DE4418765C2 - Durchflußzähler mit einer Vorrichtung zur lichtelektrischen Abtastung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchflußzähler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Durchflußzähler, insbesondere Wasserzähler, besitzen ein Zählwerk mit Untersetzungsgetriebe und Meßzeiger zum An­ zeigen der gemessenen Flüssigkeitsmenge. Auf einer schnellaufenden Achse des Zählwerks ist ein Anlaufstern zur lichtelektrischen Abtastung der Drehbewegungen des Meßwerks montiert. Der Anlaufstern von Wasserzählern dient hauptsächlich zur Justierung und Prüfung des Was­ serzählers mit Hilfe einer außerhalb des Zählers vorgese­ henen lichtelektrischen Abtastvorrichtung. Hierbei wird von einem Lichtsender ein Lichtstrahl auf reflektierende Umfangsmarkierungen des Anlaufsterns gerichtet. Da zwi­ schen den reflektierenden Umfangsmarkierungen nicht re­ flektierende Abschnitte auf dem Anlaufstern vorgesehen sind, wird bei jedem Vorbeibewegen einer reflektierenden Markierung durch das reflektierte Licht vom Lichtempfänger der Abtastvorrichtung ein elektrischer Impuls erzeugt. Die Zahl der Impulse ist hierbei ein Maß für die durch den Zähler geflossene Wassermenge.

Da der Anlaufstern im Durchmesser relativ klein ist, und die Umfangsmarkierungen deshalb sehr schmal sind, muß der Lichstrahl punktgenau auf eine der Umfangsmarkierungen gerichtet sein. Hierfür ist eine ständige Überwachung und Neueinstellung der Brennweite erforderlich, wodurch die Abtastung der bekannten Anlaufsterne arbeitsintensiv ist.

Aus der DE 37 29 003 A1 ist bereits ein Wasserzähler mit Anlaufstern bekannt, bei dem der Anlaufstern als transparenter Lichtleitkörper ausgebildet ist, über den mit Hilfe entsprechend angeordneter Umlenkschrägflächen eine zweifache 90°-Lichtumlenkung erreicht wird. Durch eine Segmentierung des Strahlenbündels mit Hilfe von Durchlaßsegmenten, zwischen denen Sperrsegmente liegen, wird eine relativ gute Lichtausbeute und damit eine entsprechende Abtastempfindlichkeit erreicht.

Obwohl bei der beschriebenen Abtastvorrichtung nicht mehr mit einem punktförmigen Lichtstrahl, sondern mit einem Strahlenbündel gearbeitet wird, weist dieses durch die besondere Ausbildung des Lichtleitkörpers nur einen relativ kleinen Durchmesser auf. So würden bereits sehr schmale, in den Strahlenweg des Strahlenbündels eindringende Gegenstände eine Unterbrechung oder zumindest Störung der Abtastung bewirken.

Aus der DE 86 19 334 U1 ist ein Durchflusszähler mit einem Zählwerk zum Anzeigen einer durchflossenen Flüssigkeits­ menge bekannt, bei dem ein Messzeiger vorgesehen ist, dessen Länge in der Größenordnung des Radius des Zählers ausgeführt ist, eine lichtelektrische Abtastvorrichtung zur Anzeige jedoch nicht vorgesehen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Durchflußzähler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei dem die Ablesegenauigkeit des von mindestens einem Meßzeiger angezeigten Meßwertes deutlich verbessert ist, und dessen lichtelektrische Abtastvorrichtung besonders unanfällig gegenüber Störungen ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichne­ ten Merkmale gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Wei­ terbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Un­ teransprüchen genannt.

Um eine hohe Anzeigegenauigkeit zu erreichen, bedarf es eines entsprechend langen Zeigers, und einer besonders großen Kreisskala. Ein solcher Aufbau ist jedoch nur re­ alisierbar, wenn der Meßzeiger bis in den Bereich des An­ laufsterns und damit des Strahlenbündels reicht. Die Ge­ fahr, daß der Meßzeiger das Strahlenbündel unterbricht oder zumindest die Messung stört, sobald sein Weg den Strahlenweg des Strahlenbündels kreuzt, wird erfindungs­ gemäß dadurch vermieden, daß der Querschnitt des Strah­ lenbündels im Bezug zur relevanten Zeigerbreite so groß bemessen ist, daß der abgefangene Teil des Strahlenbün­ dels die Abtastung und damit das Meßergebnis nicht beein­ trächtigt. Als relevante Zeigerbreite ist die Breite des Zeigers im Bereich des Strahlenbündels zu verstehen.

