DE102016223799A1

DE102016223799A1 - Measuring device and method for operating a measuring device

Info

Publication number: DE102016223799A1
Application number: DE102016223799.3A
Authority: DE
Inventors: Jörg Bochterle; Thomas Reininger; Matthias Wagner; Lothar Geisbusch
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2016-11-30
Publication date: 2018-05-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Ermittlung eines Volumenstroms eines Fluids durch einen Schlauch (4), mit einem Schlauch (4) aus einem gummielastischen Material zur Führung eines Fluids, mit einer Stützhülse (50), die eine Außenoberfläche des Schlauchs (4) umgibt und die sich von einem ersten Endbereich (6) des Schlauchs (4) zu einem zweiten Endbereich (7) des Schlauchs (4) erstreckt, wobei jedem der Endbereiche (6, 7) des Schlauchs (4) jeweils ein Stützring (19, 20) zugeordnet ist, der zusammen mit der Stützhülse (50) für eine Festlegung des jeweiligen Endbereichs (6, 7) des Schlauchs (4) ausgebildet ist, wobei ein erster Stützring (19) einen Schwingungswandler (42) umfasst, der für eine Einkopplung einer Schwingung in den Schlauch (4) ausgebildet ist, und wobei ein zweiter Stützring (20) einen Schwingungswandler (43) umfasst, der für eine Auskopplung einer Schwingung aus dem Schlauch (4) ausgebildet ist, und wobei die beiden Schwingungswandler (42, 43) elektrisch mit einer Steueranordnung (55) verbunden sind, die für eine elektrische Ansteuerung des ersten Schwingungswandlers (42) und für eine Auswertung eines Sensorsignals des zweiten Schwingungswandlers (43) ausgebildet ist, um einen Volumenstrom zu ermitteln.The invention relates to a measuring device for determining a volume flow of a fluid through a hose (4), with a hose (4) made of a rubber-elastic material for guiding a fluid, with a support sleeve (50) surrounding an outer surface of the hose (4) and which extends from a first end region (6) of the hose (4) to a second end region (7) of the hose (4), each of the end regions (6, 7) of the hose (4) each having a support ring (19, 20) is associated with the support sleeve (50) for a determination of the respective end region (6, 7) of the hose (4) is formed, wherein a first support ring (19) comprises a vibration transducer (42), which is for a coupling of a vibration is formed in the hose (4), and wherein a second support ring (20) comprises a vibration transducer (43) which is designed for a decoupling of a vibration from the hose (4), and wherein the two vibration transducers (42, 43) el Electrically connected to a control arrangement (55), which is designed for an electrical control of the first vibration transducer (42) and for an evaluation of a sensor signal of the second vibration transducer (43) to determine a volume flow.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Ermittlung eines Volumenstroms eines Fluids durch einen Schlauch. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Messeinrichtung.The invention relates to a measuring device for determining a volume flow of a fluid through a hose. Furthermore, the invention relates to a method for operating such a measuring device.

Aus der US 2014/0109688 A1 ist ein Ultraschalldurchflussmesser bekannt, der ein formstabiles, fluiddurchströmtes Messrohr mit jeweils endseitig montierten Ultraschall-Sendeempfängern aufweist. Die Ultraschall-Sendeempfänger sind an Außenabschnitten des formstabilen Messrohrs angebracht und ermöglichen eine Einkopplung und Auskopplung von Ultraschallschwingungen in das Messrohr und aus dem Messrohr. Das Messrohr hat in einer Längsrichtung einen gleichförmigen Innendurchmesser sowie eine vorgegebene arithmetische mittlere Rauheit Ra einer inneren Umfangsfläche. Der Innendurchmesser des Messrohrs beträgt maximal 5 mm, die Länge des Messrohrs beträgt maximal 30 mm, die arithmetische mittlere Rauheit Ra liegt in einem Intervall von 0 Mikrometer kleiner Ra kleiner/gleich 0,2 Mikrometer.From the US 2014/0109688 A1 an ultrasonic flowmeter is known, which has a dimensionally stable, fluid-flow measuring tube with each end mounted ultrasonic transceivers. The ultrasonic transceivers are attached to outer sections of the dimensionally stable measuring tube and allow coupling and decoupling of ultrasonic vibrations in the measuring tube and from the measuring tube. The measuring tube has a uniform inner diameter and a predetermined arithmetic average roughness Ra of an inner circumferential surface in a longitudinal direction. The inner diameter of the measuring tube is a maximum of 5 mm, the length of the measuring tube is a maximum of 30 mm, the arithmetic mean roughness Ra is in an interval of 0 microns small Ra less than or equal to 0.2 microns.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Messeinrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Messeinrichtung bereitzustellen, die eine Kombination einer Messfunktion mit einer Ventilfunktion ermöglichen.The object of the invention is to provide a measuring device and a method for operating a measuring device, which enable a combination of a measuring function with a valve function.

Diese Aufgabe wird für eine Messeinrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei umfasst die Messeinrichtung einen Schlauch aus einem gummielastischen Material zur Führung eines Fluids, eine Stützhülse, die eine Außenoberfläche des Schlauchs umgibt und die sich von einem ersten Endbereich des Schlauchs zu einem zweiten Endbereich des Schlauchs erstreckt, wobei jedem der Endbereiche des Schlauchs jeweils ein Stützring zugeordnet ist, der zusammen mit der Stützhülse für eine Festlegung des jeweiligen Endbereichs des Schlauchs ausgebildet ist, wobei ein erster Stützring einen Schwingungswandler umfasst, der für eine Einkopplung einer Schwingung in den Schlauch ausgebildet ist, und wobei ein zweiter Stützring einen Schwingungswandler umfasst, der für eine Auskopplung einer Schwingung aus dem Schlauch ausgebildet ist, und wobei die beiden Schwingungswandler elektrisch mit einer Steueranordnung verbunden sind, die für eine elektrische Ansteuerung des ersten Schwingungswandlers und für eine Auswertung eines Sensorsignals des zweiten Schwingungswandlers ausgebildet ist, um einen Volumenstrom zu ermitteln.This object is achieved for a measuring device of the type mentioned above with the features of claim 1. Here, the measuring device comprises a hose made of a rubber-elastic material for guiding a fluid, a support sleeve which surrounds an outer surface of the hose and which extends from a first end portion of the hose to a second end portion of the hose, wherein each of the end portions of the hose is a respective support ring which is formed together with the support sleeve for a determination of the respective end region of the hose, wherein a first support ring comprises a vibration transducer, which is designed for coupling a vibration in the hose, and wherein a second support ring comprises a vibration transducer, which for a decoupling of a vibration from the tube is formed, and wherein the two vibration transducers are electrically connected to a control arrangement, which for electrical activation of the first vibration transducer and for an evaluation of a sensor signal of the second Schwingungswandl ers is designed to determine a flow.

