-
Die Erfindung betrifft einen Durchflussmesser zum Messen eines Fluidflusses mit einem von dem Fluid durchströmbaren Rohr, einem sich in Abhängigkeit des Fluidflusses in dem Rohr drehenden Flügelrad und einem Hall-Sensor zum Messen der Drehbewegung des Flügelrads. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Messen eines Fluidflusses mit einem solchen Durchflussmesser.
-
Durchflussmesser werden zum Messen von Fluidflüssen in unterschiedlichen Bereichen der Technik, wie beispielsweise zum Messen von Wasserströmen in sanitären Anlagen, eingesetzt.
-
Bekannte Durchflussmesser weisen ein Rohr auf, durch welches der zu messende Fluidfluss hindurchströmen kann. Sobald das Fluid innerhalb des Rohres strömt, wird ein im Rohr drehbar angeordnetes Flügelrad von dem Fluidfluss angeströmt und dadurch in Rotation versetzt. Die Drehbewegung des Flügelrads ist abhängig von dem durch das Rohr strömenden Fluidfluss, weshalb durch Messen der Drehbewegung des Flügelrads auf den Fluidfluss rückgeschlossen werden kann, also etwa auf einen Volumen- oder Massenstrom.
-
Die Drehbewegungen des Flügelrades können berührungslos durch einen Hall-Sensor gemessen werden. An dem Flügelrad sind hierzu bei bekannten Durchflussmessern ein oder mehrere Magnete angeordnet, welche gemeinsam mit dem Flügelrad drehen. Durch die Drehbewegung der Magnete ergibt sich eine von dem Hall-Sensor erfassbare Änderung des Magnetfelds, über welche sich die Drehungen des Flügelrads messen lassen.
-
Ein derartiger Durchflussmesser mit Hall-Sensor zum Messen eines Wasserflusses wird beispielsweise in der
WO 2019/048115 A1 beschrieben. Der Durchflussmesser weist ein als Fluidkanal ausgestaltetes Rohr auf, in welchem ein drehbar gelagertes Flügelrad angeordnet ist. Die vom Fluidfluss abhängige Rotation des Flügelrads kann mittels eines Hall-Sensors erfasst werden, da mindestens ein Magnet an dem Flügelrad angeordnet ist. Bei Durchströmung des Rohres durch das Fluid wird das Flügelrad in Drehung versetzt und der Hall-Sensor erfasst die Änderung des Magnetfeldes des mit dem Flügelrad rotierenden Magneten.
-
Obschon sich derartige Durchmesser mit Hall-Sensor aufgrund der berührungslosen Messung für eine Vielzahl von Anwendungen bewährt haben, gibt es gleichwohl Anwendungsbereiche, bei denen derartige Durchflussmesser Nachteile mit sich bringen. So ist es beispielsweise möglich, dass etwaige metallische Partikel in dem Fluidfluss von dem Magneten unmittelbar angezogen werden und sich an diesem ablagern. Dadurch kann es mit der Zeit zu einer wachsenden Ablagerung von metallischen Rückständen an den Magneten kommen, weshalb das Messergebnis des Durchflussmessers mit der Zeit negativ beeinflusst werden kann. In besonders ungünstigen Fällen kann der Durchflussmesser hierbei sogar ausfallen, indem an dem Magneten abgelagerte metallische Rückstände das Flügelrad bremsen oder sogar vollständig blockieren. Um diesen Ablagerungen entgegenzuwirken, müssen derartige Durchflussmesser regelmäßig gewartet werden, um auch über längere Zeiträume zuverlässige Messergebnisse zu erhalten.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Durchflussmesser zu schaffen, welcher sich durch einen geringen Wartungsaufwand auszeichnet.
-
Diese Aufgabe wird bei einem Durchflussmesser der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Flügelrad zur Erzeugung eines von dem Hall-Sensor erfassbaren Signals über einen außerhalb des Strömungsquerschnitts des Rohres angeordneten Magneten magnetisierbar ausgebildet ist.
