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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Messeinrichtung zur Bestimmung der Position eines Objektes relativ zu einer Bezugsfläche, insbesondere zur Auflagenkontrolle für Werkstücke oder Werkstückträger.
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In der industriellen Prozess- und Fertigungstechnik kommen Durchflussmessgeräte der verschiedensten Arten zum Einsatz. Im Wesentlichen unterscheidet man zwischen Volumendurchflussmessern, wie zum Beispiel Magnetisch-Induktive-Durchflussmesser, Ultraschalldurchflussmesser und Differenzdruckdurchflussmesser, und Massedurchflussmessern, wie beispielsweise thermische Durchflussmessgeräte und Coriolis-Massedurchflussmesser.
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Thermische Durchflussmessgeräte an sich sind bekannt. Sie arbeiten nach dem kalorimetrischen Prinzip, bei dem ein bestimmtes Temperaturverhalten aufgrund des in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit auftretenden Wärmetransports bestimmt wird. Im Wesentlichen gibt es hier zwei Möglichkeiten der Strömungsmessung. Bei einer ersten Möglichkeit arbeitet man mit einer Differenztemperaturmessung. An einer ersten Messstelle erzeugt dabei ein Heizer mit konstanter Heizleistung eine lokale Temperaturerhöhung, die von einem ersten Messelement erfasst wird. Weiterhin misst ein zweites Messelement an einem anderen Ort eine Referenztemperatur, welche der Temperatur des Mediums entspricht. Die Strömungsgeschwindigkeit kann nun aus der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Messstellen bestimmt werden. Eine zweite Möglichkeit sieht vor, dass ein Heizelement mit variabler Heizleistung die lokale Temperaturerhöhung erzeugt. Eine Regelung variiert die Heizleistung derart, dass eine vorgegebene, gleichbleibende Temperaturdifferenz von dem entfernt angeordneten Messelement gemessen wird. Diese variierende Heizleistung kann dann als ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit ausgewertet werden. Messgeräte der letztgenannten Art sind bspw. aus der deutschen Patentschrift
DE 10 2004 055 101 B4 bekannt und werden von der Anmelderin unter der Produktbezeichnung SDxxxx vertrieben.
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Messeinrichtungen, insbesondere Auflagenkontrollvorrichtungen der genannten Art messen und überwachen die Änderung des Abstandes bzw. die korrekte Lage eines Objektes, z.B. eines Werkstücks oder Werkstückträgers, zu einer Bezugsfläche - der sog. Spaltabstand - und werden in verschiedenen Bereichen der industriellen Fertigungs- und Automatisierungstechnik eingesetzt. Derartige Messeinrichtungen sowie Verfahren zum Betreiben derartiger Messeinrichtung sind seit vielen Jahren bekannt und werden bspw. von der Anmelderin unter der Produktbezeichnung PSxxxx vertrieben.
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Die
DE 196 08 879 A1 zeigt eine solche Vorrichtung, bei der in einer Auflagefläche einer Spanneinrichtung Düsen angeordnet sind. Ein Druckmedium wird zu den Austrittsdüsen geleitet. Ein der Spannvorrichtung zugeführtes Werkstück nähert sich je nach seiner Lage den Düsen an, so dass es zur Ausbildung eines Staudrucks kommt. Befindet sich allerdings ein Fremdkörper zwischen Auflagefläche und Werkstück, so bildet sich ein Spalt, der zu einem geringeren Druckwert führt. Der Staudruckwert wird erfasst und in Abhängigkeit hiervon ein Signal ausgelöst, welches bei nicht korrekter Lage die Fixierung des Werkstücks in der Spanneinrichtung verhindert. Bei der in der
DE 196 08 879 A1 beschriebenen Vorrichtung wird eine Justierung des zulässigen Druckwerts vorgenommen, indem ein spezieller Spaltleckage-Simulator angeschlossen wird. Abgesehen von Fremdkörpern können auch Veränderungen am Werkstück selbst Ursache für eine Spaltbildung sein. Derartige Veränderungen können bspw. abweichende Maße, insbesondere durch Verzug resultierend, oder Veränderungen der Oberfläche sein.