Durch die Verwendung eines Schlauchs aus einem gummielastischen Material ist eine bedarfsabhängige Anpassung eines Querschnitts des Schlauchs in Abhängigkeit von einem, insbesondere variablen, Fluiddruck des im Schlauch geführten Fluids sowie in Abhängigkeit von einem, insbesondere konstanten, auf die Außenoberfläche des Schlauchs einwirkenden äußeren Drucks ermöglicht. Somit kann sich der Querschnitt des Schlauchs beispielhaft dynamisch an einen variablen Druck des Fluids anpassen, wobei mit dieser variablen Anpassung des Querschnitts des Schlauchs auch eine Veränderung des Volumenstroms durch den Schlauch einhergehen kann. Um die Veränderung des Fluidvolumenstroms ermitteln zu können, sind dem Schlauch jeweils endseitig angeordnete Stützringe zugeordnet, die jeweils einen Schwingungswandler umfassen, um hiermit eine Einkopplung einer Schwingung in den Schlauch sowie eine Auskopplung einer Schwingung aus dem Schlauch zu ermöglichen. Durch Abgleich von Schwingungseigenschaften zwischen der eingekoppelten Schwingung und der ausgekoppelten Schwingung, beispielsweise unter Ermittlung einer Laufzeit und/oder eines Phasenversatzes, können ein Betrag und gegebenenfalls eine Richtung eines Volumenstrom durch den Schlauch ermittelt werden.By using a hose made of a rubber-elastic material is a demand-dependent adjustment of a cross section of the hose in response to one, in particular variable, fluid pressure of the fluid in the hose and in response to a, in particular constant, acting on the outer surface of the hose external pressure allows. Thus, the cross-section of the hose can dynamically adapt, for example, to a variable pressure of the fluid, whereby this variable adaptation of the cross-section of the hose can also be accompanied by a change in the volume flow through the hose. In order to be able to determine the change in the fluid volume flow, the hose is assigned in each case end support rings, each of which comprises a vibration transducer, in order to enable a coupling of a vibration into the hose and a decoupling of a vibration from the hose. By adjusting vibration characteristics between the coupled oscillation and the decoupled oscillation, for example by determining a propagation time and / or a phase offset, an amount and optionally a direction of a volumetric flow through the tube can be determined.

Vorzugsweise ist der Schlauch an jedem seiner Endbereiche mit einem umlaufenden Ringbund versehen, der wenigstens eine in axialer Richtung ausgerichtete, insbesondere kreisringförmig ausgebildete, Stirnfläche aufweist. Beispielhaft liegt die Stirnfläche flächig am Stützring an, wodurch eine vorteilhafte Einkopplung der Schwingungen vom Stützring in das jeweilige Schlauchende ermöglicht wird.Preferably, the hose is provided at each of its end regions with a circumferential annular collar, which has at least one aligned in the axial direction, in particular annularly shaped, end face. By way of example, the end face lies flat against the support ring, whereby an advantageous coupling of the vibrations from the support ring into the respective end of the hose is made possible.

