitzen, eine Magnetkupplung, wobei die Blockmagnete in einen Betätigungsstift 25 eingelassen sind. Dieser betätigt mit seinem vorderen konischen Ende die Antriebsrolle 26 eines Mikroschalters 24.

Die Querschnittsverringerung im Hohlkolben 13 ist in diesem Falle durch zwei dreieckförmige, sich diametral gegenüberliegende Öffnungen 23 realisiert, die bei Bewegung des Hohlkolbens in Strömungsrichtung des zu überwachenden Mediums frei werden und in zunehmendem Maße bei Vergrößerung der Strömungsmenge den Durchtritt des Mediums gestatten.

Eine Feder 22 hält den Hohlkolben im Ruhezustand in seiner Ausgangslage, d.h. der Hohlkolben wird dabei durch die Feder 22 gegen die innere Stirnfläche 19 des Einströmstücks 11 gedrückt. Durch die Federkonstante sowie die Ausbildung der dreieckförmigen Querschnittsverringerung wird die Weg/Mengencharakteristik bestimmt, die zusätzlich von der Dichte des Mediums und seinen sonstigen physikalischen Eigenschaften abhängig ist.

In Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel· der Erfindung dargesteilt, bei dem anstelle eines Durchgangsgehäuses, wie es bei den vorstehend erläuterten Ausführungsformen Verwendung fand, ein sogenanntes Geradsitzgehäuse benutzt wird. Der sogenannte Ventilsitz 3 6 des Gehäuses bildet dabei das Einströmstück, das mit dem rohrförmigen Ansatz 12 versehen ist, auf dem der Hohlkolben 13 gleitet. Dieser Hohlkolben ist wiederum mit wenigstens einem Magnetring versehen, der bei einer bestimmten Höhenstellung beispielsweise einen Roedschalter 17 betätigt.

Sowohl bei dieser Ausführungsform als auch bei den vorstehend erläuterten Ausführungsformen kann der rohrförmige Ansatz 12 des Einströmstückes auf seiner Außenseite auch vieleckig ausgebildet sein, um besonders'günstige Lagereigenschaften bezüglich der zylindrischen Innenoberfläche des Hohlkolbens 13 zu erhalten. Es ist in entsprechender Weise möglich, den Hohlkolben 13 vieleckig auszubilden und einen Rohransatz mit zylindrischer Außenfläche zu benutzen. In beiden Fällen wird eine besonders reibungsarme und dennoch exakte Führung des Hohlkolbens auf dem Rohransatz gewährleistet.

030021 /OA69

Das strömende Medium tritt bei dem Gerät nach Figur 5 wiederum in Richtung des Pfeiles 7 ein, hebt den Hohlkolben 13 einschließlich des daran angebrachten Ringmagneten 14 an und strömt nach Durchtreten des Hohlkolbens nach unten zurück und durch die Austrittsöffnung in Richtung des Pfeiles 21 ab.

Auch Geräte dieser Ausführungsform können mit einer zusätzlichen Feder zur Beeinflussung des Weges des Hohlkolbens ausgerüstet werden. Sie können als reine Durchflußwächter bei Verwendung eines Magneten und eines Reedschalters und auch als Durchflußanzeiger ausgebildet werden, wenn beispielsweise zwei Magneten benutzt werden, die entgegengesetzt gepolt sind und mit einer außerhalb des Gehäuses laufenden Kugel zusammenwirken.

Schließlich ist es auch möglich, zwei auf dem Hohlkolben angebrachte, entgegengesetzt gepolte Magnetringe einzusetzen, die über eine zweite Magnetkupplungshälfte, die außerhalb des Strömungsraumes angebracht ist, als Durchflußmesser oder als Durchflußschalter wirken.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist ein speziell ausgebildeter, sich durch eine mittige öffnung in der Stirnwand des Hohlkolbens 13 erstreckender Zapfen 41 vorgesehen, der eine Minimierung des in der Gesamtanordnung auftretenden Druckabfalls erbringt und es gleichzeitig ermöglicht, speziell gewünschte Charakteristiken des Weg/Mengenverhältnisses zu realisieren.