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Häufig kommen Durchflussmessgeräte zum Einsatz, die sich über eine Messblende ergebende Druckdifferenz messen, um damit auf den Durchfluss zu schließen, da eine Änderung des Durchflusses Aufschluss auf eine Änderung der Objektlage bezüglich der Messdüsen gibt. Die
DE 102 39 079 A1 zeigt eine Auflagenkontrolleinrichtung, bei der aus einer Messdüse austretende Druckluft gegen ein gegenüber der Düse angeordnetes Werkstück strömt. In der Zuleitung zur Messdüse ist eine Blende angeordnet. Mittels eines Differenzdrucksensors wird der Druckabfall über die Blende ermittelt, was ein Maß für den Durchfluss bzw. die Strömung und damit für den Spaltabstand ist. Der Differenzdrucksensor ist als Schwellwertschalter ausgebildet und gibt ein elektrisches binäres Signal aus, das davon abhängig ist, ob der Staudruck oberhalb oder unterhalb eines vordefinierten Grenzdifferenzdrucks liegt.
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Allerdings wirken sich Schwankungen in der Druckversorgung auf das Messergebnis aus. Druckschwankungen sind unausweichlich, denn häufig ist der einzelne Versorgungskanal ein Teil eines komplexen, verzweigten Rohrsystems. Wenn an anderer Stelle des Rohrsystems ein Verbraucher zu- oder abgeschaltet wird, hat das unmittelbaren Einfluss auf den Speisedruck in den anderen Zweigen des Systems, d.h. auf den Druck vor der Blendeneinrichtung. Da es keinen Zusammenhang zwischen den Druckänderungen vor und der daraus resultierenden Druckänderung nach der Blendeneinrichtung gibt - zumindest ist dieser Zusammenhang nicht ohne Weiteres feststellbar -, lässt sich bei Änderungen nicht sicher sagen, ob die Ursache dafür eine Änderung des Spaltabstands ist. Individuelle Druckregler, die die Druckschwankungen glätten und für einen konstanten Speisedruck sorgen, sind zumeist nicht genau genug oder können aus Kostengründen nicht verwendet werden.
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Eine alternative Auflagenkontrollvorrichtung zeigt das deutsche Patent
101 55 135 B4 der Anmelderin. Auch hier wird der Staudruck an einer Referenzdüse gemessen, wobei aber die wirksame Austrittsfläche der Referenzdüse einstellbar ist. Zwei parallele Blendeneinrichtungen, die Referenzdüse und die Messdüse sind zu einer Brücke verschaltet, die sich ähnlich wie bei einer Wheatstoneschen Messbrücke durch Veränderungen an der Referenzdüse, bspw. durch eine Bügelmessschraube oder einer gelochten Scheibe, so abgleichen lässt, dass der Diagonaldruck null beträgt.
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Problematisch kann bei Spülvorgängen, bei denen Luft mit erhöhter Durchflussrate und damit erhöhtem Volumen durch den Versorgungskanal geblasen werden soll, die Blendeneinrichtung sein, die ein Hindernis darstellt und damit die maximale Durchflussrate begrenzt. Spülvorgänge sind notwendig, wenn Verunreinigungen im Versorgungskanal oder an den Messdüsen zu erwarten sind. Diese Verunreinigungen können bspw. durch Reste von Kühl-/Schmiermitteln entstehen, deren Verwendung bei vielen Fertigungsprozessen üblich ist.
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Dem gegenüber weisen bspw. nach dem kalorimetrischen Prinzip arbeitende Durchflussmessgeräten, Magnetisch-Induktive-Durchflussmesser, mechatronisch arbeitende Durchflussmesser oder Ultraschalldurchflussmesser zwar keine Blendeneinrichtung auf, sie können aber bei Änderungen des Durchflusses nicht unterscheiden, ob die Ursache hierfür die Veränderung der Position des Objekts ist oder eine Schwankung im Versorgungsdruck.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Messeinrichtung der vorgenannten Art zur Verfügung zu stellen, die ohne Blendeneinrichtung auskommt, daher einen frei wählbaren Düsendurchmesser ermöglicht - hinsichtlich Anzahl der Messdüsen und deren Durchmesser selbst - und leicht zu reinigen ist, sowie auftretende Druckschwankungen kompensieren kann. Darüber hinaus sollen Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung vorgeschlagen werden.
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Die aufgezeigte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1.
