DE2849974C2 - Durchflussüberwachungsgerät für flüssige oder gasförmige Medien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Durchflußüberv. achungsgerät für flüssige oder gasförmige Medien mit einem einen Strömungsraum aufweisenden Gehäuse, in dem ein kolbenförmiger, zumindest mit einem Permanentmagneten bestückter und auf einem gehäusefesten Rohrelement verschiebbar gelagerter Geber vorgesehen ist, sowie mit einer außerhalb des Strömungsraumes angeordneten Anzeige-, Meß- oder Schaltvorrichtung.

Für die Durchflußüberwachung flüssiger und gasförmiger Medien dienen Durchflußanzeiger, Durchflußmesser und/oder Durchflußwächter, die vielfach 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 Oberwachungsaufgaben 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 dem von 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 Durchtritisquerschnittes unterschiedlich hoch angehoben. Bei einer Weiterentwicklung dieser Durchflußmenge 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 von Medium umflossenen Rohrabschnitt hineinragt und vom strömenden Medium mitgenommen wird. Je nach Durchflußgeschwindigkeit stellt sich eine bestimmte Schräglage des Paddels ein, die 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.

Aus der DE-PS 16 48 014 ist ein Durchflußüberwachungsgerät bekannt, bei dem ein an einem in Strömungsrichtung v;rschiebbarea Verschlußkörper angebrachter Permanentmagnet einen Schutzgasschalter betätigt, wobei der als Hohlkörper ausgebildete Verschlußkörper mit einer Feder gegen den Druck des strömenden Mediums abgestützt und an der Innenwand mit einem Ringmagneten versehen ist und ein den Schuizgasmagnetschalter enthaltendes druckdichtes Rohr den Hohlkörper führend in diesen so hineinragt, daß der Schutzgasmagnetschalter sich iri Wirkbereich des sich axial bewegenden Ringmagneten befindet

Aus der DE-AS 11 60 201 ist ein Durchflußüberwachungsgerät bekannt, bei dem ein an einem Ende offener und am anderen Ende mit einer Eichöffnung versehener Hohlkolben aus ferromagnetischem Material vorgesehen ist, der sich innerhalb eines vom zu überwachenden Medium durchflossenen Rohres aus nichtmagnetischem Material befindet Um das vom Medium durchflossene Rohr ist eine Induktionsspule angeordnet, so daß eine Veränderung der Position des Hohlkolbens infolge der Strömung des zu überwachenden Mediums eine Induktionsänderung in der MeSspule bewirkt. Die zuströmseitig vorgesehene Öffnung in der Hohlkolbenstirnwand erbringt eine Eichmöglichkeit über einen größeren Bereich, der von einer durch die Toleranz des Kolbens im Rohr und einer Mindestgröße der Bohrung im Kolbenboden festgelegten Mindestdurchflußmenge seinen Ausgang nimmt

Die beschi iebenen Einrichtungen zur Durchflußüberwachung haben den Nachteil, daß die Lagerung der beweglichen konus- paddel- und insbesondere auch der kolbenförmigen Teile durch vom Medium mitgeführte Fremdkörper oder aus dem Medium ausfallende Niederschläge beeinträchtigt wird.

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 genannten Art so auszubilden, daß auch bei ungünstigen Betriebsverhältnissen eine hohe Betriebssicherheit und genaue Arbeitsweise gewährleistet und gleichzeitig ein einfacher und wirtschaftlich zu realisierender Aufbau sichergestellt ist.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß der magnetbestückte Geber als von seinem offenen Ende her durchströmbarer Hohlkolben ausgebildet ist, der an seinem abstromseitigen Endbereich eine vorgebbare Querschnittsverringarung aufweist.