Der Zapfen 42 ist bezüglich des Rohrelements 12 mittels Stiften 39, 40 genau zentrisch fixiert, wobei der anströmseitige Teil 44 des im wesentlichen doppelseitig konisch ausgebildeten und im Mittelbereich einen zylindrischen Abschnitt 43 aufweisenden Zapfens 41 strömungsgünstig geformt ist, so daß Wirbelbildüngen vermieden und der Druckabfall minimiert wird.

030021 /0469

Der abströmseitig gelegene Abschnitt 42 des Zapfens 41 kann nicht nur konisch ausgebildet sein, sondern auch die Form eines Paraboloids oder eines in sonstiger Weise kurvenförmig gekrümraten Körpers besitzen, um bestimmte Abhängigkeiten zwischen dem Weg des Hohlkolbens 13 und der Durchflußmenge zu schaffen. Der zylindrische Zwischenbereich 43 des Zapfens 41 ist günstig, wenn es erforderlich ist, schon bei relativ kleinen Durchflußmengen ein Anheben des Hohlkolbens 13 zu erreichen. Wird die Steilheit des abströmseitigen Zapfenabschnitts 42 klein gewählt, so ist die Wegstrecke des Hohlkolbens 13 bei bereits geringfügiger Mengenveränderung groß, während bei großer Steilheit, d.h. beispielsweise bei starker Konizität, sich bei großen Mengenveränderungen nur relativ geringe Hubwege des Hohlkolbens 13 ergeben.

Die beispielsweise mittels eines Seegerrings 38 am Hohlkolben 13 fixierten Magnete 30, 31 können je nach Verwendungszweck, z.B. als innerer Teil einer Magnetkupplung oder als Geber für einen Reedschalter oder einen Hall-Generator, axial magnetisiert und entgegengesetzt gerichtet aufeinander gefügt, aber auch bei axialer Magnetisierung in gleicher Magnetrichtung angeordnet sein. Anstelle einer axialen Magnetisierung ist aber prinzipiell auch eine radiale Magnetisierung dieser beiden Magnete möglich.

Die Ausführungsform nach Fig. 7 eignet sich vor allem als Durchflußwächter in Hydraulikkreisen hinter sog. Überströmventilen. Bei derartigen Hydraulikkreisen, die meist in voll automatisierten Maschinen verwendet werden, ist es erforderlich, nicht nur das Auftreten einer Drucküberhöhung, sondern auch das Zurückgehen des Überdrucks unverzüglich zu melden. Bei den normalen Durchflußwächtern benötigt der Kolben für die Rückkehr in seine Ruhestellung im Regelfall relativ lange, so daß diese Ausführungsformen nicht geeignet sind, eine sofortige Signalisierung der Ruhelage zu gewährleisten. Die in Fig. 7 dargestellte Ausführungsform ermöglicht eine weitgehend

030021/0 4

verzögerungsfreie Rückführung des Hohlkolbens in seine Ruhestellung und damit eine unverzügliche Meldung des Zurückgehens eines Überdrucks. Das rohrförmige, sich an das Einströmstück

11 anschließende Ansatzelement 12 besitzt dabei einen relativ kleinen Durchtrittsquerschnitt für das zu überwachende Medium, und in entsprechender Weise besitzt der auf diesem Rohransatz

12 verschiebbar gelagerte Hohlkolben 13 einen geringen Querschnitt. Der Hohlkolben 13 ist bei dieser Ausführungsform mit einem Fußteil 45 versehen, das bei gleichem Innendurchmesser einen wesentlich größeren Außendurchmesser besitzt und die mittels eines Seegerrings 38 gehaltenen Ringmagnete 30, trägt. Zur Vorspannung des Hohlkolbens 13 in seine Ruhelage ist eine Feder 22 vorgesehen.

Nach Ansprechen eines Überströmventils verläßt der Hohlkolben

13 seine Ruhestellung und geht in seine angehobene Endlage über, in der eine Signalgabe erfolgt. Bei Schließen des Überströmventils muß das sich im Raum 46 des Hohlkolbens befindende Volumen durch den Druck der Feder 22 über die Öffnung 16 abfließen, ehe der Hohlkolben 13 in seine Ruhestellung zurückkehren kann. Da bei der Ausführungsform nach Fig. 7 zwischen den Magneten 30, 31 und der diesen Magneten gegenüberliegenden Gehäusewand ein relativ großer Spalt 4 vorgesehen ist und das Volumen 46 relativ klein ist, kann eine schnelle Rückführung und damit auch eine unmittelbare Signalgabe bei Erreichen der Ruhestellung erfolgen. Es bereitet keine Schwierigkeiten, diese Signalgabe innerhalb von 0,05 bis 0,2 s zu erreichen.

