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Die
Erfindung betrifft ein Strömungselement, insbesondere
ein Laminarstromelement, für
eine Durchflussmessvorrichtung für
Fluide, mit wenigstens einem Fluidströmungskanal, der einen Fluideintrittsbereich
und einen Fluidaustrittsbereich aufweist, wobei der Fluidströmungskanal
wenigstens zum Teil in einem ersten Körper untergebracht und der
Länge nach
wenigstens zu einer Oberfläche
(erste Oberfläche)
des ersten Körpers
hin offen ist und eine Oberfläche
(zweite Oberfläche)
eines zweiten Körpers
in wenigstens einem den Fluidströmungskanal
umgebenden geschlossenen Berührungsbereich
unmittelbar an der ersten Oberfläche
des ersten Körpers
anliegt und den Fluidströmungskanal
verschließt,
und wenigstens einer der Körper
jeweils wenigstens eine Öffnung
zu dem Fluideintrittsbereich und dem Fluidaustrittsbereich aufweist,
die von außerhalb
des Strömungselements
zugänglich
sind.
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Außerdem betrifft
die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Strömungselements,
insbesondere Laminarstromelements, für eine Durchflussmessvorrichtung
für Fluide,
bei dem wenigstens ein Fluidströmungskanal,
der einen Fluideintrittsbereich und einen Fluidaustrittsbereich
aufweist, wenigstens zum Teil in einem ersten Körper der Länge nach wenigstens zu einer
Oberfläche
(erste Oberfläche)
des ersten Körpers
hin offen ange ordnet wird und eine Oberfläche (zweite Oberfläche) eines
zweiten Körpers
in wenigstens einem den Fluidströmungskanal umgebenden
geschlossenen Berührungsbereich
unmittelbar an der ersten Oberfläche
des ersten Körpers
angelegt wird und der Fluidströmungskanal
verschlossen wird, und wenigstens in einen der Körper jeweils wenigstens eine Öffnung zu
dem Fluideintrittsbereich und dem Fluidaustrittsbereich angeordnet
wird, die von außerhalb
des Strömungselements zugänglich sind.
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Marktbekannte
Strömungselemente
werden auf dem Gebiet der angewandten physikalischen Messtechnik,
vorzugsweise in Durchflussmessvorrichtungen zur Volumenstrommessung
von Fluiden, eingesetzt. Nach dem Gesetz von Hagen-Poiseuille ist
eine Druckdifferenz, die längs
eines Fluidströmungskanals,
beispielsweise einer Kapillare oder eines anderen geeigneten insbesondere
laminar durchströmten
Strömungshindernisses,
aufgebaut wird, proportional zur Geschwindigkeit des strömenden Fluids
und zu seiner dynamischen Viskosität.
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Laminarstromelemente
(im folgenden kurz als LFE bezeichnet, der Abkürzung der englischen Bezeichnung „Laminar
Flow Element") werden
als Primär-
oder Transferelement zur Erzeugung einer Druckdifferenz in bekannten
Differenzdruck-Durchflussmessvorrichtungen eingesetzt. Die Druckdifferenz
wird dabei aus Drucken bestimmt, welche an zwei voneinander entfernten
Druckmesspunkten vorzugsweise in der Nähe des Eintrittsbereichs und
in der Nähe
des Austrittsbereichs des Fluidströmungskanals vorzugsweise mit
einem Differenz druckaufnehmer erfasst werden. Aus dieser Druckdifferenz wird
unter Berücksichtigung
weiterer Fluid-Daten, wie beispielsweise der Zusammensetzung des
Fluids, dem Absolutdruck und der Temperatur, der Volumen- beziehungsweise
Massenstrom des Fluids berechnet.
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Aus
der
US 5.511.416 ist
ein Weitbereichs-Laminarstromelement zur Verwendung in Differenzdruck-Durchflussmessvorrichtungen
und in thermischen Massenstrom-Durchflussmessvorrichtungen
bekannt. Das Strömungselement
umfasst eine Mehrzahl von rechtwinkligen Kanälen in einer einzigen rechtwinkligen
Platte. Das Strömungselement
enthält
Laschen, die selektiv entfernt werden können, um den effektiven Durchmesser
des Strömungskanals
zu verändern.
Alternativ können
die Laminarstromelemente gestapelt werden, um einen größeren effektiven
Durchmesser des Strömungskanals
bereit zu stellen.
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Aus
der
US 4.427.030 ist
ein Laminarstromelement zum Einbau in einen Fluidströmungskanal
beschrieben. Das Laminarstromelement ist aus flachen Scheiben aufgebaut,
welche Nuten aufweisen, die zwischen einer exzentrisch angeordneten
Eintrittsöffnung
und einer Austrittsöffnung
verlaufen. Die äußeren Scheiben
eines Pakets haben keine Nuten und umfassen lediglich eine Einlassöffnung oder
eine Auslassöffnung.
Die Einlassöffnungen
bilden zusammen einen Einlasskanal und die Auslassöffnungen bilden
zusammen einen Auslasskanal. Die Dimensionen der Nuten sind so,
dass das Fluid zwischen dem Einlasskanal und dem Auslasskanal laminar durch
die Kanäle
strömt,
die durch die Nuten gebildet sind.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Strömungselement der eingangs genannten
Art auszugestalten, das einfach und robust aufgebaut ist und das
einfach an die Betriebsbedingungen, insbesondere Druck und Temperatur
des Fluids, und/oder die verwendete Fluidart anpassbar ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass der Fluidströmungskanal
als Aussparung wenigstens in dem ersten Körper realisiert ist und eine
Vielzahl von Befestigungsmitteln den ersten Körper gegen den zweiten Körper drückt, wobei die
Befestigungsmittel bezüglich
ihrer Druckkraft auf die Körper
separat einstellbar sind, derart, dass die erste Oberfläche und
die zweite Oberfläche
in wenigstens dem Berührungsbereich
gleichmäßig dicht, maßhaltig
und starr aneinander anliegen.
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Erfindungsgemäß sind also
lediglich zwei einfach zu bearbeitende Körper in besonderer Weise mit
den Befestigungsmitteln verbunden. Der durchflussbestimmende Strömungskanal
ist vorzugsweise in Form eines Bandspalts ausgespart und bei voneinander
getrennten Körpern
vollständig
zugänglich. Eine
Aussparung ist einfach und präzise
insbesondere durch abtragende Verfahren, nicht abtragende Verfahren
oder auftragende Verfahren, bei denen der Bereich um den Strömungskanal
erhöht
wird, möglich.
Die Aussparung befindet sich zwischen den im Rohzustand parallelen
Oberflächen
der beiden Körper.
Bei der Verwendung von Körpern
mit planen Oberflächen
entfällt
die Innenbearbeitung von Hohlprofilen zur Bil dung von Gehäusen, die
für die marktüblichen
Strömungselemente
notwendig sind. Durch den modularen Aufbau können die Körper separat vorgefertigt werden.
