DE102016011100A1 - Fitting for a fluid line system - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Armatur (10) für ein Fluidleitungssystem mit wenigstens einem autarken Energiegewinnungssystem (16) zur Gewinnung von Energie anhand des im Fluidleitungssystems strömenden Fluids (F), wenigstens einer Sensoreinheit (28) zur Erfassung und Auswertung eines oder mehrerer Sensorsignale, die direkt oder indirekt einen oder mehrere Parameter des im Fluidleitungssystems strömenden Fluids (F) beschreiben, wobei die Sensoreinheit (28) wenigstens einen Sensor und wenigstens eine Sensorauswerteeinheit (34) umfasst, wobei die Armatur (10) weiter wenigstens eine Aufzeichnungseinheit (36) aufweist und wobei die Sensoreinheit (28) und die Aufzeichnungseinheit (36) ausschließlich durch das Energiegewinnungssystem (16) mit Energie versorgt werden.The present invention relates to a fitting (10) for a fluid line system having at least one self-sufficient energy recovery system (16) for recovering energy from the fluid (F) flowing in the fluid conduit system, at least one sensor unit (28) for detecting and evaluating one or more sensor signals describe directly or indirectly one or more parameters of the fluid (F) flowing in the fluid conduit system, wherein the sensor unit (28) comprises at least one sensor and at least one sensor evaluation unit (34), wherein the armature (10) further comprises at least one recording unit (36) and wherein the sensor unit (28) and the recording unit (36) are powered solely by the energy harvesting system (16).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Armatur für ein Fluidleitungssystem.The present invention relates to a fitting for a fluid line system.
Armaturen für Fluidleitungssysteme, insbesondere für Wasserleitungen oder dergleichen, sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt.Fittings for fluid line systems, in particular for water pipes or the like, are already known from the prior art.
Dabei bezeichnen Armaturen in Rohrleitungen Bauelemente insbesondere zum Absperren oder Regeln von Stoffströmen, beispielsweise von Trinkwasser oder auch Fluiden in anderen Haushaltskreisläufen.Here, fittings in piping designate components, in particular for shutting off or regulating material flows, for example of drinking water or fluids in other household cycles.
Je nach Bauart verschließt ein Schließelement die an die Armatur angeschlossene Rohrleitung. Beim Wasserhahn ist dies der Ventilteller. Bei der Absperrklappe ist dies eine drehbare Klappe, beim Absperrschieber eine verschiebbare Scheibe und beim Hahn ein drehbarer Zylinder oder Konus oder eine Kugel, die alle mit einer Bohrung versehen sein können.Depending on the design, a closing element closes the pipe connected to the valve. At the tap, this is the valve plate. In the case of the butterfly valve, this is a rotatable flap, in the case of a gate valve a displaceable disc and, in the case of the stopcock, a rotatable cylinder or cone or a ball, all of which can be provided with a bore.
Aus der
Aus der
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Armatur für ein Fluidleitungssystem der eingangs genannten Art in vorteilhafter Weise weiterzubilden, insbesondere dahingehend, dass die Energieversorgung der Armatur und der in der Armatur verbauten Sensorik und Elektronik einfacher und effizienter ausgebildet werden kann.It is the object of the present invention to further develop a valve for a fluid line system of the type mentioned in an advantageous manner, in particular to the effect that the power supply of the valve and built in the valve sensor and electronics can be made simpler and more efficient.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Armatur mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Danach ist vorgesehen, dass eine Armatur für ein Fluidleitungssystem mit wenigstens einem autarken Energiegewinnungssystem zur Gewinnung von Energie anhand des im Fluidleitungssystems strömenden Fluids versehen ist, wobei die Armatur wenigstens eine Sensoreinheit zur Erfassung und Auswertung eines oder mehrerer Sensorsignale aufweist, die direkt oder indirekt einen oder mehrere Parameter des im Fluidleitungssystems strömenden Fluids beschreiben, wobei die Sensoreinheit wenigstens einen Sensor und wenigstens eine Sensorauswerteeinheit umfasst, wobei die Armatur weiter wenigstens eine Aufzeichnungseinheit aufweist und wobei die Sensoreinheit und die Aufzeichnungseinheit ausschließlich durch das Energiegewinnungssystem mit Energie versorgt werden.This object is achieved by a valve with the features of
Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, dass das durch die Armatur strömende Fluid als Energiequelle genutzt werden kann und soll, um die Elektronik der Armatur mit Energie zu versorgen. Hierzu soll auch der Fluidstrom durch das Fluidleitungssystem im Wesentlichen ungestört bleiben. Dies wird dadurch erreicht, dass keine Turbine oder dergleichen verwendet wird. Vielmehr wird lediglich der mechanische Einfluss auf die Armatur selbst, etwa in Form von Schwingungen oder Druck verwendet, um die Energie zu erzeugen. Die Energieerzeugung erfolgt nach dem sog. Energy-Harvesting-Prinzip. Eine zusätzliche Stromversorgung der Armatur ist somit nicht notwendig, da die Energiegewinnung der Armatur bzw. für die Elektronik der Armatur autark erfolgen kann. Die Armatur selbst kann im Wesentlichen insbesondere im Hinblick auf Gehäusebestandteile oder fluidführende Bereiche teilweise oder vollständig aus Kunststoff ausgeführt sein.The invention is based on the idea that the fluid flowing through the valve can and should be used as an energy source in order to supply the electronics of the valve with energy. For this purpose, the fluid flow through the fluid conduit system should remain substantially undisturbed. This is achieved by not using a turbine or the like. Rather, only the mechanical influence on the valve itself, such as in the form of vibrations or pressure is used to generate the energy. The energy is generated according to the so-called energy harvesting principle. An additional power supply of the valve is therefore not necessary, since the power of the armature or for the electronics of the valve can be self-sufficient. The fitting itself can be made partially or completely of plastic essentially in particular with regard to housing components or fluid-conducting regions.
Bei der Armatur kann es sich beispielsweise um einen Durchflussmesser oder dergleichen handeln.The valve may be, for example, a flow meter or the like.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das Energiegewinnungssystem und die Sensoreinheit in einer gemeinsamen Sensor-Aktor-Einheit integriert sind. Die gemeinsame Sensor-Aktor-Einheit stellt dann im Wesentlichen die Elektronik der Armatur dar. Die Sensor-Aktor-Einheit kann dabei entsprechende Schnittstellen zur Datenübertragung bzw. Datenauslesung aufweisen, etwa durch Funk, Bluetooth oder auch durch eine Schnittstelle, beispielsweise einen Stecker für ein Kabel oder dergleichen. Denkbar ist in diesem Zusammenhang, dass eine derartige Schnittstelle beispielsweise als USB-Schnittstelle ausgebildet wird.Furthermore, it can be provided that the energy recovery system and the sensor unit are integrated in a common sensor-actuator unit. The common sensor-actuator unit then essentially represents the electronics of the fitting. The sensor-actuator unit can have corresponding interfaces for data transmission or data reading, for example by radio, Bluetooth or by an interface, such as a plug for a Cable or the like. It is conceivable in this context that such an interface is formed for example as a USB interface.
Das Energiegewinnungssystem kann wenigstens einen Dehnmessstreifen umfassen. Denkbar ist in diesem Zusammenhang, dass der Dehnmessstreifen ein Piezo-Dehnmessstreifen ist. Mittels derartiger Dehnmessstreifen wird es möglich, die durch die Armatur strömenden Fluide dahingehend zu nutzen, dass die auf die Armatur ausgeübten Schwingungen, Drücke, Dehnungen, Kräfte usw. genutzt werden können, um Strom zu erzeugen und um entsprechende Spannung zu erzeugen, die zur Energiegewinnung genutzt werden können. In diesem Zusammenhang ist auch von Vorteil, dass zur Energieversorgung der Sensoreinheit nur geringe Energiemengen erforderlich sind.The energy recovery system may include at least one strain gauge. It is conceivable in this context that the strain gauge is a piezo-strain gauge. By means of such strain gauges, it becomes possible to use the fluids flowing through the valve in such a way that the vibrations, pressures, strains, forces exerted on the valve can be used to generate electricity and to generate appropriate voltage for generating energy can be used. In this context, it is also advantageous that only small amounts of energy are required to power the sensor unit.