Aufgrund des durch das Fußteil 45 erbrachten relativ großen Durchmessers kann sogar mit vergleichsweise geringen Ringspaltbreiten, z.B. Spaltbreiten von 1 bis 3 mm gearbeitet werden, wobei dann immer noch die geforderten kurzen Rückstellzeiten zu gewährleisten sind.

030021/0469

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die für den Einsatz als Überwachungsorgan bei hydrostatischen Lagerungen geeignet ist. Bei diesen hydrostatischen Lagerungen in schweren Werkzeugmaschinen, wie z.B. Ringwalzwerken und dergleichen müssen die von einer Zahnradpumpe zur Lagerstelle führenden Leitungen überwacht werden, wobei diese überwachung für einen breiten Temperaturbereich und.damit für äußerst unterschiedliche Viskositäten des verwendeten Lageröles einwandfrei durchgeführt werden muß.

Diese Problematik wird durch die Ausführungsform nach Fig. 8 dadurch gelöst, daß Durchtrittsöffnungen in der Art von Venturiblenden in der Stirnwand des Hohlkolbens vorgesehen werden, die bis auf eine Öffnung in Ruhestellung durch relativ eng schließende zylindrische Stifte, die stirnseitig im rohrförmigen Ansatz befestigt sind, geschlossen bleiben, während ein Öffnen dieser zusätzlichen Bohrungen mit fortschreitendem Hub des Hohlkolbens in Strömungsrichtung des Mediums erfolgt.

Zur Sicherstellung der Lage des Hohlkolbens auf dem gesamten Hubweg ist vorzugsweise ein Führungsbolzen vorgesehen, der über den gesamten möglichen Hubweg in einem zusätzlich angeordneten Führungsloch verbleiben kann. Dieser zusätzliche Führungsbolzen ist in Fig. 8 mit dem Bezugszeichen 52 gekennzeichnet.

Im Endbereich des rohrförmigen Ansatzes 12 sind Stifte 50, 51 fixiert, die unterschiedliche Länge und vorzugsweise auch unterschiedliche Stärke besitzen. Diese Stifte erstrecken sich durch als Venturi-Blenden ausgebildete öffnungen 47, 48 in der Stirnwand des Hohlkolbens 13. Zusätzlich ist in dieser Stirnwand des Hohlkolbens 13 eine Öffnung 49 vorgesehen, die stets frei bleibt.

Im Betrieb wird im Verlauf des Anhebens des Hohlkolbens 13 nach einem vorgebbaren Weg zunächst die öffnung 47 frei, und nach einem weiteren Anheben des Hohlkolbens tritt auch der Stift

030021/046 9

aus der Öffnung 48, so daß dann insgesamt die öffnungen 47, 48, 49 für den Durchtritt des Öles frei sind, wobei aufgrund der Ausbildung dieser öffnungen als Venturi-Blenden der Viskositätseinfluß auf ein Minimum verringert wird.

Durch diese Ausgestaltung kann beispielsweise bei Verwendung von drei und mehr Schaltern das Gerät für die gleichzeitige Überwachung der unterschiedlichsten Mengen eingesetzt werden, ohne daß sich dabei die Schaltpunkte durch viskositätsabhängige Änderungen der Reibungsverhältnisse ändern würden.