Der Strömungskanal
wird dann erst vor der Kalibrierung und Auslieferung des Strömungselements
angebracht. Die Nenndurchflussmenge, bei der die kritische Reynoldszahl
nicht überschritten
wird und daher im Strömungskanal
laminare Strömung
vorherrscht, kann einfach über
die Länge
und/oder die Tiefe und/oder die Breite der Aussparung vorgegeben
werden. Die Höhe
des den Strömungskanal
enthaltenden Körpers
muß hierzu nicht
verändert
werden. Eine Vergrößerung der Nenndurchflussmenge
ist so einfach durch Nachbearbeitung noch möglich. Auch werden keine zusätzlichen
Verbindungen zu etwaigen Strömungskanal-Verlängerungsstücken benötigt, was
die Gefahr von Undichtigkeiten sowie unerwünscht große Totvolumina mit sich bringen
würde.
Der Strömungskanal selbst
ist sehr robust. Er kann ohne Gefahr einer Beschädigung oder Verunreinigung
durch Klebstoff- oder Schweißrückstände zusammengebaut
werden.
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Durch
die einfach Anpassbarkeit des Strömungskanals kann das Strömungselement
optimal an einen bekannten Differenzdruckaufnehmer angepasst werden,
sodass Fehler durch eine Temperaturdrift des Nullpunkts bezogen
auf den Messbereichs-Endbereich und die Nullpunktverschiebung durch
Veränderung
des statischen Drucks möglichst gering
bleiben. Auf diese Weise können
auch Gase, bei denen der ausnutzbare Differenzdruck im Vergleich
zu Luft absinkt, wie beispielsweise Propan, Butan oder SF6, mit dem passend ausgelegten und gefertigten
Strö mungselement
mit wesentlich geringerer Messunsicherheit gemessen werden als mit
bekannten Strömungselementen.
Im Unterschied zu bekannten Strömungselementen
ist das erfindungsgemäße Strömungselement
nicht festgelegt auf die Messung von Luft bei Atmosphärenbedingungen.
Es kann bei der Messung oben genannter Gase und/oder bei großen statischen
Drücken
ein weitaus größerer Differenzdruck
erzeugt werden als bei bekannten Strömungselementen. Hierbei erlaubt
sie Möglichkeit
der einfachen Veränderbarkeit
der drei Dimensionen des Strömungskanals
eine Einhaltung des laminaren Charakters der Strömung, das heißt einer
Strömung,
bei der die kritische Reynolds-Zahl nicht überschritten wird.
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Um
den Strömungskanal
zu realisieren, ist im Unterschied zu bekannten Strömungselementen kein
separates Distanzstück,
welches eigens abgedichtet werden muß, und kein andersartiges distanzerzeugendes
Mittel, wie beispielsweise mehr oder weniger lose eingewickelte
Drähte
oder Nutenplatten, deren Stabilität und Maßhaltigkeit erst durch Einbau
in ein Gehäuse
bewirkt wird, erforderlich.
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Der
einfache Aufbau des Strömungselements
ermöglicht
den Einsatz von Metallen und Nichtmetallen. Auf diese Weise eröffnet sich
eine Vielzahl von Anwendungsbereichen, die ansonsten aus materialbedingten
Gründen
verschlossen blieben. Außerdem
können
die Kosten durch geeignete Materialwahl deutlich reduziert werden.
Da die Oberflächen
und der Strömungskanal
bei voneinander getrennten Körpern überall frei
zugänglich
sind, kann das Strömungselement
aus härtbarem
Material zunächst
im ungehärteten
Zustand einfach bearbeitet werden. Anschließend kann es den Anforderungen entsprechend
gehärtet
bzw. oberflächenvergütet werden,
um ein hoch druckfestes und/oder abriebfestes Strömungselement
zu erhalten.
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Wegen
den für
sich schon stabilen Körpern und
der Vielzahl von Befestigungselementen ist das Strömungselement
sehr robust und unempfindlich gegenüber hohen Beschleunigungen,
wie sie bei Stößen, Sturz
und bei Dauerschwingungen auftreten können. Dauerschwingungen können insbesondere durch
Unwuchten bei Antrieben hervorgerufen werden.
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Mit
den separat einstellbaren Befestigungselementen werden an den Berührungsflächen der
beiden Körper
etwaige Unebenheiten, insbesondere kleine Unterschiede zwischen
den Konturen der ersten und der zweiten Oberfläche ausgeglichen. Die Befestigungselemente
spannen gewissermaßen
die erste Oberfläche
auf die zweite Oberfläche
oder umgekehrt, so dass sie gleichmäßig dicht, maßhaltig und
starr aneinanderliegen. Ein Gehäuse
ist hierzu nicht erforderlich, wodurch die Anzahl der erforderlichen
Bauteile und der Montageaufwand verringert wird. Durch die direkt
an die Körper
angreifenden Befestigungsmittel und die einfachen, aneinander angepaßten Oberflächen der
beiden Körper
sind die Eigenschaften des Strömungselements,
insbesondere der Nenndurchfluss und die Nenndruckdifferenz, über einen
langen Zeitraum stabil.
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Ferner
können
Fittings und Rohre zum Anschluß von
Fluidleitungen beziehungsweise Drucksensoren direkt an die Körper angeschlossen
werden, und müssen
nicht erst durch ein Gehäuse
geführt
werden.
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Bei
Verschmutzung können
die Befestigungsmittel einfach gelöst und die beiden Körper getrennt
werden. Der Strömungskanal
ist dann frei zugänglich
und kann einfach gereinigt werden; zudem ist der Reinigungserfolg
auch optisch kontrollierbar, da der Strömungskanal dann der Länge nach
offen ist. Bei filmförmigen
Verschmutzungen im Betrieb insbesondere durch Öl wirkt sich gegenüber Rundkapillar-LFEs
positiv aus, dass sich bei einem rechtwinklig ausgesparten Strömungskanal
der Differenzdruck mit dem Kehrwert der 3. Potenz des Plattenabstandes ändert, also
geringer als bei Rundkapillaren, wo er sich mit dem Kehrwert der
4. Potenz des Radius ändert.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
können
die Befestigungselemente, insbesondere Schrauben, in der Nähe des Berührungsbereichs
außerhalb
oder innerhalb desselben verteilt angeordnet sein. Auf diese Weise
wirkt die Anpresskraft direkt auf die Berührungsfläche der beiden Körper, so
dass diese dort dicht aneinander gepresst werden. Mit Schrauben
ist der Anpressdruck genau einstellbar. Schrauben sind außerdem einfach
montierbar und wieder lösbar.
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Um
die Dichtfunktion zu verbessern, kann ein den Fluidströmungskanal
umgebendes, zumindest anfänglich verformbares,
Dichtungsmittel vorgesehen sein, das sich beim Aneinderpressen der
ersten Oberfläche
und der zweiten Oberfläche
so verformt, dass das Dichtungsmittel im Berührungsbereich etwaige Lücken zwischen
der ersten Oberfläche
und der zweiten Oberfläche
abdichtet, ohne den Abstand dort zwischen der ersten Oberfläche und
der zweiten Oberfläche
zu beeinflussen. Das Dichtungsmittel schiebt sich also nicht zwischen
die Oberflächen
und behindert nicht das Aneinanderpressen der Oberflächen der
beiden Körper,
so dass deren Berührungsflächen flächig dicht
unmittelbar aneinanderliegen können.
Das Dichtungsmittel dichtet dann nur noch etwaige nach dem Anpressen
der Oberflächen
verbleibende Lücken
ab, die so klein sind, dass sie erst bei hohen Drücken von
Gas merklich durchströmt
werden können.
