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Die Erfindung betrifft einen Strömungswiderstandseinsatz einer Durchflussmess- oder Durchflussregeleinrichtung mit aneinanderliegenden Scheiben, die zusammen in ihrem Inneren zumindest einen zentralen, axialen Strömungskanal bilden.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch eine Durchflussmess- oder Durchflussregeleinrichtung mit einem solchen Strömungswiderstandseinsatz.
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Es sind mehrere Arten von Durchflussmess- sowie Durchflussregeleinrichtungen bekannt, die mit unterschiedlichen Messverfahren arbeiten. Eines dieser Messverfahren und Regelverfahren nutzt die Druckdifferenzmessung. Üblicherweise werden hier von einem Hauptströmungskanal zwei Kanäle abgezweigt, zwischen denen ein Strömungswiderstandseinsatz, an welchem ein definierter Druck abfällt, im Hauptströmungskanal angeordnet ist. Mittels verschiedener möglicher Verfahren, zum Beispiel einer Differenzdruckzelle, die von zwei Seiten mit Druck beaufschlagbar ist, wird dann der Differenzdruck bestimmt.
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Wichtig ist es, dass der Strömungswiderstandseinsatz auswechselbar ist, um unterschiedliche Einsätze in das entsprechende Gehäuse einsetzen zu können, wobei der Einsatz darüber hinaus innerhalb sehr enger Toleranzen gefertigt sein muss, damit der gewünschte Strömungswiderstand in engen Grenzen erreicht wird. Dafür muss der oder müssen die Strömungskanäle, die den Einsatz durchziehen, in ihrer Lage, ihrem Querschnitt und ihrem Verlauf exakt produziert werden können. Ein üblicher Strömungswiderstandseinsatz ist ein sogenanntes Laminar-Strömungselement, bei dem zahlreiche parallele, üblicherweise gleich große axiale Kanäle einen zylinderförmigen Einsatz durchziehen. Eine Alternative hierzu bieten Einsätze, die aus aneinanderliegenden Scheiben bestehen, welche nicht nur einen zentralen, axialen Strömungskanal bilden, sondern auch noch einen radialen oder mehrere radiale Strömungskanäle, die von dem zumindest einen zentralen, axialen Strömungskanal abzweigen und die Strömung radial nach außen umlenken. Durch einen solchen Strömungswiderstandseinsatz erhält man Strömungswiderstände, die mehr oder weniger hoch sein können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Strömungswiderstandseinsatz zu finden, der einfach und genau produziert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch einen Strömungswiderstandseinsatz einer Durchflussmess- oder Durchflussregeleinrichtung gelöst, mit aneinanderliegenden Scheiben, die zusammen in ihrem Inneren zumindest einen zentralen, axialen Strömungskanal bilden, von dem sich radiale Strömungskanäle abzweigen, wobei die Scheiben erste Scheiben haben, die sich mit zweiten Scheiben abwechseln, und wobei die ersten Scheiben umfangsmäßig geschlossene Ringscheiben sind und die zweiten, ebenfalls einteiligen Scheiben zur Bildung der radialen Strömungskanäle umfangsmäßig geschlitzte, einstückige Ringscheiben.
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Der erfindungsgemäße Strömungswiderstandseinsatz hat zwei Arten von Scheiben, die beide eben sind. Die geschlossen umlaufenden Ringscheiben schließen den oder die zentralen Strömungskanäle zur Seite hin komplett ab, wogegen die zweiten Scheiben einfach oder mehrfach geschlitzt sind. Der oder die Schlitze bilden dann die seitlichen Strömungskanäle, sodass Fluid aus dem oder den zentralen Strömungskanälen seitlich nach außen aus dem Strömungswiderstandseinsatz austreten kann. Dadurch, dass die zweiten Scheiben einstückig ausgeführt sind, müssen sie nicht aus mehreren Teilen zusammengesetzt werden, was die Montage reduziert und darüber hinaus auch eine Ausrichtung von Fragmenten der zweiten Scheiben unnötig macht. Damit sind die seitlichen Kanäle sehr genau in Lage und Abmessungen herstellbar.
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Die zweiten Scheiben können am Umfang ein, zwei oder mehr Schlitze haben, insbesondere auch vier Schlitze, und die entstehenden Umfangssegmente, die sich zwischen benachbarten Schlitzen ergeben, sind miteinander über zumindest einen Verbindungssteg gekoppelt. Dieser Verbindungssteg ist einteiliger Bestandteil der zweiten Scheiben und erstreckt sich durch den axialen Strömungskanal, um den oder die Umfangssegmente einer geschlitzten Ringscheibe zu verbinden.
