DE69109484T2 - Rotationsdetektor für Wasserdurchflussmesser. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Rotationsaufnehmer für ein Addierwerk eines Wasserzählers der Bauart mit einerseits einer Welle in dem hydraulischen Teil des Zahlers, die ein durch das den Zähler durchströmende Wasser angetriebenes Volumenrad, das zum Zählen der Umdrehungen dient, sowie zumindest einen durch die Welle in Drehung versetzten Magneten trägt, und andererseits, außerhalb des hydraulischen Teils des Zählers, zwei Schalter mit biegsamen Messern, die der Bahn des Magneten gegenüberliegend angeordnet und mit einer elektrischen Schaltung verbunden sind, die ihre Zustandswechsel abzählt, um dem Addierwerk Zählimpulse zuzuführen, wobei letzteres die Anzahl der Umdrehungen des Volumenrads oder, genauer, das Volumen des Wassers, welches den Zähler durchströmt hat und welches direkt proportional zu dieser Anzahl von Umdrehungen ist, anzeigt.
• Die Druckschrift GB-A-2020817 beschreibt einen Wasserzähler mit mehreren magnetischen Widerständen, die zum Erzeugen von Zahlsignalen vorgesehen sind.
• Bekannt ist, daß ein Schalter mit biegsamen Messern zwei metallische Messer umfaßt, deren Enden miteinander in Kontakt kommen, wenn sie einem entsprechenden magnetischen Feld ausgesetzt werden, wodurch der Stromkreis, in dem der Schalter angebracht ist, geschlossen wird. Aufgrund der Elastizität der Messer öffnet sich dieser Schalter aufs neue, wenn das magnetische Feld verschwindet.
• Falls ein solcher Schalter in dem "trockenen" Teil eines Wasserzählers, das heißt, in seinem außerhalb seines hydraulischen Teils gelegenen Teil, angebracht ist, und falls er gegenüber der Bahn eines mit der Welle des Zählers verbundenen Magneten, jedoch exzentrisch in Bezug auf diese angeordnet ist, so passiert der Magnet den Schalter einmal pro Umdrehung der Welle und schließt diesen während eines kurzen Moments.
• Es genügt daher, die Anzahl der Schließvorgänge des Schalters abzuzählen, um daraus die Anzahl der Umdrehungen der Welle zu abzuleiten, und folglich das Volumen des Wassers, welches den Zähler durchströmt hat. Natürlich wird im allgemeinen dieses Volumen direkt angegeben. Unter Fachleuten gut bekannte elektronische Addierwerke eignen sich zur Realisierung solcher Operationen und werden daher hier nicht beschrieben.
• Die obenstehend beschriebenen Aufnehmer wurden dann weiter verbessert, indem ihnen ein zweiter Schalter mit biegsamen Messern hinzugefügt wurde, der gleichermaßen auf der kreisförmigen Bahn des magnetischen Feldes, jedoch winklig um 90 º in Bezug auf den ersteren versetzt angeordnet ist, was darüber hinaus erlaubt, die Drehrichtung der Welle genau anzugeben. Denn es ist klar, daß das Schließen des zweiten Schalters entsprechend der Drehrichtung demjenigen des ersten um einen Winkelabstand von 90 º oder 270 º nachfolgt. Daraus ergibt sich zwischen diesen beiden Schließzeitpunkten ein Zeitintervall größer oder kleiner als das nachfolgende, und es ist für einen Fachmann auf diesem Gebiet leicht, eine logische Schaltung zu entwerfen, die erlaubt, diese Zeitintervalle zu vergleichen und daraus die Drehrichtung abzuleiten. Solche Verbesserungen von Aufnehmern sind in der Druckschrift FR-A1-2593290 beschrieben.
• Weitere, bei Flüssigkeitszählern angewandten Aufnehmer mit zwei Schaltern sind in der Druckschrift GB-A-1363699 beschrieben.
• Diese bekannten Aufnehmer zeigen allesamt eine bestimmte Anzahl von Nachteilen, deren wichtigster mit der Technik der Schalter mit biegsamen Messern verbunden ist, denn die Messer derselben unterliegen aufgrund ihrer Elastizität Prellerscheinungen, die die Messungen störend beeinflussen können, insbesondere dann, wenn die Drehgeschwindigkeit der Welle des Zahlers erhöht ist. Weitere störende Auswirkungen können aus der größenbezogenen Ungenauigkeit und aus der zeitbezogenen Abweichung der Schalter mit biegsamen Messern resultieren.
• Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist, die vorstehend dargelegten Schwierigkeiten zu beseitigen und einen Rotationsaufnehmer vorzuschlagen, der bei geringem Aufwand genaue Messungen erbringt, die frei von störenden Auswirkungen und zeitlich vollkommen stabil sind.
• Erfindungsgemäß werden diese sowie weitere, nachfolgend ersichtliche Ziele wie das des Bereitstellens eines Aufnehmers, dessen Kosten hinreichend gering sind, um mit dem Verkaufspreis eines Wasserzählers zum Heimgebrauch vereinbar zu bleiben, dank eines Rotationsaufnehmers der eingangs genannten Art mit zwei Schaltern mit biegsamen Messern erreicht, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß jeder seiner Zählimpulse durch das Schließen des ersten der beiden vorstehend genannten Schalter mit biegsamen Messern ausgelöst und durch das Schließen des zweiten beendet wird, und daß das Schließen des zweiten Schalters etwa in der Mitte der Schließdauer des ersten eintritt.
• Es wird deutlich, daß die erste dieser Anordnungen den störenden Effekt des Prellens der Schalter mit biegsamen Messern auf die Zählung beseitigt, da die ansteigenden und abfallenden Flanken jedes Zählmpulses beide durch das Schließen des entsprechenden Schalters erzeugt werden und infolgedessen vor dem Auftreten seines Prellens, das demzufolge keinerlei Einfluß auf den Impuls ausüben kann.
• Andererseits vermeidet die Tatsache, daß das Schließen des zweiten Schalters mit biegsamen Messern etwa in der Mitte des Zeitintervalls stattfindet, während dem der erste geschlossen bleibt, daß die Unterschiede und die Abweichungen aufgrund der abmessungsbezogenen Ungenauigkeit oder der Abweichungen der Schalter mit biegsamen Messern die durch diese letzteren erzeugten Signale derart verschieben können, daß die Zählimpulse gestört werden.
• In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aufnehmers wird die zweite vorstehend angegebene Bedingung für die Schalter mit biegsamen Messern, und zwar die Tatsache, daß sich der zweite in der Mitte der Schließzeit des ersten schließen muß, auf sehr einfache Weise erfüllt, wenn der zweite Schalter mit biegsamen Messern in der Nähe der Achse des Magneten, der mit der sich eingetaucht in dem hydraulischen Teil des Zählers drehenden Welle verbunden ist, und in der Drehrichtung dieser Welle, winklig um einen Winkel zwischen 185 º und 210 º und bevorzugt zwischen 190 º und 195 º von dem ersten beabstandet ist.
• Denn es ist erweist sich auf überraschende Art und Weise, daß diese Anordnung erlaubt, automatisch das Schließen des zweiten Schalters mit biegsamen Messern zum gewollten Zeitpunkt in bezug auf die Schließdauer des ersten hervorzurufen. Der optimale Wert des Winkels zwischen diesen beiden Schaltern im Inneren der beiden vorstehend angegebenen Bereiche hängt vor allem von der Leistung des verwendeten Magneten ab, der aus offensichtlichen Gründen der Symmetrie bevorzugt torisch ist, von seinem Abstand zu den Schaltern, von der Bündelung seiner Pole und der Anzahl derselben. Auf jeden Fall kann er von einem Fachmann unter Zuhilfenahme einiger einfacher Versuche leicht ermittelt werden.
• Diese Anordnung bezüglich der beiden Schalter mit biegsamen Messern ist in der Praxis sehr einfach zu erhalten wenn, gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, der mit der Welle verbundene Magnet, der dazu dient, die Umdrehungen zu zählen, durch diese an ihrem Ende getragen wird, und wenn die Schalter mit biegsamen Messern jenseits des Endes der Welle ihm gegenüber angeordnet sind, wobei eine undurchlässige Platte zwischen dieser und den Schaltern angeordnet ist. Diese Anordnung weist den zusätzlichen Vorteil auf, daß man einen beachtlichen Raumgewinn in bezug auf die herkömmliche Lösung erzielt, bei der die Schalter mit biegsamen Messern über den Umfang des Endes der Welle verteilt sind, die den oder die Magneten trägt. Außerdem erlaubt die zwischen diesen letzeren und den Schaltern mit biegsamen Messern angeordnete Platte, die vollständig die Abdichtung zwischen dem hydraulischen Teil und dem "trockenen" Teil des Zahlers zu gewährleisten.