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Erfindungswesentlich ist einerseits, dass jegliche Durchflussmessgeräte verwendet werden, bei denen auf eine Blendeneinrichtung verzichtet werden kann, wie z.B. nach dem kalorimetrischen Prinzip arbeitende Durchflussmessgeräten, Magnetisch-Induktive-Durchflussmesser, mechatronische Durchflussmesser oder Ultraschalldurchflussmesser. Der Versorgungskanal bzw. Versorgungskanalabschnitt - als Teil des Versorgungskanals innerhalb des Durchflussmessgeräts - weist somit erfindungsgemäß einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt auf. Um eine Druckschwankung im Versorgungsdruck zu erkennen, ist für diesen Zweck ein Drucksensor vorgesehen. Eine Druckänderung in der Versorgungsleitung hat unmittelbaren Einfluss auf die gemessene Strömung, obwohl der Spaltabstand und die verwendete Düse gleich geblieben ist. Mit Hilfe des jeweils gemessenen Drucks lässt sich der gemessene Durchfluss druckkompensieren und damit die Ursache für die Änderung des Strömungswertes eliminieren, indem alle Durchflusswerte auf ein Druckniveau kompensiert und damit miteinander verglichen werden können. Hierfür ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, dass die Durchflussmessvorrichtung - d.h. die zur unmittelbaren Messung des Masse- oder Volumendurchflusses erforderlichen Messeinheit - und der Drucksensor zur Berechnung und Überwachung des Abstands zwischen Düse und Objekt mit einer Auswerteeinheit verbunden sind. Wie die Druckkompensation im Einzelnen erfolgt wird nachfolgend im Zusammenhang mit der Beschreibung des Verfahrens erläutert.
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Durch den im Wesentlichen konstanten Querschnitt des Vorsorgungskanals, d.h. ohne etwaige Verjüngungen, Drossel- bzw. Blendeneinrichtungen oder dergleichen, die den Druck im Versorgungskanal beeinflussen, ist es möglich, das Medium mit hohem Durchfluss durch den Versorgungskanal durchzuspülen. Auf diese Weise lassen sich auf einfache Weise Ablagerungen und Verunreinigungen, bspw. durch Reste von Kühl-/Schmiermitteln, entfernen, ohne dass ein manuelles Eingreifen notwendig ist. Voraussetzung dafür ist natürlich, dass sich kein Objekt, d.h. Werkstück oder Werkstückträger, auf den Düsen bzw. in naher Umgebung der Düsen befindet, was den freien Luftaustritt aus den Düsen einschränken würde.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass durch den „freien“ Versorgungskanal eine Analogwert-Ermittlung des Abstands zwischen Messdüse und Objekt möglich ist. Somit ist es möglich, definierte Schaltpunkte festzulegen, die die verschiedenen Situationen - wie „Nullspalt“, „kein Objekt vorhanden“ oder Soll-Abstand - definieren. Sind die gemessenen Werte außerhalb eines definierten Fensters um den Schaltpunkt herum, lassen sich auf diese Weise Fehler erkennen. Wenn im Zustand „kein Objekt vorhanden“ ein Schaltpunkt von 25 l/min Durchfluss definiert ist, kann bei einer Überschreitung eines Fensters von bspw. 23 - 27 l/min auf eine Leckage geschlossen werden, d.h. im Versorgungskanal oder an den Messdüsen sind Undichtigkeiten vorhanden, an denen das Medium, insbesondere Luft ungewollt ausströmt. Wird dieses Fenster unterschritten deutet dies darauf hin, dass eine Verschmutzung bzw. Verstopfung innerhalb des Versorgungskanals oder an den Messdüsen vorliegt, eine Verschmutzung der Messelemente des Durchflussmessers vorhanden ist oder ein Knick im Versorgungskanal für den geringen Durchfluss verantwortlich ist.
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Bevorzugt handelt es sich bei der Flüssigkeit um Kühl-/Schmierflüssigkeit.