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinheit ebenfalls einen Dehnmessstreifen umfasst oder durch einen Dehnmessstreifen ausgebildet ist. Auch hier kann es sich um Piezo-Dehnmessstreifen handeln. Die auf den Dehnmessstreifen einwirkenden Kräfte, Dehnungen oder Stauchungen werden in entsprechende Spannungen bzw. Ströme umgesetzt, die neben einer Energiegewinnung auch entsprechend als Sensorsignal ausgewertet werden können. Die Auswertung des Sensorsignals erfolgt durch die an den Dehnmessstreifen angeschlossene Sensorauswerteeinheit.In particular, it can be provided that the sensor unit also comprises a strain gauge or is formed by a strain gauge. Again, it may be piezometric strain gauges. The forces, strains or compressions acting on the strain gauges are converted into corresponding voltages or currents which, in addition to energy generation, can also be correspondingly evaluated as a sensor signal. The evaluation of the sensor signal is effected by the sensor evaluation unit connected to the strain gauges.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Armatur einen Speicherchip aufweist, der derart beschaffen und ausgebildet ist, dass er mit der Sensoreinheit in Signalverbindung steht und dass mit dem Speicherchip das oder die Sensorsignal(e) aufzeichenbar sind. Dadurch wird es beispielsweise möglich, den Druckverlauf und die Belastungen der Armatur über die Zeit aufzeichnen zu können. Beispielsweise wird es hierdurch möglich, Überbelastungen der Armatur aufdecken zu können. Dies ist insbesondere dann interessant, wenn es zu einem Versagen der Armatur kommt und dann eine Ursachenforschung im Hinblick auf das Versagen der Armatur erfolgen soll. Durch die Speicherfunktion wird es möglich, auch im Nachhinein erkennen zu können, ob die Armatur im zugelassenen Belastungsbereich betrieben wurde oder in der Vergangenheit eine Überbelastung vorlag, die möglicherweise schadenursächlich war.In addition, it can be provided that the fitting has a memory chip which is designed and configured such that it is in signal connection with the sensor unit and that the memory chip or the sensor signal (s) are recordable. This makes it possible, for example, to be able to record the pressure profile and the loads of the valve over time. For example, this makes it possible to detect overloading of the valve. This is particularly interesting when it comes to a failure of the valve and then a cause research with regard to the failure of the valve should be done. The memory function makes it possible to detect, even retrospectively, whether the valve was operated in the approved load range or in the past had an overload, which was possibly the cause of the damage.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Armatur eine Energiespeichereinheit aufweist, die derart beschaffen und ausgebildet ist, dass in sie die mittels des Energiegewinnungssystems gewonnene Energie zumindest teilweise einspeicherbar ist. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Akku oder eine Batterie handeln. Denkbar ist aber auch, Kondensatoren oder dergleichen zu verwenden. Hierdurch wird es möglich, gewonnene Energie, die nicht sofort abgerufen wird, für entsprechende Anwendungsfälle auch in der Zukunft weiter vorhalten zu können und einzuspeichern.Furthermore, it can be provided that the fitting has an energy storage unit, which is designed and constructed such that in it the energy obtained by means of the energy recovery system is at least partially einspeicherbar. This may be, for example, a battery or a battery. It is also conceivable to use capacitors or the like. This makes it possible, recovered energy, which is not immediately retrieved to continue to hold for corresponding applications in the future and save.
Die Armatur kann wenigstens einen Fluidkanal und wenigstens einen Elektronikraum zur Aufnahme und Unterbringung des Energiegewinnungssystems und/oder der Sensoreinheit und/oder der Aufzeichnungseinheit aufweisen, wobei der Fluidkanal und der Elektronikraum voneinander getrennt sind, z. B. durch eine Membran. Hierdurch wird eine einfache und sichere fluiddichte Trennung von Fluidkanal und Elektronikraum ermöglicht. Darüber hinaus kann die Membran auch als Signal- und Schwingungsverstärker genutzt werden, um hier beispielsweise die Sensoren anbringen zu können.The fitting may have at least one fluid channel and at least one electronics compartment for receiving and accommodating the energy recovery system and / or the sensor unit and / or the recording unit, wherein the fluid channel and the electronics compartment are separated from each other, for. B. by a membrane. As a result, a simple and secure fluid-tight separation of fluid channel and electronics compartment is made possible. In addition, the membrane can also be used as a signal and vibration amplifier to attach here, for example, the sensors can.