-
Durch die Anordnung des Magneten außerhalb des Strömungsquerschnitts wird der Ablagerung von Rückständen an dem Flügelrad entgegengewirkt, wodurch sich ein geringer Wartungsaufwand ergibt. Die sich über den außerhalb angeordneten Magneten ergebende Magnetisierung des Flügelrades kann als Eingangssignal von dem Hall-Sensor erfasst werden. Die Magnetisierung des Flügelrads weist eine vergleichsweise geringere Stärke auf, insbesondere im Vergleich zu mehreren an dem Flügelrad direkt angeordneten Magneten. Die Gefahr von Ablagerungen metallischer Partikel, wie Staub, Abrieb o. Ä., wird damit deutlich reduziert.
-
Eine konstruktiv vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Magnet gegenüber dem Hall-Sensor feststehend angeordnet ist.
-
Ferner hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Magnet und der Hall-Sensor am Außenumfang des Rohres, insbesondere an gegenüberliegenden Positionen, angeordnet sind. Auf diese Weise lässt sich die Positionierung des Hall-Sensors sowie des Magneten gegenüber dem Rohr auf montagefreundliche Art und Weise erreichen. Es ist in diesem Zusammenhang insbesondere möglich, den Magneten und den Hall-Sensor im größtmöglichen Abstand zueinander am Außenumfang des Rohres, also gegenüberliegend im Winkel von 180°, anzuordnen. Hierdurch können Signale für den Hall-Sensor erzeugt werden, die sich in einfacher Art und Weise erfassen lassen. Es ist jedoch auch möglich, eine abweichende Anordnung am Außenumfang des Rohres vorzusehen. Insbesondere bei einer Ausgestaltung des Durchflussmessers mit mehreren Magneten ist es möglich, die Magnete und den Hall-Sensor gleichmäßig verteilt über den Außenumfang des Rohres anzuordnen, beispielsweise im Abstand von 120° bei zwei Magneten oder 90° bei drei Magneten und einem Hall-Sensor.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Hall-Sensor und der Magnet an einem gemeinsamen Halteelement angeordnet sind. Über das Halteelement kann die Lagebeziehung des Hall-Sensors und des Magneten festgelegt werden, wodurch sich die Montage des Durchflussmessers vereinfacht. Denn die ansonsten erforderliche Ausrichtung des Hall-Sensors gegenüber dem Magneten entfällt hierdurch. In Ausgestaltung des Halteelements wird weiter vorgeschlagen, dass dieses einstückig ausgebildet ist. Hierdurch kann die Bauteilzahl des Durchflussmessers reduziert werden. Insbesondere die Ausgestaltung des Halteelements aus Kunststoff hat sich hierbei bewährt, da der Hall-Sensor und/oder der Magnet bereits während des Fertigungsprozesses ohne zusätzlichen Montageaufwand am Halteelement anordbar sind. Alternativ ist es jedoch ebenso möglich, den Hall-Sensor und/oder den Magneten nachträglich an dem gemeinsamen Halteelement anzuordnen. Ferner kann es von Vorteil sein, wenn das Halteelement den Hall-Sensor und/oder den Magneten derart aufnimmt, dass dieser vor äußeren Umwelteinflüssen, wie Staub, Dreck und/oder Feuchtigkeit, geschützt ist.
-
Eine konstruktiv vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Halteelement nach Art eines Aufsteckelements zum Aufstecken auf das Rohr ausgebildet ist. Auf diese Weise ist das Halteelement mit dem Hall-Sensor und dem Magneten auf das Rohr aufsteckbar, ohne dass weitere Maßnahmen zur Befestigung erforderlich wären. Es ist hierbei besonders vorteilhaft, wenn das Halteelement korrespondierend zum Rohr ausgestaltet ist. So ist es möglich, dass das Halteelement formschlüssig auf das Rohr aufzustecken. Beispielsweise kann das Halteelement im Wesentlichen C-förmig ausgestaltet sein und den Mantel des Rohres in einem Winkelbereich von mehr als 180° umschließen. Bei der Ausgestaltung des Halteelements als Aufsteckelement hat es sich ebenfalls als vorteilhaft erwiesen, wenn das Halteelement direkt an der Außenfläche des Rohres anliegt. Es ist insbesondere möglich, dass beim Aufstecken das Halteelement mit dem Rohr klemm- und/oder klipsverbunden wird.
