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Die Erfindung betrifft einen Dosiermesssensor.
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Durchflußmessvorrichtungen sind bereits bekannt, jedoch sind sie nicht als Dosiermesssensor geeignet, da sie aufgrund ihrer Bauart, wie Turbine, Zahnräder oder zwei Drehkolben in Lemniskatenform zu ungenau sind und keine hochviskosen Flüssigkeiten messen können. Zusätzlich zerstören Zahnräder oder Drehkolben in der Flüssigkeit enthaltene Partikel, da sie diese quetschen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern und insbesondere einen Dosiermesssensor zur Verfügung zu stellen, der auch geringste Mengen von vorzugsweise hoch viskosen Flüssigkeiten weniger als 50 µl messen kann ohne enthaltene Partikel zu zerstören.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Dosiermesssensor, der einen feststellbaren Zylinder mit zumindest einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung in seinem Mantel aufweist, der ineinander drehbar jeweils einen Außenrotor und Innenrotor aufweist, wobei der Außenrotor vorzugsweise die Negativform für den Innenrotor bildet, wobei der Innenrotor, vorzugsweise die Positivform für den Außenrotor bildet, wobei der Innenrotor zumindest zwei Rotorblätter aufweist, die symmetrisch um eine Drehachse angeordnet sind, die an ihren Oberflächenspitzen jeweils eine Oberfläche vorzugsweise mit der Geometrie eines Kreissbogens aufweisen, wobei die Oberflächen der Rotorblätter zwischen den Spitzen der Außenrotorkammern in Form von vorzugsweise konkaven Aussparungen, die vorzugsweise gekrümmt, gebogen sind und die Rotorblätter symmetrisch angeordnet sind, vorzugsweise spiegelsymmetrisch entlang einer Spiegelachse, die durch die senkrechte Mitte eines Rotorblattes geht, wobei die Rotoren, also Innen- und Außenrotoren jeweils an den Zylindergrundflächen vorzugsweise plan sind, wobei die Rotorblätter in Drehrichtung, senkrecht zu ihrer Drehachse an ihrer Oberfläche vorzugsweise gekrümmt, gebogen sind, wobei der Innenrotor n Rotorblätter aufweist und der Außenrotor n+1 Außenrotorkammern, die vorzugsweise an ihrem Scheitel, jeweils zumindest eine Außenrotoröffnung in Richtung Zylindermantel aufweisen, wobei die Rotorblätter des Innenrotors zumindest so tief, breit, wie die Außenrotoröffnungen sind, so dass sie die Außenrotoröffnungen verschließen können, mit der Maßgabe, dass beim Rotieren des Innenrotors immer nur eine Rotorblattspitze des Innenrotors vollständig eine Außenrotorkammer, Aussparung des Außenrotors ausfüllt, während die restlichen Rotorblattspitzen sich in einem Zwischenraum des Außenrotors befinden, wobei der Zwischenraum sich aus der Gruppe bestehend aus Außenrotorkammer und vorzugsweise gekrümmter Oberflächenerhebungen zusammensetzt, wobei die übrigen restlichen Rotorblattspitzen keine Außenrotorkammer beim Rotieren vollständig ausfüllen, wobei der Dosiermesssensor eine Meßvorrichtung, um die Drehzahl, die Strecke des Umfangs des Außenrotors zu messen, aufweist.
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Der Dosiermesssensor weist als äußerste Aufnahmevorrichtung für den Außenrotor und für den im Außenrotor liegenden Innenrotor einen Zylinder auf, der als Lagerring für den Außenrotor und den im Außenrotor liegenden Innenrotor dient und in einer von einem Fluid durchflossenen Vorrichtung angeordnet sein kann. Das Fluid ist vorzugsweise ein Klebstoff oder eine Dichtungsflüssigkeit, wobei es sich vorzugsweise um hoch viskose Fluide handelt. Wenn der Zylinder eingebaut ist, ist er feststehend und dreht sich selbst nicht. Der Zylinder weist auf, bzw. ist vorzugsweise aus Quarzglas, Glas, vorzugsweise aus Kunststoff, wie vorzugsweise Polytetrafluorethylen PTFE, Metall wie vorzugsweise Stahl, wie V 4A, V 2A, Keramik wie Siliciumcarbid wie SSiC, SiSiC, Si3N4 Siliciumnitrit, Wolframcarbid (RBSiC).