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Der Verbindungssteg teilt dann natürlich über seine axiale Länge den zentralen, axialen Strömungskanal in zwei oder mehrere Strömungskanäle, abhängig von der Anzahl und dem Verlauf der Verbindungsstege.
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Es können, wie gerade erwähnt, zwei oder mehr Verbindungsstege vorgesehen sein, die sich im Bereich des axialen Strömungskanals kreuzen können und dabei ineinander übergehen.
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Die Verbindungsstege sind insbesondere in Axialansicht symmetrisch angeordnet, insbesondere punktsymmetrisch zur gedachten, zentralen Mittelachse des Strömungswiderstandseinsatzes, wobei dies nur eine Option ist.
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Um in axialer Richtung eine möglichst laminare Strömung zu erzielen, können die radiale Dicke des umlaufenden Rings der ersten Scheiben und die radiale Dicke des Umfangs der Umfangssegmente der zweiten Scheiben einander entsprechen, das heißt gleich sein. Es gibt also keinen Querschnittssprung von einer ersten Scheibe zu einer daran anliegenden zweiten Scheibe in radialer Richtung im Bereich des Rings.
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Die axiale Dicke der ersten Scheiben kann größer als die der zweiten Scheiben sein, sodass die axiale Abmessung des jeweiligen, durch einen Schlitz gebildeten seitlichen Kanals klein ist.
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Ein Beispiel für die vorliegende Erfindung besteht darin, dass die zweiten Scheiben eine Dicke von 0,03 bis 0,08 mm haben und die Dicke der ersten Scheiben größer 0,1 mm ist.
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Als Werkstoff wird insbesondere Edelstahl vorgesehen, zum Beispiel mit Bezeichnung 1.4404.
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Die ersten und zweiten Scheiben erhalten ihre Schlitze oder Öffnungen und damit Kanäle insbesondere durch eine fotochemische Ätzung. Der Außenumfang wird vorzugsweise auch geätzt.
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Um die Dicke insbesondere der dünneren zweiten Scheiben mit geringem Aufwand und sehr exakt herzustellen, wird ein hochpräzises Stahlband als Ausgangsmaterial gewählt, welches dann nur noch fotochemisch geätzt wird. Ein entsprechendes Paket von aneinandergrenzenden, das heißt unmittelbar aneinanderliegenden zweiten Scheiben wird dann zueinander ausgerichtet gedreht.
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Generell wird durch den oder die Verbindungsstege die Stabilität der zweiten Scheiben erhöht, was auch wichtig ist, um durch das Zusammenpressen der ersten und zweiten Scheiben in axialer Richtung keine ungewollte Deformation der zweiten Scheiben zu erhalten, die für ungewollte Undichtigkeiten zwischen Scheiben sorgen könnten. Die ersten Scheiben müssen auch deshalb stabil sein, damit beim Zusammenpressen der Scheiben diese sich nicht deformieren und so in den oder die Strömungskanäle gedrückt werden. Dies würde zu einer Veränderung des Druckverlustes führen. Die zweiten Scheiben verformen sich aufgrund des Verbindungsstegs nicht beim Zusammenpressen.
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Die ersten und zweiten Scheiben haben optional allesamt axiale Schraublöcher, wobei von Scheibe zu Scheibe miteinander fluchtende Schraublöcher vorhanden sind, die zusammen dann eine Befestigungsöffnung bilden. Über diese Befestigungsöffnungen werden die Scheiben axial aneinandergepresst und können zusätzlich auch in Umfangsrichtung zueinander ausgerichtet werden.
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Um eine hohe Stabilität der zweiten Scheiben zu erhalten, trotz des oder der Schlitze und der Schraublöcher, kann jedes Schraubloch der zweiten Scheibe in einer radialen Verlängerung eines zugeordneten Verbindungsstegs liegen. In diesem Bereich ist nämlich über den Verbindungssteg das entsprechende Umfangssegment der zweiten Scheibe stabil.
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Die ersten und die zweiten Scheiben, die allesamt abwechselnd unmittelbar und flächig aneinander anliegen, bilden ein Paket.