Auf diese Weise wird insgesamt eine auch bei hohen Drucken zuverlässige Dichtfunktion
erreicht.
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Zweckmäßigerweise
kann in einem der Körper
eine den Fluidströmungskanal
geschlossen umgebende Dichtungsnut angeordnet sein, welche zur entsprechenden
Oberfläche
des Körpers
offen ist und in der das geschlossene Dichtungselement, insbesondere
eine O-Ringdichtung, untergebracht ist. Das Dichtungselement ragt
nur soweit aus der Dichtungsnut heraus wie erforderlich ist, um
die der Dichtungsnut gegenüberliegende
Oberfläche
des anderen Körpers
dichtend zu berühren.
Das Dichtungselement kann sich so optimal an die Oberflächen angleichen,
ohne dass es das Aneinanderpressen derselben behindert. Die Dichtungsnut
verhindert außerdem
ein Verrutschen des Dichtungselements. Eine O-Ringdichtung ist im Übrigen einfach
und robust.
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Ferner
kann die Dichtungsnut eine Fluidverbindung zum Fluideintrittsbereich
oder zum Fluidaustrittsbereich aufweisen. Auf diese Weise kann Fluid vom
Fluidströmungskanal
zur Dichtungsnut, die einen Totraum darstellt, schneller ein- und
ausströmen. So
werden störende
Ein- und Ausströmungen über etwaige
innere parasitäre
Spalte zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche verhindert.
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Die
erste Oberfläche
und die zweite Oberfläche
können
zumindest in dem Berührungsbereich eben
oder auf andere Weise formschlüssig
sein. Plane Oberflächen
können
einfach realisiert und dichtend aneinander gelegt werden.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Fluidströmungskanal
wenigstens zwei in Strömungsrichtung
beabstandete Fluiddruck-Erfassungsbereiche aufweisen und wenigstens
einer der Körper
kann über
jeweils wenigstens eine von außerhalb
des Strömungselements
zugängliche Öffnung,
insbesondere einen Messabgriff, vorzugsweise mit einem Gewindeanschluss
oder einem Flanschanschluss, für
ein zu messendes Differenzdrucksignal, zu den Fluiddruck-Erfassungsbereichen zur
Fluiddruck-Erfassung verfügen.
Auf diese Weise können
die Fluiddrücke
direkt an dem Fluidströmungskanal
erfasst werden, ein separater Druckerfassungskanal ist so nicht
erforderlich. An den Messabgriffen kann ein Dif ferenzdruckaufnehmer
oder können
einzelne Drucksensoren direkt angeschlossen werden.
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Um
das Strömungselement
kompakt aufzubauen, können
der Fluideintrittsbereich und der Fluidaustrittsbereich jeweils
als Fluiddruck-Erfassungsbereiche wirken und Öffnungen zur Fluiddruck-Erfassung
führen
in den Fluideintrittsbereich beziehungsweise den Fluidaustrittsbereich.
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Damit
in den Fluiddruck-Erfassungsbereichen keine großräumigen, durch die Fluidzuführung erzeugte
Wirbel- und Drall-Störungen
das Drucksignal beeinträchtigen
können,
kann der Fluidströmungskanal
in Strömungsrichtung
betrachtet im Anschluß an
den Fluideintrittsbereich und vor dem Fluidaustrittsbereich jeweils
einen Beruhigungsbereich aufweisen. In dem eintrittsseitigen Beruhigungsbereich
wird das Fluid beim Einströmen
gleichmäßig verteilt,
so dass es über
die ganze Breite dem Fluidströmungskanal
zuströmen
kann. Der austrittsseitige Beruhigungsbereich sorgt für ein auf
die auslassseitige Fluiddruck-Erfassung rückwirkungsfreies Ausströmen aus
dem Fluidströmungskanal.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können der
erste Körper
und/oder der zweite Körper
massive Platten oder an ihren angrenzenden Oberflächen plane
Gussrohlinge sein. Platten sind einfach herstellbar. Die Platten
können
als Träger
insbesondere von direkt angeflanschtem prüftechnischem Zubehör wie Aufnahmen,
Befüll-
und Entlastungsventilen sowie Planarflansch- Sensoranschlüssen ausgestaltet werden. Dadurch
können
Totvolumina minimiert werden. Gussrohlinge können einfach und materialsparend
hergestellt und bearbeitet werden. Insbesondere können ihre
aneinandergrenzenden Oberflächen
einfach glättend
bearbeitet, insbesondere plangefräst und/oder geschliffen, werden.
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Um
eine optische Kontrollmöglichkeit
für Verschmutzungen
des Strömungskanals
zu erhalten, kann wenigstens einer der Körper aus glasklarem Kunststoff,
Glas oder einem durchsichtigen glaskeramischen Material bestehen
oder wenigstens im Bereich des Fluidströmungskanals einen Einsatz aus glasklarem
Kunststoff, Glas oder einem durchsichtigen glaskeramischen Material
aufweisen. Dies ist insbesondere dann von großem Vorteil wenn ungefiltertes
Fluid eingeleitet wird, das Schmutzpartikel enthalten kann.
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Des
Weiteren kann der wenigstens eine Körper an den Öffnungen
zu dem Fluideintrittsbereich beziehungsweise dem Fluidaustrittsbereich über Durchfluss-Anschlüsse, vorzugsweise
Gewindeanschlüsse
oder Flanschanschlüsse,
verfügen.
An den Durchfluss-Anschlüssen
können
eine Fluidzuleitung und eine Fluidableitung einfach und direkt angeschlossen
werden.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Fluidströmungskanal
auf der Seite des Fluideintrittsbereichs einen vom Fluid zu durchströmenden Wärmetauscher-Bereich
aufweisen, in dem die Temperatur des durchströmenden Fluids an die Temperatur
der Körper
an genähert
wird. Der als Aussparung realisierte Fluidströmungskanal ermöglicht optimalen
thermischen Kontakt zwischen den Körpern und dem strömenden Fluid.
Im Gegensatz zu marktbekannten Wickelmatrix- und Kapillarbündel-LFEs,
bei denen ein Gehäuse
und ein Wickelkern aus massivem Edelstahl und thermisch schlecht leitend
verbundene Kapillarenbündel
einen undefinierten Wärmeaustausch
bewirken können,
ist das erfindungsgemäße Strömungselement
so aufgebaut, dass der Wärmetauscher-Bereich in den Fluidströmungskanal
stromabwärts
des Fluideintrittsbereichs integriert werden kann. Bei Verwendung
von Körpern aus
Aluminium oder anderen gut wärmeleitenden Materialien
entspricht so bei kleinen Durchflussmengen die Temperatur des Fluids
der Temperatur der Körper.
Zur Bestimmung der Fluidtemperatur kann dann einfach die Temperatur
der Körper
bestimmt werden.
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Der
Beruhigungsbereich kann technisch einfach realisierbar auf der Seite
des Fluideintrittsbereichs zur Fluidströmungsrichtung parallele Rippen aufweisen,
welche als Wärmetauscher
wirken. Ein separater Wärmetauscher-Bereich
ist so nicht erforderlich.
