DE102005004026B4

DE102005004026B4 - Vorrichtung zur Ermittlung und Anzeige der Durchflussmenge eines Strömungsmediums

Info

Publication number: DE102005004026B4
Application number: DE200510004026
Authority: DE
Inventors: Christian Siebert
Original assignee: SIKA Dr Siebert and Kuehn GmbH and Co KG
Current assignee: SIKA Dr Siebert and Kuehn GmbH and Co KG
Priority date: 2005-01-28
Filing date: 2005-01-28
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2025-01-29
Also published as: DE102005004026A1

Abstract

Vorrichtung zur Ermittlung und Anzeige der Durchflussmenge eines Strömungsmediums in einem Flüssigkeitskreislauf, umfassend ein Gehäuse (2) sowie einen im Gehäuse (2) angeordneten Messkörper (20), der durch die Strömung in Rotation versetzt wird, wobei der Messkörper (20) ein Flügelrad (23) und einen Signalgeber (22) aufweist, der mit einem Sensor (30) zur Erfassung der Drehzahl zusammenarbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) eine Skalierung (4) aufweist, der Messkörper (20) ein parallel zur Längsachse des Gehäuses (2) bewegliches Anzeigelement (23) aufweist, das im Bereich der Skalierung (4) sichtbar ist, und der Messkörper (20) eine auf einer Achse (24) axial verschieblich gelagerte Hülse (21) aufweist, wobei das Flügelrad (23) und der Signalgeber (22) beabstandet zueinander auf der Hülse (21) befestigt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung und Anzeige der Durchflussmenge eines Strömungsmediums in einem Flüssigkeitskreislauf, umfassend ein Gehäuse sowie einen im Gehäuse angeordneten Messkörper, der durch die Strömung in Rotation versetzt wird, wobei der Messkörper ein Flügelrad und einen Signalgeber aufweist, der mit einem Sensor zur Erfassung der Drehzahl zusammenarbeitet.
Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise unter der Bezeichnung "Durchflussmessgerät" bekannt. Ein solches Durchflussmessgerät ist in einer Rohrleitung eingebaut und besitzt ein skaliertes durchsichtiges Gehäuse, wobei im Gehäuse ein Schwebekörper vorgesehen ist, wobei der Schwebekörper in Abhängigkeit von der w3Strömungsmenge die entsprechende Menge auf der Skalierung anzeigt. Das heißt, die Stellung des Schwebekörpers ist abhängig von der Durchflussmenge. Der Vorteil dieser Durchflussmessgeräte besteht insbesondere in der einfachen Montage und guten Ablesbarkeit.

Aus dem Stand der Technik gemäß der DE 39 40 280 A1 ist weiterhin eine Vorrichtung zur Ermittlung der Durchflussmenge eines Strömungsmediums bekannt, bei dem ein Gehäuse vorgesehen ist, und wobei in dem Gehäuse längsbeweglich zum Gehäuseeinsatz hin ein konisch ausgebildeter Staudruckkörper vorgesehen ist. Zur induktiven Ermittlung der Durchflussmenge sind zwei wechselstromgespeiste, gegensinnig gepolte und von einander beabstandete Primärspulen sowie eine Sekundärspule vorgesehen, wobei durch die Bewegung des Staudruckkörpers relativ zu den Spulen in die Sekundärspule eine Spannung induziert wird.

Darüber hinaus ist ein in einem Gehäuse angeordneter rotierender Körper bekannt, der auf seinem Umfang einen oder mehrere Magnete aufweist ( US 3,813,940 ). Am Gehäuse, im Bereich der Magnete, befindet sich ein Sensor, mit Hilfe dessen die Drehzahl ermittelt wird, um in Kenntnis der Drehzahl und des Querschnitts des Gehäuses die Durchflussmenge bestimmen zu können.

Aus der DE 26 35 190 A1 ist ein Durchflusskontrollgerät mit einem Doppelrohr bekannt, wobei in dem einen Rohr ein Schwebekörper vorgesehen ist, der in dem Gehäuse bei anstehender Strömung sichtbar ist, wobei durch eine Skalierung auf dem Gehäuse die Strömungsmenge in etwa bestimmbar ist. Darüber hinaus findet sich in dem benachbarten Rohr ein sogenannter Drehflügel, der allerdings nicht parallel zur Längsachse des Rohres beweglich ist. Dieser Drehflügel dient als Kontrollorgan zur optischen Ermittlung, ob eine Strömung vorhanden ist oder nicht.