In zweckmäßiger Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, daß das Strahlenbündel konzentrisch zur Achse des Unterbrechers einfällt. Neben dem drehbewegli­ chen Unterbrecher wird noch ein zweites optisch wirksames Teil benötigt, das so im Strahlenweg des Strahlenbündels angeordnet ist, daß die beiden Teile miteinander in ent­ sprechender Weise korrespondieren. Beide besitzen hierzu Durchlaßsegmente, die von dem Strahlenbündel nur noch einzelne Strahlenbündelsegmente weiterleiten, da zwischen den Durchlaßsegmenten jeweils Sperrsegmente liegen, die eine Weiterleitung von Lichtstrahlen verhindern. Die Strahlenbündelsegmente werden nur dann über beide Teile weitergeleitet, wenn deren Durchlaßsegmente eine überein­ stimmende Position einnehmen.

Für die Wirkungsweise der Abtasteinrichtung ist es letz­ lich belanglos, welches der beiden optisch wirksamen Teile drehbeweglich ist und damit als Unterbrecher wirkt. Man kann sich hierbei nach den konstruktiven Gege­ benheiten richten und das Teil auf einer Achse des Zähl­ werks montieren, das eine hierfür günstige Lage einnimmt. Um aus einem geschlossenen Strahlenbündel mehrere Strah­ lenbündelsegmente zu machen, kann man sich einer Blende bedienen, die einen Teil des Strahlenbündels unterdrückt. Damit diese Strahlenbündelsegmente zum Lichtempfänger ge­ langen, müssen sie durch einen Reflektor reflektiert wer­ den. Dabei kann der Reflektor ein Spiegel mit radial an­ geordneten Sperrsegmenten sein, die keine Reflektion und damit keine Weiterleitung von Lichtstrahlen ermöglichen. Alternativ dazu kann der Reflektor aber auch aus minde­ stens einem transparenten Lichtleitkörper bestehen, der über erste Umlenkschrägflächen mehrere Strahlenbündelseg­ mente erzeugt und diese über zweite Umlenkschrägflächen weiterleitet. Hierbei muß eine zweifache Lichtumlenkung von jeweils etwa 90° erreicht werden.

Es ist vorteilhaft, die ersten Umlenkschrägflächen des Reflektors außerhalb eines konzentrisch zur Drehachse liegenden ersten Kreises anzuordnen. Die zweiten Umlenk­ schrägflächen müssen dann außerhalb eines zweiten, eben­ falls konzentrischen, aber einem die ersten Schrägflächen umschließenden, größeren Kreises angeordnet sein. Wenn der Meßzeiger nicht breiter als der Durchmesser des er­ sten Kreises ist, wird nur ein relativ geringer Teil der Lichtstrahlen abgefangen, so daß der hieraus resultie­ rende Einfluß auf die Abtastung ohne Bedeutung ist.

Die für die Abtastung erforderlichen beiden optisch wirk­ samen Teile müssen nicht als Blende und Reflektor ausge­ bildet sein, sondern können auch aus zwei Lichtleitkör­ pern bestehen. So ist es möglich, erste Umlenkschrägflä­ chen in einem ersten, inneren Umlenkkörper anzuordnen und in einem ringförmigen äußeren Umlenkkörper zweite Umlenk­ schrägflächen vorzusehen. Wegen der konstruktiven Gege­ benheiten ist es von Vorteil, den inneren Umlenkkörper drehbar anzuordnen, damit dieser als Unterbrecher wirkt.

