DE10204003A1

DE10204003A1 - Flügelradzähler, insbesondere für den Wassereinlauf für Haushaltsmaschinen

Info

Publication number: DE10204003A1
Application number: DE10204003A
Authority: DE
Inventors: Elmar Ott
Original assignee: Aweco Appliance Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Aweco Appliance Systems GmbH and Co KG
Priority date: 2002-02-01
Filing date: 2002-02-01
Publication date: 2003-08-14

Abstract

Es wird ein Durchflussmesser, insbesondere für den Wassereinlauf von Haushaltsmaschinen wie Waschmaschinen, Geschirrspüler oder dergleichen, vorgeschlagen, der einen geringen Fertigungsaufwand erfordert. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass ein Sender (9) und ein Empfänger (10) für elektromagnetische Strahlung vorgesehen sind, wobei das Flügelrad (3) im Bereich des Strahlengangs zwischen Sender (9) und Empfänger (10) angeordnet ist.

Description

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

Flügelradzähler werden in vielfältigen Anwendungen als Mengenmessgerät für Flüssigkeiten beim Durchfluss durch Leitungen verwendet. Bei genau definierten Strömungsverhältnissen im Gehäuse eines Flügelradzählers gibt die Drehzahl des darin rotierenden Flügelrades ein gutes Maß für die Menge an Flüssigkeit, die das Flügelradgehäuse pro Zeiteinheit durchströmt. Derartige Flügelradzähler finden unter anderem auch im Wassereinlauf von Haushaltsgeräten wie Maschinen oder Geschirrspülern Verwendung. Im Zusammenhang mit einem Geschirrspüler wurde ein solcher Durchflussmesser beispielsweise in der Druckschrift DE 196 01 072.1 beschrieben.

Bei diesen bekannten Durchflussmessern wird die Drehzahl des Flügelrades mit Hilfe eines Reedschalters erfasst, der außerhalb des Durchflussmessergehäuses anzubringen ist und beim Durchgang eines mit dem im Innern rotierenden Flügelrad verbundenen Permanentmagneten schaltet, so dass mit jeder Umdrehung ein elektronisch auswertbares Signal erzeugt wird. Vor allem die dicht abgeschlossene Unterbringung des Permanentmagneten im Flügelrad ohne Störung der Laufruhe verursacht hierbei einen nicht unerheblichen Aufwand.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Durchflussmesser vorzuschlagen, der mit geringem Aufwand herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Durchflussmesser der einleitend genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.

Dementsprechend zeichnet sich ein erfindungsgemäßer Durchflussmesser dadurch aus, dass ein Sender und ein Empfänger für elektromagnetische Strahlung vorgesehen sind, wobei das Flügelrad wenigstens teilweise im Strahlengang zwischen Sender und Empfänger angeordnet ist.

Eine solche Anordnung bildet eine Lichtschranke, die den Innenraum des Flügelradzählers im Bereich des Flügelrades durchleuchtet.

Eine solche Schranke ist in der Lage, die Drehzahl des Flügelrades zu erfassen, ohne dass ein Permanentmagnet am Flügelrad vorgesehen werden muss. Der oben angeführte Aufwand bei der Fertigung entfällt hierdurch. Zudem sind beispielsweise Lichtschranken im sichtbaren oder infraroten Frequenzbereich kostengünstig in großer Stückzahl auf dem Markt erhältlich.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird das Gehäuse des Durchflussmessers hierbei mit wenigstens zwei Fenstern versehen, die für die verwendete Strahlung durchlässig sind. Auf diese Weise kann die aus Sender und Empfänger bestehende Sensoreinheit komplett außerhalb des Gehäuses angebracht werden, so dass sich weitere Dichtmaßnahmen erübrigen. Darüber hinaus kann der Großteil des Gehäuses aus beliebigem Material gefertigt werden, sofern dies aus konstruktiven Überlegungen gewünscht wird.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird das komplette Gehäuse des Durchflussmessers aus einem für die verwendete Strahlung transparenten Material gefertigt. Derartige transparente Kunststoffe sind insbesondere bei Zubehörteilen für Haushaltsmaschinen wie Waschmaschinen und Geschirrspüler bereits im Gebrauch und können daher ohne weiteres auch für die Herstellung eines Gehäuses für einen Durchflussmesser herangezogen werden. Bei einer Fertigung des Gehäuses aus einem einheitlichen Material erübrigen sich etwaige Dichtstellen, da keine Fenster erforderlich sind.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird eine elektromagnetische Strahlung im infraroten Frequenzbereich gewählt. Zum einen ergibt sich hierdurch eine hohe Störsicherheit gegenüber Störquellen wie Tageslicht; usw.. Zum anderen sind Infrarotsende- und Empfangselemente in Form von LED oder Fototransistoren oder auch in Form kompletter Lichtschrankeneinheiten handelsüblich.