Es ist noch allgemein zu erwähnen, daß den beschriebenen Ausführungsformen von Überwachungsgeräten im Bereich des Einströmstücks jeweils ein Sieb vorgeschaltet werden kann, um den Zutritt gröberer Fremdkörper zu dem Gerät zu verhindern. Als Siebe eignen sich dabei insbesondere auch röhrenförmige Filterkörbe, die derart angebracht werden, daß sie zu Reinigungszwecken leicht zugänglich sind. Dabei kann das Einströmstück so ausgebildet werden, daß das einströmende Medium innerhalb des Einströmstücks um 90° umgelenkt und durch einen röhrenförmigen Filter tritt, um dann bei Umlenkung um 180 und nochmalige Umlenkung um 90° in Strömungsrichtung durch den rohrförmigen Ansatz des Einströmstücks zu fließen. Damit ergibt sich eine Integrierung des jeweiligen Filters im Einströmstück ohne Beeinflussung der Funktion der beschriebenen Geräte. Es kann schließlich auch ein an sich bekannter Mengenwächter, mit dem die Durchflußmenge unabhängig vom Vordruck konstant, gehalten wird, mit den Geräten nach der Erfindung kombiniert werden. Ej?n solcher Mengenwächter wird zweckmäßigerweise im Bereich des Ausströmendes des Geräts angebracht. Vornehmlich können dabei solche Mengenwächter Verwendung finden, die mit einem sich verformenden O-Ring zur Konstanthaltung der Durchtrittsmenge ausgerüstet sind.

030021/0469

Leerse

te

Claims

- Patentansprüche -

1.)Durchflussüberwachungsgerät für flüssige oder gasförmige Medien mit einem einen Strömungsraum aufweisenden Gehäuse, in dem ein kolbenförmiger, zumindest mit einem Permanentmagneten bestückter Geber vorgesehen ist, sowie eine außerhalb des Strömungsraumes angeordnete Anzeige-, Meß- oder Schaltvorrichtung, dadurch gekennzeichnet , daß der magnetbestückte Geber als durchströmbarer Hohlkolben (13) ausgebildet ist, der auf einem gehäusefesten, strömungsführenden Rohrelement (12) verschiebbar gelagert ist und an seinem abströmseitigen Endbereich eine vorgebbare Querschnittsverringerung (16,23) aufweist.

030021/G4S9

MANlTZ ■ FINSTERWALD ■ HEYN MORGAN ■ BOOO MÜNCHEN 22 - ROBITR Γ-KOCH STRASf.E 1 ■ TFl fufö)" t! -12 ! t IEl EX 05 29672 PATMF

DlPL -ING. W. GRAMKOW 700OSTUTrGARTSO(BA[JCANNSrATT) SFELBERC.MR 23'?5 TFL [07 11) SR If 61 ZENTRALKASSEBAYERVOLKSBANKEN MIJNCHFN ΚΟΝΓΟ-NIIMMFR 7?7O - PORISr.nrr.K MIlMOlFtI 7/on? fins

2849374

2. Durchflussüberwachuncjsgerät nach Ansprach 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrelement (12) das gehäuseinnere Ende eines Einströmstückes (IT) bildet.

3. Durchflussüberwachungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Hubweg des Hohlkolbcns (13) durch einen ringschulterförmigen Ansatz (9) an der Hohlkolbenaußenseite begrenzt ist, dem eine Gegenringschulter (8) am Gehäuse (10) zugeordnet ist.

4. Durchflussüberwachungsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß sich der ringschulterförmige Ansatz (9) bis in die unmittelbare Nähe der Gehäuseinnenwand erstreckt.

5. Durchflussüberwachungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der ringschulterförmige Ansatz (9) eine Stützhalterung für einen Gebermagneten (14) bildet.

6. Durchflussüberwachungsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des ringschulterförmigen Ansatzes (9) im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des zumindest einen ringförmigen Gebermagneten (14) ist.

7. Durchflussüberwachungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der ringschulterförmige Ansatz des Hohlkolbens (13) von einer Stirnfläche (29) eines am Hohlkolben (13) befestigten Gebermagneten (30) gebildet ist.

8. Durchflussüberwachungsgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Hohlkolben (13) entgegen der Strömungsrichtung des Mediums unter Federvorspannung steht.

D30021/Ü4Ö3

-, COPY

2849374

9. Durchflussüberwachungsgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der Lagerfläche zwischen Rohrelement (12) und Hohlkolben (13) größer ist als der Außendurchmesser des Rohrelements.

10. Durchflussüberwachungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß zumindest eine der beiden zusammenwirkenden Lagerflächen von Hohlkolben (13) und Rohrelement (12) aus einer Vieleckflache besteht.

. Durchflussüberwachungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Hohlkolben (13) in seiner Stirnwand (15) wenigstens eine die Querschnittsverringerung bildende Bohrung (16) aufweist.

12. Durchflussüberwachungsgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß der Hohlkolben (13) in seiner Stirnwand (15) eine mittig gelegene Bohrung (16) aufweist, in die ein sich zumindest in einem Teilbereich des Kolben-Hubweges in Strömungsrichtung verjüngender, cjehäusefester Zapfen (32,42) eingreif:

13. Durchflussüberwachungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß im Bereich der insbesondere geschlossen ausgebildeten Stirnfläche (16) des Hohlkolbens (13) in der Kolbenseitenwandung wenigstens eine Öffnung (23) und vorzugsweise zumindest ein Paar von einander diametral gegenüberliegenden öffnungen (20) vorgesehen ist.

14. Durchflussüberwachungsgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß in der Kolbenseitenwandung vorgesehene öffnungen (20,23) einen sich in Richtung der Stirnfläche (15) verringernden Querschnitt besitzen.

D 3 0 0 ? 1 / 0 / ^l- M

COPY

ORlGlNATi^PECTED

15. Durchflußüberwachungsgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß der gehäusefeste Zapfen (42) einen zumindest im wesentlichen zylindrischen, in der Ruhelage des Hohlkolbens im Bereich der mittigen Bohrung (16) gelegenen Abschnitt (43) aufweist.

16. Durchflußüberwachungsgerät nach Anspruch 12 oder 15, dadurch gekennzeichnet , daß der gehäusefeste Zapfen (42) als zumindest im wesentlichen doppelkonisches Element ausgebildet ist.

17. Durchflußüberwachungsgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Durchmesser des den federvorgespannten Hohlkolben (13) führenden Rohrelements um ein Mehrfaches kleiner ist als der Innendurchmesser des Gehäuses (10) im Hubbereich der Ringmagnete (30, 31) und daß zwischen der Gehäusewand und den an einem einen erweiterten Außenumfang besitzenden Hohlkolben-Fußteil (45) befestigten Ringmagneten (30, 31) ein relativ großer Rückström-Ringspalt (4) vorgesehen ist.

18. Durchflußüberwachungsgerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß das maximale Volumen (4 6) des voll ausgefahrenen Hohlkolbens (13) im. Vergleich zu dem in diesem Betriebszustand unterhalb der Ringmagnete (30, 31) gelegenen Volumen relativ klein ist.

19. Durchflußüberwachungsgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gek'ennzeichn e t , daß die in der Stirnwand (1S) des Hohlkolbens (13) vorgesehenen Öffnungen nach Art einer Venturiblende ausgebildet sind.

030021/0469

20. Durchflußüberwachungsgeräb nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß zumindest einem Teil der in der Hohlkolbenstirnwand (15) vorgesehenen Öffnungen (47, 48, 49) jeweils ein gehäusefester, sich durch die jeweilige Öffnung erstreckender Stift (50, 51, 52) zugeordnet ist und daß die Länge wenigstens eines Teils dieser Stifte unterschiedlich und kleiner als der Hohlkolben-Hubweg ist.

21. Durchflußüberwachungsgerät nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß die Durchmesser der zylindrisch ausgebildeten Stifte (50, 51, 52) zumindest zum Teil unterschiedlich gewählt sind.

22. Durchflußüberwachungsgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung der Lageveränderung des Hohlkolbens (13) auf die außerhalb des Strömungsraumes (6) angeordnete Anzeige-, Meß- oder Schaltvorrichtung zwei entgegengesetzt axial magnetisierte Ringmagnete (30, 31) auf dem Hohlkolben (13) und zwei als Ring-, Stab- oder Blockmagnete ausgebildete, außerhalb des Strömungsraums (6) angeordnete und ebenfalls entgegengesetzt magnetisierte Permanentmagnete (27, 28) gegensinnig vorgesehen sind.

23. Durchflußüberwachungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß bei Ausbildung der Vorrichtung als Durchflußschalter ein vom Gebermagneten beaufschlagter Reedkontakt im Steckerunteil einer an sich bekannten Steckeranordnung auf der Außenseite des Gehäuses (10) untergebracht ist.

030021/0480