-
In alternativer Ausgestaltung kann das Halteelement nach Art eines Aufschraubelements zum Aufschrauben auf das Rohr ausgebildet sein. Das Aufschraubelement kann in dieser Ausgestaltung von ringförmiger Geometrie sein. Das Aufschraubelement kann mit einem Innengewinde auf ein am Außenumfang des Rohres angeordnetes Außengewinde aufgeschraubt werden. Diese Ausgestaltung bietet sich insbesondere bei Haltelementen mit mehreren Magneten an.
-
Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, wenn das Halteelement eine Kabelführung zur definierten Verkabelung des Hall-Sensors aufweist.
-
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der Hall-Sensor als unipolarer Hall-Sensor ausgestaltet ist. Der unipolare Hall-Sensor erfasst die Änderung des Magnetfeldes des Flügelrads, indem dieser nur auf eine Polarität des Magnetfeldes reagiert. So ist es möglich, dass der unipolare Hall-Sensor nur den Nordpol oder nur den Südpol des Magnetfeldes des Flügelrads erfasst. Alternativ ist es jedoch ebenso möglich, den Hall-Sensor als multipolaren, insbesondere bipolaren und/oder latch Hall IC Switch, Hall-Sensor auszugestalten, so dass dieser entsprechend beide Pole des Magnetfeldes erfassen kann.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Durchflussmessers sieht vor, dass das Flügelrad, insbesondere mittig, zwischen dem Hall-Sensor und dem Magneten angeordnet ist. Auf diese Weise lässt sich eine von dem Sensor als Eingangssignal erfassbare Magnetisierung des Flügelrads auf einfache Weise erzeugen. In diesem Zusammenhang ist es möglich, das Flügelrad im Magnetfeld des Magneten und im erfassbaren Bereich des Hall-Sensors anzuordnen. Die mittige, also gleichbeabstandete, Anordnung des Flügelrads zwischen dem Hall-Sensor und dem Magneten kann hierbei die Magnetisierung des Flügelrads und das Erfassen des vom Flügelrad erzeugten Signals erhöhen.
-
Es hat sich ferner als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Drehachse des Flügelrads parallel, insbesondere koaxial, zur Hauptströmungsachse des Fluidflusses angeordnet ist. Es ist in diesem Zusammenhang möglich, dass die Hauptströmungsachse des Fluidflusses der Mittelachse des Rohres entspricht. Für diesen Fall kann es insbesondere vorteilhaft sein, die Drehachse des Flügelrads koaxial zur Rohrachse anzuordnen, wodurch die Hauptströmungsachse des Fluidflusses ebenfalls koaxial zur Drehachse des Flügelrads angeordnet ist.
-
Ferner wird vorgeschlagen, dass das Flügelrad mindestens zwei Flügel, bevorzugt vier, sechs oder acht Flügel, aufweist. In diesem Zusammenhang hat sich eine geradzahlige Anzahl an Flügeln besonders bewährt, wenn der Hall-Sensor dem Magneten gegenüberliegend angeordnet ist oder wenn der Durchflussmesser eine ungeradzahlige Anzahl an Magneten, beispielsweise einen einzelnen Magneten, aufweist. Alternativ zu einer geradzahligen Anzahl an Flügeln ist es jedoch auch möglich, dass das Flügelrad eine ungeradzahlige Anzahl an Flügeln aufweist. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn der Hall-Sensor etwa aufgrund der Einbausituation dem Magneten am Außenumfang des Rohres nicht gegenüberliegend angeordnet ist oder der Durchflussmesser zur Magnetisierung des Flügelrads eine gerade Anzahl an Magneten aufweist.