Eine solche Lichtschranke kann beispielsweise im Bereich der Flügel des Flügelrades angebracht werden, so dass mit jedem Durchgang eines Flügels die Lichtschranke unterbrochen und anschließend wieder geöffnet wird. Aus diesen Lichtschrankensignalen kann die Drehzahl unmittelbar hergeleitet werden.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Lichtschranke im Bereich der Achse des Flügelrades angebracht, wobei vorzugsweise am Ort des Strahlengangs hierzu eine Bohrung im Flügelrad angebracht wird. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Abstand zwischen Sender und Empfänger vergleichsweise groß ist oder eine strahlungsabsorbierende Flüssigkeit vermessen werden soll. In der Bohrung der Flügelradachse kann das Licht bzw. die elektromagnetische Strahlung im Allgemeinen ohne wesentliche Absorption, Streuung oder Brechung das Flügelrad passieren und somit mit größerer Intensität am Empfänger ankommen. Je nach gewünschter Anzahl von Lichtschrankensignalen pro Umdrehung kann hierbei auch eine größere Anzahl von Bohrungen vorgenommen werden. Eine winkelsymmetrische Anordnung trägt hier insbesondere auch zu einem runden, ausgewuchteten Lauf des Flügelrades bei.

Eine solche Bohrung im Flügelrad kann in einer besonderen Ausführungsform auch von einem transparenten Medium verschlossen werden, um das Eindringen von Flüssigkeit zu vermeiden. Das Material kann hierbei so gewählt werden, dass das durchgehende Licht mit ausreichender Intensität auf den Empfänger auftrifft.

Insbesondere bei der Ausführungsform, bei der unmittelbar die Flügel des Flügelrades beim Durchgang durch die Schranke erfasst werden, aber auch zur Kontrastverstärkung bei einer der vorgenannten Ausführungsformen empfiehlt es sich, das Flügelrad im Bereich des Strahlengangs aus einem die Strahlung wenigstens teilweise absorbierenden Material, d. h. im sichtbaren Bereich aus einem schwarzen Material zu fertigen. Auf diese Weise ist ein maximaler Kontrast bzw. Intensitätsunterschied zwischen den Lichtschrankensignalen bei freiem Strahlengang und bei geschlossenem Strahlengang erreichbar.

In einer anderen Ausführungsform wird anstelle eines absorbierenden Materials ein wenigstens teilweise reflektierendes Material bzw. eine reflektierende Oberfläche im Bereich des Strahlenganges vorgesehen, so dass beim Queren des Strahlengangs die auftreffende Strahlung komplett vom Empfänger ferngehalten wird. Auch mit einer solchen Ausführungsform sind Intensitätsunterschiede im Empfänger erhöht.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform wird die erfindungsgemäße Sensoranordnung so angeordnet, dass die Strahlung unter einem schrägen Winkel in das Gehäuse des Durchflussmessers eintritt. Die Innenseite des entsprechenden Randabschnitts des Gehäuses bildet bei geeigneter Winkelauswahl hierbei eine Grenzfläche, an der eine Brechung stattfinden kann. Der Brechungswinkel ist hierbei abhängig von der optischen Dichte im Innern des Gehäuses und somit vom Füllzustand.