Es besteht nun ein Bedürfnis an einem Gerät, das einerseits die optische Anzeige der Durchflussmenge ermöglicht und andererseits die Durchflussmenge elektrisch bestimmt, um solche Signale weiterzuverarbeiten, z. B. zur elektrischen Steuerung oder Regelung einer Heizungsanlage.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, die sowohl optisch die Größenordnung der Durchflussmenge deutlich macht, als auch die Durchflussmenge explizit elektrisch misst, zeichnet sich erfindungsgemäß durch ein Gehäuse mit einer Skalierung aus, sowie ein im Gehäuse parallel zur Längsachse des Gehäuses beweglich angeordnetes Anzeigeelement, dass von außen im Bereich der Skalierung sichtbar ist, und dass von dem Strömungsmedium angeströmt wird, sowie einem durch die Strömung in Rotation versetztbaren Messkörper mit einem Signalgeber, wobei der Signalgeber mit einem Sensor zur Erfassung der Drehzahl zusammenarbeitet. Hieraus wird deutlich, dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Durchfluss sowohl optisch erkennbar ist, als auch induktiv oder magnetisch die Durchflussmenge ermittelt werden kann. Beim Einbau einer solchen Vorrichtung in einem Flüssigkeitskreislauf, insbesondere in einem Heizungssystem, ergeben sich hierdurch verschiedene Vorteile. Bekanntermaßen besteht bei einem Heizungskreislauf, der mehrere Stränge aufweist, das Problem, den Durchfluss der einzelnen Stränge derart zu steuern, dass jeder Strang die gleiche Durchflussmenge erhält. Darüber hinaus ist es wünschenswert, mit Hilfe der Kenntnis der Durchflussmenge und der Temperatur im Vor- und Rücklauf den Heizkessel zu steuern. Die durch die magnetische oder induktive Ermittlung der Durchflussmenge gewonnenen Signale können zur Steuerung der Heizungsanlage herangezogen werden.

Weitere vorteilhafte Merkmale sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass der Messkörper auf seinem Umfang mindestens einen, vorzugsweise mehrere Magnete oder Metallkerne als magnetische oder induktive Signalgeber aufweist, wobei durch den Sensor, der vorzugsweise als Magnetfeldsensor z. B. als Hall-Sensor oder als induktiver Nährungsschalter ausgebildet ist, die Durchflussmenge magnetisch oder induktiv ermittelt wird. Hierbei können Ring- oder Stabmagnete eingesetzt werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Messkörper auf einer Achse axial beweglich gelagert. Wie bereits an anderer Stelle erläutert, wird der Messkörper durch die Strömung in Rotation versetzt. Dies geschieht beispielsweise dadurch, dass der Messkörper einen Flügelrad aufweist. Durch dieses Flügelrad wird der Messkörper entsprechend dem Staudruck auf seiner Achse axial verschoben und gleichzeitig durch die Strömung in Rotation versetzt.