-
Im Zusammenhang mit der Ausgestaltung der Flügel kann es insbesondere von Vorteil sein, wenn die mindestens zwei Flügel plattenförmig ausgestaltet sind. Plattenförmige Flügel können den Strömungswiderstand des Flügelrads reduzieren, wodurch die Lebensdauer und wartungsfreie Einsatzzeit des Durchflussmessers erhöht werden können. In diesem Zusammenhang ist es möglich, dass die Flügel parallel zur Hauptströmungsachse des Fluids angeordnet sind. Hierdurch kann die axiale Lagerung des Flügelrads weniger beansprucht werden. Alternativ ist es ebenso möglich, die Flügel des Flügelrads quer zur Hauptströmungsachse des Fluids anzuordnen. Hierdurch kann die Anströmung des Flügelrads durch den Fluidfluss beeinflusst werden. Es hat sich im Zusammenhang mit der Ausgestaltung der Flügel bewährt, wenn die Flügel nach Art einer ebenen Platte ausgestaltet sind. Alternativ zur plattenförmigen Ausgestaltung der Flügel ist es ebenso denkbar, dass die Flügel schaufelförmig, insbesondere nach Art einer Turbinenschaufel, ausgestaltet sind. Hierbei kann in vorteilhafter Weise eine verbesserte Anströmung des Flügelrads durch den Fluidfluss ermöglicht werden.
-
Bei einem erfindungsgemäßen Durchflussmesser hat es sich ferner in konstruktiver Hinsicht als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn das Flügelrad Teil einer ein Messturbinengehäuse und eine Messturbinenlagerung zur Lagerung des Flügelrads aufweisenden Messturbine ist. Es ist in diesem Zusammenhang insbesondere möglich, dass die Messturbinenlagerung als Teil des Messturbinengehäuses ausgestaltet ist. Ferner ist es ebenso möglich, dass das Flügelrad drehbar in der Messturbinenlagerung innerhalb des Messturbinengehäuses lagerbar ist. Das Messturbinengehäuse kann das Flügelrad aufnehmen. Die Messturbinenlagerung kann das Flügelrad lagern. Im Zusammenhang mit der Lagerung des Flügelrads hat es sich besonders bewährt, wenn das Flügelrad durch eine Welle in der Messturbinenlagerung gelagert ist. Die Messturbine kann als vormontierte Montageeinheit in das Rohr eingesetzt sein.
-
In diesem Zusammenhang hat es sich ferner als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Messturbine einen Anströmbereich zur definierten Anströmung der Flügel durch den Fluidfluss aufweist. Durch den Anströmbereich kann die Anströmung des Flügelrads durch den Fluidfluss beeinflusst werden. Insbesondere kann ein definierter Anströmbereich von Vorteil sein, wenn die Flügel des Flügelrads plattenförmig ausgestaltet sind. Es ist ferner denkbar, dass der Anströmbereich derart ausgestaltet ist, dass der Fluidfluss die Flügel des Flügelrads quer, also in einem Winkel, anströmt. Der Anströmbereich kann ferner ermöglichen, dass die Flügel bezogen auf die Richtung des Fluidflusses in einem frühen Bereich angeströmt werden. Es ist ebenso möglich, dass der Anströmbereich den Fluidfluss in Rotation versetzt. Es ist ferner möglich, dass der Anströmbereich nach Art einer Leitgeometrie ausgestaltet ist.
-
In Ausgestaltung des Anströmbereichs hat es sich besonders bewährt, wenn der Anströmbereich mehrere Anströmspeichen zur definierten Umlenkung des Fluidflusses und eine Anströmnase zur Vermeidung von Totzonen des Fluidflusses aufweist. Zur definierten Umlenkung des Fluidflusses ist es möglich, dass die Anströmspeichen quer, also unter einem Winkel, zur Hauptströmungsachse des Fluidflusses angeordnet sind. Über die Anströmnase können Stau- oder Stagnationswasserbereiche vermieden werden.
-
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Messturbine einen Ausströmbereich zur beruhigenden Ausströmung des Fluidflusses aus der Messturbine aufweist. Hierdurch können Turbulenzen hinter der Messturbine vermindert werden. Insbesondere für den Fall, dass die Messturbine einen Anströmbereich zur definierten Anströmung der Flügel aufweist, kann es vorteilhaft sein, wenn die innerhalb der Messturbine rotierende Strömung des Fluidflusses bei Ausströmung beruhigt wird. Der Ausströmbereich kann hierbei ebenfalls mehrere Ausströmspeichen aufweisen. Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Ausströmspeichen quer, also in einem Winkel, zur Hauptströmungsachse des Fluidflusses angeordnet sind.