Mit einer solchen Anordnung kann demnach nicht nur die Frequenz oder Drehzahl des Flügelrades erfasst werden. Es kann vielmehr zugleich auch gemessen werden, ob und gegebenenfalls welche Art von Flüssigkeit sich im Innern des Durchflussmessers befindet. Insbesondere im Hinblick auf eine fehlerfreie Durchflussmessung ist dies von Vorteil, da beispielsweise der Durchtritt von Luftblasen hierdurch erkennbar ist.

Der Empfänger ist dabei vorteilhafterweise unter einem solchen Winkel im Bezug zum Sender anzuordnen, dass die elektromagnetische Strahlung bei gefülltem Durchflussmesser auf den Empfänger trifft und dabei den Bereich des Flügelrades kreuzt. Hierdurch wird der Strahlengang wie in der oben angeführten Weise vom drehenden Flügelrad periodisch unterbrochen, so dass die Drehzahl messbar ist.

Darüber hinaus findet, aufgrund der deutlich geringeren optischen Dichte von Luft im Vergleich zur Flüssigkeit wie Wasser, beim Durchtritt einer Luftblase eine deutlich stärkere Brechung an der Innenwandung des Durchflussmessers statt, so dass die Strahlung nicht in den Empfänger gelangen kann. Ein fehlendes Signal kann daher entweder als Stillstand des Flügelrades oder als Luft im Gehäuse des Durchflussmessers interpretiert werden. In beiden Fällen findet kein Durchfluss der zu erfassenden Flüssigkeit statt.

Bei längerem Ausfall des Signals ist von einem Stillstand des Flügelrades auszugehen, bei kurzzeitiger Unterbrechung vom Durchgang einer Gas- bzw. Luftblase. Die Ursache für den Ausfall eines Signals ist jedoch für die Mengenmessung letzten Endes unerheblich, da eine zu messende Flüssigkeitsmenge nur dann den Durchflussmesser passiert, wenn sich das Flügelrad dreht und zugleich das Gehäuse mit Flüssigkeit gefüllt ist, so dass ein Signal messbar ist.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung dieser Ausführungsform ergibt sich durch die Anordnung des Senders und des Empfängers in einem Bereich des Durchflussmessergehäuses, in dem ohnehin zwei unter einem Winkel stehende Wandbereiche vorhanden sind, so dass die schräge Einstrahlung in Bezug auf die Innenwand des Durchflussmessergehäuses ohne Modifikation am Gehäuse realisierbar ist. Bei einem zylinderförmigen Gehäuse lässt sich in dieser Weise eine Sensoreinheit z. B. an einer Kante zwischen Mantelfläche und Stirnseite anbringen.

Grundsätzlich bieten alle genannten Ausführungsformen den Vorteil, dass kein Permanentmagnet am Flügelrad angebracht werden muss. Entweder kann das Flügelrad unverändert verwendet werden oder aber es können Maßnahmen, wie z. B. das Anbringen eines Loches oder auch das Verfüllen eines solchen Loches mit transparentem Material, vorgesehen werden, die keinen größeren Aufwand verursachen und insbesondere keinerlei Dichtmaßnahmen erforderlich machen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.