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Um
platzsparend eine Verlängerung
des Fluidströmungskanals
zu erreichen, kann dieser mäanderförmig verlaufen.
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Damit
einfach eine größere nominale
Durchflussmenge erreicht wird, kann zwischen dem ersten Körper und
dem zweiten Körper
eine Mehrzahl von Zwischenkörpern
aufeinandergelegt sein, die zwei parallele Oberflächen aufweisen,
wobei eine der Oberflächen
so ausgebildet ist, dass sie die Funktion der ersten Oberfläche erfüllt und
die andere Oberfläche
so ausgebildet ist, dass sie die Funktion der zweiten Oberfläche erfüllt, derart,
dass die angrenzenden Oberflächen
benachbarter Zwischenkörper jeweils
einen Fluidströmungskanal
begrenzen und die Fluideintrittsbereiche der Fluidströmungskanäle miteinander
verbunden sind und die Fluidaustrittsbereiche der Fluidströmungskanäle miteinander
verbunden sind und die Fluidströmungskanäle parallel von
dem Fluid durchströmbar
sind.
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Zum
selben Zweck kann alternativ oder zusätzlich im ersten Körper eine
Mehrzahl von parallel durchströmbaren
Fluidströmungskanälen realisiert sein,
die zur ersten Oberfläche
hin offen und deren Fluideintrittsbereiche miteinander verbunden
sind und deren Fluidaustrittsbereiche miteinander verbunden sind.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird der Fluidströmungskanal
wenigstens zum Teil in dem ersten Körper ausgespart und der erste
Körper
wird mit einer Vielzahl von Befestigungsmitteln gegen den zweiten
Körper
gedrückt,
wobei die Befestigungsmittel bezüglich
ihrer Druckkraft auf die Körper
separat eingestellt werden, derart, dass die erste Oberfläche und
die zweite Oberfläche
in wenigstens dem Berührungsbereich
gleichmäßig dicht,
maßhaltig
und starr aneinander gelegt werden. Der Fluidströmungskanal wird also einfach
der Länge
nach frei zugänglich
in der Oberfläche
eines Körpers
realisiert. Er wird der Länge
nach verschlossen, indem der zweite Körper durch gezieltes Anbringen
der Befe stigungsmittel gegenüber
dem ersten Körper
verspannt wird, so dass die erste Oberfläche über den gesamten Berührungsbereich
gleichmäßig dicht
an der zweiten Oberfläche
anliegt und das Strömungselement
auch bei hohen Drücken
zuverlässig
funktioniert.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann der Fluidströmungskanal
technisch einfach aus dem ersten Körper abgetragen oder geformt
werden.
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Stattdessen
oder zusätzlich
kann auf den ersten Körper
Material aufgetragen werden, wobei der Fluidströmungskanal ausgelassen wird
oder das Material im Bereich des Fluidströmungskanals anschließend entfernt
wird.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es
zeigen
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1 schematisch
die Draufsicht einer Grundplatte eines Laminarstromelements;
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2 schematisch
einen seitlichen Schnitt der Grundplatte gemäß 1 entlang
der dortigen Linie II-II;
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3 schematisch
einen seitlichen Schnitt der Grundplatte gemäß 1 entlang
der dortigen Linie III-III;
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4 schematisch
einen seitlichen Schnitt der Grundplatte gemäß 1 entlang
der dortigen Linie IV-IV;
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5 schematisch
die Untersicht einer zur Grundplatte gemäß 1 passenden
Deckplatte des Laminarstromelements;
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6 schematisch
einen seitlichen Schnitt der Deckplatte gemäß 5 entlang
der dortigen Linie V-V;
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7 schematisch
einen seitlichen Schnitt der Grundplatte gemäß 1 und der
Deckplatte gemäß 5,
die zur Montage angeordnet sind, entlang der dortigen Linien I-I
beziehungsweise V-V.
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In
den 1 bis 6 sind eine Grundplatte 10 beziehungsweise
eine Deckplatte 12 eines in 7 insgesamt
mit dem Bezugszeichen 14 versehenen Laminarstromelements
für eine
ansonsten nicht gezeigte Durchflussmessvorrichtung für Gase dargestellt.
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Die
Grundplatte 10 und die Deckplatte 12 sind massive
längliche
quaderförmige
Platten aus Aluminium. Die Dicken der Grundplatte 10 und
der Deckplatte 12, also deren Höhen können gleich oder unterschiedlich
sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die Höhen
der Grundplatte 10 und der Deckplatte 12 etwa
gleich.
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In 7 ist
das Laminarstromelement 14 gezeigt, bei dem die Deckplatte 12 oben
und die Grundplatte 10 unten der Übersichtlichkeit wegen noch nicht
ihre endgültige
Position relativ zueinander haben; die Deckplatte 12 und
die Grundplatte 10 sind hier noch beabstandet.
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In
der Deckplatte 12 ist ein, in den 5 bis 7 gezeigter,
langgestreckter Bandspalt 16 mit rechteckigem Profil untergebracht.
Der Bandspalt 16 wird von dem Gas in Richtung eines Pfeils 18 (Strömungsrichtung)
durchströmt,
wobei bekanntermaßen an
entfernten Orten im Bandspalt 16 eine messbare Druckdifferenz
entsteht.
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Der
Bandspalt 16 ist eine gefräste Aussparung in der Deckplatte 12.
Er erstreckt sich in Längsrichtung
der Deckplatte 12 und ist in Querrichtung derselben betrachtet
etwa mittig angeordnet. Seine Bodenfläche verläuft parallel zu einer der Grundplatte 10 zugewandten
ebenen Deckplatten-Oberfläche 20 der
Deckplatte 12. Seine Längsseitenwände verlaufen
senkrecht zu der Deckplatten-Oberfläche 20. Er ist der
Länge nach
zu der Deckplatten-Oberfläche 20 hin
offen. Die Längsseiten
und die Querseiten des Bandspalts 16 sind zu den entsprechenden
Längsseiten
beziehungsweise Querseiten der Deckplatte 12 beabstandet,
so dass der Bandspalt 16 von einem ebenen, geschlossenen
Berührungsbereich 22 umgeben
ist. Die Länge
des Bandspalts 16 in Längsrichtung,
seine Breite in Querrichtung und seine Tiefe in Richtung der Höhe der Deckplatte 12 gibt
den Nenndurchfluss und den Nenndifferenzdruck des Laminarstromelements 14 vor.
Die Tiefe des Bandspalts 16 ist in den 6 und 7 zur
Verdeutlichung übertrieben
groß dargestellt.
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Eine
der Deckplatte 12 zugewandte ebene Grundplatten-Oberfläche 24 der
Grundplatte 10 liegt bei dem zusammengesetzten Laminarstromelement 14 in
dem den Bandspalt 16 umgebenden geschlossen Berührungsbereich 22 unmittelbar
an der Deckplatten-Oberfläche 20 an
und verschließt
den Bandspalt 16 der Länge
nach.
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Der
Bandspalt 16 verbindet, wie in 7 dargestellt
ist, eine Einströmkammer 26,
in den 1, 2 und 7 links
gezeigt, mit einer Ausströmkammer 28,
in den 1, 2 und 7 rechts
gezeigt, eines in 7 insgesamt mit dem Bezugszeichen 30 versehenen,
den Bandspalt 16 umfassenden Gasströmungskanals 30. Die
Einströmkammer 26 und
die Ausströmkammer 28 sind
nahe der jeweiligen Querseiten der Grundplatten-Oberfläche 24 ausgespart.