Im Elektronikraum kann wenigstens ein Fluidsensor angeordnet sein, mittels dessen ein Fluideintritt in den Elektronikraum detektierbar ist. Denkbar ist beispielsweise, dass ein derartiger Fluidsensor derart ausgebildet und beschaffen ist, dass er bei Kontakt mit dem Fluid, das durch die Armatur strömt, ein Alarmsignal oder Abschaltesignal generiert. Anhand dieses Signals wird erkennbar, dass die Armatur defekt ist. Anhand dieses Signals kann auch erkannt und entschieden werden, ob die Armatur aus Sicherheitsgründen gesperrt bzw. sogar der entsprechende Leitungsabschnitt des Fluidleitungssystems gesperrt werden muss. Auch die Erkennung, welche Armatur des Fluidleitungssystems getauscht werden muss, wird hierdurch vereinfacht.In the electronics compartment, at least one fluid sensor can be arranged, by means of which a fluid inlet into the electronics compartment can be detected. It is conceivable, for example, that such a fluid sensor is designed and arranged such that it generates an alarm signal or switch-off signal on contact with the fluid flowing through the valve. This signal indicates that the valve is defective. Based on this signal can also be detected and decided whether the valve locked for security reasons or even the corresponding line section of the fluid line system must be disabled. Also, the recognition of which valve of the fluid line system must be replaced, thereby simplified.
Mittels der wenigstens einen Sensoreinheit kann mittelbar und/oder unmittelbar die mechanische Belastung auf die Armatur messbar und/oder auswertbar sein. Dies ist mittels beispielsweise der Dehnmessstreifen vergleichsweise einfach möglich.By means of the at least one sensor unit can be directly and / or directly the mechanical load on the valve to be measured and / or evaluated. This is comparatively easy by means of, for example, the strain gauges.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass mittels der wenigstens einen Sensoreinheit mittelbar und/oder unmittelbar die mechanische Belastung für die Ein- und/oder Ausgangsdrücke vor und/oder nach der Armatur messbar und/oder auswertbar sind. Durch die Sensoren kann bei entsprechender Anordnung erkannt werden, welchen Eingangsdruck und welchen Ausgangsdruck das durch die Armatur strömende Fluid aufweist beim Durchströmen der Armatur. Entsprechend können diese Werte einfach und sicher erfasst und auch ausgewertet werden.In addition, it can be provided that the mechanical load for the input and / or output pressures before and / or after the valve can be measured and / or evaluated directly and / or directly by means of the at least one sensor unit. With the appropriate arrangement, it can be detected by the sensors which input pressure and which outlet pressure the fluid flowing through the valve has when it flows through the valve. Accordingly, these values can be easily and reliably recorded and also evaluated.
Anhand der Druckdifferenz zwischen Eingangsdruck und Ausgangsdruck kann die Durchflussmenge und/oder Durchflussgeschwindigkeit des Fluids durch die Armatur messbar und/oder auswertbar sein. Da die Strömungsquerschnitte durch die Armatur bekannt sind, lässt sich hieraus einfach und sicher beispielsweise anhand und mit der Sensorauswerteeinheit errechnen, welche Durchflussmenge des Fluids durch die Armatur geströmt ist bzw. welche Durchflussgeschwindigkeit das Fluid hat bzw. hatte.Based on the pressure difference between inlet pressure and outlet pressure, the flow rate and / or flow rate of the fluid through the valve can be measured and / or evaluated. Since the flow cross sections are known through the valve, it can be calculated from this easily and safely, for example, based on and with the Sensorauswerteeinheit, which flow of the fluid has flowed through the valve or which flow rate the fluid has or had.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass mittels der wenigstens einen Sensoreinheit mittelbar und/oder unmittelbar die thermische Belastung auf die Armatur messbar und/oder auswertbar ist.Furthermore, it can be provided that the thermal load on the fitting can be measured and / or evaluated indirectly and / or directly by means of the at least one sensor unit.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nun anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.Further details and advantages of the invention will now be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawings.