-
Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, wenn die Messturbine als Montageeinheit zur vereinfachten Montage in dem Rohr ausgestaltet ist. Die Messturbine kann vormontiert und als vormontierte Montageeinheit in das Rohr eingesetzt werden. Es ergibt sich ein geringer Montageaufwand.
-
Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, wenn das Rohr einen Anschlag zur Anordnung der Messturbine innerhalb des Rohres und/oder eine Ausnehmung zur Anordnung des Halteelements am Außenumfang des Rohres aufweist. Hierdurch lässt sich der Durchflussmesser besonders montagefreundlich ausgestalten. Durch den Anschlag innerhalb des Rohres ist es möglich, die Messturbine innerhalb des Rohres auf einfache Art und Weise in einer vorgegebenen Montageposition anzuordnen, indem diese beispielsweise in das Rohr eingeschoben und an den Anschlag heranbewegt wird. Es hat sich besonders bewährt, wenn der Anschlag nach Art einer umlaufenden Stufe oder Kante ausgestaltet ist. Über die Ausnehmung am Außenumfang des Rohres kann das Halteelement in definierter Position an dem Rohr angeordnet werden. Die Ausnehmung kann hierbei als eine durchgängige Umfangsnut ausgestaltet sein. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Halteelement korrespondierend zur Ausnehmung ausgestaltet ist, so dass das Halteelement, beispielsweise in die Ausnehmung, in diese einsteckbar ist. Das Halteelement kann formschlüssig in die Ausnehmung einsteckbar sein. Bei einem Rohr mit einem inneren Anschlag und einer äußeren Ausnehmung kann die Lagebeziehung der Messturbine zu dem Halteelement auf einfache Art und Weise festgelegt wird.
-
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Hall-Sensor und der Magnet außerhalb des Rohres, insbesondere außerhalb des Strömungsquerschnitts des Rohres, und die Messturbine innerhalb des Rohres, insbesondere innerhalb des Strömungsquerschnitts des Rohres, angeordnet sind.
-
Es hat sich ferner überaus bewährt, wenn das Rohr als Verbindungsstück und/oder als Auslauf und/oder als Einlauf ausgestaltet ist. Es ist denkbar, dass das Rohr einen über die Länge konstanten Durchmesser oder alternativ unterschiedliche Durchmesser aufweist. Das Verbindungsstück kann als Adapter dienen und Rohre eines Rohrsystems auch mit unterschiedlichen Durchmessern miteinander verbinden. Es ist ebenso möglich, dass das Rohr als Auslauf ausgestaltet ist, so dass der Fluidfluss nach dem Durchströmen des Rohres in die Umgebung, wie beispielsweise ein Waschbecken, ausströmen kann.
-
Bei dem Verfahren der eingangs genannten Art, wird zur Lös u n g der vorstehend genannten Aufgabe vorgeschlagen, dass das Flügelrad zur Erzeugung eines von dem Hall-Sensor erfassbaren Signals über einen außerhalb des Strömungsquerschnitts des Rohes angeordneten Magneten magnetisiert wird. Es ergeben sich die im Zusammenhang mit dem Durchflussmesser erörterten Vorteile.
-
Bei dem Verfahren hat es sich zudem als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Durchflussmesser gemäß einem oder mehrerer vorstehend genannten Merkmalen ausgebildet ist. Die im Zusammenhang mit dem Durchflussmesser beschriebenen Merkmale können einzeln oder in Kombination auch bei dem Verfahren zur Anwendung kommen. Es ergeben sich die beschriebenen Vorteile.
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile eines erfindungsgemäßen Durchflussmessers werden nachfolgend unter Zuhilfenahme eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Darin zeigen:
- 1 einen Durchflussmesser in perspektivischer, teilweise montierter Ansicht,
- 2 den Durchflussmesser gemäß 1 im montierten Zustand in einer Schnittansicht entlang der in 1 als E1 bezeichneten Schnittebene,
- 3a, b Teile des Durchflussmessers in geschnittener Detailansicht entlang der Schnittebene E1 sowie einer Schnittebene E2 in einer ersten Drehposition des Flügelrads,
- 4a, b Ansichten gemäß den Darstellungen in den 3a, b in einer zweiten Drehposition des Flügelrads,
- 5a, b Einzelteilansichten des Halteelements des Durchflussmessers in einer seitlichen, teilweise geschnittenen Ansicht und einer perspektivischen Ansicht und
- 6a, b eine vormontierte Messturbine in einer Detailansicht entlang der Schnittebene E1 sowie in einer Frontalansicht.