Beispielhaft kann eine Volumenstrombestimmung anhand einer Auswertung eines Sensorsignals des zweiten Schwingungswandlers, der elektrisch mit einer, insbesondere als Mikrocontroller ausgebildeten, Steueranordnung verbunden ist, anhand von Laufzeiten für Schwingungen, die vom ersten Schwingungswandler ausgesendet und vom zweiten Schwingungswandler empfangen werden und den Schlauch sowie das im Schlauch geführte Fluid durchsetzen, erfolgen. Exemplarisch kann der Volumenstrom durch den Schlauch anhand einer Laufzeitdifferenz zwischen einer in einer ersten Richtung in das im Schlauch geführte Fluid eingekoppelten ersten Schwingung und einer in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung in das im Schlauch geführte Fluid eingekoppelten zweiten Schwingung ermittelt werden. Vorzugsweise werden Schwingungen, die den Schlauch, die Stützhülse oder andere Komponenten durchsetzen, zunächst anhand ihrer abweichenden Laufzeiten herausgefiltert, um ausschließlich die Laufzeiten der Schwingungen im Fluid für die Volumenstrommessung heranzuziehen. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Stützhülse, die den Schlauch zwischen den Endbereichen vorzugsweise vollumfänglich umgibt, als Durchmesserbegrenzung für den Schlauch dient und aus einem formstabilen Material hergestellt ist, sodass auch bei einer hohen Druckdifferenz zwischen dem Fluiddruck im Schlauch und dem Umgebungsdruck außerhalb des Schlauchs eine maximale Ausdehnung des Schlauchs begrenzt ist.By way of example, a volume flow determination based on an evaluation of a sensor signal of the second vibration converter, which is electrically connected to a, designed in particular as a microcontroller control arrangement, based on maturities for vibrations emitted by the first vibration transducer and received by the second vibration transducer and the hose and in the Hose-guided fluid prevail, done. By way of example, the volume flow through the hose can be determined based on a transit time difference between a first vibration coupled in a first direction into the fluid guided in the hose and a second vibration coupled in a second direction opposite to the first direction into the second vibration coupled in the hose. Preferably, vibrations that pass through the hose, the support sleeve or other components, first filtered out on the basis of their different maturities, to use only the maturities of the vibrations in the fluid for the volume flow measurement. Furthermore, it can be provided that the support sleeve, which preferably surrounds the hose between the end regions in full circumference, serves as a diameter limit for the hose and is made of a dimensionally stable material, so that even with a high pressure difference between the fluid pressure in the hose and the ambient pressure outside of the hose, a maximum expansion of the hose is limited.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Zweckmäßig ist es, wenn der, insbesondere ringförmig ausgebildete, Schwingungswandler in einer, insbesondere ringförmig ausgebildeten, Ausnehmung in einer Stirnseite des Stützrings aufgenommen ist, die dem jeweils anderen Stützring gegenüberliegt. Hierdurch wird eine effiziente Einkopplung der Schwingung vom Schwingungswandler in den Schlauch oder eine effiziente Auskopplung der Schwingung aus dem Schlauch in den zugeordneten Schwingungswandler ermöglicht. Vorzugsweise ist der Schwingungswandler ringförmig ausgebildet, wodurch eine Schwingungseinkopplung über den gesamten Querschnitt des Schlauchs gewährleistet wird, wodurch ein präzises Messergebnis gewährleistet werden kann. Bei dem Schwingungswandler handelt es sich insbesondere um einen piezoelektrischen Schwingungswandler, vorzugsweise um einen ringförmig ausgebildeten piezoelektrischen Schwingungswandler, insbesondere um eine ringförmige Anordnung mehrerer elektrisch parallelgeschalteter piezoelektrischer Schwingungswandler.It is expedient if the, in particular ring-shaped, vibration transducer is received in a, in particular annular, recess in an end face of the support ring, which is opposite to the respective other support ring. In this way, an efficient coupling of the oscillation from the vibration transducer into the tube or an efficient decoupling of the oscillation from the tube into the associated oscillation converter is made possible. Preferably, the vibration transducer is annular, whereby a vibration coupling over the entire cross section of the hose is ensured, whereby a precise measurement result can be ensured. In particular, the vibration transducer is a piezoelectric vibration transducer, preferably a ring-shaped piezoelectric vibration transducer, in particular an annular arrangement of a plurality of piezoelectric vibration transducers electrically connected in parallel.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stirnseite des Stützrings, insbesondere des im Stützring aufgenommenen Schwingungswandlers, an einer quer zur Mittelachse des Schlauchs ausgerichteten Stirnfläche des Schlauchs anliegt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass eine Einleitung einer Schwingung in den Schlauch durch eine Expansion oder Kontraktion des Schwingungswandlers erfolgt, wobei die Expansionsrichtung beziehungsweise Kontraktionsrichtung parallel zur Mittelachse des Schlauchs ausgerichtet ist und somit eine besonders effiziente Einkopplung der Schwingung in den Schlauch aufgrund der entsprechenden Ausrichtung gegenüber der Stirnfläche des Schlauchs gewährleistet ist. Dabei kann der Schwingungswandler beabstandet zum Schlauch im Stützring aufgenommen sein, in diesem Fall ist ein Abstand zwischen Schlauch und Schwingungswandler vorzugsweise mit einem Material gefüllt, das eine vorteilhafte Schallkopplung zwischen Schwingungskoppler und Schlauch gewährleistet. Alternativ ist vorgesehen, dass der Schwingungswandler derart im Stützring aufgenommen ist, dass er mit einer Stirnseite unmittelbar am Schlauch anliegt, um dadurch eine besonders vorteilhafte Schallkopplung mit dem Schlauch zu gewährleisten.In a further embodiment of the invention, it is provided that the end face of the support ring, in particular of the vibration converter accommodated in the support ring, abuts against an end face of the hose oriented transversely to the center axis of the hose. Preferably, it is provided that an introduction of a vibration into the tube by an expansion or contraction of the vibration transducer, wherein the expansion direction or contraction direction is aligned parallel to the central axis of the tube and thus a particularly efficient coupling of the vibration in the tube due to the corresponding orientation relative to the End face of the hose is guaranteed. In this case, the vibration transducer can be accommodated at a distance from the hose in the support ring, in which case a distance between hose and vibration transducer is preferably filled with a material which ensures advantageous sound coupling between vibration coupler and hose. Alternatively, it is provided that the vibration transducer is received in the support ring so that it rests with a front side directly on the hose, thereby to ensure a particularly advantageous sound coupling with the hose.

