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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Durchflussüberwachung eines in einer Rohrleitung geführten Mediums.
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Derartige Einrichtungen sind hinlänglich bekannt und kommen in unterschiedlichsten Anwendungsbereichen zum Einsatz.
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Bei bestimmten Produktionsverfahren sind die bekannten Einrichtungen jedoch nicht geeignet, den gestellten Anforderungen zu entsprechen. Beispielhaft sei der Einsatz in der holz- und papierverarbeitenden Industrie erwähnt, in der Leime in unterschiedlichsten Viskositäten verarbeitet werden.
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Insbesondere in der Holzindustrie werden geringste Leimmengen mit hohem Druck in Dübellöcher eingespritzt, wobei der Leim unter einem Druck von 1 bis 100 bar steht. Der Leimauf- oder -eintrag erfolgt mit Düsen, denen ein elektrisch oder pneumatisch gesteuertes Ventil vorgeschaltet ist, das eine definierte Zeit geöffnet wird, um eine definierte Leimmenge aufzutragen.
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Probleme ergeben sich jedoch dadurch, dass der Leim mitunter Verunreinigungen enthält, die die sehr filigranen Düsenöffnungen verstopfen. Auch eingetrocknete Leimtropfen an der Düse behindern einen korrekten Leimfluss.
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Aus Gründen der Qualitätssicherung besteht jedoch die Forderung nach einer zuverlässigen Information, ob tatsächlich Leim in die Dübelöffnung eingebracht ist. Die spezifischen Parameter wie die sehr geringe, einzuspritzende Leimmenge, die nur ein Volumen von wenigen Kubikmillimetern beträgt, ebenso wie Ventilöffnungszeiten von einigen Millisekunden, gestatten es nicht, handelsübliche Durchfluss-Messgeräte zu verwenden, da diese nicht in der Lage sind die geringen Volumina in so kurzen Zeitintervallen bei gleichzeitig hohen Betriebsdrücken sicher zu erfassen.
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Zum Einsatz kommen deshalb unterschiedliche Einrichtungen, mit denen der Leimfluss kontrolliert wird, wie eine Videoüberwachung, die jedoch nur mit einem erheblichen kostenintensiven Aufwand zu realisieren ist. Weiter sind schon Lichtschranken eingesetzt worden, die sich in der Praxis jedoch insoweit nicht bewährt haben, als sie schnell verschmutzen und dann nicht mehr gebrauchsfähig sind. Eine wartungsintensive, unzuverlässige und teure Möglichkeit besteht in einer Differenzdruckauswertung, die sich allerdings für den gedachten Einsatzzweck als ungeeignet erweist. Dies trifft gleichermaßen auf die gleichfalls schon eingesetzte Beimischung von Lumineszenz-Material zu.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, dass sie konstruktiv einfach und robust aufgebaut ist und ihre Verwendbarkeit und Funktionsfähigkeit verbessert wird.
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Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Gemäß der Erfindung ist in einem Rohrstück, das in die ein Medium, insbesondere eine Flüssigkeit führende Rohrleitung eingesetzt ist, ein Schwebkörper vorgesehen, der so dimensioniert ist, dass sich zwischen der Innenwandung des Rohrstücks und der Mantelfläche des Schwebkörpers ein Ringspalt ergibt, durch den das Medium strömt.
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Entgegen der Fließrichtung des Mediums ist das entsprechende Ende des Schwebkörpers als Konus ausgebildet, der in eine daran angepasste Verengung des Rohrstücks ragt, auch hier unter Bildung eines Ringspalts.
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Nach einem Durchströmen der Flüssigkeit wird auch der Schwebkörper in Strömungsrichtung bewegt, wobei diese Bewegung bei Durchfluss einer niedrigviskosen Flüssigkeit geringer ist als bei einer hochviskosen.
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Zur Überwachung und Auswertung dieser axialen Bewegung des Schwebkörpers ist eine Sensorik vorgesehen, vorzugsweise am Rohrstück im Überdeckungsbereich mit dem Schwebkörper.
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Nach der Erfindung ist außenseitig am Rohrstück ein Ringmagnet angeordnet, der in Wirkverbindung mit einem gleichpolig ausgerichteten inneren Magneten im Schwebkörper steht, so dass sich ein magnetisches Kräftegleichgewicht einstellt.