Im Einzelnen zeigen
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Flügelradzähler mit Sender und Empfänger,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit einer Schnittebene quer zur Schnittebene gemäß Fig. 1 und
Fig. 3 eine Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen Durchflussmesser 1 bestehend aus einem Gehäuse 2, in dem ein Flügelrad 3 an einer Achse 4 auf nicht näher dargestellte Weise drehbar gelagert ist. Zufluss und Abfluss sind zur Vereinfachung der Darstellung nicht eingezeichnet, sie können in üblicher Weise angebracht werden.
Erfindungsgemäß ist nunmehr im Bereich der Flügel 5, 6, 7, 8 ein Sender 9 sowie ein Empfänger 10 vorgesehen. Im Falle der Verwendung von Licht, beispielsweise Infrarotlicht, bilden der Sender 9 und Empfänger 10 eine Lichtschranke, die das Passieren der Flügel 5, 6, 7, 8 dadurch erfasst, dass der Strahlengang des Lichts unterbrochen und wieder freigegeben wird. In dieser Ausführungsform ist das gesamte Gehäuse 2 aus einem für die verwendete Strahlung transparenten Material ausgebildet, so dass keine separaten Fenster für die Strahlung 11 vorgesehen sind.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform erkennbar, bei der Bohrungen 12, 13 in der zentralen Nabe 14 des Flügelrades 15 angebracht sind. Im Flügelrad 15 ist eine weitere zentrale Bohrung 16 zur Aufnahme eines Achszapfens oder Steckachse, so dass das Flügelrad 15 daran drehbar gelagert werden kann.
In dieser Ausführungsform werden ein nicht näher dargestellter Sender und Empfänger gegenüberliegend irgendwo auf einem Umfangskreis mit dem Radius r angeordnet, so dass die Bohrungen 12, 13 den Strahlengang zwischen Sender und Empfänger beim Drehen des Flügelrades 15 passieren. Die Bohrungen 12, 13 können hierbei bei Bedarf mit einem transparenten Material verfüllt werden. Eine solche Ausführungsform kann sicherstellen, dass keine hinderlichen Intensitätsverluste durch in den Bohrungen 12, 13 befindliche Flüssigkeit beim Durchtritt durch den Durchflussmesser eintreten, so dass leistungsschwächere Sender und Empfänger verwendbar sind.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 wiederum zeigt einen Durchflussmesser mit einem Gehäuse 18, das zylinderförmig ausgebildet ist. Auch hier ist der Zufluss sowie der Abfluss des Durchflussmessers 17 zur besseren Anschaulichkeit nicht näher dargestellt. Das Flügelrad 19 ist mit einer zentralen Achse 20 versehen, die sich bis in entsprechende Ausnehmungen 21, 22 des Gehäuses erstreckt, wodurch das Flügelrad 19 drehbar gelagert ist. Je nach Anwendungsfall können zusätzliche Lager, z. B. Gleitbuchsen oder Wälzlager, vorgesehen werden.
Der Sender 23 ist nunmehr unter einem Winkel α zur Mantelfläche 24 angeordnet. Der Empfänger 25 befindet sich auf der flachen Stirnseite 26. Der Strahlengang 27 kreuzt den Innenraum 28 des Gehäuses 18 in einem Bereich, in dem die Flügel 29, 30, 31, 32 drehen und dabei den Strahlengang 27 unterbrechen können.
Mit durchgezogener Linie ist der Strahlengang bei mit Flüssigkeit gefülltem Gehäuse 18 dargestellt.
Zunächst trifft die Strahlung unter dem Winkel α auf die äußere Mantelfläche 24, wo sie zum optisch dichteren Material der Wandung hin gebrochen wird. An der inneren Mantelfläche 33 findet im Flüssigkeit gefüllten Zustand kaum eine wesentliche Brechung statt, so dass der Strahlengang nahezu geradlinig weiterverläuft bis zur Stirnseite 26. Erst beim Austritt aus der Stirnseite 26 findet erneut eine Brechung zum optisch dichteren Material der Wandung hin um den Winkel β statt. Der Empfänger 25 ist so angeordnet, dass in diesem Fall die Strahlung des Senders 23 empfangen wird.
Bei Gas, beispielsweise bei Luft im Gehäuse 18, wird die Strahlung an der inneren Mantelfläche 33 erneut gebrochen, so dass sie parallel versetzt unter dem Winkel α zur Mantelfläche 33 den Innenraum quert. Dieser Strahlengang ist gestrichelt dargestellt. Beim Durchtritt durch die Stirnseite 26 wird die Strahlung beidseits aufgrund der Unterschiede in der optischen Dichte zwischen Luft und dem Wandmaterial jeweils um den gleichen Winkel gebrochen, so dass die Strahlung wiederum parallel versetzt nach außen austreten kann und dabei den Empfänger 25 verfehlt.
Diese Ausführungsform ist dazu geeignet, nicht nur die Frequenz oder Drehzahl des Flügelrades 19 zu erfassen, sondern zugleich zwischen einer Luft- oder Flüssigkeitsfüllung zu unterscheiden. Je nach Anwendungsfall können auch unterschiedliche Flüssigkeiten, die sich durch ihren Brechungsindex unterscheiden, durch eine solche Anordnung unterschieden werden.
Allen dargestellten Ausführungsbeispielen ist jedoch gemeinsam, dass ohne größere bauliche Maßnahmen die Drehzahl des Flügelrades als Frequenz erfassbar ist, wobei zudem aufgrund der in den Ausführungsformen verwendeten transparenten Ausgestaltung des Gesamtgehäuses das Gehäuse keine große Anpassung erfahren muss.
Es können handelsübliche Lichtschranken verwendet werden, die in Haushaltsmaschinen auch noch zu anderen Zwecken, beispielsweise zur Füllstandsmessung von Dosiervorrichtungen, zur Kontrolle von Salz bzw. einer Salzkonzentration, usw., verwendet werden können. Neben dem Vorteil einer hohen Stückzahl im Bereich der Sender und Empfänger können weitere Einsparungen dadurch erzielt werden, dass eine gemeinsame Auswerte- und Steuereinheit für die Sender und Empfänger gegebenenfalls im Taktbetrieb unter Verwendung eines Multiplexers oder dergleichen verwendbar ist. Bezugszeichenliste 1 Durchflussmesser
2 Gehäuse
3 Flügelrad
4 Achse
5 Flügel
6 Flügel
7 Flügel
8 Flügel
9 Sender
10 Empfänger
11 Strahlung
12 Bohrung
13 Bohrung
14 Nabe
15 Flügelrad
16 zentrale Bohrung
17 Durchflussmesser
18 Gehäuse
19 Flügelrad
20 Achse
21 Ausnehmung
22 Ausnehmung
23 Sender
24 Mantelfläche
25 Empfänger
26 Stirnseite
27 Strahlengang
28 Innenraum
29 Flügel
30 Flügel
31 Flügel
32 Flügel