Vorteilhaft ist es, wenn zwischen dem Schwingungswandler und dem Stützring eine Dämpfungseinrichtung, insbesondere eine Dämpfungsschicht angeordnet ist, um eine Schwingungsübertragung zwischen Schwingungswandler und Stützring zu reduzieren. Eine Möglichkeit zur Entkopplung des Schwingungswandlers vom Stützring besteht darin, den Schwingungswandler in einer nutförmigen Vertiefung des Stützrings aufzunehmen, wobei die nutförmige Vertiefung größer als der Schwingungswandler bemessen ist. Ferner kann beispielhaft vorgesehen werden, einen Spalt zwischen dem Schwingungswandler und dem Stützring durch eine elastische Masse zu überbrücken, die für die angestrebte Schwingungsfrequenz des Schwingungswandlers vorteilhafte Absorptionseigenschaften aufweist. Alternativ kann vorgesehen werden, eine Impedanzanpassung zwischen dem Schwingungswandler und dem Stützring dahingehend vorzunehmen, dass eine Lambda-Viertel-Schicht an einer dem Schlauch abgewandten Rückseite des Schwingungswandlers gegenüber dem Stützring vorgesehen ist, mit deren Hilfe ebenfalls eine Ausbreitung der Schwingung in unerwünschten Raumrichtungen unterbunden oder zumindest unterdrückt werden kann.It is advantageous if between the vibration transducer and the support ring, a damping device, in particular a damping layer is arranged to reduce a vibration transmission between the vibration transducer and the support ring is advantageous. One way to decouple the vibration transducer from the support ring is to receive the vibration transducer in a groove-shaped recess of the support ring, wherein the groove-shaped recess is sized larger than the vibration transducer. Furthermore, it can be provided by way of example to bridge a gap between the vibration transducer and the support ring by means of an elastic mass which has advantageous absorption properties for the desired vibration frequency of the vibration transducer. Alternatively it can be provided to make an impedance matching between the vibration transducer and the support ring to the effect that a quarter-wave layer is provided on a rear side facing away from the hose of the vibration transducer relative to the support ring, with the help of which also prevents the vibration in unwanted spatial directions or can at least be suppressed.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schlauch und die Stützhülse in einem Trägerrohr aufgenommen sind und dass eine Innenoberfläche des Trägerrohrs zusammen mit einer Außenoberfläche des Schlauchs ein Arbeitsvolumen begrenzen, in dem die Stützhülse aufgenommen ist und das mit einem Fluidanschluss für eine Einstellung eines Fluiddrucks für ein im Arbeitsvolumen aufgenommenes Arbeitsfluid, insbesondere Druckluft, für eine Veränderung eines Schlauchquerschnitts ausgebildet ist. In dieser Ausgestaltung kann die Messeinrichtung zusätzlich eine Ventilfunktion erfüllen, wobei hierzu das Arbeitsvolumen zwischen dem Trägerrohr und der Außenoberfläche des Schlauchs in aktiver Weise mit einem Arbeitsfluid beaufschlagt wird. Hierdurch kann eine Einstellung einer Druckdifferenz zwischen einem Druck im Arbeitsvolumen und einem Druck im Schlauch vorgenommen werden, um hierüber eine Einstellung des Schlauchquerschnitts zu bewirken und damit auch eine Einstellung eines Fluidvolumenstroms durch den Schlauch zu erzielen.In a further embodiment of the invention it is provided that the hose and the support sleeve are received in a support tube and that an inner surface of the support tube together with an outer surface of the hose limit a working volume in which the support sleeve is received and with a fluid connection for a setting of Fluid pressure for a recorded in the working volume working fluid, in particular compressed air, is designed for a change in a hose cross-section. In this embodiment, the measuring device can additionally fulfill a valve function, for which purpose the working volume between the carrier tube and the outer surface of the tube is acted upon in an active manner with a working fluid. In this way, an adjustment of a pressure difference between a pressure in the working volume and a pressure in the hose can be made in order to effect an adjustment of the hose cross section and thus also to achieve an adjustment of a fluid volume flow through the hose.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Schlauch als Membran eines Quetschventils ausgebildet ist und dass ein freier Querschnitt des Schlauchs von einem Druckverhältnis zwischen einem Fluiddruck eines im Schlauch geführten Strömungsfluids und einem Fluiddruck des Arbeitsfluids abhängig ist.It is particularly preferably provided that the hose is designed as a diaphragm of a pinch valve and that a free cross section of the hose is dependent on a pressure ratio between a fluid pressure of a fluid flow in the hose and a fluid pressure of the working fluid.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass jeder der Stützringe einen Schwingungswandler umfasst, der zur Einkopplung und Auskopplung von Schwingungen ausgebildet ist und dass die Steueranordnung für eine synchrone Ansteuerung der beiden Schwingungswandler und für eine synchrone Auswertung der Sensorsignale der Schwingungswandler ausgebildet ist, um einen Volumenstrom zu ermitteln. Hiermit kann eine Einkopplung von Schwingungen in den Schlauch sowohl in einer Strömungsrichtung des Fluids als auch eine Einkopplung von Schwingungen in den Schlauch gegen die Strömungsrichtung des Fluids vorgenommen werden, um beispielhaft anhand einer Laufzeitdifferenz für die beiden Schwingungen eine präzise Volumenstromberechnung in der Steueranordnung zu ermöglichen.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that each of the support rings comprises a vibration transducer, which is designed for coupling and decoupling of vibrations and that the control arrangement for a synchronous control of the two vibration transducers and is designed for a synchronous evaluation of the sensor signals of the vibration converter to determine a volume flow. Hereby, a coupling of vibrations in the hose both in a direction of flow of the fluid and a coupling of vibrations in the hose against the flow direction of the fluid can be made to allow for example on the basis of a transit time difference for the two oscillations precise volume flow calculation in the control arrangement.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steueranordnung für eine Ermittlung eines Zustandswerts für einen Verschleißzustand des Schlauchs anhand von Schwingungsübertragungsmessungen zwischen den beiden Schwingungswandlern ausgebildet ist. Beispielhaft kann vorgesehen sein, insbesondere für einen Neuzustand der Messeinrichtung, Übertragungsfunktionen für Schwingungen für unterschiedliche Frequenzen zu ermitteln und abzuspeichern und in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen einen Abgleich aktueller Werte mit gespeicherten Werten vorzunehmen, um hierüber auf einen Verschleiß des Schlauchs Rückschlüsse ziehen zu können. Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen werden, für bekannte Strömungszustände im Schlauch derartige Übertragungsfunktionen für Schwingungen zu ermitteln und ebenfalls in zeitlicher Abfolge mit gespeicherten Übertragungsfunktionen zu vergleichen, um auch auf diesem Wege auf einen Verschleißzustand und/oder eine Alterung des Schlauchs schließen zu können.In a further embodiment of the invention, it is provided that the control arrangement for determining a state value for a state of wear of the hose is formed on the basis of vibration transmission measurements between the two vibration transducers. By way of example, provision may be made, in particular for a new condition of the measuring device, to determine and store transfer functions for vibrations for different frequencies and to compare current values with stored values at regular or irregular intervals in order to be able to draw conclusions about wear of the hose. Additionally or alternatively, it may be provided to determine such transfer functions for vibrations for known flow conditions in the hose and also to compare in a time sequence with stored transfer functions in order to conclude in this way on a state of wear and / or aging of the hose can.

Die Aufgabe der Erfindung wird für ein Verfahren zum Betreiben einer Messeinrichtung, die nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist, mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass die Steueranordnung für einen Vergleich eines von wenigstens einem der Schwingungswandler bereitgestellten Signalverlaufs mit einem in der Steueranordnung gespeicherten Sollsignalverlauf ausgebildet ist, um einen Zustandswert für einen Verschleißzustand des Schlauchs zu ermitteln und an einer Schnittstelleneinrichtung anzuzeigen und/oder auszugeben.The object of the invention is achieved for a method for operating a measuring device, which is designed according to one of claims 1 to 8, with the features of claim 9. In this case, it is provided that the control arrangement is designed to compare a signal waveform provided by at least one of the vibration transducers with a desired signal waveform stored in the control arrangement in order to determine a condition value for a state of wear of the hose and display and / or output it at an interface device.