Die Einströmkammer 26 und
die Ausströmkammer 28 sind
gespiegelt identisch. Sie sind im Wesentlichen quaderförmig und
zur Grundplatten-Oberfläche 24 hin
offen. Ihre Wände
verlaufen parallel zu den entsprechenden Seiten der Grundplatte 10.
Ihre senkrecht zur Grundplatten-Oberfläche 24 verlaufenden
Kanten sind abgerundet. Die Kanten können aber auch scharf sein.
Die Breiten der Einströmkammer 26 und
der Ausströmkammer 28 in
Querrichtung des Bandspalts 16 entsprechen der Breite des
Bandspalts 16. Ihre Tiefe in Richtung der Höhe der Grundplatte 10 ist
deutlich größer als
die Tiefe des Bandspalts 16. Bei zusammengesetztem Laminarstromelement 14 (7) überlappt
der Bandspalt 16 an seinen querseitigen Enden die jeweiligen Öffnungen
der Einströmkammer 26 beziehungsweise
der Ausströmkammer 28.
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Der
Gasströmungskanal 30 weist
weiterhin in Strömungsrichtung 18 betrachtet
direkt im Anschluß an
die Einströmkammer 26 und
vor dem Bandspalt 16 einen Beruhigungsbereich 32a auf. Stromabwärts des
Bandspalts 16 ist unmittelbar vor der Ausströmkammer 28 ein
weiterer Beruhigungsbereich 32b angeordnet. Der stromaufwärtige Beruhigungsbereich 32a dient
der gleichmäßigen Verteilung
des Gases über
die gesamte Breite des Bandspalts 16 und der Beruhigung
der Strömung,
um im Bandspalt 16 eine laminare Strömung zu erzielen. Mit dem stromabwärtigen Beruhigungsbereich 32b wird
ein sanfter Übergang
vom Bandspalt 16 zur Ausströmkammer 28 realisiert,
der ebenfalls der Beruhigung der Strömung dient.
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Die
Beruhigungsbereiche 32a und 32b sind als im Querschnitt
rechteckige Vertiefungen in der Grundplatten-Oberfläche 24 ausgespart,
deren Wände
beziehungsweise deren Grundflächen
parallel zu den entsprechenden Seiten der Grundplatte 10 verlaufen.
An ihren beiden quer zur Strömungsrichtung 18 verlaufenden
Seiten sind sie zur Einströmkammer 26 beziehungsweise
zur Ausströmkammer 28 beziehungsweise
zu weiter unten beschriebenen Gasdruck-Erfassungsbereichen 34 hin
offen. Die Abmessungen der beiden Beruhigungsbereiche 32a und 32b sind
im Wesentlichen identisch. Die Breiten der Beruhigungsbereiche 32a und 32b entsprechen
der Breite des Bandspalts 16 und der Einströmkammer 26 beziehungsweise
der Ausströmkammer 28.
Die Längen
der Beruhigungsbereiche 32a und 32b in Längsrichtung
des Bandspalts 16 sind kleiner als die entsprechenden Längen der
Einströmkammer 26 beziehungsweise
der Ausströmkammer 28.
Ihre jeweilige Tiefe in Richtung der Höhe der Grundplatte 10 ist deutlich
kleiner als die Tiefe der Einströmkammer 26 beziehungsweise
der Ausströmkammer 28.
Bei zusammengesetztem Laminarstromelement 14 (7) gehen
die Innenkonturen der Seitenwände
der Beruhigungsbereiche 32 stufenlos in die Innenkonturen der
Seitenwände
des Bandspalts 16 über.
Die Beruhigungsbereiche 32 vergrößern so dort den durchströmbaren Querschnitt
des Gasströmungskanal 30.
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Die
Tiefen der Beruhigungsbereiche 32 sind individuell an die
messtechnischen Anforderungen anpassbar zwischen den Grenzen der
Bandspaltdicke einerseits, die die praktische Untergrenze darstellt,
mit der Folge bestmöglicher
Strömungsberuhigungs-Wirkung,
aber eines merklichen Druckunterschieds zwischen der Einströmkammer 26 beziehungsweise
der Ausströmkammer 28 und
der jeweiligen Gasdruck-Erfassungskammer 34, und andererseits
den Tiefen der Gasdruck-Erfassungskammern 34, die eine
praktische Obergrenze darstellen, mit der Wirkung geringster Strömungsberuhigung,
jedoch mit vernachlässigbarem
Druckverlust zwischen der Einströmkammer 26 beziehungsweise
der Ausströmkammer 28 und
der jeweiligen Gasdruck-Erfassungskammer 34.
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Die
Beruhigungsbereiche 32a und 32b verbinden die
Einströmkammer 26 beziehungsweise
die Ausströmkammer 28 jeweils
mit einer der in der Grundplatte 10 ausgesparten, zum Gasströmungskanal 30 gehörenden Gasdruck-Erfassungskammern 34.
Die Innenkonturen der in Längsrichtung
der Grundplatte 10 verlaufenden Seitenwände der Gasdruck-Erfassungskammern 34 gehen
bei zusammengesetztem Laminarstromelement 14 (7)
in die Innenkonturen der entsprechenden längsseitigen Seitenwände des
Bandspalts 16 über.
Die Gasdruck-Erfassungskammern 34 sind in Strömungsrichtung 18 zueinander
in einem Abstand angeordnet, der geeignet ist, mit dem Bandspalt 16 einen
messbaren Differenzdruck zwischen ihnen zu erzeugen. Die Gasdruck-Erfassungskammern 34 sind ähnlich zu
der Einströmkammer 26 und
der Ausströmkammer 28 aufgebaut,
in der Grundplatte 10 orientiert und haben die gleiche
Breite. Ihre Tiefen und ihre Längen
sind jedoch kleiner als die Tiefen und die Längen der Einströmkammer 26 beziehungsweise
der Ausströmkammer 28.
In den Gasdruck-Erfassungskammern 34 verteilt sich das
Gas, so dass dort ein Mittelwert des jeweils herrschenden Gasdrucks
erfasst werden kann.
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Die
Innenkonturen der in Längsrichtung
der Grundplatte 10 verlaufenden, zur Grundplatten-Oberfläche 24 senkrechten
Seitenwände
der Einströmkammer 26,
des anschließenden
Beruhigungsbereichs 32a und der anschließenden Gasdruck-Erfassungskammer 34 gehen
stufenlos ineinander über.
Ebenso gehen die Innenkonturen der Seitenwände der Ausströmkammer 28,
des dortigen Beruhigungsbereichs 32b und der dortigen Gasdruck-Erfassungskammer 34 stufenlos
ineinander über.
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Die
Deckplatte 12 weist ferner jeweils einen Durchfluss-Anschluss 36 zu
der Einströmkammer 26 beziehungsweise
der Ausströmkammer 28 auf.
Die Durchfluss-Anschlüsse 36 sind
in dem in den 1 bis 7 gezeigten
und beschriebenen Ausführungsbeispiel
identische durchgängige
Gewindebohrungen, die senkrecht zur Deckplatten-Oberfläche 20 verlaufen.