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Der Ringmagnet ist axial verstellbar gehalten, vorzugsweise in einer Verstellmutter, die auf ein Außengewinde des Rohrstücks aufgeschraubt ist. Bei Verstellung der Stellmutter und damit des Ringmagneten entgegen der Durchflussrichtung, wandert der Schwebkörper in Richtung des konischen Bereiches des Rohrstücks und verringert damit die Breite des Ringspalts zwischen den Konen des Rohrstücks und des Schwebkörpers, wodurch der Durchlassquerschnitt für die Flüssigkeit individuell auf die jeweilige Viskosität eingestellt werden kann. Bei niedrigviskosen Flüssigkeiten, die den Schwebkörper leicht umströmen und dieser deshalb nur eine geringe axiale Bewegung vollführt, kann der gebildete Konusspalt ganz oder nahezu geschlossen sein, so dass die durchströmende Flüssigkeit den Schwebkörper auf jeden Fall bewegt.
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Bei hochviskosen Flüssigkeiten, mit einer eher honigartigen Konsistenz, kann der Konusspalt mehr geöffnet werden, um den Durchflusswiderstand gering zu halten.
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Prinzipiell wirkt die Anordnung des inneren Magneten zum Ringmagneten wie zwei gegenüberliegend angebrachte Zugfedern, die den inneren Magneten in Vorwärts- und in Rückwärtsbewegung mit Federkraft beaufschlagen. Dabei wird der innere Magnet wieder in seine Ausgangsposition zurückgezogen, wenn keine Flüssigkeit mehr fließt, wobei gleichzeitig die Rückwärtsbewegung sowie ein eventuelles Überschwingen gedämpft wird.
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Prinzipiell eignet sich die Einrichtung für die Durchflussüberwachung unterschiedlichster Flüssigkeiten, insbesondere jedoch der in der Beschreibungseinleitung zum Stand der Technik genannten Leimeinbringung. Gegenüber anderen Einrichtungen zeichnet sich die neue Einrichtung durch ihre einfache und damit preiswerte Konstruktion aus, die kostengünstig herstell- und gleichermaßen betreibbar ist und besonders, aufgrund ihrer Robustheit, für den dauerhaften industriellen Einsatz geeignet ist. Hierzu trägt auch bei, dass die Einrichtung praktisch wartungsfrei ist, woraus sich eine Senkung der Betriebskosten ergibt.
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Überdies ist als weiterer Vorteil die einfache Einstellbarkeit auf die verschiedenen Viskositäten der durchfließenden Flüssigkeit, insbesondere des verwendeten Leims zu nennen, ebenso die schnelle Reaktionszeit, mit der eine Durchflussänderung ermittelbar ist.
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Die erwähnte Sensorik kann ein Hall-Sensor oder ein GMR-Sensor sein, mit denen jeweils auch kleinste Durchflussmengen ermittelbar sind. Mittels einer Spule ist eine Erkennung und damit eine Störung des Durchflusses möglich.
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Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Es zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Einrichtung in einer schematischen, geschnittenen Seitenansicht
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2 die Funktionsweise der Einrichtung, gleichfalls anhand einer geschnittenen Seitenansicht der Einrichtung dargestellt
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3 und 4 Einzelheiten der erfindungsgemäßen Einrichtung in schematischer Darstellung.
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In den 1 und 2 ist eine Einrichtung zur Durchflussüberwachung eines in einer Rohrleitung geführten Mediums dargestellt, vorzugsweise einer Flüssigkeit, beispielsweise Leim.
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Diese Einrichtung weist gemäß der Erfindung ein mit der Rohrleitung verbindbares Rohrstück 1 auf, in dem unter Bildung eines Ringspalts 10 ein Schwebkörper 2 axial beweglich positioniert ist.
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Im Schwebkörper 2 ist ein innerer Magnet 3 angeordnet, der in Wirkverbindung mit einem außenseitig am Rohrstück 1 axial verstellbar gehaltenen Ringmagneten 7 steht, wobei gleiche Pole des Ringmagneten 7 und des inneren Magneten 3 in eine gleiche axiale Richtung weisen, im Beispiel die S-Pole in Durchströmrichtung, die durch die in der 1 erkennbaren Pfeile angegeben ist.