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An einem axialen Ende des Pakets liegt vorzugsweise ein nicht durchströmbares Abschlusselement und am entgegengesetzten Ende ein Rohr mit einem zentralen Zulaufkanal zum zentralen Strömungskanal an, wobei Abschlusselement und Rohr miteinander verschraubt sind und zwischen sich das Paket klemmen. Durch das Abschlusselement wird das Fluid an einer axialen Durchströmung des Einsatzes behindert, sodass das Fluid aus dem oder den zentralen, axialen Strömungskanälen ausgehend über die seitlichen Strömungskanäle aus dem Einsatz herausströmt.
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Der Einsatz ist ein in sich stabiles Bauteil, das als Einheit zugeliefert und als Einheit in die Durchflussmess- oder Durchflussregeleinrichtung eingesetzt werden kann.
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Die Erfindung betrifft auch, wie eingangs bereits erwähnt, eine Durchflussmess- oder Durchflussregeleinrichtung für Fluid, mit einem Gehäuse, das einen Fluidkanal hat, in den ein Strömungswiderstandseinsatz nach der Erfindung eingesetzt wird. Vom Fluidkanal zweigt ein seitlicher, insbesondere radialer stromaufwärtig der Scheiben liegender erster Kanal ab. Darüber hinaus ist radial der Scheiben ein zweiter Kanal vorgesehen, der insbesondere als Ringkanal ausgeführt ist und in den dann die seitlichen, durch die Schlitze in den zweiten Scheiben gebildeten seitlichen oder radialen Kanäle münden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine Querschnittsansicht durch eine erfindungsgemäße Durchflussmess- oder Durchflussregeleinrichtung mit eingebautem erfindungsgemäßen Strömungswiderstandseinsatz,
- - 2 eine Längsschnittansicht sowie eine perspektivische Ansicht des Strömungswiderstandseinsatzes, der in 1 gezeigt ist,
- - 3 eine Explosionsansicht des Strömungswiderstandseinsatzes nach 2,
- - 4 eine Draufsicht auf eine Variante einer der Scheiben des erfindungsgemäßen Strömungswiderstandseinsatzes,
- - 5 eine Draufsicht auf eine andere Variante einer der Scheiben des erfindungsgemäßen Strömungswiderstandseinsatzes,
- - 6 wieder eine weitere Variante einer Scheibe des erfindungsgemäßen Strömu ng swiderstandseinsatzes,
- - 7 eine Draufsicht auf eine zwischen den Scheiben nach den 4 bis 6 liegende sogenannte erste Scheibe des erfindungsgemäßen Strömungswiderstandseinsatzes, und
- - 8 eine perspektivische Draufsicht eines Abschlusselements des erfindungsgemäßen Strömungswiderstandseinsatzes.
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In 1 ist eine Durchflussmess- und/oder Durchflussregeleinrichtung für Fluide dargestellt, mit einem Gehäuse 10, das einen als Sacklochbohrung ausgeführten Fluidkanal 12 aufweist, welcher sich in axialer Richtung erstreckt.
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In den Fluidkanal 12 ist ein in 2 näher dargestellter, als vormontierte Einheit ausgeführter Strömungswiderstandseinsatz 14 eingeschoben, der in Strömungsrichtung (siehe Pfeil A) nacheinander ein Rohr 16 mit einem zentralen Zulaufkanal 18 aufweist, der sich axial durch das gesamte Rohr 16 erstreckt. Stromabwärts schließt an die dortige Stirnseite des Rohrs 16 ein Paket 20 aus vollflächig aneinanderliegenden Scheiben an. Stromabwärts des Pakets 20 wiederum liegt an diesem ein nicht durchströmbares, insbesondere zylinderförmiges Abschlusselement 22 an.
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In 2 ist insbesondere anhand der perspektivischen Ansicht zu sehen, dass das Abschlusselement 22 mittels Schrauben 24, die sich durch das Paket 20 erstrecken, an das Rohr 16 angeschraubt ist und das Paket zwischen sich und dem Rohr 16 axial klemmt.
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Stromaufwärts des Pakets 20 hat das Rohr 16 eine oder mehrere seitliche, insbesondere radiale Öffnungen 24, welche sich bis zu einer Umfangsnut 26 erstrecken, die einen Ringkanal bildet, welcher wiederum vom Gehäuse 10 am Außenumfang begrenzt ist.
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Das Gehäuse 10 weist einen stromaufwärtigen, ersten seitlichen, insbesondere radialen Kanal 28 auf, sowie einen stromabwärts des Pakets 20 ebenfalls seitlich, insbesondere radial verlaufenden zweiten Kanal 30, wobei die Kanäle 28, 30 Teil eines Bypass sind.