• Die Bedingungen, die den Schaltern mit biegsamen Messern des Aufnehmers durch die Erfindung auferlegt werden, stellen keinerlei Hindernis dar hinsichtlich der Erfassung desjenigen der Schalter, der sich zuerst schließt, und des Ableitens der Drehrichtung der Welle, die das Volumenrad und den oder die Magneten des Zahlers trägt.
• Außerdem kann die elektronische Schaltung, die die Zählimpulse des erfindungsgemäßen Aufnehmers erzeugt, dann vorteilhaft mit Mitteln zum Ändern des Vorzeichens derselben in Abhängigkeit von der fraglichen Drehrichtung der Welle versehen sein. Falls das Addierwerk der Vorrichtung dazu in der Lage ist, hinzuzählend und subtrahierend zu arbeiten, das heißt, die Anzahl der Impulse entsprechend ihren Vorzeichen zu addieren oder abzuziehen, so wird es möglich, die Wasservolumina entsprechend is ihrer Richtung des Durchströmens des Zählers hinzuzuzählen oder abzuziehen.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand von nicht beschrankenden Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 eine vereinfachte Aufsicht des erfindungsgemäßen Rotationsaufnehmers;
• Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II der Fig. 1; und
• Fig. 3 ein Diagramm, welches die unterschiedlichen, durch die Anordnung der Figuren 1 und 2 abgegebenen Signale als Funktion der Zeit zeigt.
• Der hydraulische Teil eines nicht dargestellten Wasserzählers befindet sich links der Schnittansicht der Fig. 2 und ist nach rechts durch ein undurchlässige Zwischenwand 1 begrenzt. Sie umfaßt eine Welle 2, deren Achse X-X' senkrecht zu der Wand 1 und deren Drehgeschwindigkeit proportional zu der Durchflußmenge des den Zähler durchströmenden Wassers ist. Es genügt daher, die Anzahl ihrer Umdrehungen aufzuaddieren, um daraus auf einfache Weise das Gesamtvolumen des Wassers abzuleiten, welches den Zähler durchströmt hat.
• Zu diesem Zweck dreht sich das Ende der Welle 2 in einem mit der Wand 1 verbundenen Lager 3 und trägt eine Abschlußkappe 4, an deren Innenseite ein torischer Permanentmagnet angebracht ist, der 2 diametral entgegengesetzte Pole 5 und 5' aufweist. Der nicht belegte Rand der Kappe 4 und sein Magnet sind von der Wand 1 durch einen Luftspalt sehr kleiner Dicke getrennt.
• Auf der Außenseite der Wand 1, demzufolge der "trockenen" Seite der Vorrichtung, sind zwei Schalter mit biegsamen Messern 6 und 6' angebracht, deren aktiver Teil am Ort der Bahn der Magnetpole 5 und 5' angeordnet ist, und infolgedessen auf der Projektion dieser Bahn auf die Ebene der Außenseite 1a der undurchlässigen Zwischenwand.
• Diese Projektion ist in Fig. 1 durch eine in durchbrochener Linie dargestellte Kappe 7 angedeutet.
• Weiter sind diese Schalter mit biegsamen Messern 6 und 6' auf der Kappe 7 derart angeordnet, daß sie durch den Magneten 5, 5' mit einer leichten Phasenverschiebung betätigt werden, wobei diese letztere derart ausgebildet ist, daß der zweite Schalter 6' entweder geöffnet oder geschlossen wird, wenn der erste Schalter, 6, in der Zone maximalen Feldes ist.
• Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird diese Bedingung aufgrund der Tatsache erfüllt, daß der aktive Teil des zweiten Schalters 6' in Bezug auf denjenigen des ersten Schalters, 6, in der durch den Pfeil F angedeuteten Drehrichtung der Welle 2 um einen Winkel α verschoben ist, der in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel gleich 168 º ist.