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Der Zylinder weist auch vorzugsweise eine Rasternut, vorzugsweise in Form einer Aussparung, auf, in die eine Feder eingreifen kann, um den Zylinder verdrehfest einzubauen.
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Der Zylinder besitzt vorzugsweise eine sehr geringe Oberflächenspannung sowie eine sehr kleine Oberflächenrauheit.
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Der erfindungsgemäße Dosiermesssensor weist den Zylinder und den Innenrotor und den Außenrotor vorzugsweise in verschiedenen Größen, Abmessungen auf, das heißt, dass der Durchmesser und/oder die Tiefe, Breite des Zylinders und des Innenrotor und des Außenrotor variieren können, so dass je nach Abmessung, also Durchmesser und Breite, Tiefe des Dosiermessensors sich die gemessene Volumeneinheit variieren läßt, so dass sich je nach zu messender Volumengröße der Volumeneinheit ein entsprechend dimensionierter Dosiermesssensor einsetzbar ist.
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Alle Teile, wie Zylinder, Innenrotor, Außenrotor sind beliebig austauschbar, vorzugsweise miteinander, gegeneinander austauschbar.
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Das Aufnahmegehäuse für den Dosiermesssensor ist an den Dosiermesssensor anpassbar, indem es jeweils an den entsprechenden Durchmesser und die entsprechende Breite, Tiefe angepasst wird. Teile des Aufnahmegehäuses weisen vorzugsweise Metall, Keramik, Glas, Quarzglas auf.
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Der Zylinder weist vorzugsweise zwei Rillen auf, in die vorzugsweise ein Ferrofluid als Dichtungsflüssigkeit und Lagerflüssigkeit eingebracht werden kann, wodurch der Außenrotor vorzugsweise schwimmend gelagert wird. Bei dem Ferrofluid handelt es sich vorzugsweise um eine Flüssigkeit, die auf magnetische Felder reagiert. Sie enthalten wenige Nanometer große magnetische Partikel, die in einer Trägerflüssigkeit kolloidal suspendiert sind. Die Partikel werden in der Regel mit einer polymeren Oberflächenbeschichtung stabilisiert. Die Teilchen bestehen vorzugsweise aus Eisen, Magnetit oder Cobalt und weisen vorzugsweise 5-10 nm im Durchmesser auf. Die umgebende Flüssigkeit ist vorzugsweise Wachs, Wasser oder Öl, wobei sie vorzugsweise Tenside aufweist, um die Suspension stabiler zu machen, indem sich die vorzugsweise in Mizellen gebundenen Teilchen aufgrund sterischer Wechselwirkungen gegenseitig abstoßen.
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Das magnetische Ferrofluid kann auch, vorzugsweise in Verbindung mit einem Hallsensor, vorzugsweise zur Messung der Umdrehung, Winkelgrades, Drehgrades und damit zur Bestimmung der Dosiermenge genutzt werden.
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Der Außenrotor kann vorzugsweise regelmäßige Unebenheiten aufweisen, welche in den Rillen des Zylinders aufnehmbar, eingreifbar sind, die vorzugsweise zahnförmig sind und vorzugsweise die Form von Mikrozähnen aufweisen. Diese Unebenheiten können vorzugsweise aus dem gleichen Material wie der Außenrotor oder vorzugsweise aus einem anderen Material aufgebaut sein. Die Unebenheiten dienen dazu über einen Sensor eine Ferrofluideinheit zwischen den Unebenheiten zu detektieren, um die Umdrehungen des Dosiermesssensors zu messen.