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Vorteilhaft ist es, einem Teilbereich des Versorgungskanalabschnitts ein ParallelPfad mit einer Blendeneinrichtung zugeordnet ist, wobei über eine Einstellvorrichtung auswählbar ist, ob das Medium - also die Kühl-/Schmierflüssigkeit - über den Versorgungskanalabschnitt oder über den Parallel-Pfad strömt. Hintergrund ist, dass es im Wesentlichen zwei Arten von Spülvorgängen gibt: zum einen die bereits erwähnte Methode, bei der das Medium mit hohem Durchfluss durch den Versorgungskanal gespült wird, um bereits in die Messdüsen eingedrungene und z. T. angetrocknete Ablagerungen und Verunreinigungen, bspw. Reste von Kühl-/Schmiermitteln, zu entfernen, und zum anderen insbesondere bei einer pneumatischen Anlage zur Verhinderung des Eindringens von Substanzen, wie bspw. Kühl-/Schmiermittel, wenn sich - was relativ häufig auftritt - kein Objekt auf den Messdüsen befindet. Im ersteren Fall muss das Medium mit hohem Durchfluss durchgespült werden, da sich bspw. angetrocknete Reste nur schwer entfernen lassen. Der Mediumsverbrauch bei einem solchen Spülvorgang ist entsprechend hoch. Im anderen Fall, wenn lediglich verhindert werden soll, dass Substanzen in die Messdüsen eindringen, reicht es auch aus, das Medium mit einem wesentlich geringeren Durchfluss durchzuspülen. Studien haben ergeben, dass es ein enormes Einsparpotential gibt, wenn der Mediumsausstoß an die Anforderung der jeweiligen Anwendung angepasst und damit eine Verschwendung des Mediums vermieden wird. Aus ökonomischen Gründen ist es daher vorteilhaft, durch Zuschalten einer Blendeneinrichtung die Mediumsmenge zu begrenzen, wenn sich kein Objekt auf den Messdüsen befindet und damit auch keine Abstandsmessung erfolgt. Die durchströmende Mediumsmenge wird somit auf einfache Weise auf ein Minimum reduziert, was aber ausreicht, um ein Eindringen von Substanzen in die Düsenöffnungen zu verhindern.
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Eine Alternative zur Zuschaltung dieses, die Blendeneinrichtung aufweisenden Parallel-Pfads, ist, ein Regulierventil vorzusehen, womit gewünschtenfalls der Durchfluss begrenzt werden kann.
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Besonders vorteilhaft ist es wegen der guten Druckfestigkeit Drucksensoren mit einer kapazitiven oder resistiven Druckmesszelle zu verwenden.
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Ganz besonders vorteilhaft ist es, die Auswerteeinheit und den Drucksensor in das Durchflussmessgerät zu integrieren, da dann die Berechnung und die Überwachung des Spaltabstands in einem Gerät erfolgen kann und der Anwender somit nur ein einzelnes Messgerät benötigt, um die Vorteile der Erfindung zu realisieren. Alternativ ist natürlich auch denkbar, jeweils nur eines von beiden, also Drucksensor oder Auswerteeinheit im Durchflussmessgerät zu integrieren. Da der Druck innerhalb des Versorgungskanals an jeder Stelle gleich groß ist, kann es bei bestimmten Anwendungen vorteilhaft sein, die Druckmessung entfernt von der Durchflussmessung durchzuführen. Gleiches gilt für die Verarbeitung der vom Drucksensor und von der Durchflussmessvorrichtung übermittelten Signale, aus denen dann die Berechnung des Spaltabstands möglich ist. Dies kann bspw. in einer übergeordneten SPS erfolgen.
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Die Messeinrichtung zur Bestimmung der Position eines Objektes relativ zu einer Bezugsfläche, insbesondere eine Auflagenkontrollvorrichtung für Werkstücke oder Werkstückträger,
besteht aus mindestens einer Messdüse, wobei sich die Austrittsöffnung der Messdüse bzw. die Austrittsöffnungen der Messdüsen in der Bezugsfläche befindet bzw. befinden,
einer Druckluftquelle, mittels derer Luft mit einem Speisedruck p zur Verfügung stellbar ist, zwischen der Druckluftquelle und der Messdüse bzw. den Messdüsen ein Luftversorgungskanal mit einem Versorgungskanalabschnitt angeordnet ist und einem einen thermischen Massedurchflusssensor und einen Drucksensor umfassenden Durchflussmessgerät zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit des in dem Versorgungskanal strömenden Mediums.