Anstelle von Gewindebohrungen können auch
andersartige Durchfluss-Anschlüsse,
beispielsweise Kleinflanschanschlüsse, vorgesehen sein. Die Durchfluss-Anschlüsse 36 münden bei
zusammengesetztem Laminarstromelement 14 jeweils etwa mittig
in die zur Grundplatten-Oberfläche 24 offene
Seite der Einströmkammer 26 beziehungsweise
der Ausströmkammer 28.
In die Durchfluss-Anschlüsse 36 sind
von der der Grundplatte 10 abgewandten Rückseite
der Deckplatte 12 eine Gaszuleitung beziehungsweise eine
Gasableitung eingeschraubt, was in den 1 bis 7 nicht
gezeigt ist.
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In
der Deckplatte 12 sind außerdem zwischen den Durchfluss-Anschlüssen 36 zwei
Differenzdruck-Messabgriffe 38 angeordnet. Die Differenzdruck-Messabgriffe 38 sind
ebenfalls durchgängige
Gewindebohrungen, die senkrecht zur Deckplatten-Oberfläche 20 verlaufen.
Auch hier können
anstelle von Gewindebohrungen andersartige Differenzdruck-Messabgriffe
vorgesehen sein. Die Differenzdruck-Messabgriffe 38 führen von
der Rückseite der
Deckplatte 12 zu dem Bandspalt 16. Ihre Öffnungen
dort befinden sich bei zusammengesetztem Laminarstromelement 14 (7)
mittig gegenüber
den zur Grundplatten- Oberfläche 24 offenen
Seiten der Gasdruck-Erfassungskammern 34.
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Die
Achsen der Differenzdruck-Messabgriffe 38 und der Durchfluss-Anschlüsse 36 befinden
sich in einer Ebene, die in Querrichtung des Bandspalts 16 mittig
senkrecht zum Bandspalt 16 verläuft.
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In
die Differenzdruck-Messabgriffe 38 ist von der Rückseite
der Deckplatte 12 jeweils eine in den 1 bis 7 nicht
gezeigte Gasdruckleitung geschraubt, die zu einem an sich bekannten
Differenzdruckaufnehmer führen.
Mit dem Differenzdruckaufnehmer wird in bekannter Weise der Gasdruck
in den beiden Gasdruck-Erfassungskammern 34 stromaufwärts und
stromabwärts
des Bandspalts 16 erfasst und daraus in bekannter Weise
ein Differenzdrucksignal ermittelt, aus dem die Strömungsgeschwindigkeit
des Gases bestimmt wird.
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Die
Einströmkammer 26 und
der dortige Beruhigungsbereich 32a wirken zusätzlich als
Wärmetauscherbereiche.
Die Temperatur des sie durchströmenden
Gases wird durch Wärmekontakt
mit den dortigen Oberflächen
von seiner Anströmtemperatur an
die Temperatur des Laminarstromelements 14 angenähert.
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Der
Beruhigungsbereich 32a auf der Seite der Einströmkammer 26 weist
hierzu zusätzlich
eine Vielzahl von Wärmetauscher-Rippen 40 auf.
Die Wärmetauscher-Rippen 40 sind
auf der zur Grundplatten-Oberfläche 24 parallelen
Bodenfläche
des Beruhigungsbereichs 32a angeordnet und verlaufen parallel
zur Strömungsrichtung 18.
Die Wärmetauscher-Rippen 40 vergrößern die
mit dem durchströmenden
Gas in Kontakt stehende Oberfläche,
so dass der Wärmeaustausch
zwischen dem Gas und der Grundplatte 10 verbessert wird.
Auf diese Weise hat das Gas bereits vor Eintritt in die stromaufwärts gelegene
Gasdruck-Erfassungskammer 34 die
gleiche Temperatur wie die Grundplatte 10.
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Die
Deckplatte 12 ist über
eine Vielzahl von in 7 gezeigten Schrauben 40 an
der Grundplatte 10 befestigt. Die Deckplatte 12 weist
hierzu Durchgangslöcher 42 und
die Grundplatte 10 entsprechende Sackloch-Gewindebohrungen 44 für die Schrauben 40 auf.
Die Gewindebohrungen können
auch durchgängig
sein.
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Die
Schrauben 40 sind innerhalb des Berührungsbereichs 22 entlang
eines gedachten, zum Rand der Grundplatten-Oberfläche 24 beziehungsweise
zum Rand der Deckplatten-Oberfläche 22 ähnlichen
Rechtecks nahe den querseitigen beziehungsweise den längsseitigen
Rändern
der Deckplatte 12 und der Grundplatte 10 gleichmäßig verteilt
angeordnet. Die Achsen der Schrauben 40 verlaufen senkrecht
zu der Deckplatten-Oberfläche 20 und
der Grundplatten-Oberfläche 24.
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Beim
Zusammenbau des Laminarstromelements 14 werden die Schrauben 40 in
ihrer Druckkraft auf die Platten 10, 12 separat
eingestellt, derart, dass die Deckplatten-Oberfläche 20 und die Grundplatten-Oberfläche 24 in
dem umgebenden Berührungsbereich 22 gleichmäßig dicht,
maß haltig
und starr aneinander anliegen. Hierbei werden durch die gezielte
Fixierung mit den zahlreichen Schrauben 40 eventuelle Unebenheiten
auf der Deckplatten-Oberfläche 20 und/oder
der Grundplatten-Oberfläche 24 ausgeglichen.
Die Schrauben 40 spannen gleichsam die Deckplatte 12 auf
die Grundplatte 10.
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In
der Grundplatte 10 ist ferner eine den Bandspalt 16,
die Einströmkammer 26,
die Ausströmkammer 28,
die Beruhigungsbereiche 32a und 32b und die Gasdruck-Erfassungskammern 34 umgebende
geschlossene Dichtungsnut 46 angeordnet. Die Dichtungsnut 46 ist
zu der Grundplatten-Oberfläche 24 hin
offen. In der Dichtungsnut 46 ist eine geschlossene, in 7 dargestellte,
O-Ringdichtung 48 untergebracht.
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Beim
Aneinderpressen der Deckplatten-Oberfläche 20 und der Grundplatten-Oberfläche 24 verformt
sich die O-Ringdichtung 48 in der Dichtungsnut 46 so,
dass sie etwaige Lücken
zwischen der Deckplatten-Oberfläche 20 und
der Grundplatten-Oberfläche 24,
die sich insbesondere bei hohen Gasdrücken ausbilden können, abdichtet,
ohne den Abstand zwischen der Deckplatten-Oberfläche 20 und der Grundplatten-Oberfläche 24 zu
beinflussen.
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Die
Dichtungsnut 46 weist außerdem einen in der 1 gezeigten
Verbindungskanal 50 zur Ausströmkammer 28 auf. Durch
den Verbindungskanal 50 kann Gas aus dem Totraum zwischen
der dem Gasströmungskanal 30 zugewandten
Seite der Dichtungsnut 46 und dem Berührungsbereich 22 schnell in
die Ausströmkammer 28 abströmen. Dadurch wirkt auf
den Berührungsbereich 22 nur
die Druckdifferenz der statischen Drücke zwischen dem Einströmbereich
und dem Ausströmbereich.