Wie ebenfalls an anderer Stelle erläutert, weist das Gehäuse eine Skalierung auf, wobei das Anzeigeelement von außen im Bereich der Skalierung sichtbar ist. Wenn nun der Messkörper aufgrund der axialen Beweglichkeit des Messkörpers auf der Achse parallel zur Achse durch die Strömung bzw. den sich ergebenden Staudruck verschieblich ist, kann der Messkörper als Anzeigeelement fungieren. Insbesondere ist hierbei vorgesehen, dass das Flügelrad des Messkörpers das Anzeigeelement bildet. Hieraus wird deutlich, dass der Messkörper zwei Funktionen erfüllt; nämlich zum Einen die des Signalgebers für einen im Gehäuse angeordneten Sensor, und zum Anderen dient er als Anzeigeelement wie bei einem üblichen Durchflussmessgerät, wie es bereits zuvor beschrieben worden ist. Das heißt, dass die vorliegende Vorrichtung die Vorteile eines Durchflussmessgerätes, basierend auf dem bekannten Schwebekörperprinzip, vereinigt mit dem Prinzip eines Turbinendurchflussmessers. Eine solche Vorrichtung ist preiswert herstellbar, da konstruktionsbedingte Bauteile eine doppelte Funktion ausüben, was insbesondere für das Flügelrad gilt. Darüber hinaus ist die Vorrichtung relativ kleinbauend und aufgrund der Doppelfunktionen der einzelnen Bauteile auch preisgünstig herstellbar.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass in Strömungsrichtung gesehen unter dem Messkörper das Gehäuse eine Lochscheibe aufweist. Die Lochscheibe dient zur drehbaren Lagerung der Achse des Messkörpers. Die Lagerung am entgegengesetztem Ende der Achse erfolgt korrespondierend hierzu ebenfalls durch eine Lochscheibe.

Konstruktiv ist vorgesehen, dass der Messkörper eine auf der Achse axial verschiebliche Hülse aufweist, wobei die Hülse den Signalgeber und das Flügelrad besitzt; hierbei sind Flügelrad und Signalgeber beabstandet voneinander auf der Hülse befestigt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung steht die Hülse unter der Last einer insbesondere einstellbaren Feder. Die Feder dient der Rückstellung oder Justierung des Anzeigeelementes, bzw. des Messkörpers. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass das Anzeigeelement natürlich auch als Schwebekörper ausgebildet sein kann, wobei der Vorteil dieser Gestaltung darin liegt, zwei Funktionen durch ein Gerät zu verwirklichen. Je nach Federauslegung kann der Durchflusssensor lagenneutral, insbesondere auch horizontal eingesetzt werden; durch die Feder wird die Rückstellung in die Ausgangslage bewirkt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung einen Temperatursensor aufweist, wobei durch den Temperatursensor die Temperatur des Strömungsmediums ermittelt wird. Dies vor folgendem Hintergrund:
Wie bereits an anderer Stelle erläutert, wird z. B. die Leistung des Brenners eines Heizkessels sowohl durch die Durchflussmenge als auch durch die Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf gesteuert. Wenn nun zusätzlich zur Durchflussmenge auch die Temperatur des Mediums ermittelt wird, so lässt sich hieraus die Energie im z. B. Vorlauf ermitteln. Bei Kenntnis der Temperatur im Rücklauf und der Kenntnis, dass die Durchflussmenge im Vor- und Rücklauf identisch ist, kann auch für den Rücklauf die Energie ermittelt werden. Aufgrund der Energiedifferenz lässt sich die Leistung der Heizung steuern.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielhaft näher erläutert.
1 zeigt die Vorrichtung in einer Ansicht;
2 zeigt einen Schnitt gemäß 1.
Die Vorrichtung zur Ermittlung und Anzeige von der Durchflussmenge eines Strömungsmediums zu einer Rohrleitung ist gemäß 1 und 2 mit 1 bezeichnet. Die Vorrichtung 1 umfasst das Gehäuse 2 mit dem Sichtfenster 3 mit der Skalierung 4. Das Gehäuse 2 ist Bestandteil der Rohrleitung 5. Darüber hinaus weist das Gehäuse 2 eine Einrichtung 10 zur Verminderung des Strömungsquerschnitts im Gehäuse 2 auf. Die Einrichtung 10 kann hierbei als Kugelhahn oder als Durchflussbegrenzer ausgebildet sein, wobei bei Verschwenkung des Hebels der Strömungsquerschnitt vergrößert oder verkleinert wird. Dies vor folgendem Hintergrund: Wie bereits an anderer Stelle erläutert, ist es insbesondere bei einem Heizungskreislauf mit einzelnen Strängen erforderlich, dass jeder Strang die gleiche Durchflussmenge erhält. Anhand der optischen Anzeige und der Einrichtung 10 kann somit in jedem Strang der Querschnitt so eingestellt werden, dass die Durchflussmenge in jedem Strang die gleiche ist.
Betrachtet man nunmehr 2, so erkennt man den insgesamt mit 20 bezeichneten Messkörper. Der Messkörper 20 umfasst eine Hülse 21, wobei auf der Hülse 21 umfangsverteilt vier Magnete 22 vorgesehen sind. Axial beabstandet von den Magneten 22 als Signalgeber befindet sich das Flügelrad, das ebenfalls auf der Hülse 21 angeordnet ist. Die Hülse 21 lagert auf der Achse 24, die zu beiden Enden durch die Lochscheiben 25, 26 gelagert ist. Die Hülse 21 steht unter der Last der Feder 27, die sich an einem Ende an der Lochscheibe 25 abstützt.
Die Feder dient der Einstellung des Messkörpers. Insbesondere besteht bei Verwendung einer solchen Feder 27 die Möglichkeit, die Vorrichtung insgesamt auch horizontal einzubauen. Dies deshalb, weil durch die Feder 27 der Messkörper 20 immer in seiner Ausgangslage zurückgedrückt wird.
In der Gehäusewandung befindet sich der mit 30 bezeichnete Magnetfeldsensor; dieser Magnetfeldsensor 30 ist beispielsweise als Hall-Sensor ausgebildet und fungiert als Sensor zur induktiven Erfassung der als Signalgeber wirkenden Magnete 22.
Darüber hinaus zeigt das Gehäuse auch den Temperatursensor 31, um mit Hilfe dieses Temperatursensors die Temperatur des Strömungsmediums zu ermitteln. Anhand der Durchflussmenge und der Temperatur des Strömungsmediums kann die Energie des Strömungsmediums ermittelt werden, um dann – wie bereits an anderer Stelle erläutert – aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf und der entsprechenden Energiedifferenz den Heizkessel zu steuern.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist nun wie folgt:
Bei Strömungsrichtung des Mediums in Richtung des Pfeiles 40 wird das Flügelrad in Rotation versetzt. Aufgrund der Einströmung durch das Strömungsmedium steigt der Messkörper 20 mit dem Flügelrad 23 und den Magneten 22 in Richtung des Pfeiles 40 auf, wie dies in 2 erkennbar ist. Hierbei gelangt das Flügelrad 23 in den Bereich des Sichtfensters 3 (1), wobei von außen anhand der Skalierung 4 erkennbar ist, welcher Durchfluss in etwa zu verzeichnen ist. Bei der Stellung des Messkörpers 20 entsprechend 2, gelangen die Magnete 22 in den Empfangsbereich des Hall-Sensors 30, wobei durch den Hall-Sensor 30 die Drehzahl ermittelt wird. In Abhängigkeit von der Drehzahl und dem Strömungsquerschnitt ist der Durchfluss zu ermitteln. Diese elektrische Größe kann dann zur Steuerung oder Regelung der Heizungsanlage herangezogen werden.