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Zur Berechnung des Abstands ist folgende Formel zu verwenden, die sich empirisch ermitteln ließ:
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Dabei ist a ein Skalierungsfaktor mit einem Betrag von bevorzugt 1,1, b ein Offsetbetrag von bevorzugt 0,04, Q der ermittelte Durchfluss, D der Düsendurchmesser und p der ermittelte Druck. Die Durchfluss-, Durchmesser- und Druckreferenzwerte haben den Betrag 1, um einen dimensionslosen Quotienten zu erhalten. Der Exponent d liegt im Bereich 1,2 bis 1,6, beträgt bevorzugt 1,45, und der Exponent c im Bereich 1,3 bis 1,7, beträgt bevorzugt 1,5.
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Wenn der Düsendurchmesser D bekannt und konstant ist, lässt sich die o.g. Formel wie folgt vereinfachen:
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Dabei gilt für den Exponenten x, dass im Bereich 0,5 bis 0,9 liegt, bevorzugt 0,7 beträgt. Der Exponent c liegt nach wie vor im Bereich 1,3 bis 1,7 und bevorzugt bei 1,5.
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Alternativ kann statt der o. g. Formel auch ein zuvor eingemessenes Kennlinienfeld verwendet werden. Hierfür werden zunächst Wertesätze, bestehend aus Durchfluss, Druck und zugehörigem Abstand, ermittelt. Aus diesen Wertsätzen wird über alle Massedurchfluss- und Druckszenarien eine mehrdimensionale Interpolationsfunktion gebildet, die in der Auswerte-/Speichereinheit abgelegt wird. Die Auswerte-/Speichereinheit ist bevorzugt in der Messeinrichtung und besonders bevorzugt im Durchflussmessgerät selbst angeordnet. Während des Betriebs der Messeinrichtung werden die aktuell vorliegenden Größen Massedurchfluss und Druck gemessen und auf deren Basis der aktuelle Abstand zwischen Messdüse und Objekt durch die zuvor bestimmte Interpolationsfunktion ermittelt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Auswerteeinheit ein Bereich von Abstandswerten oder Relativwerten vorgegeben, innerhalb dessen der Abstand als „in Ordnung“ definiert ist. Wenn sich die Abstandswerte bzw. Relativwerte außerhalb dieses Bereiches bewegen, wird ein Schaltsignal erzeugt, was bspw. die Ausgabe eines optischen und/oder akustischen Signals erzeugt. Bei Sicherheitsanlagen kann auch die Überführung der Anlage in den sicheren Zustand vereinbart sein.
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Das Hauptanwendungsgebiet der Messeinrichtung liegt in der Auflagekontrolle. Daneben sind derartige Messeinrichtungen aber auch als Näherungsschalter bzw. Anwesenheitskontrolle einsetzbar, bspw. zur Positionsabfrage eines Werkstücks während eines Fertigungsprozesses oder auch von beweglichen Objekten (Schlitten), die exakte Position eines Greiferarms beim Greifen eines Objekts, Überwachung der Spannfutteraufnahme oder in Fertigungsprozessen der exakte Sitz eines Einbauteils, wie bspw. ein O-Ring. Im letzteren Fall greift ein Greifer mit integrierten Düsen das Objekt an der Stelle, wo sich der oder die O-Ring(e) befindet bzw. befinden. Aufgrund der Genauigkeit im 1/100-Millimeter-Bereich kann automatisiert festgestellt werden, ob der O-Ring an sich vorhanden ist, ob er sich exakt in der vorgesehenen Lage befindet und vom richtigen Typ ist - bspw. feststellbar durch Erkennen der Schnurstärke. Erst wenn dies positiv festgestellt wurde, kann der Greifer das Objekt zur weiteren Bearbeitung weitergeben.
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Ferner kann die Messeinrichtung zur Identifizierung von Objekten eingesetzt werden, wenn diese über eine markante Oberflächenstruktur verfügen. Diesbezügliche Anwendungen gibt es z.B. zum Erkennen von Bremsscheiben für verschiedene Fahrzeuge, aber mit im Wesentlichen identischen Geometrien. Unterscheiden sich die Bremsscheiben bspw. durch eine Nut bzw. Rille, ist eine Identifikation und damit eine Sortierung mit der Messeinrichtung möglich. Der Vorteil begründet sich darin, dass ein analoges Messen möglich ist, da über einen bestimmten Abstandsbereich ein 4-20 mA-Messsignal abgreifbar ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung im Zusammenhang mit Figuren anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Anordnung einer Auflagenkontrollvorrichtung,
- 2 ein Durchflussmessgerät einer Auflagenkontrollvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
- 3 ein Durchflussmessgerät einer Auflagenkontrollvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform und
- 4 ein Anwendungsbeispiel in Form einer Anwesenheitskontrolle für ein Werkstück.