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Das Abschlusselement 22 hat eine Außenabmessung, die kleiner als der entsprechende Bereich des Fluidkanals 12 ist, sodass an seinem Außenumfang wiederum ein Ringkanal 32 gebildet ist, der sich auch radial seitlich des Pakets 20 erstreckt, da das Paket 20 ebenfalls Außenabmessungen hat, die kleiner als der entsprechende Abschnitt des den Fluidkanal 12 bildenden Wandabschnitts des Gehäuses 10 ist.
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Insbesondere entsprechen sich die Außenabmessungen der Scheiben und des Abschlusselements.
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Am axialen Ende des Fluidkanals 12 zweigt von diesem ein dritter Kanal 34 ab, welcher zu einem elektrisch betätigbaren Fluidregelventil 35 führt, von dem wiederum ein seitlicher, vierter Kanal 36 zurück in das Gehäuse 10 und zu einem Auslass-Fluidkanal 38 führt.
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Zwischen den Kanälen 28 und 30 wirkt und sitzt eine Fluidmesseinrichtung 40, die verschieden ausgeführt sein kann, beispielsweise eine Einrichtung zum Messen des Differenzdrucks des Fluids in den Kanälen 28, 30. Auch andere Möglichkeiten, wie wie z.B. thermische Messverfahren, können hier vorgesehen sein.
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In der dargestellten Variante wirkt die Einrichtung nach 1 als Durchflussregeleinrichtung, denn in der Fluidmesseinrichtung 40 kann das Fluid gemessen werden, und daraus zum Beispiel seine Strömungsgeschwindigkeit oder dergleichen ermittelt werden. Auf Basis dieser Daten kann dann das Fluidregelventil 35 betätigt werden, um den Durchfluss von Fluid durch die Kanäle 34, 36 und 38 zu steuern oder zu regeln.
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Wenn die Einrichtung nur als Durchflussmesseinrichtung für Fluid eingerichtet sein soll, können das Fluidregelventil 35 und gegebenenfalls auch die Kanäle 34, 36 entfallen, sodass der Auslass-Fluidkanal 38 mit dem Fluidkanal 12 strömungsverbunden ist. Alternativ, um ein Baukastensystem zu schaffen, können die Kanäle 34, 36 auch über einen U-förmigen, an ihren Enden am Gehäuse 10 angesetzten Verbindungskanal miteinander gekoppelt werden.
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Stromaufwärts des Fluidkanals 12 und stromabwärts des Auslass-Fluidkanals 38 können auch noch ein Einlassstutzen 42 und ein Auslassstutzen 44 vorgesehen sein.
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In 3 ist der Strömungswiderstandseinsatz 14 in Explosionsansicht dargestellt.
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Er umfasst mehrere, jeweils flache, ebene Scheiben, die mit ihren flachen Stirnseiten flächig aneinander anliegen.
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Die Scheiben umfassen identisch ausgeführte erste Scheiben 46 und dazwischenliegende zweite Scheiben 48, die vorzugsweise ebenfalls identisch ausgeführt sind, das heißt, gleiche Abmessungen und Geometrien haben können oder sollten.
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Die ersten Scheiben 46 sind umfangsmäßig geschlossene Ringscheiben, von denen eine in 7 dargestellt ist. Die Scheibe 46 hat eine in radialer Richtung gemessene Ringdicke d, die am Umfang gleichmäßig und gleich groß ist und eine zentrale Öffnung 50 hat. Ferner sind mehrere Schraublöcher 52 vorgesehen, die mit Schraublöcher 52' in dem in 8 nochmals einzeln dargestellten Abschlussteil 22 fluchten.
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Die 4 bis 6 zeigen verschiedene, optionale zweite Scheiben 48, die im Paket 20 eingesetzt werden können, wobei auch hier eine Scheibe 48 zwischen zwei ersten Scheiben 46 oder zwischen einer ersten Scheibe 46 und dem Abschlusselement 22 oder zwischen einer ersten Scheibe 46 und der Stirnseite des Rohrs 16 angeordnet und axial flächig zwischen diesen geklemmt sein kann.
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Die in 4 gezeigte Variante der zweiten Scheibe 48 hat ebenfalls Schraublöcher 52", welche mit den Schraublöchern 52 und 52' im zusammengebauten Zustand fluchten, sodass sie zusammen eine Befestigungsöffnung zum Durchtritt der Befestigungsschrauben 24 bilden.
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Das Rohr 16 hat stirnseitig zugängliche Gewinde 56 (siehe 3), in die die Befestigungsschrauben 24 eingedreht werden können.