Bei einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Messeinrichtung als Ventil, insbesondere als Schaltventil oder Proportionalventil, für ein Fluid betrieben wird, wobei ein Volumenstrom eines den Schlauch durchströmenden Fluids mit der Steueranordnung ermittelt wird und wobei die Steueranordnung für eine Ansteuerung eines Steuerventils in Abhängigkeit von einem vorgebbaren Volumenstrom ausgebildet ist, um eine Bereitstellung von Arbeitsfluid an die Messeinrichtung zur Beeinflussung eines von außen auf den Schlauch einwirkenden Steuerdrucks zu ermöglichen.In a further development of the method it is provided that the measuring device is operated as a valve, in particular as a switching valve or proportional valve, for a fluid, wherein a volume flow of a fluid flowing through the hose is determined with the control arrangement and wherein the control arrangement for a control of a control valve in dependence is formed by a predetermined volume flow to allow a provision of working fluid to the measuring device for influencing an externally acting on the hose control pressure.

In der Zeichnung ist eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Hierbei zeigt:

1 einen Längsschnitt durch eine Messeinrichtung, und
2 eine Detaildarstellung der Messeinrichtung gemäß der 1.

In the drawing, an advantageous embodiment of the invention is shown. Hereby shows:

1 a longitudinal section through a measuring device, and
2 a detailed representation of the measuring device according to the 1 ,

Die in den 1 und 2 dargestellte Messeinrichtung 1 ist rein exemplarisch als Quetschventil ausgebildet und für einen Einbau in ein nicht näher dargestelltes Rohrleitungssystem, beispielsweise einer Anlage zur Produktion von flüssigen Nahrungsmitteln, vorgesehen. Durch die Ausgestaltung der Messeinrichtung 1 als Quetschventil kann die Messeinrichtung eine Doppelfunktion erfüllen, da sie zum einen eine Beeinflussung eines Volumenstroms in einem Fluidkanal 2 ermöglicht und zum anderen eine Ermittlung des Volumenstroms in dem Fluidkanal 2 ermöglicht.The in the 1 and 2 illustrated measuring device 1 is purely exemplary designed as a pinch valve and for installation in a not-shown piping system, such as a plant for the production of liquid food provided. Due to the design of the measuring device 1 as a pinch valve, the measuring device can perform a dual function, since on the one hand an influence on a volume flow in a fluid channel 2 allows and on the other hand, a determination of the volume flow in the fluid channel 2 allows.

Die Messeinrichtung 1 umfasst einen rein exemplarisch rotationssymmetrisch zu einer Mittelachse 3 des Fluidkanals 2 ausgebildeten Schlauch 4. Der Schlauch 4 ist vorzugsweise aus einem gummielastischen Kunststoffmaterial hergestellt, das durch elastische Deformation in einem weiten Bereich in seiner Gestalt verändert kann, ohne hierbei auch bei einer Vielzahl von Lastspielzyklen beschädigt zu werden.The measuring device 1 includes a purely exemplary rotationally symmetrical to a central axis 3 of the fluid channel 2 trained hose 4 , The hose 4 is preferably made of a rubber-elastic plastic material that can be changed by elastic deformation in a wide range in shape, without being damaged in a variety of cycles cycles.

Beispielhaft wird der Fluidkanal 2 abschnittsweise durch eine Innenoberfläche 5 des Schlauchs 4 begrenzt, die rein exemplarisch durch zwei spiegelsymmetrisch zueinander ausgerichtete Konusmantelabschnittsflächen beschrieben werden kann. In der Darstellung der 1 befindet sich der Schlauch 4 in einer Ruhestellung mit maximalem Fluidquerschnitt des Fluidkanals 2, wobei der Fluidquerschnitt des Fluidkanals 2 durch eine elastische Deformation des Schlauchs bis auf Null reduziert werden kann, sodass ein Fluidstrom durch die Messeinrichtung 1 unterbunden wird.The fluid channel becomes exemplary 2 in sections through an inner surface 5 of the hose 4 limited, which can be described purely by way of example by two mirror-symmetrically oriented Konusmantelabschnittsflächen. In the presentation of the 1 is the hose 4 in a rest position with maximum fluid cross section of the fluid channel 2, wherein the fluid cross section of the fluid channel 2 can be reduced to zero by an elastic deformation of the tube, so that a fluid flow is prevented by the measuring device 1.

Der Schlauch 4 weist jeweils an Endbereichen 6, 7 jeweils einen umlaufenden Ringbund 8, 9 auf, der für eine axiale und radiale Festlegung des Schlauchs 4 in der Messeinrichtung 1 dient. Ferner weist der Schlauch 4 unmittelbar angrenzend an den Fluidkanal 2 am jeweiligen Endbereich 6, 7 eine kreisringförmige Stirnfläche 10, 11 auf, die rein exemplarisch eben ausgebildet ist. Hierbei ist vorgesehen, dass eine Flächennormale auf die jeweilige Stirnfläche 10, 11 parallel zur Mittelachse 3 ausgerichtet ist.The hose 4 points to end areas 6 . 7 each a circumferential collar 8th . 9 on, for an axial and radial fixing of the hose 4 in the measuring device 1 serves. Furthermore, the hose has 4 immediately adjacent to the fluid channel 2 at the respective end area 6 . 7 an annular end face 10 . 11 on, which is just exemplary trained. It is provided that a surface normal to the respective end face 10 . 11 parallel to the central axis 3 is aligned.