Es zeigen:Show it:
Die Strömungsrichtung in
Die Armatur
Wie dies weiter in
Das Energiegewinnungssystem
Mittels Sensoreinheit
Die Sensor-Aktor-Einheit
Die Sensoreinheit
Darüber hinaus ist auch eine Aufzeichnungseinheit
Die Armatur
Außerdem ist im Elektronikraum
Die Funktion der Armatur
Mittels der Dehnmessstreifen
By means of
Aufgrund von steigenden oder sinkenden Drücken in Rohrleitungssystemen können radiale Dehnungen der Rohrleitungsquerschnitte entstehen. Diese Dehnung kann durch die Dehnmessstreifen
Dadurch verändert sich bei konstanter Versorgungsspannung auch die Stromstärke. Diese Veränderung der Stromstärke kann in einen Druck umgerechnet werden. Durch eine zusätzlich integrierte Speichermöglichkeit, hier durch den Speicherchip
So können beispielsweise in der Vergangenheit zurückliegende Überbelastungen der Armatur
Die Stromversorgung der in der Armatur
Beim Energy-Harvesting-Prinzip sollen durch den piezo-elektrischen Effekt die notwendige elektrische Spannung geliefert werden. Alternativ sind auch andere Energiegewinnungsmethoden, wie z. B. Energiegewinnung nach Generatorprinzip, möglich.With the energy-harvesting principle, the piezoelectric effect should deliver the necessary electrical voltage. Alternatively, too other energy recovery methods, such. B. energy generation according to generator principle, possible.
Durch die ständigen Vibrationen in der Rohrleitung, sowie Druckschwankungen in der Anlage, werden die Piezo-Kristalle der Dehnmessstreifen
Diese kann der Messsensorik zur Verfügung gestellt werden, oder aber auch mittels der Energiespeichereinheit eingespeichert werden. Wird durch das Energy-Harvesting-Prinzip mehr Energie als benötigt generiert, wird diese also zwischengespeichert, damit die Sensorik auch bei einer Abschaltung der Anlage stets mit Strom versorgt werden kann.This can be made available to the measuring sensor, or else be stored by means of the energy storage unit. If the energy harvesting principle generates more energy than needed, it will be buffered so that the sensor system can always be supplied with power even when the system is switched off.
So wird beispielsweise bei einem Stopp der Fluidströmung durch die Armatur
Mithilfe des integrierten Funkmoduls
Die Daten werden mithilfe beispielsweise eines separaten Empfängers und/oder eines Displays am Ventil abgelesen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Daten direkt in das Anlagenkontrollsystem zu übermitteln, damit dieses bei einer Störung, wie z. B. bei einem Druckschlag oder bei einem ungewünschten Druckanstieg/-abfall die Anlage entweder abstellt oder einen Anlagentechniker benachrichtigt.The data is read using, for example, a separate receiver and / or a display on the valve. But there is also the possibility to transmit the data directly into the system control system, so that in case of failure, such. B. in case of a pressure shock or an unwanted pressure increase / decrease the system either turns off or notifies a plant engineer.
Das integrierte Funkmodul
Die Armatur
Aufgrund von Verschleißerscheinungen bei der Membran
Eine Undichtheit der Membran
Die Elektronik, die im Oberteil der Armatur
Zudem bietet die Überwachung den Vorteil, dass ein Installateur nun genau weiß, welche der Armaturen nicht mehr funktionstüchtig ist. Ein gezielter Austausch wird hierdurch ermöglicht.In addition, the monitoring has the advantage that an installer now knows exactly which of the valves is no longer functional. A targeted exchange is thereby made possible.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Armaturfitting
- 1212
- FluideinlassöffnungFluid inlet port
- 1414
- Fluidauslassöffnungfluid outlet opening
- 1616
- EnergiegewinnungssystemEnergy recovery system
- 1818
- Energiespeicherenergy storage
- 2020
- Fluidkanalfluid channel
- 2222
- Membranmembrane
- 2424
- Gehäusecasing
- 2626
- Elektronikraumelectronics compartment
- 2828
- Sensoreinheitsensor unit
- 3030
- Sensor-Aktor-EinheitSensor-actuator unit
- 3232
- DehnmessstreifenStrain
- 3434
- Sensorauswerteeinheitsensor evaluation
- 3636
- Aufzeichnungseinheitrecording unit
- 3838
- Speicherchipmemory chip
- 4040
- Funkmodulradio module
- 4242
- externes Datenterminalexternal data terminal
- FF
- Fluidfluid
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- EP 0210523 A1 [0006] EP 0210523 A1 [0006]
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