Durch die Lagerung eines Hühlkolbens 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 Rohrelement gelegen sind. Damit kann das aus dem Rohrelement austretende Medium die Lagerstellen nicht ungünstig beeinflussen, so daß sichergestellt ist, daß Fremdkörper, die von dem Medium mitgeführt werden und die insbesondere bei flüssigen Medien niemals ganz zu vermeiden sind, nicht zu einer Verklemmung oder Verkantung der Lagerung und damit zu Fehlmessungcn oder zum Unbrauchbarwerden des Gerätes führen können.

Von Bedeutung ist ferner, daß im Gegensatz zu bekannten Lösungen, bei denen an einer Stirnseite des Kolbens eine Druckkraft angreift und auf den Kolben eine schiebende Wirkung ausübt, bei der Anordnung nach der Erfindung die Kraft an der inneren Stirnseite des durchströmten Hohlkolbens angreift und somit in bezug auf die Lagerstelle ziehend wirkt. Während es nämlich bei einem Kolben bei schiebender Beanspruchung zu Verkantungen auf der Lagerung kommen kann, können diese bei ziehender Beanspruchung nicht auftreten.

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 Lagerfiächen 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, gehäusefeste 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 Oegennngscnuiter am Gehäuse zugeordnet ist. Der ringschulterförmige Ansatz erstreckt sich dabei zweckmäßigerweise bis in die unmittelbare Nähe der Gehäuseinnenwand.

Aufgrund dieser Ausgestaltung wird beim Maximalhub des Hohlkolbens eine im wesentlichen dichte Anlage des ringschulterförmigen Ansatzes an der Gehäuse-Gegenringschulter erhalten, wodurch der eo 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 Lagerfiächen von Hohlkolben und Rohrelement aus einer Vieleckfläche, wodurch sich besonders günstige Lagereigenschaflen 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 Rohrelement hindurchragt. Dabei ist durch unterhalb des konischen 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 richtet 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 Schaltvorrichtung sind bevorzugt zwei entgegengesetzt axial magnetisierte Ringmagnete auf dem Hohlkolben und zwei als Ring-, Stab- oder 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 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 Zapfen ist es vorteilhaft, einen doppelseitig konischen, ggf. im Mittelbereich einen zylindrischen Teilabschnitt aufweisenden Zapfen ?u verwenden, wobei der anströmseitige Bereich des Zapfens strömungsgünstig ausgebildet wird und durch die Wahl der Steilheit des abströmseitigen Zapfenbereichs die jeweils erforderliehe Charakteristik des Weg/Mengenverhältnisses vorgegeben werden kann.

Eine weitere besonders vorteilhafte 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 Defestigten 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.

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 unterschiedlieh und zumindest bei einem Teil der Stifte kleiner als der Hohikolben-Hubweg. Auf diese Weise kann z. B. unter Verwendung von drei oder mehr Schaltern das Gerät für die gleichzeitige Überwachung der unterschiedlichsten Mengen Verwendung finden, ohne daß sich die Schaltpunkte durch viskositätsabhängige Änderungen der Reibungsverhältnisse ändern.

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

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

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

Fi g. 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,

F i g. 5 eine Ausführungsform eines Durchflußüberwachungsgeräts mit einem Geradsitzgehäuse,

F i g. 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 Fi g. 1 zeigl eine Ausführungsform der F.rfindung, 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.

Auf diesem rohrförmigen Ansatz 12 ist ein Hohlkolben 13 verschiebbar gelagert, der als Meßwertgeber einen Permanentmagnetring 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 Eingriff 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 Eigengwichts des Hohlkolbens und der Abmessung der Querschnittsverengung 16 ab einem bestimmten Durchfluß in die in F i g. 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 Führungsfiäche 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 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 Fig. 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 aufeinanderliegen. 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.

F i g. 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 11 in die höchste Stellung angehoben ist, wie dies F i g. 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 15 zu kombinieren.