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Die Einlassöffnung und die Auslassöffnung des Zylinders, die sich vorzugsweise gegenüberliegen, können vorzugsweise ein Viertel bis zu dem fast (da ein Steg übrigbleiben muss, damit es zwei Öffnungen sind) halben Umfang, minus einem Steg, des Zylindermantels einnehmen, wobei die Öffnungsgröße entlang des Umfangs in Drehrichtung länger wie breit ist und die Form eines Längsschlitzes in Drehrichtung aufweist. Der Längsschlitz verjüngt sich vorzugsweise jeweils zu seinen beiden gegenüberliegenden Enden in die geometrische Form von vorzugsweise einem Pfeil. Die Einlassöffnung und die Auslassöffnung können auch andere geometrische Umrisse, Formen wie vorzugsweise eine ovale, runde, dreiecksförmige, polyederförmige Einlassöffnung und Auslassöffnung aufweisen. Die Einlassöffnung und die Auslassöffnung des Zylinders sind vorzugsweise so großflächig wie möglich. Die Auslassöffnung weist vorzugsweise ein Ventil auf, das ein Zurückfliesen der gemessenen Flüssigkeit verhindert, wie vorzugsweise ein Rückschlagventil, wie ein sogenanntes Entenschnabelventil. Entenschnabelventile sind präzisionsgeformte, einteilige, dehnbare Ventile, die zuverlässig einen Rückfluss verhindern. Die Entenschnabelventile ermöglichen einen freien Fluss bei positiver Druckdifferenz. Bei negativem Druckdifferential wird der Rückfluss verhindert. Der Druckabfall über das Ventil ist ein einzigartiges Merkmal von Entenschnabelventilen. Sie können so konstruiert werden, dass sie in nur ein paar Millimetern Wasser mit bis zu einigen hundert kPa arbeiten, abhängig von der Ventilgröße, der Form und den Werkstoffeigenschaften. Die Entenschnabelventile sind gleichfalls so konstruiert, dass sie, in Abhängigkeit von Ihren Vorgaben, bei spezifischen Öffnungs- und Schließdruckbereichen ansprechen.
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Vorteile:
- Normalerweise in eine Richtung geöffnetes Rückschlagventil.
- Rückflussleckage wird bei minimalem Gegendruck verhindert.
- Leicht in einer Öffnung installierbar und abgedichtbar durch eine aufgepresste Kante.
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Der Durchmesser des Zylinders beträgt vorzugsweise nicht mehr als 25 mm, 24 mm, 23 mm, 22 mm, 21 mm, 20 mm, 19 mm, 18 mm, 17 mm, 16 mm, 15 mm, 14, mm, 13 mm, 12 mm, 11 mm, 10 mm, 9 mm, 8 mm, 7 mm, 6 mm, 5 mm.
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Die Breite, Tiefe des Zylinders beträgt vorzugsweise nicht mehr als 15 mm, 14 mm, 13 mm, 12 mm, 11 mm, 10 mm, 9 mm, 8 mm, 7 mm, 6 mm, 5 mm, 4, mm, 3 mm, 2 mm.
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Die Wandstärke des Zylinder beträgt vorzugsweise 0,5 mm, 1 mm, 1,5, mm, 2 mm, 2,5 mm, 3 mm, 3,5 mm, 4 mm, 4,5 mm, 5 mm.
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Der Außenrotor und der Innenrotor bilden vorzugsweise eine funktionelle Einheit. Der Außenrotor ist im Zylinder drehbar und der Innenrotor ist wiederum im Außenrotor drehbar, so dass also Außenrotor und Innenrotor gleichzeitig ineinander drehbar sind, wobei der Innenrotor sich vorzugsweise exzentrisch im Außenrotor dreht.
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Der Innenrotor weist um eine Drehachse n Rotorblätter auf, wobei n eine ganze Zahl ist und vorzugsweise zumindest 2, bevorzugt 3 bedeutet und der Außenrotor weist n+1 zu den Rotorblätter korrespondierende Außenrotorkammern auf, die vorzugsweise am Scheitel der Außenrotorkammer, jeweils zumindest eine Außenrotoröffnung in Richtung Zylindermantel aufweisen, wobei auch mehrere Öffnungen, die getrennt von einander sein können, am Scheitel der Außenrotorkammer angeordnet sein können. Die Außenrotoröffnung ist vorzugsweise oval und weist an ihrer Austrittsfläche vorzugsweise die Geometrie eines Kreisbogens auf, die durch ein Rotorblatt, das sich vorzugsweise vollständig in der Außenrotorkammer befindet, verschließbar ist. Die Außenrotorkammern sind um eine Drehachse kreisförmig symmetrisch angeordnet und weisen an ihren Scheiteln die Geometrie eines Kreisbogens auf, wobei der Kreisbogen den halben Umfang eines Kreises aufweisen kann. Zwischen den Flächen der Außenrotorkammern ist eine Außenrotorfläche angeordnet, die sich nach Innen zur Drehachse vorzugsweise leicht nach oben konkav wölbt und so den Innenraum des Außenrotors verkleinert. Die Außenrotorfläche ist vorzugsweise in ihrer Geometrie so ausgebildet, dass die Innenrotoren mit ihrer Oberfläche leicht an der Oberfläche der Außenrotorfläche entlang gleiten können.