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Die zweiten Scheiben 46 sind ebenfalls Ringscheiben, mit einem äußeren umfangsmäßig verlaufenden Ring, dessen Dicke d der Dicke d der ersten Scheiben 46 entspricht, ebenso wie der Außendurchmesser oder die Außenabmessungen denen der ersten Scheibe 46 entspricht.
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Im Gegensatz zur ersten Scheibe 46 sind die zweiten Scheiben 48 jedoch am Umfang geschlitzt.
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Bei der Ausführungsform nach 4 ist ein singulärer seitlicher, hier radialer Schlitz 54 vorgesehen, der sich durch den gesamten umfänglich verlaufenden Ringabschnitt 60 erstreckt.
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Die zentrale Öffnung 50 wird durch zwei kreuzförmig verlaufende, durch die zentrale Mitte A verlaufende Stege 62 in mehrere, hier vier Kanäle unterteilt, wobei von einem Kanal 64 der Schlitz 54 ausgeht. Es könnte auch nur ein Steg vorhanden sein.
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Zu beachten ist bei dieser Ausführungsform auch, dass die Schraublöcher 52" in radialer Verlängerung des hier waagrecht verlaufenden Verbindungsstegs 62 liegen, was eine Option ist.
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Die Verbindungsstege 62 sind einstückiger Bestandteil der gesamten zweiten Scheibe 48 und stabilisieren den Ringabschnitt 60.
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Im Paket 20 selbst wird durch die zentrale Öffnung 50 in den ersten Scheiben 46 und durch die unterteilte zentrale Öffnung 50 in den zweiten Scheiben 48 ein zentraler, axialer Strömungskanal gebildet, der sich teilweise, nämlich im Bereich der zweiten Scheiben 48, in mehrere zentrale Strömungskanäle aufteilt, die dann wieder in einem gemeinsamen Abschnitt des Strömungskanals münden, sobald die nächste erste Scheibe 46 erreicht ist.
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Die Ausführungsform nach 5 unterscheidet sich von der nach 4 darin, dass zwei radiale oder, allgemeiner, seitliche Schlitze 54' vorgesehen sind, die im eingebauten Zustand dann den zentralen Strömungskanal mit dem Ringkanal 32 strömungsverbinden.
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Bei dieser Ausführungsform entsteht ein Umfangssegment 66, welches nur durch den hier vertikal verlaufenden Steg 62 mit dem Rest der zweiten Scheibe 48, d. h. einem anderen Umfangssegment einstückig verbunden ist. Erneut jedoch ist die zweite Scheibe 48 einstückig ausgeführt.
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Der vertikal verlaufende Steg 62 entspricht dem vertikal verlaufenden Steg 62 gemäß 4 und an seine Verlängerung schließen sich die Schraublöcher 52" an.
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Die Ausführungsform nach 6 wiederum unterscheidet sich von der nach 5 darin, dass hier vier seitliche, insbesondere radiale Schlitze 54" vorgesehen sind, welche vorzugsweise, dies ist nicht zwingend der Fall, am Umfang gleichmäßig verteilt sind, das heißt 90° voneinander beabstandet sind.
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Die sich dadurch ergebenden Umfangssegmente 66 sind wiederum durch zugeordnete Stege 62 miteinander verbunden.
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Bei sämtlichen Ausführungsformen, auch dies ist nur optional vorgesehen, kreuzen sich die Verbindungsstege 62 und liegen darüber hinaus symmetrisch verteilt, bezogen auf die Axialansicht, die auch der Draufsicht entspricht. Auch bei diesen Ausführungsformen ist die radiale Dicke d genauso groß wie bei den zugeordneten, angrenzenden ersten Scheiben 46.
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Natürlich könnten, optional, auch die ersten Scheiben 46 ein oder mehrere Stege 62 haben.
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Die axiale Dicke der ersten Scheiben 46 ist vorzugsweise größer, insbesondere um wenigstens den Faktor 2 größer als die der zweiten Scheiben 48.
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Sowohl die ersten als auch die zweiten Scheiben 46, 48 sind vorzugsweise aus einem ebenen Blech gebildet, und ihre Öffnungen 50 können zum Beispiel durch fotochemisches Ätzen erzeugt werden.
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Die Ausbildung der zweiten Scheiben 48 ist natürlich nicht auf die dargestellten Varianten allein beschränkt. Wichtig ist jedoch, dass die zweiten Scheiben allesamt einstückig ausgebildet sind, sodass keine Einzelteile für Segmente entstehen.