Claims

1. Durchflussmesser, insbesondere für den Wassereinlauf von Haushaltsmaschinen wie Waschmaschinen, Geschirrspüler oder dergleichen, mit einem Gehäuse, in dem ein drehbar gelagertes Flügelrad angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sender (9) und ein Empfänger (10) für elektromagnetische Strahlung vorgesehen ist, wobei das Flügelrad (3) im Bereich des Strahlengangs zwischen Sender (9) und Empfänger (10) angeordnet ist.

2. Durchflussmesser nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Fenster für die vorgesehene Strahlung vorgesehen sind.

3. Durchflussmesser nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (18) insgesamt aus transparentem Material bezüglich der vorgesehenen Strahlung ausgebildet ist.

4. Durchflussmesser nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der vorgesehenen Strahlung im Infrarotbereich liegt.

5. Durchflussmesser nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine exzentrische Durchgangsbohrung (12, 13) in einer zentralen Achse (14) des Flügelrades vorgesehen ist.

6. Durchflussmesser nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die exzentrische Bohrung (12, 13) mit transparentem Material wenigstens teilweise verschlossen ist.

7. Durchflussmesser nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Oberfläche des Flügelrades (3) im Bereich des Strahlenganges aus die Strahlung wenigstens teilweise absorbierendem Material besteht.

8. Durchflussmesser nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Oberfläche des Flügelrades (3) im Bereich des Strahlengangs wenigstens teilweise aus reflektierendem Material besteht.

9. Durchflussmesser nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (23) so angeordnet ist, dass die Strahlung unter einem zur Brechung geeigneten Einfallswinkel in das Gehäuse eintritt.

10. Durchflussmesser nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (23) und der Empfänger (25) an zwei zueinander unter einem Winkel stehenden Wandbereichen des Gehäuses angeordnet ist.

11. Haushaltsmaschine, insbesondere Waschmaschine oder Geschirrspüler, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchflussmesser (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche vorgesehen ist.