Die Messeinrichtung umfasst ferner ein beispielhaft kreiszylindrisch ausgebildetes Trägerrohr 12, das koaxial zur Mittelachse 3 angeordnet ist und in dessen längs der Mittelachse 3 erstreckter, kreiszylindrischer Ausnehmung 15 der Schlauch 4 angeordnet ist. Beispielhaft ist das Trägerrohr 12 mit einer in lateraler Richtung ausgerichteten Anschlussbohrung 16 versehen, die in nicht näher dargestellter Weise mit einer Versorgungsleitung zur Bereitstellung eines Arbeitsfluids verbunden werden kann, um Arbeitsfluid in die Ausnehmung 15 des Trägerrohrs 12 zuführen beziehungsweise aus der Ausnehmung des Trägerrohrs 12 abführen zu können.The measuring device further comprises an exemplary circular cylindrical trained carrier tube 12 that is coaxial with the central axis 3 is arranged and in which along the central axis 3 extended, circular cylindrical recess 15 the tube 4 is arranged. Exemplary is the support tube 12 with a laterally aligned connection bore 16 provided, which can be connected in a manner not shown with a supply line for providing a working fluid to working fluid in the recess 15 of the carrier tube 12 feed or out of the recess of the support tube 12 to be able to pay.

Ferner ist das Trägerrohr 12 jeweils endseitig mit einem Innengewinde 17, 18 versehen, das jeweils zum Einschrauben eines Anschlussflansches 19, 20 ausgebildet ist. Ein Außendurchmesser des jeweiligen Ringbunds 8, 9 des Schlauchs 4 ist derart an die Ausnehmung 15 im Trägerrohr 12 angepasst, dass der jeweilige Ringbund 8, 9 in flächige und radial abdichtende Anlage zum Trägerrohr 12 gebracht werden kann. Hierdurch bilden der Schlauch 4 und das Trägerrohr 12 ein Arbeitsvolumen 21, in das Arbeitsfluid durch die Anschlussbohrung 16 bereitgestellt oder aus dem Arbeitsfluid über die Anschlussbohrung 16 entfernt werden kann.Further, the carrier tube 12 each end with an internal thread 17 . 18 provided, each for screwing a connecting flange 19 . 20 is trained. An outer diameter of the respective annular collar 8th . 9 of the hose 4 is so to the recess 15 in the carrier tube 12 adapted that the respective ring collar 8th . 9 in flat and radially sealing contact with the support tube 12 can be brought. This forms the hose 4 and the carrier tube 12 a work volume 21 , into the working fluid through the connection hole 16 provided or from the working fluid via the connection bore 16 can be removed.

Die Anschlussflansche 19, 20 sind in funktionaler Hinsicht jeweils in einen Innenabschnitt 22, 23 und in einen Außenabschnitt 24, 25 unterteilt, wie dies durch die jeweils gestrichelt eingezeichneten Trennebenen und die zugehörigen Pfeile angedeutet ist. Im Zuge einer Montage des jeweiligen Anschlussflansches 19, 20 in das Trägerrohr 12 sind die jeweiligen Innenabschnitte 22, 23 vom Trägerrohr 12 umgeben, während die Außenabschnitte 24, 25 über das Trägerrohr 12 in axialer Richtung längs der Mittelachse 3 abragen. Dabei sind die Außenabschnitte 24, 25 vorzugsweise rotationssymmetrisch zur Mittelachse 3 ausgebildet und weisen eine dem Schlauch 4 abgewandte Anschlussfläche 26, 27 auf, in der eine ringförmig umlaufende Nut 28, 29 eingebracht ist die zur Aufnahme eines nicht dargestellten Dichtrings dient und zusammen mit der Anschlussfläche 26, 27 jeweils eine fluiddichte Anlage an einem nicht dargestellten Rohrleitungsabschnitt ermöglicht.The connection flanges 19 . 20 are in functional terms each in an interior section 22 . 23 and divided into an outer portion 24, 25, as indicated by the respective dashed lines dividing planes and the associated arrows. In the course of mounting the respective connection flange 19 . 20 in the carrier tube 12 are the respective interior sections 22 . 23 from the carrier tube 12 surrounded, while the outer sections 24 . 25 over the carrier tube 12 in the axial direction along the central axis 3 protrude. Here are the outer sections 24 . 25 preferably rotationally symmetrical to the central axis 3 trained and have a hose 4 remote connection surface 26 . 27 on, in which an annular circumferential groove 28 . 29 is introduced which serves to receive a sealing ring, not shown, and together with the connection surface 26 . 27 each allows a fluid-tight system on a pipe section, not shown.

Ferner sind die Außenabschnitte 24, 25 jeweils mit einer lateralen, umlaufenden Nut 30, 31 versehen, die bezüglich der Mittelachse 3 eine U-förmige Profilierung aufweist und die für einen Eingriff einer nicht dargestellten Montageschelle vorgesehen ist, um die jeweiligen Anschlussflansche 19, 20 mit nicht dargestellten Rohrleitungsabschnitten zu verbinden.Furthermore, the outer sections 24 . 25 each with a lateral, circumferential groove 30 . 31 provided with respect to the central axis 3 has a U-shaped profile and which is provided for engagement of a mounting clamp, not shown, to the respective connecting flanges 19 . 20 To connect with not shown pipe sections.

Die Innenabschnitte 22, 23 der Anschlussflansche 19, 20 sind jeweils als Stützringe ausgebildet, die an einer Außenumfangsfläche 32, 33 mit einem Außengewinde versehen sind, das eine Verschraubung mit dem jeweiligen Innengewinde 17, 18 des Trägerrohrs 12 ermöglicht. An Stirnbereichen 34, 35 der Innenabschnitte 22, 23, die jeweils den Außenabschnitten 24, 25 abgewandt sind, ist eine Profilierung des jeweiligen Innenabschnitts 22, 23 an die Profilierung des Schlauchs 4 angepasst. Dementsprechend weisen die Stirnbereiche 34, 35 jeweils eine kreisringförmige Stirnfläche 36, 37 sowie eine sich in radialer Richtung nach außen daran anschließende, mit gekrümmter Profilierung ausgebildete Kontaktfläche 38, 39, die zur Anlage am Ringbund 8 beziehungsweise 9 des Schlauchs 4 ausgebildet ist.The interior sections 22 . 23 the connecting flanges 19 . 20 are each formed as a support rings, which on an outer peripheral surface 32 . 33 are provided with an external thread, which is a screw with the respective internal thread 17 . 18 of the carrier tube 12 allows. At forehead areas 34 . 35 the interior sections 22 . 23 , respectively the outer sections 24 . 25 are averted, is a profiling of the respective inner section 22 . 23 to the profiling of the hose 4 customized. Accordingly, the forehead areas 34 . 35 in each case an annular end face 36 . 37 as well as in the radial direction outwardly adjoining, formed with a curved profiling contact surface 38 . 39 , which attach to the ring collar 8th respectively 9 the hose 4 is formed.