Da es sich bei dem Lichtsender und bei dem Lichtempfänger um relativ große Baueinheiten handelt, wird man diese zweckmäßigerweise außerhalb des Zählergehäuses anordnen. Insbesondere, wenn der Lichtsender und der Lichtempfänger konzentrisch zueinander angeordnet sind, muß durch den Reflektor eine Totalreflektion von ca. 180° erreicht wer­ den.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnun­ gen dargestellt und werden im folgenden näher beschrie­ ben. Es zeigen:

Fig. 1 einen geteilten Lichtleitkörper mit einer Sende-Empfangsoptik seitlich im Schnitt in einer Durchlaßstellung,

Fig. 2 die Anordnung gemäß Fig. 1 in Draufsicht mit angedeutetem Zeiger, aber ohne Sende- Empfangsoptik,

Fig. 3 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung in Sperrstellung,

Fig. 4 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung ebenfalls in Sperrstellung,

Fig. 5 einen äußeren Umlenkkörper in Draufsicht,

Fig. 6 den äußeren Umlenkkörper nach Fig. 5 seit­ lich im Schnitt,

Fig. 7 einen inneren Umlenkkörper in Seitenan­ sicht,

Fig. 8 den inneren Umlenkkörper nach Fig. 7 in Draufsicht,

Fig. 9 den inneren Umlenkkörper nach Fig. 8 seit­ lich im Schnitt,

Fig. 10 eine der Fig. 1 entsprechende Anordnung mit einer Blende,

Fig. 11 eine der Fig. 2 entsprechende Anordnung mit einer Blende,

Fig. 12 die Darstellung nach Fig. 10 in Sperrstel­ lung,

Fig. 13 die Darstellung nach Fig. 11 in Sperrstel­ lung.

Wie die Fig. 1 und 2 erkennen lassen, besteht die außer­ halb des Gehäuses eines Zählwerks angeordnete Abtastoptik aus einem nicht näher dargestellten Lichtsender 1, einem Lichtempfänger 2, und einer Fokussieroptik 3. Diese An­ ordnung ist, vorzugsweise durch konzentrische Anordnung von Lichtsender und Lichtempfänger, so aufgebaut, daß sie auf ihrer ganzen Breite Licht emittieren und reflektier­ tes Licht empfangen kann. Ein hierdurch gebildetes Strah­ lenbündel 4 hat also einen relativ großen Durchmesser. Man muß allerdings unterscheiden zwischen diesem Gesamt­ durchmesser und dem sich hieraus ergebenden Querschnitt und dem für die Weiterleitung der Lichtstrahlen relevan­ ten Querschnitt.

Der relevante Querschnitt ist abhängig von der Art eines für die Abtastung gewählten Reflektors. Dieser besteht nach den Fig. 1 bis 4 aus einem inneren Umlenkkörper 8 mit Umlenkschrägflächen 10 und einem äußeren Umlenkkörper 9 mit Umlenkschrägflächen 11. Damit die vom Lichtsender 1 über den Reflektor 8, 9 geleiteten Lichtstrahlen zum Lichtempfänger 2 zurückkehren können, müssen sie immer auch die inneren Umlenkschrägflächen 10 passieren. Die um einen ersten Kreis 16 herum angeordneten Umlenkschrägflä­ chen 10 bestimmen somit den relevanten Querschnitt des Strahlenbündels 4. Ein in einer Zeigerebene 5 sich bewe­ gender Meßzeiger 6 würde somit die Weiterleitung von Lichtstrahlen völlig unterbrechen, wenn seine im Bereich des Strahlenbündels 4 wirksame Breite den relevanten Querschnitt des Strahlenbündels 4 abdecken würde.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist dies jedoch nicht der Fall, d. h. die relevante Zeigerbreite ist allenfalls so groß wie der Durchmesser eines ersten Kreises 16, um den herum die ersten Umlenkschrägflächen 10 des inneren Um­ lenkkörpers angeordnet sind. Es wird somit nur ein rela­ tiv kleiner Teil der Umlenkschrägflächen 10 vom Meßzeiger 6 abgedeckt. Der übrige Teil der Lichtstrahlen des Strah­ lenbündels 4 kann deshalb am Meßzeiger 6 vorbei aus bei­ den Richtungen kommend zu nicht abgedeckten Teilen der Schrägflächen 10 gelangen und wird in einer Durchlaßstel­ lung des als Unterbrecher wirkenden inneren Umlenkkörpers 8 auf die Schrägflächen 11 des äußeren Umlenkkörpers um­ gelenkt und von hieraus weitergeleitet. Die Emp­ findlichkeit der Abtastvorrichtung nach den Fig. 1 bis 4 ist relativ groß, da die beim Anlaufstern zur Verfügung stehende Kreisfläche in mehrere durch die Umlenkschräg­ flächen 10, 11 gebildete Durchlaßsegmente und zwischen diesen angeordnete Sperrsegmente 13 aufgeteilt ist. Nur wenn die Durchlaßsegmente 12 des inneren Umlenkkörpers 8 mit den Durchlaßsegmenten 12 des äußeren Umlenkkörpers 9 in ihrer Stellung übereinstimmen, werden wie bei den Fig. 1 und 2 die Lichtstrahlen des Strahlenbündels 4 weiterge­ leitet. Bei einer nicht übereinstimmenden Stellung, wie sie in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, gelangen die Strahlen von einem Durchlaßsegment 12 des inneren Umlenk­ körpers 8 zu einem Sperrsegment 13 des äußeren Umlenkkör­ pers 9. Eine Weiterleitung der Strahlen ist damit nicht möglich. Ein Sperrsegment 13 sperrt, sobald die Strahlen des Strahlenbündels 4 ins Leere gehen, also auf keine Un­ lenkschrägflächen 10, 11 treffen.