• Wird, mit anderen Worten, die von der Achse X-X' der Welle 2 zu den Schaltern 6 und 6' führenden Strahlen mit R und R' bezeichnet, so ist im Fall des vorliegenden Beispiels der in der Richtung des Pfeiles F orientierte Winkel (R, R') gleich 168 º. Daraus ergibt sich natürlich, daß der durch die Längsachsen dieser beiden Schalter 6 und 6' gebildete Winkel α' seinerseits gleich 180 º - 168 º = 12 º ist.
• Die Signale, die aus den Schaltern 6 und 6' stammen, und die infolgedessen binäre, der Öffnung oder dem Schließen dieser letzteren entsprechende Signale sind, werden über Leitungen 8 bzw. 8' an eine elektronische Schaltung 9 übertragen. Sie sind in der Fig. 3 als S1 bzw. als S2 dargestellt, und es kann festgestellt werden, daß das Schließen des Schalters 6' richtig zu einem Zeitpunkt 12 einstellt, der in der Mitte der Schließphase I&sub1; - I'&sub1; des Schalters 6 liegt, wie dies erwünscht war.
• Tatsächlich hängt der zweckmäßig dem Winkel α zum Erreichen dieses Ziels zuzuordnende Wert vor allem von den Eigenschaften des Magneten 5, 5' ab und kann für jeden Fall mittels einiger einfacher Versuche ermittelt werden wobei der vorstehend genannte Wert von 168 º lediglich einer besonderen, beispielhaft genannten Ausführungsform entspricht.
• Wie bereits dargelegt wurde, ist das durch diese Anordnung angestrebte Ziel, den Schließzeitpunkt I&sub2; des Schalters 6' derart optimal zu machen, daß die Abstände und Abweichungen, die auf die Ungenauigkeit der Abmessungen oder den Abstand der Schalter mit biegsamen Messern 6 und 6' sowie des Magneten 5, 5' zurückzufiiiiren sind, das Signal S2 in Bezug auf das Signal S1 nicht in einem solchen Maße verschieben können, daß der Zeitpunkt I&sub2; außerhalb des Intervalls I&sub1; - I'&sub1; auftritt.
• In diesem Fall gibt die elektronische Schaltung 9 dann, ausgehend von den so durch die Schalter mit biegsamen Messern 6 und 6' erzeugten Signalen S1 und S2, Zählimpulse ab, die in Fig. 3 als S3 dargestellt sind, und die bei jeder Betätigung des Schalters 6 beginnen, um mit der unmittelbar nachfolgenden Aktivierung des Schalters 6' zu enden. Logische Schaltungen, die erlauben, zu diesem Ergebnis zu gelangen, sind unter Kennern der Materie gut bekannt und werden infolgedessen hier nicht im Einzelnenbeschrieben.
• Somit ergibt sich aus der Art der Erzeugung der Zählimpulse, daß die parasitären Prellerscheinungen, die in Fig. 3 mit R dargestellt und die unvermeidbar sind, da sie an die Technik der Schalter mit biegsamen Messern gebunden sind, nicht auf die Zählung einwirken, da die Zählimpulse durch die ansteigenden Flanken der Signale ausgelöst werden, die notwendigerweise vor dem Prellen beim Schließen der Schalter auftreten, und weil sie vor dem Prellen beim Öffnen enden, wie raan aus der Figur erkennt.
• Die durch die elektronische Schaltung 9 abgegebenen Zählimpulse werden über eine Leitung 10 an ein nicht dargestelltes Impuls-Addierwerk übermittelt, wo sie in bekannter Art und Weise ausgewertet werden. Man erhält somit die Gesamtzahl der Umdrehungen der Welle 1 seit dem Beginn der Messungen oder seit eines Rückstellens auf 0, und es wurde bereits angedeutet, daß diese Anzahl von Umdrehungen direkt an das Wasservolumen geknüpft ist, welches den Zähler durchflossen hat und den gesuchten Wert darstellt.
• Wenn sich die Welle 1 in der umgekehrten Richtung des Pfeiles F dreht, so erhält man Subtraktionsimpulse, die bei dem Schließen des zweiten Schalters 6' entstehen, und die bei dem Schließen des ersten Schalters 6 enden. Auch hier wirken die parasitären Prellerscheinungen nicht auf diese Impulse ein.