In den Stirnflächen 36, 37 ist jeweils eine rein exemplarisch ringförmig ausgebildete, konzentrisch zur Mittelachse 3 angeordnete Ringnut 40, 41 vorgesehen, in der ein rein exemplarisch als piezoelektrischer Aktor ausgebildeter, ebenfalls beispielhaft ringförmig ausgeführter Schwingungswandler 42, 43 angeordnet ist. Beispielhaft ist vorgesehen, dass die Schwingungswandler 42, 43 einen kleineren Querschnitt als die jeweilige Ringnut 40, 41 aufweisen. Daraus resultieren die in der 2 näher dargestellten Axialspalte 44, 45 sowie Radialspalte 46, 47, die beispielhaft mit einer elastischen Vergussmasse 48 gefüllt sind. Dabei ist eine Platzierung und Dimensionierung der Schwingungswandler 42, 43 in Bezug auf die Ringnut 40, 41 sowie eine Auswahl der Materialeigenschaften der Vergussmasse 48 derart vorgegeben, dass eine Dämpfungswirkung für Schwingungen, die von den Schwingungswandlern 42, 43 in axialer Richtung längs der Mittelachse 3 ausgegeben werden, für den Axialspalt 45 erheblich größer als für den Axialspalt 44 ist. Somit erfolgt eine Auskopplung der Schwingung in Richtung des Schlauchs 4 mit einem höheren Wirkungsgrad als eine Auskopplung der Schwingung in den jeweils zugeordneten Anschlussflansch 19, 20. Bei einer nicht näher dargestellten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Schwingungswandler an einer dem Schlauch zugewandten Stirnseite mit einer anderen Vergussmasse als an einer dem Schlauch abgewandten Stirnseite in der Ringnut vergossen ist. Vorzugsweise wird zwischen der dem Schlauch zugewandten Stirnseite und dem Schlauch eine Vergussmasse eingesetzt, die eine vorteilhafte Schallkopplung zwischen Schwingungswandler und Schlauch gewährleistet. Ferner wird zwischen dem Schwingungswandler und der Ringnut eine Vergussmasse eingesetzt, die für eine vorteilhafte Schalldämpfung ausgebildet ist.In the faces 36 . 37 is in each case a purely exemplary ring-shaped, concentric with the central axis 3 arranged annular groove 40 . 41 provided, in a purely exemplary trained as a piezoelectric actuator, also exemplified annular executed vibration transducer 42 , 43 is arranged. By way of example, it is provided that the vibration converter 42 . 43 a smaller cross-section than the respective annular groove 40 . 41 exhibit. This results in the in the 2 axial gap shown in detail 44 . 45 as well as radial gaps 46 . 47 exemplified with an elastic potting compound 48 are filled. Here is a placement and dimensioning of the vibration converter 42 . 43 in relation to the annular groove 40 . 41 and a selection of the material properties of the potting compound 48 predetermined such that a damping effect for vibrations generated by the vibration transducers 42 . 43 in the axial direction along the central axis 3 be issued for the axial gap 45 considerably larger than for the axial gap 44 is. Thus, a decoupling of the vibration takes place in the direction of the hose 4 with a higher efficiency than a decoupling of the oscillation in the respectively associated connection flange 19 . 20 , In one embodiment, not shown, it is provided that the vibration transducer is shed on a hose facing the end face with a different potting compound than on a side facing away from the hose in the annular groove. Preferably, a potting compound is used between the end face facing the hose and the hose, which ensures an advantageous sound coupling between the vibration transducer and the hose. Further, a potting compound is used between the vibration transducer and the annular groove, which is designed for an advantageous sound attenuation.

Beispielhaft ist vorgesehen, dass der Schlauch 4 von einer separat vom Trägerrohr 12 ausgebildeten Stützhülse 50 umgeben ist, die sich jeweils endseitig an gegenüberliegenden Innenflächen 51, 52 des jeweils benachbarten Ringbunds 8, 9 abstützt und rein exemplarisch schwimmend im Trägerrohr 12 aufgenommen ist. Die Stützhülse 50, die insbesondere aus einem formstabilen Kunststoffmaterial hergestellt sein kann, bildet zusammen mit den Anschlussflanschen 19 und 20 und dem Trägerrohr 12 eine sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung formschlüssige Aufnahme für den Schlauch 4, sodass dieser ortsfest in der Messeinrichtung 1 aufgenommen ist. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform einer Messeinrichtung ist die Stützhülse einstückig mit dem Trägerrohr ausgebildet oder fest mit dem Trägerrohr verbunden.By way of example, it is provided that the hose 4 from a separate from the support tube 12 trained support sleeve 50 is surrounded, each end to opposite inner surfaces 51 . 52 of the adjacent ring collar 8th . 9 supported and purely exemplary floating in the support tube 12 is included. The support sleeve 50 , which may be made in particular of a dimensionally stable plastic material, forms together with the connecting flanges 19 and 20 and the carrier tube 12 a positive in both the axial direction and in the radial direction receptacle for the hose 4 so that it is stationary in the measuring device 1 is included. In an embodiment of a measuring device, not shown, the support sleeve is formed integrally with the support tube or fixedly connected to the support tube.