Wie man den Fig. 5 bis 9 entnehmen kann, sind die Um­ lenkschrägflächen 10, 11 gleichmäßig im Winkelabstand von 60° auf den Kreisumfang der beiden Umlenkkörper 8, 9 ver­ teilt. Mit einem Winkel der Umlenkschrägflächen 10, 11 von je 45° wird eine Strahlenumlenkung von je 90° er­ reicht.

Die Darstellungen nach den Fig. 10 bis 13 entsprechen in ihrer Anordnung den Fig. 1 bis 4. Im Unterschied zu die­ sen wird jedoch bei der Abtastung nicht mit zwei Umlenk­ körpern 8, 9 gearbeitet, sondern mit einer Blende 14, und einem als Unterbrecher wirkenden Spiegel 15. Der Zeiger 6 kann sich, wie dargestellt, in einer Ebene 5 zwischen der Abtastoptik 1 bis 3 und der Blende 14 bewegen, oder, so­ fern die Blende 14 der Abtastoptik 1 bis 3 zugeordnet wird, auch zwischen Blende 14 und Spiegel 15 liegen. Die Blende 14 besitzt sechs Durchlaßsegmente 12, die als lichtdurchlässige Fenster oder Schlitze ausgebildet sind, zwischen denen wiederum lichtundurchlässige Sperrsegmente 13 liegen. Analog hierzu ist der Spiegel 15 ebenfalls mit spiegelnden Durchlaßsegmenten 12 und nicht re­ flektierenden Sperrsegmenten 13 versehen. Sofern die Durchlaßsegmente 12 der Blende 14 und die spiegelnden Durchlaßsegmente 12 des Spiegels 15 in ihrer Stellung übereinstimmen, werden die Lichtstrahlen des Strahlenbün­ dels 4 zurückgeworfen, wie das in den Fig. 10 und 11 dar­ gestellt ist, oder bei nicht übereinstimmende Stellung, und dem Aufeinandertreffen von Sperrsegmenten der Blende mit Durchlaßsegmenten des Spiegels, wie in den Fig. 12 und 13 dargestellt ist, nicht weitergeleitet. Diese An­ ordnung hat gegenüber den Anordnungen nach Fig. 1 bis 4 den Vorteil, daß der relevante Querschnitt des Strahlen­ bündels mit seinem Gesamtquerschnitt übereinstimmt, und sich damit sowohl die Meßempfindlichkeit der Anordnung erhöht als auch die relevante Breite des Meßzeigers grö­ ßer gewählt werden kann.

Claims (14)

1. Durchflußzähler mit einem Zählwerk zum Anzeigen einer durchgeflossenen Flüssigkeitsmenge und mit einer Vorrichtung zur lichtelektrischen Abtastung der Um­ drehungen eines auf einer Drehachse des Zählwerks sitzen­ den optischen Unterbrechers durch mindestens einen ein Strahlenbündel (4) emittierenden Lichtsender (1) und min­ destens einen ihm zugeordneten Lichtempfänger (2), wobei der Unterbrecher so im Strahlenweg des Strahlenbündels (4) liegt, daß er bei bestimmten Drehstellungen die Wei­ terleitung von Lichtstrahlen zum Lichtempfänger (2) sperrt und dementsprechend durch seine Drehung Lichtim­ pulse am Lichtempfänger (2) erzeugt, und mit einem auf einer weiteren Achse des Zählwerks befestigten Meßzeiger (6), dadurch gekennzeichnet, daß der Meßzeiger (6) eine bis in den Strahlenweg des Strahlenbündels (4) reichende Länge besitzt und beim Kreuzen des Strahlenweges nur einen Teil des Strahlenbündels (4) abfängt, und daß der relevante Querschnitt des Strahlenbündels (4) in Bezug zur relevanten Zeigerbreite so groß bemessen ist, daß der abgefangene Teil die Abtastung und damit das Meßergebnis nicht beeinträchtigt.