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Der Innenrotor weist vorzugsweise 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 Rotorblätter auf, die symmetrisch um eine Drehachse angeordnet sind, wobei die Rotorblätter parallel, seitlich zur Drehrichtung auf beiden Seiten, zu den beiden Enden der Drehachse, vorzugsweise plan sind. Die Rotorblätter sind sternförmig angeordnet. Ihre Geometrie ist jedoch vorzugsweise von Rundungen und gekrümmten Geraden geprägt. Die Rotorblätter weisen jeweils an ihrer Spitze vorzugsweise die Geometrie eines Kreisbogens, vorzugsweise den halben Umfang eines Kreises auf und verengen, verjüngen sich vorzugsweise dann zum Drehpunkt, Mittelpunkt hin. So dass ein Rotorblatt eine Keulenform aufweist, wobei die kreisbogenförmige Spitze, also mit der äußeren Geometrie eines Kreisbogens entlang des Umfangs der Spitze, vorzugsweise erweitert ist und sich dann zum Drehpunkt, Mittelpunkt vorzugsweise verengt, verjüngt, wobei der Drehpunkt des Innenrotors vorzugsweise in einer Kreisfläche angeordnet ist, mit der sich der Innenrotor vorzugsweise exzentrisch im Außenrotor bewegt, dreht, wobei die Kreisfläche vorzugsweise noch eine kreisförmige Bohrung als Mittelpunkt, Drehpunkt aufweist. Das Rotorblatt weist also vorzugsweise eine ovale abgerundete Form auf, die an der Spitze erweitert ist und sich zum Mittelpunkt hin etwas verengt, verjüngt. Die Dicke, Tiefe, Breite des Innenrotors weist vorzugsweise die gleichen Ausmaße wie der Außenrotor und der diesen Außenrotor umgebenden Zylinder auf.
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Der Innenrotor kann vorzugsweise in seinem Zentrum einen Magneten aufweist, so dass vorzugsweise ein Hallsensor die Drehbewegung erfassen kann und so die Dosiermenge erfassen.
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Der Außenrotor weist vorzugsweise die äußere Geometrie eines Kreisbogens entlang seines Umfangs auf, mit dem er im Zylinder formschlüssig drehbar ist. Der Außenrotor ist vorzugsweise eine negativ Form für den Innenrotor, mit der Maßgabe, dass der Außenrotor eine Außenrotorkammer mehr als der Innenrotor Rotorblätter aufweist, also Außenrotorkammern n+1, wenn die Anzahl der Rotorblätter n ist, wobei n eine ganze Zahl ist. Die Außenrotorkammern weisen an ihrem Scheitelpunkt vorzugsweise die Geometrie eines Kreisbogens auf, vorzugsweise in Form eines halbkreisförmigen Kreisbogens und ein Rotorblatt weist ebenfalls an seinem Scheitelpunkt vorzugsweise die Geometrie eines Kreisbogens auf, vorzugsweise in Form eines halbkreisförmigen Kreisbogens, so dass beim Rotieren des Innenrotors im Außenrotors immer ein Rotorblatt eine Außenrotorkammer vorzugsweise vollständig ausfüllt und sie somit vorzugsweise vollständig abdichten kann. Der Raum zwischen den Außenrotorkammern ist vorzugsweise eine konkave gekrümmte Außenrotoroberfläche, während der Innenrotor zwischen den Rotorblättern eine zur konkaven Außenrotoroberfläche vorzugsweise korrespondierende konvex gekrümmte Innenrotoroberflächen aufweist.