Die beiden Schwingungswandler 42, 43 sind jeweils über Verbindungsleitungen 53, 54 mit einer Steueranordnung 55 elektrisch verbunden. Die Steueranordnung 55, die bei einer nicht dargestellten Ausführungsform auch baulich in der Messeinrichtung integriert ausgebildet sein kann, ist zur Bereitstellung von elektrischer Energie an wenigstens einen der beiden Schwingungswandler 42, 43 ausgebildet, um hiermit eine Einleitung einer Schwingung oder einer Schwingungsfolge, vorzugsweise mit vorgebbarer Frequenz, insbesondere mit variabler Frequenz, in den Schlauch 4 zu ermöglichen. Ferner ist die Steueranordnung 55 dazu ausgebildet, ein Sensorsignal wenigstens eines Schwingungswandlers 42, 43 zu ermitteln, das von einer am jeweiligen Schwingungswandler 42, 43 eintreffenden Schwingung oder Schwingungsfolge hervorgerufen wird.The two vibration transducers 42 . 43 are each via connecting lines 53 . 54 with a control arrangement 55 electrically connected. The control arrangement 55 , which may also be structurally integrated in the measuring device in an embodiment, not shown, is to provide electrical energy to at least one of the two vibration transducers 42 . 43 designed in order to initiate an oscillation or a vibration sequence, preferably with a predeterminable frequency, in particular with variable frequency, in the hose 4 to enable. Further, the control arrangement 55 adapted to a sensor signal at least one vibration transducer 42 . 43 to determine that from one to the respective vibration transducer 42 . 43 incoming vibration or vibration sequence is caused.

Die Steueranordnung 55 ist ferner dazu ausgebildet, eine Verknüpfung zwischen der bereitgestellten elektrischen Energie und der bzw. den eintreffenden Sensorsignalen wenigstens eines der Schwingungswandler 42, 43 vorzunehmen und daraus beispielsweise eine Laufzeit der Schwingung durch den Schlauch 4 und gegebenenfalls durch das im Schlauch 4 strömende Fluid zu ermitteln. Anhand dieser Laufzeit bzw. Laufzeiten kann insbesondere auf den Fluidvolumenstrom durch den Schlauch 4 rückgeschlossen werden. Ergänzend oder alternativ kann anhand eines Vergleichs wenigstens einer ermittelten Laufzeit mit wenigstens einer in der Steueranordnung 55 gespeicherten Laufzeit auf einen Verschleiß- und/oder Alterungszustand für den Schlauch 4 geschlossen werden.The control arrangement 55 is further adapted to a link between the provided electrical energy and the incoming sensor signals of at least one of the vibration transducers 42 . 43 make it and, for example, a duration of the vibration through the hose 4 and optionally through the hose 4 to determine flowing fluid. On the basis of this runtime or maturities can in particular on the fluid flow through the hose 4 be inferred. Additionally or alternatively, based on a comparison of at least one determined duration with at least one in the control arrangement 55 stored running time to a state of wear and / or aging of the hose 4 getting closed.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2014/0109688 A1 [0002]

Claims

Measuring device for determining a volume flow of a fluid through a hose (4), with a hose (4) made of a rubber-elastic material for guiding a fluid, with a support sleeve (50) surrounding an outer surface of the hose (4) and extending from a first end portion (6) of the hose (4) to a second end portion (7) of the hose (4), wherein each of the end portions (6, 7) of the hose (4) is associated with a respective support ring (19, 20) is formed together with the support sleeve (50) for fixing the respective end region (6, 7) of the hose (4), wherein a first support ring (19) comprises a vibration transducer (42) which is suitable for coupling a vibration into the hose ( 4), and wherein a second support ring (20) comprises a vibration transducer (43) adapted to extract a vibration from the hose (4), and wherein the two vibration transducers (42, 43) are electrically connected to a control ring (55) are connected, which is designed for an electrical control of the first vibration transducer (42) and for an evaluation of a sensor signal of the second vibration transducer (43) to determine a volume flow.

Measuring device according to Claim 1 , characterized in that the, in particular ring-shaped, vibration transducer (42, 43) in a, in particular annular, recess (40, 41) in an end face (36, 37) of the support ring (19, 20) is accommodated, the each other support ring (19, 20) opposite.

Measuring device according to Claim 2 , characterized in that the end face (36, 37) of the support ring (19, 20), in particular of the vibration converter (42, 43) received in the support ring (19, 20), on a transversely to the central axis (3) of the hose (4) aligned end face (10, 11) of the hose (4) rests.

Measuring device according to Claim 3 , characterized in that between the vibration transducer (42, 43) and the support ring (19, 20), a damping device (48), in particular a damping layer is arranged to a vibration transmission between the vibration transducer (42, 43) and support ring (19, 20 ) to reduce.

Measuring device according to Claim 1 . 2 . 3 or 4 characterized in that the hose (4) and the support sleeve (50) are received in a support tube (12) and that an inner surface of the support tube (12) together with an outer surface of the hose (4) define a working volume (21) the support sleeve (50) is accommodated and which is formed with a fluid connection (16) for adjusting a fluid pressure for a working fluid (in particular compressed air) accommodated in the working volume (21) for changing a tube cross section.

Measuring device according to Claim 5 , characterized in that the hose (21) is formed as a diaphragm of a pinch valve and that a free cross-section of the hose (4) is dependent on a pressure ratio between a fluid pressure of a hose in the (4) flow fluid and a fluid pressure of the working fluid.

Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that each of the support rings (19, 20) comprises a vibration transducer (42, 43) which is designed for coupling and decoupling of vibrations and that the control arrangement (55) for synchronous control of both vibration transducers (42, 43) and for a synchronous evaluation of the sensor signals of the vibration transducer (42, 43) is designed to determine a volume flow.

Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the control arrangement (55) for determining a state value for a state of wear of the hose (4) is formed by means of vibration transmission measurements between the two vibration transducers.

Method for operating a measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the control arrangement (55) is designed to compare an actual signal curve provided by at least one of the vibration transducers (42, 43) with a desired signal curve stored in the control arrangement (55) determine a state value for a state of wear of the hose (4) and display and / or output to an interface device.

Method according to Claim 9 , characterized in that the measuring device (1) as a valve, in particular as a switching valve or proportional valve, is operated for a fluid, wherein a volume flow of a hose (4) flowing fluid with the control arrangement (55) is determined and wherein the control arrangement (55 ) is designed for controlling a control valve as a function of a predeterminable volumetric flow, in order to enable a provision of working fluid to the measuring device (1) for influencing a control pressure acting on the hose (4) from the outside.