Claims

Vorrichtung zur Ermittlung und Anzeige der Durchflussmenge eines Strömungsmediums in einem Flüssigkeitskreislauf, umfassend ein Gehäuse (2) sowie einen im Gehäuse (2) angeordneten Messkörper (20), der durch die Strömung in Rotation versetzt wird, wobei der Messkörper (20) ein Flügelrad (23) und einen Signalgeber (22) aufweist, der mit einem Sensor (30) zur Erfassung der Drehzahl zusammenarbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) eine Skalierung (4) aufweist, der Messkörper (20) ein parallel zur Längsachse des Gehäuses (2) bewegliches Anzeigelement (23) aufweist, das im Bereich der Skalierung (4) sichtbar ist, und der Messkörper (20) eine auf einer Achse (24) axial verschieblich gelagerte Hülse (21) aufweist, wobei das Flügelrad (23) und der Signalgeber (22) beabstandet zueinander auf der Hülse (21) befestigt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Sensor (30) die Durchflussmenge induktiv oder magnetisch ermittelt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkörper (20) als Signalgeber auf seinem Umfang mindestens einen, vorzugsweise jedoch mehrere Magnete oder Metallkerne (22) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (30) als Hall-Sensor ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (23) des Messkörpers (20) das Anzeigeelement bildet.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (21) unter der Last einer Feder (27) steht.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft der Feder (27) einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) einen Temperatursensor (31) aufweist.