F i g. 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 Faiie zwei entgegengesetzt gepohe Magnete 30 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 F i g. 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

ίο 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 Quer-Schnittsverringerung wird die Weg/Mengencharakteristik bestimmt, die zusätzlich von der Dichte des Mediums und seinen sonstigen physikalischen Eigenschaften abhängig ist.
In F i g. 5 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem anstelle eines Durchgangsgehäuses, wie es bei den vorstehend erläuterten Ausführungsformen Verwendung fand, ein sogenanntes Geradsitzgehäuse benutzt wird. Der sogenannte Ventilsitz 36 des Gehäuses bildet dabei das Einströmstürk, das mit dem rohrförmigen Ansatz 12 versehen ist, auf dem der Hohlkolben 13 gleitet. Dieser Hohlkolben ist wiederum mit wenigstens einem Magnetring 14 versehen, der bei einer bestimmten Höhenstellung beispielsweise einen Reedschalter 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 zylindrisehen 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.

Das strömende Medium tritt bei dem Gerät nach F i g. 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 Aüsführürigsfonn 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 F i g. 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 strömungsgünslig geformt ist, so daß Wirbelbildungen vermieden und der Druckabfall minimiert wird.

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 gekrümmten Körpers besitzen, um bestimmte Abhängigkeiten zwischen dem Weg des Hohlkolbens Π 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 Magneten 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 F i g. 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 F i g. 7 dargestellte Ausführungsform ermöglicht eine weitgehend verzögerungsfreie Rückführung des Hohlkolben in seine Ruhestellung und damit eine unverzügliche Meldung des Zurückgehens eines Überdrucks. D=is 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 eo 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, 31 trägt Zur Vorspannung des Hohlkolbens 13 in seine Ruhelage ist eine Feder 22 vorgesehen.

Nach Ansprechen eines Überströmventils verläßt der

10

15

20

25

30

35

40 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.

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 F i g. 8 dadurch gelöst, daß Durchtrittsöffnungen in der Art von Venturiblcnden 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 F i g. 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 Öffnunger. 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 51 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 viskositatsabhängige Änderungen der Reibungsverhältnisse ändern wurden.

Es ist noch allgemein zu erwähnen, daß den beschriebenen Ausfühningsformen von Überwachungsgeräten im Bereich des Einströmstücks jeweils ein Sieb vorgeschaltet werden kann, um den Zutritt gröberer Fremdkörper zu dem Gerät zu verhindern. aIs Siebe eignen sich dabei insbesondere auch röhrenförmige Filterkörbe, die derart angebracht werden, daß sie za 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 Strömungsrich'ang 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. Ein 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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (23)

Patentansprüche:

1. Durchflußüberwachungsgerät für flüssige oder gasförmige Medien mit einem einen Strömungsraum aufweisenden Gehäuse, in dem ein kolbenförmiger, zumindest mit einem Permanentmagneten bestückter und auf einem gehäusefesten Rohrelement verschiebbar gelagerter Geber vorgesehen ist, sowie mit einer außerhalb des Strömungsraumes angeordneten Anzeige-, Meß- oder Schaltvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetbestückte Geber als von seinem offenen Ende her durchströmbarer Hohlkolben (13) ausgebildet ist, der an seinem abstromseitigen Endbereich eine vorgebbare Querschnittsverringerung (16, 23) aufweist.

2. Durchflußüberwachungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gehäusefeste Rohrelement (12) das gehäuseinnere Ende eines Einströmstückes (11) bildet

3. Durchflußüberwachungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubweg des Hohlkolbens (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.

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 Vieleckfläche besteht.

11. 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- Hub weges in Strömungsrichtung verjüngender, gehäusefester Zapfen (32,34) eingreift

13. Durchflußüberwachungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der insbesondere geschlossen ausgebildeten Stirnfläche (16) des Hohlkolben;; (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.

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 (1OJ 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 (46) 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 gekennzeichnet, daß die in der Stirnwand (15) des Hohlkolbens (13) vorgesehenen Öffnungen nach Art einer Venturiblende ausgebildet sind.

20. Durchflußüberwachungsgerät 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-, Staboder 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.