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Bei
einem zweiten, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel, welches zu
dem ersten, in den 1 bis 7 dargestellten
ersten Ausführungsbeispiel ähnlich ist,
bestehen eine Grundplatte und/oder eine Deckplatte aus glasklarem
Kunststoff, Glas oder einem durchsichtigen glaskeramischen Material.
Die Deckplatte kann auch wenigstens im Bereich eines Bandspalts
einen Einsatz (Schauglas) aus glasklarem Kunststoff, Glas oder einem
durchsichtigen glaskeramischen Material aufweisen. Durch das Schauglas
ist der Bandspalt einsehbar; es dient so der Verschmutzungskontrolle.
Die Deckplatte hat dann zusätzlich
die Funktion einer Glashalterung, mit der das Schauglas möglichst
scher- und biegespannungsfrei im Berührungsbereich auf die ebene
Grundplatten-Oberfläche
gepresst wird.
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Ein
drittes, nicht gezeigtes, zum ersten in den 1 bis 7 gezeigten
Ausführungsbeispiel ähnliches
Ausführungsbeispiel
umfaßt
zur Erhöhung des
Nenndurchflusses eine Mehrzahl von Zwischenplatten, die zwischen
einer Grundplatte und einer Deckplatte gestapelt sind. Jede Zwischenplatte
weist zwei planparallele Oberflächen
auf. Jeweils eine der Oberflächen
ist so ausgebildet, dass sie die Funktion der Deckplatten-Oberfläche 22 aus
dem in den 1 bis 7 gezeigten
ersten Ausführungsbeispiel
erfüllt.
Die andere Oberfläche
jeder Zwischenplatte ist so ausgebildet, dass sie die Funktion der
Grundplatten-Oberflächen 20 aus
dem ersten Ausführungsbeispiel
erfüllt.
Durchfluss-Anschlüsse
und Differenzdruck-Messabgriffe führen durch beide Oberflächen hindurch.
Die Zwischenplatten sind derart aufeinandergelegt, dass die angrenzenden
Oberflächen
benachbarter Zwischenplatten jeweils einen Gasströmungskanal
begrenzen und die Einströmkammern der
Gasströmungskanäle über die
jeweiligen Durchfluss-Anschlüsse
miteinander und die Ausströmkammern
der Gasströmungskanäle über die
jeweiligen Durchfluss-Anschlüsse
miteinander verbunden sind und parallel von Gas durchströmbar sind.
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Zusätzlich oder
alternativ zu den Zwischenplatten entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel
ist bei einem vierten nicht dargestellten Ausführungsbeispiel in einer Deckplatte
eine Mehrzahl von parallel durchströmbaren Bandspalten realisiert,
die ähnlich
zu den Bandspalten 16 aus dem ersten Ausführungsbeispiel
sind. Die Bandspalte sind zu einer Deckplatten-Oberfläche hin
offen und ihre Einströmkammern
sind miteinander und ihre Ausströmkammern
sind miteinander verbunden. Zwischen den Bandspalten sind Zwischen-Befestigungsstege
mit zusätzlichen,
die Deckplatte mit einer Grundplatte verbindenden Schrauben vorgesehen.
Eine Dichtungsnut umgibt alle Bandspalte gemeinsam. Die Schrauben
zwischen den Bandspalten sind separat beispielsweise mit O-Ringdichtungen abgedichtet. Die
Zwischen-Befestigungsstege mit den zusätzlichen Schrauben dienen der
gleichmäßig flächigen Anpressung
der Deckplatte an die Grundplatte, so dass die Bandspalte auch bei
hohen stati schen Gasdrücken
starr/dimensionsstabil gegen die Grundplatte 10 gepresst
werden.
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Bei
allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
eines Laminarstromelements 14 sind unter anderem folgende
Modifikationen möglich:
Die
Erfindung ist nicht beschränkt
auf die Verwendung bei Laminarstromelementen 14, vielmehr
kann sie auch bei Strömungselementen
eingesetzt werden, die für
turbulente Strömungen
vorgesehen sind. Auch kann das erfindungsgemäße Laminarstromelement 14 bei
turbulenten Strömungen
verwendet werden.
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Das
Laminarstromelement 14 kann statt für Gase auch für andersartige
Fluide, beispielsweise für Flüssigkeiten,
verwendet werden.
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Die
Grundplatte 10 und/oder die Deckplatte 12 können statt
massiver Platten auch an ihren angrenzenden Oberflächen plane
Gussrohlinge sein. Die Grundplatte 10 kann beispielsweise
zur Fertigung großer
Stückzahlen
auch als materialsparender Guss- oder Schmiedekörper realisiert sein. Es können massive
Randbereiche zur Aufnahme von Einschraubgewinden oder anderen Anschlüssen vorgesehen
sein. Zur Realisierung der Grundplatten-Oberfläche 24 wird die entsprechende
Seite des Guss- oder Schmiedekörpers
einseitig plan nachgearbeitet.
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Die
Grundplatte 10 und/oder die Deckplatte 12 können/kann
statt aus Aluminium auch aus einem geeigneten form- und langzeitstabilen
Material, beispielsweise Edelstahl, Messing, keramischem Material,
Glas, Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff, sein.
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Anstelle
des rechtwinkligen Bandspalts 16 kann auch eine Aussparung
mit einem andersförmigen
Querschnitt vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Aussparung
auch einen gebogenen Querschnitt haben. Der Bandspalt kann statt
in der Deckplatte auch in der Grundplatte ausgespart sein. Es kann
auch in der Grundplatte und in der Deckplatte jeweils eine Aussparung
vorgesehen sein, die sich bei montiertem Laminarstromelement zu
einem Strömungskanal
zusammenfügen.
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Der
Bandspalt kann statt gefräst
auch durch ein andersartiges abtragendes Verfahren, beispielsweise
Schleifen, Erodieren oder Ätzen,
realisiert werden. Er kann auch durch ein nicht-abtragendes, formgebendes
Verfahren, beispielsweise Prägen, Schmieden,
Gießen,
Brennen von geeigneten Keramikmaterialien oder Spritzguss von Kunststoffen, hergestellt
werden. Zusätzlich
oder alternativ sind auch auftragende Verfahren auf die Grundplatte und/oder
die Ränder
der Deckplatte möglich,
bei denen der Bandspalt 16 ausgelassen wird. Derartige auftragende
Verfahren sind beispielsweise galvanischer Auftrag oder Aufdampfen
von Metallschichten, einschließlich
galvanischem Auftrag oder Bedampfung der zweckmäßig gestalteten Bandspalt-Strukturen
mit photolithographischen Verfahren. Ebenfalls möglich ist der Auftrag einer
Metallschicht, die dort, wo der Bandspalt entstehen soll, selektiv
abgeätzt wird.
Zur Erhöhung
der Standzeit und der Abriebfestigkeit kann eine Veredelung der
angeströmten
Oberfläche
durch Härtung,
galvanischen Metallschichtenauftrag, beispielsweise verchromen,
vernickeln, Bedampfung oder Aufbringen einer Eloxalschicht oder einer
andersartigen Oberflächenpassivierung
je nach verwendetem Grundmaterial durchgeführt werden.