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In den nachfolgenden Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.
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Vorab sei darauf hingewiesen, dass die nachfolgend in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele zwar lediglich Auflagekontrollvorrichtungen mittels eines thermischen Massedurchflussmessers beschreiben, sämtliche Ausführungsformen aber analog auch auf andere, eingangs erwähnte Durchflussmessgeräte übertragbar sind. Der grundsätzliche Aufbau ist in jedem Fall der gleiche, so dass die Erfindung nicht auf die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist.
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In 1 ist eine Auflagenkontrollvorrichtung 1 schematisch abgebildet. Prinzipiell soll damit zum Ausdruck kommen, dass es einen Drucksensor 30 und einen Strömungsmessgerät 20 gibt, die in einem Gehäuse integriert sind. Im Folgenden wird anhand detaillierter Zeichnungen die Erfindung näher beschrieben.
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In 2 ist eine Auflagenkontrollvorrichtung 1 einer gemäß einer zweiten Ausführungsform abgebildet. Das zentrale Bauteil hierbei ist das Durchflussmessgerät 20 mit dem thermischen Massedurchflusssensor 21, dem integrierten Drucksensor 30 und dem sich in Längsrichtung erstreckenden Versorgungskanalabschnitt 10a als Teil des Versorgungskanals 10. Eine Druckversorgungseinheit 4 erzeugt einen Flüssigkeitsstrom mit einem Druck p, der über den Versorgungskanal 10 durch das Durchflussmessgerät 20 zu wenigstens einer Düse 2 geleitet wird. Die in den 1 und 2 dargestellten zwei Düsen 2 sind nur beispielhaft; die Erfindung ist nicht auf diese Anzahl beschränkt. Es sind sowohl nur eine Düse 2 als auch mehrere parallel geschaltete Düsen 2 denkbar. Oberhalb der beiden Düsen 2 ist ein Werkstück oder ein Werkstückträger 3 angeordnet, dessen Abstand zu den Düsen 2 - der sogenannte Spaltabstand - ermittelt werden soll.
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Der Druck p des durch die Druckversorgungseinheit 4 erzeugten Flüssigkeitsstroms kann stark variieren. Derartige Druckschwankungen sind unausweichlich, denn häufig ist der einzelne Versorgungskanal 10 ein Teil eines komplexen, verzweigten Rohrsystems. Wenn an anderer Stelle des Rohrsystems ein Verbraucher zu- oder abgeschaltet wird, hat das unmittelbaren Einfluss auf den Speisedruck in den anderen Zweigen des Systems. Der Druck innerhalb des Versorgungskanalabschnitts 10a wird durch den Drucksensor 30 gemessen. In der in 2 dargestellten Ausführungsform ist der Drucksensor 30 als resisitive oder kapazitive Druckmesszelle ausgeführt.
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Die Druckzuführung zur Druckmesszelle erfolgt über kleine Druckkanäle. In 2 ist angedeutet, dass der Drucksensor 30 als Relativdruckmessgerät verwendet wird, da ein Druckkanal mit dem Versorgungskanalabschnitt 10a verbunden ist und der andere Druckkanal 31 mit der Umgebung und damit mit dem Umgebungsdruck. Das Signal des Drucksensors 30 und das vom thermischen Massedurchflusssensor 21 erzeugte, strömungsabhängige Signal werden der Auswerteeinheit 5 zugeführt. In dieser Auswerteeinheit 5 wird aus diesen beiden Signalen eine Messung des Spaltabstands möglich, die unabhängig von den genannten Druckschwankungen ist.
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Der Spaltabstand lässt sich nach folgender Formel berechnen:
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Dabei ist a ein Skalierungsfaktor mit einem Betrag von bevorzugt 1,1, b ein Offsetbetrag von bevorzugt 0,04, Q der ermittelte Durchfluss, D der Düsendurchmesser und p der ermittelte Druck. Die Durchfluss-, Durchmesser- und Druckreferenzwerte haben den Betrag 1, um einen dimensionslosen Quotienten zu erhalten. Der Exponent d liegt im Bereich 1,2 bis 1,6, beträgt bevorzugt 1,45, und der Exponent c im Bereich 1,3 bis 1,7, beträgt bevorzugt 1,5.