• Es ist die elektronische Schaltung 9, die erlaubt, die Drehrichtung der Welle 1 durch Erfassen, ob es die Signale des ersten Schalters 6 sind, die zuerst eintreffen, oder die des zweiten Schalters 6', zu ermitteln. Diese Erfassung ist aufgrund der Tatsache möglich, daß der Winkelabstand zwischen dem Schalter 6 und dem Schalter 6' 168 º für die durch den Pfeil F der Fig. 1 dargestellte Drehrichtung und 192 º für die umgekehrte Richtung beträgt, und daß dies einer zeitlichen Verschiebung entspricht, die leicht zu ermitteln ist. Auch hier wissen die Kenner der Materie eine logische Schaltung zu realisieren, die es erlaubt, diese Erfassung durchzhren, so daß dies hier nicht im einzelnen beschrieben wird.
• Die Umkehrung der Drehrichtung der Welle 1 überträgt sich über eine Vorzeichenänderung der durch die elektronische Schaltung 9 zugeführten Impulse. Das Addierwerk addiert die positiven Impulse und zieht die negativen Impulse ab, so daß die Wasservolumina hinzugezählt oder abgezogen werden können, je nachdem, ob sie den Zähler in der einen oder der anderen Richtung durchströmen. Es ist natürlich möglich, die Wassermengen, die den Zähler in einer gegebenen Richtung durchströmen, und diejenigen, die den Zähler in der anderen Richtung durchströmen, getrennt anzuzeigen.
• Weiter läßt sich feststellen, daß das Anordnen des Magneten 5, 5' am Ende der Welle sowie das Anordnen der Schalter mit biegsamen Messern 6 und 6' in deren Verlängerung einen beachtlichen Raumgewinn in Bezug auf eine periphere Anordnung darstellt, und daß die undurchlässige Platte 1 vollkommen die Abdichtung zwischen dem auf einer eingetauchten Turbine eines Wasserzählers angeordneten Magneten und den in einem trockenen Bereich angebrachten Schaltern mit biegsamen Messern 6 und 6' gewährleistet.

Claims (7)

1. Rotationsaufnehmer für ein Addierwerk eines Wasserzählers mit einerseits einer Welle in dem hydraulischen Teil des Zählers, die ein durch das den Zähler durchströmende Wasser angetriebenes Volumenrad, das zum Zählen der Umdrehungen dient, sowie zumindest einen durch die Welle in Drehung versetzten Magneten trägt, und andererseits einem ersten und einem zweiten Schalter (6, 6') mit biegsamem Messer, die der Bahn des Magneten gegenüberliegend angeordnet und mit einer elektronischen Schaltung (9) verbunden sind, die ihre Zustandswechsel abzählt, um dem Addierwerk Zählimpulse zuzuführen, wobei die Anordnung des ersten bzw. des zweiten Schalters (6, 6') derart festgelegt ist, daß das jeden Zählimpuls beendende Schließen des zweiten Schalters (6') etwa in der Mitte der Schließdauer des ersten Schalters (6), der diesen Impuls ausgelöst hat, eintritt.

2. Rotationsaufhehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schalter (6') mit biegsamen Messern in der Nähe der Achse des Magneten (5, 5') und in der Rotationsrichtung desselben winklig unter einem zwischen 185º und 210º liegenden Winkel (α) von dem ersten Schalter (6) mit biegsamen Messern beabstandet ist.

3. Rotationsaufnehmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) zwischen 190º und 195º liegt.

4. Rotationsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (5, 5') ein torischer Magnet ist.

5. Rotationsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (5, 5') durch das Ende der Weile (2) getragen wird, und daß die Schalter (6, 6') mit biegsamen Messern jenseits des Endes der Weile (2) ihm gegenüber angeordnet sind, wobei eine undurchlässige Platte zwischen dieser und den Schaltern (6, 6') angeordnet ist.

6. Rotationsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung (9) Mittel zum Erfassen desjenigen der Schalter (6, 6') umfaßt, der sich zuerst schließt.

7. Rotationsaufnehmer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Addierwerk die durch die elektronische Schaltung (9) zugeführten Zählimpulse entsprechend ihrem Vorzeichen hinzuzählt oder abzieht.