2. Durchflußzähler nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Strahlenbündel (4) konzentrisch zur Achse (7) des Unterbrechers (8, 15) einfällt.

3. Durchflußzähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem drehbe­ weglichen Unterbrecher (8, 15) ein zweites optisch wirksames Teil (9, 14) im Strahlenweg des Strahlenbündels (4) liegt und beide Teile miteinander in Deckung bring­ bare Durchlaßsegmente (12) besitzen, die von dem Strah­ lenbündel (4) nur noch einzelne Strahlenbündelsegmente weiterleiten, daß zwischen den Durchlaßsegmenten (12) je­ weils Sperrsegmente (13) liegen und daß die Strah­ lenbündelsegmente nur dann über beide Teile (8, 9; 14, 15) weitergeleitet werden, wenn deren Durchlaßsegmente eine miteinander korrespondierende Stellung einnehmen.

4. Durchflußzähler nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichet, daß der Unterbrecher oder das zweite optisch wirksame Teil als Blende ausgebildet ist.

5. Durchflußzähler nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Durchlaßsegmente (12) der Blende (14) als Schlitze ausgebildet sind, die sich radial zum Blen­ denmittelpunkt erstrecken.

6. Durchflußzähler nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterbrecher oder das zweite optisch wirksame Teil als Reflektor zur Umleitung von Lichtstrahlen des Strahlenbündels ausgebildet ist, wobei immer eine Blende und ein Reflektor zusammenwirken.

7. Durchflußzähler nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Reflektor ein Spiegel (15) mit radial angeordneten Sperrsegmenten ist, die keine Reflexion und damit keine Weiterleitung von Lichtstrahlen ermöglichen und zwischen diesem Spiegel (15) und der Lichtquelle (1) bzw. dem Lichtempfänger (2) die Blende (14) liegt und der Spiegel (15) als drehbeweglicher, auf der Achse (1) befe­ stigter Unterbrecher wirkt.

8. Durchflußzähler nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Reflektor aus mindestens einem trans­ parenten Lichtleitkörper (8, 9) besteht, der über erste Umlenkschrägflächen (10) mehrere Strahlenbündelsegmente erzeugt und diese über zweite Umlenkschrägflächen (11) weiterleitet und hierbei eine zweifache Lichtumlenkung von jeweils etwa 90° bewirkt.

9. Durchflußzähler nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ersten Umlenkschrägflächen (10) des Re­ flektors (8, 9) außerhalb eines konzentrisch zur Drehachse (7) liegenden ersten Kreises (16) angeordnet sind und die zweiten Umlenkschrägflächen (11) außerhalb eines zweiten, ebenfalls konzentrischen, aber einem die ersten Umlenkschrägflächen (10) umschließenden größeren Kreises (17) angeordnet sind.

10. Durchflußzähler nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Meßzeiger (6) nicht breiter als der Durchmesser des ersten Kreises (16) ist.

11. Durchflußzähler nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleitkörper (8, 9) zwischen den ersten Umlenkschrägflächen (10) und den zweiten Umlenkschrägflächen (11) in zwei Teile mit einem inneren Umlenkkörper (8) und einem ringförmigen äu­ ßeren Umlenkkörper (9) geteilt ist und einer dieser bei­ den, vorzugsweise der innere Umlenkkörper (8), als Unter­ brecher wirkt.

12. Durchflußzähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsender (1) und der Lichtempfänger (2) außerhalb des Zählergehäu­ ses angeordnet sind.

13. Durchflußzähler nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Lichtsender (1) und der Lichtemp­ fänger (2) so zueinander angeordnet sind, daß ein mit 180° in sich reflektiertes Strahlenbündel (4) zum Licht­ empfänger (2) gelangt.

14. Durchflußzähler nach Anspruch 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Lichtsender (1) und der Lichtemp­ fänger (2) konzentrisch zueinander angeordnet sind.