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Statt
der Schrauben 40 können
auch andersartige Befestigungsmittel vorgesehen sein, die bezüglich ihres
Befestigungsdrucks auf die Grundplatte 10 und die Deckplatte 12 separat
einstellbar sind.
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Die
Schrauben 40 können
statt innerhalb des Berührungsbereichs 22 auch
außerhalb
desselben verteilt angeordnet sein. Falls die Schrauben 40 in
einem gasdurchströmten
Bereich angeordnet sind, können
sie über
separate Dichtungsmittel, beispielsweise O-Ringe, verfügen.
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Die
Anzahl und Ausführung
der Schrauben 40 kann größer oder kleiner sein. Die
Anzahl und die Verteilung der Schrauben 40 richtet sich
danach, für welchen
statischen Druck das Laminarstromelement 14 ausgelegt sein
soll.
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Anstelle
der O-Ringdichtung 48 kann auch eine andersartige Profildichtung
in der Dichtungsnut 46 angeordnet sein. Es kann auch ein
zumindest anfänglich
verformbarer, insbesondere zähflüssiger, wenigstens
teilweise aushärtender
Stoff, beispielsweise Klebstoff, verwendet werden, der nur die gegebenenfalls
bei hohen Gasdrücken
hervortretenden Lücken
zwischen der Deckplatten-Oberfläche 20 und der
Grundplatten-Oberfläche 24 abdichtet.
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Der
Verbindungskanal 50 kann die Dichtungsnut 46 statt
mit der Ausströmkammer 28 auch mit
der Einströmkammer 26 verbinden.
Auf den Verbindungskanal 50 kann gegebenenfalls auch verzichtet
werden, wenn Strömungen
durch etwaige parasitäre
Spalte nicht stattfinden, zumindest aber die Messung des Gasdurchflusses
nicht stören.
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Die
Deckplatten-Oberfläche 20 und
die Grundplatten-Oberfläche 24 können auch
nur im Berührungsbereich 22 eben
sein. Statt eben können
die Deckplatte 12 und die Grundplatte 10 auch
in einer anderen Form zumindest im Berührungsbereich komplementär sein.
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Die
Einströmkammer 26,
die Ausströmkammer 28,
die Beruhigungsbereiche 32a, 32b und die Gasdruck-Erfassungskammern 34 können als
Teil des Gasströmungskanals 30 auch
als Aussparungen in der Deckplatte 12 realisiert sein,
die direkt in die Aussparung des Bandspalts übergehen. Der gesamte Gasströmungskanal
kann auch in der Grundplatte untergebracht sein.
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Die
gasaustrittsseitigen Kammern und Bereiche des Gasströmungskanals 30 können auch
unterschiedlich zu den gaseintrittsseitigen Kammern und Bereichen
geformt sein.
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Auf
die Aussparungen für
die Beruhigungsbereiche 32a, 32b in der Grundplatte 10 kann
verzichtet werden, wenn der Abstand zwischen der Einströmkammer 26/Ausströmkammer 28 und
der entsprechenden Gasdruck-Erfassungskammer 34 ausreichend
groß ist,
um einen laminaren Strömungsangleich
zu erreichen. Der Bandspalt 16 wirkt dann dort selbst als
Beruhigungsbereich.
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Auf
die Wärmetauscher-Rippen 40 im
gaseintrittsseitigen Beruhigungsbereich 32a kann auch verzichtet
werden, sofern das einströmende
Gas ohnehin die Temperatur des Laminarstromelements 14 hat.
Beim Verzicht auf die Wärmetauscher-Rippen 40 kann
die Strömungsrichtung 18 im
Laminarstromelement 14 auch umgekehrt werden.
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Es
kann aber auch ein zusätzlicher
Wärmetauscher-Bereich beispielsweise
in Form einer zusätzlichen
Kammer stromabwärts
der Einströmkammer 26 und
vor dem Bandspalt 16 vorgesehen sein, um den Wärmeaustausch
zu verbessern.
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Die
Grundplatte 10 und/oder die Deckplatte 12 können zusätzlich auch
Messabgriffe für
Temperatursensoren aufweisen, mit denen die Temperatur der Grundplatte 10 beziehungsweise
der Deckplatte 12 erfaßt
werden kann.
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Die
Rückseiten
der Grundplatte 10 und/oder der Deckplatte 12 können Trägerelemente
für den Differenzdruckaufnehmer
aufweisen. Außerdem
können
Trägerelemente
für Schalt-
und Stellventile vorgesehen sein. Die Schalt- und Stellventile steuern eine Befüllung des
Gasströmungskanals 30 über einen
nicht gezeigten Überströmkanal minimalen
Totvolumens oder die Entlastung des Gasströmungskanals 30 vom
eingesetzten Prüfdruck.
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Auf
die Rückseite
der Grundplatte 10 können auch
Anschlussplatten angebracht werden, beispielsweise in Form einer
geeigneten Sandwich-Konstruktion, die der Verlängerung der Differenzdruck-Messabgriffe
und der Durchfluss-Anschlüsse zu
einem entfernten Differenzdruckaufnehmer beziehungsweise entfernten
Ventilen dienen.
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Anstelle
des Differenzdruckaufnehmers können
auch separate Drucksensoren vorgesehen, die mit einer Erfassungseinheit
verbunden sind, mit der aus den einzelnen Drücken die Strömungsgeschwindigkeit
ermittelt wird.
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Zusätzlich oder
Alternativ zur Deckplatte 12 kann auch die Grundplatte 10 von
außerhalb
zugängliche
Durchfluss-Anschlüsse
und Differenzdruck-Messabgriffe zu der Einströmkammer 26, die Ausströmkammer 28 beziehungsweise
den Gasdruck-Erfassungskammern 34 aufweisen.
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Die
Durchfluss-Anschlüsse 36 und
die Differenzdruck-Messabgriffe 38 können statt
an der Rückseite
der Deckplatte 12 auch seitlich aus dieser herausführen. Sie
können
aber auch aus der Rückseite oder
den Stirnseiten der Grundplatte 10 herausführen.
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Die
Differenzdruck-Messabgriffe 38 können auch direkt in die Einströmkammer 26 beziehungsweise
die Ausströmkammer 28 führen, so
dass die separaten Gasdruck-Erfassungskammern 34 nicht erforderlich
sind. Die Einströmkammer
und die Ausströmkammer
können
dann auch so ausgestaltet sein, dass sie die Funktion der Beruhigungsbereichs 32 übernehmen.
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Der
Bandspalt 16 kann statt gerade auch mäanderförmig verlaufen, wodurch die
effektive Länge
des Bandspalts 16 vergrößert wird.
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Insgesamt
kann das Laminarstromelement 14 einfach nach den mess-
und strömungstechnischen
Anforderungen des jeweiligen Einsatzes konstruiert, dimensioniert
und gestaltet werden. Hierzu können
die Formen der Deckplatte und der Grundplatte und deren Außenkonturen
einfach bereits bei der Konstruktion geändert werden. Ebenso können Länge, Breite
und Tiefe des Bandspalts und die Durchfluss-Anschlüsse, Differenzdruck-Messabgriffe,
Beruhigungsbereiche und Wärmetauscherbereiche
bereits in der Konstruktionsphase einfach für die Anforderungen optimiert
werden.