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Der Ringmagnet 7 ist in einer Verstellmutter 8 gelagert, die über eine Gewindepaarung 11 verdrehbar ist.
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Das in Strömungsrichtung entgegengesetzte Ende des Schwebkörpers 2 ist als Konus 4 ausgebildet, der in einen daran angepassten Konusbereich 5 der Innenwandung des Rohrstücks 1 ragt.
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Durch Verstellung der Stellmutter 8 und damit des Ringmagneten 7 wird der Schwebkörper 2 im Zusammenwirken mit dem inneren Magneten 3 axial in Strömungsrichtung oder entgegengesetzt verstellt, so dass sich die Breite eines Spaltes 6 zwischen dem Konusbereich 5 und dem Konus 4 verändert, entsprechend der bekannten Viskosität einer durchfließenden Flüssigkeit. Durch den Fließdruck wird der Schwebkörper 2 axial bewegt, wobei dieser Fließdruck abhängig ist von der Viskosität der Flüssigkeit, die bei hoher Viskosität zu einer stärkeren Bewegung des Schwebkörpers 2 führt als bei einer niedrigen Viskosität eines dünnflüssigen Mediums.
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Die beiden Magnete, innerer Magnet 3 und Ringmagnet 7, befinden sich in einem magnetischen Kräftegleichgewicht, wodurch der Schwebkörper 2 in seine Ausgangsposition zurückgezogen wird, wenn eine Mediumzufuhr unterbrochen ist.
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Die beim Durchfluss des Mediums bewirkte axiale Bewegung des Schwebkörpers 2 wird durch einen Sensor 9 erkannt, der im Rohrstück 1 gehalten ist. Durch Abgleich mit einem hinterlegten Sollwert kann festgestellt werden, ob der Durchfluss des Mediums, d.h. der Flüssigkeit, ungehindert erfolgt.
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In der 2 ist die Wirkverbindung des inneren Magneten 3 mit dem Ringmagneten 7 verdeutlicht durch Darstellung der Feldlinien 12.
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Der innere Magnet 3, ein Stabmagnet, versucht die Position zu halten, in der abstoßende und anziehende Kräfte gleich groß sind. Daher folgt er der sich verändernden Position des Ringmagneten 7, wenn dieser verstellt wird und bleibt immer in gleichem Abstand dazu.
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Mit A sind entgegengesetzte Feldlinienrichtungen gekennzeichnet, die zu einer Abstoßung der Magneten führt, während die Anziehung bei gleicher Feldlinienrichtung in B erkennbar ist.
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Als ein Beispiel eines Sensors 9 ist in der 3 ein sogenannter GMR(Giant Magneto Resistive Effect)-Sensor 13 dargestellt, der den Schwebkörper 2 in axialer Richtung teilweise überdeckt. Die Verschiebung des Schwebkörpers 2 um den Weg ∆S hat eine mit dem GMR-Sensor messbare, vektorielle Änderung ∆φ der Feldlinien 12 zur Folge, aus der sich die Durchflussmenge der Flüssigkeit ermitteln lässt. Dabei ist in der 3a) die Ausgangsstellung des Schwebkörpers 2, d.h. bei keinem Durchfluss des Mediums dargestellt, während die 3b) die axial verschobene Stellung des Schwebkörpers 2 in Fließrichtung bei Durchfluss des Mediums wiedergibt.
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In der 4 ist als Sensor eine Spule 14 vorgesehen, die als Durchflussdetektor fungiert, mit dem festgestellt wird, ob überhaupt ein Fluss des Mediums erfolgt. Bei einem Durchfluss induziert der sich bewegende Schwebkörper 2 in der Spule eine Spannung, die als Impuls 15 erkannt wird. Vergleichbar der 3a) gibt auch die 4a) die Stellung des Schwebkörpers 2 wieder, in der kein Medium fließt, während in der 4b) die Stellung des Schwebkörpers 2 bei Durchströmen des Mediums dargestellt ist.