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Innenrotor und Außenrotor weisen auf, bzw. sind vorzugsweise aus Keramik oder Quarzglas aufgebaut, wobei vorzugsweise der Innenrotor und der Außenrotor aus dem gleichen Material aufgebaut sind. Der Innenrotor und der Außenrotor können jeweils vorzugsweise aus unterschiedlichem Material aufgebaut sein.
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Der Innenrotor und der Außenrotor werden durch den Druck angetrieben, den das durchfließende Fluid aufweist, dabei dreht sich der Innenrotor im Außenrotor vorzugsweise exzentrisch und befördert mit jedem Rotorblatt eine definierte Menge Fluid von der Eingangsöffnung zur Außgangsöffnung .
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Die Meßvorrichtung des Dosiermesssensor ist vorzugsweise eine Messscheibe mit regelmäßigen Markierungen, vorzugsweise Strichmarkierung oder Punktmarkierung entlang des Umfangs des Außenrotors und weist vorzugsweise einen Sensor auf, wie vorzugsweise einen Hallsensor, induktiven Sensor, optischen Sensor, kapazitiven Sensor, Gyroskopen, wobei der Sensor dazu dient, die Umdrehungzahl des Außenrotors zu messen, wobei jede Umdrehung einer definierten Menge an durchflossenem Fluid entspricht. Auch der Weg den jede Markierung entlang des Kreisbogens des Außenrotors zurücklegt, entspricht einer definierten Menge an durchflossenem Fluid. Bei 360 Markierungen entspricht jede Markierung einem 1/360 einer Vollumdrehung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform reicht ein Drehung um 180° um eine Fördereinheit, Volumeneinheit durch den erfindungsgemäßen Dosiermesssensor zu befördern.
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Der erfindungsgemäße Dossiermesssensor weist vorzugsweise einen Druckmesssensor, wie vorzugsweise einen piezoelektrischen Drucksensor und eine Vorrichtung auf, um die Temperatur zu messen, wobei vorzugsweise ein Temperaturfühler integriert ist, der mit der Temperaturmeßvorrichtung verbunden ist.
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Der erfindungsgemäße Dossiermesssensor kann vorzugsweise eine Heizvorrichtung, wie einen Heizdraht aufweisen.
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Der erfindungsgemäße Dossiermesssensor kann vorzugsweise Sensoren zur Überwachung des Verschleißes aufweisen und so Schäden detektieren und Ersatzteile gegebenenfalls über das Internet über vorzugsweise eine integrierte Elektronik nachbestellen, wobei via das Internet über die dazugehörige Steuerung zur Messung von Geschwindigkeit und Überwachung von Temperatur, Druck und Volumen, verschleisßbedingte Ersatzteile auf Basis von festgelegten Algorithmen bzw. Parametern, nachbestellbar sind.
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Figur 1
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1 zeigt den erfindungsgemäßen Dosiermesssensor in Seitenansicht, eingebaut in einer von einem Fluid durchströmten Rohrleitung mit einem Eingang 1 und einem Ausgang 2, wobei der Eingang 1 und der Ausgang 2 jeweils eine Befestigungsvorrichtung 3 aufweisen, dabei ist der Dosiermesssensor in einem Gehäuse 4 eingebaut. In der Mitte ist der Innenrotor 5 im Außenrotor 6 dargestellt, wobei der Außenrotor 6 regelmäßige Strichmarkierungen 7 entlang seines kreisbogenförmigen Umfangs und einen optischen Sensor 8 aufweist, wobei der Zylinder 9, in dem der Außenrotor 6 und der Innenrotor 5 eingebaut sind, eine Rasternut 10 aufweist, die verhindert, dass sich der Zylinder 9 dreht, also das der Zylinder 9 festgestellt bleibt. Der Zylinder 9 weist eine Ferrofluiddichtung 11 auf. Auf der Höhe der Außenrotorkammern weist der Außenrotor die Außenrotoröffnungen 12 auf. Zusätzlich ist der Anschluß für ein Versogungskabel 13 und ein Signalkabel 14 zu sehen.