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Wenn der Düsendurchmesser D bekannt und konstant ist, lässt sich diese Formel vereinfachen zu:
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Dabei gilt für den Exponenten x, dass er im Bereich 0,5 bis 0,9 liegt, bevorzugt 0,7 beträgt. Der Exponent c liegt nach wie vor im Bereich 1,3 bis 1,7 und bevorzugt bei 1,5.
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In 3 ist eine dritte Ausführungsform des Durchflussmessgeräts 20 aus 1 dargestellt. Der Unterschied hierbei ist, dass dem Versorgungskanalabschnitt 10a in einem Teilbereich ein Parallelpfad 12 zugeordnet ist. Über eine Auswahlvorrichtung 14 kann eingestellt werden, ob die Mediumszufuhr aus der hier nicht dargestellten Versorgungseinheit 4 über den Versorgungskanalabschnitt 10a oder über den Parallelpfad 12 erfolgen soll. Der Unterschied dieser beiden Wege ist, dass der Parallelpfad 12 über eine Blendeneinrichtung 13 verfügt. Im Wesentlichen gibt es zwei Arten von Spülvorgängen: zum einen die Methode, bei das Medium mit hohem Druck durch den Versorgungskanal 10 gespült wird, um Ablagerungen und Verunreinigungen, bspw. Reste von Kühl-/Schmiermitteln, zu entfernen, und zum anderen zur Verhinderung des Eindringens von Substanzen, wie bspw. Kühl-/Schmiermittel, wenn sich - was relativ häufig auftritt - kein Objekt auf den Messdüsen 2 befindet. Somit muss während des Betriebs der Anlage immer ein gewisser Flüssigkeitsstrom durch den Versorgungskanal 10 gespült werden. Wenn sich nun kein Objekt auf den in 3 nicht gezeigten Düsen 2 befindet, ist es daher vorteilhaft die Flüssigkeitszufuhr über den Parallelpfad 12 erfolgen zu lassen, um eine Verschwendung des Mediums zu vermeiden. Durch die Blendeneinrichtung 13 verfügt der Parallelpfad 12 über eine Flüssigkeitsmengenbegrenzung, wodurch sichergestellt werden kann, dass nur Flüssigkeit, d.h. Kühl-/Schmierflüssigkeit mit einem bestimmten Druck zu den Düsen 2 gelangt. Dieser Druck ist vorzugsweise genau so groß, dass der Eintritt von bspw. Kühl-/Kühlschmiermitteln von außen in die Düsen 2 vermieden wird. Während des Messvorgangs oder während Spülvorgängen, die Ablagerungen innerhalb der Düse 2 beseitigen sollen, wird der Versorgungskanal 10a wieder zugeschaltet, der über keine Verengung verfügt und damit einen maximalen Versorgungsdruck gewährleistet.
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In 4 ist beispielhaft ein Anwendungsbeispiel gezeigt, wie das Messsystem neben einer Auflagenkontrolle 1 gemäß 1 auch als Anwesenheits- bzw. Näherungsschalter eingesetzt werden kann. Schematisch dargestellt ist der Durchflusssensor 20, der drei Düsen 2 über den Versorgungskanal 10 mit Druckluft versorgt. Der schraffierte Teil soll dabei einen Werkstückträger darstellen, auf dem ein Werkstück 3 angeordnet ist. Das Pfeilkreuz in der Mitte soll verdeutlichen, dass das Werkstück 3 in verschiedene Richtungen beweglich ist. Mit Hilfe der Düsen 2 ist eine Vorrichtung gegeben, mit der die exakte Positionierung bzw. Ausrichtung des Werkstücks 3 in hundertstel Millimeter-Bereich festgestellt werden kann. Der Abstand kann als analoger Wert gemessen werden, da über einen bestimmten Abstandsbereich ein 4-20 mA-Messsignal abgreifbar ist. Somit ergibt sich eine Alternative zu bekannten Näherungsschaltern, die auf induktive, kapazitive oder optische Weise arbeiten.