-
Der in der 1 dargestellte Durchflussmesser 1 kann in verschiedenen Bereichen der Technik eingesetzt werden, beispielsweise in der Sanitärtechnik, der Wasser- und Abwassertechnik, der Chemie- und Pharmatechnik sowie der Nahrungsmitteltechnik. Der Durchflussmesser 1 eignet sich zum Messen unterschiedlicher Fluidflüsse D, wie etwa zum Messen von Volumenströmen und/oder Massenströmen usw., unterschiedlicher Fluide durch verschiedene Arten von Rohrsystemen. Mit dem Durchflussmesser 1 können sowohl Flüssigkeits- als auch Gasströme gemessen werden.
-
Der Durchflussmesser 1 weist zum Messen des Fluidstroms D ein durchströmbares Rohr 7 mit einem Einlass 7.3 und einem Auslass 7.4 auf. Durch den Einlass 7.3 und den Auslass 7.4 kann das Rohr 7 an Rohre eines in der 1 nicht dargestellten Rohr- oder Leitungssystems angeschlossen werden, so dass das Rohr 7 entsprechend als Verbindungsstück zweier Rohre dienen kann.
-
Das Rohr 7 ist als im Wesentlichen zylindrischer, gerader Hohlkörper ausgestaltet. Das Rohr 7 weist einen kreisrunden Strömungsquerschnitt Q auf, welcher sich durch den Innendurchmesser des Rohrs 7 ergibt und welcher sich über die Länge des Rohres 7 ändern kann, vgl. 2. Durch eine Änderung des Durchmessers des Rohres 7 ist es möglich, dass das Rohr 7 als Adapter zur Verbindung zweier Rohre eines Rohrsystems unterschiedlicher Durchmesser dient. Das Rohr 7 weist hierzu an einem Ende ein Außengewinde und an dem anderen Ende ein Innengewinde auf.
-
Abweichend zu der Ausgestaltung des Rohres 7 als zylindrischer, gerader Hohlkörper sind auch alternative Ausgestaltungen des Rohres 7 denkbar. So ist es beispielsweise denkbar, das Rohr 7 winklig auszugestalten und/oder alternativ zu dem kreisrunden Strömungsquerschnitt Q einen hiervon abweichenden Strömungsquerschnitt Q zu wählen, wie beispielsweise einen eckigen oder ovalen Querschnitt. Die Ausgestaltung des Rohres 7 ist zudem nicht auf in sich geschlossene Rohrformen beschränkt. Unter dem Begriff „Rohr“ sollen erfindungsgemäß alle denkbaren von einem Fluid durchströmbaren Elemente zusammengefasst sein, weshalb das Rohr 7 auch als Fluidkanal, als Strömungsraum innerhalb einer Maschine oder Anlage o. Ä. ausgebildet sein kann.
-
Der Durchflussmesser 1 weist als wesentliches Element neben dem Rohr 7 eine Messturbine 5 auf. Die Messturbine 5 ist als Montageeinheit ausgebildet, so dass sich diese auf besonders einfache Art und Weise in nur einem Montageschritt in dem Rohr 7 montieren lässt. Die Messturbine 5 weist ein Messturbinengehäuse 5.3, eine Messturbinenlagerung 5.4 und ein gegenüber dem Messturbinengehäuse 5.3 drehbar gelagertes, magnetisierbares Flügelrad 3 auf. Das Flügelrad 3 weist hierzu entsprechende ferromagnetische Eigenschaften auf.
-
Das Flügelrad 3 ist innerhalb des Messturbinengehäuses 5.2 in der Messturbinenlagerung 5.4 über eine Welle 6 drehbar gelagert. Die Messturbinenlagerung 5.4 ist als Teil des Messturbinengehäuses 5.3 ausgebildet.
-
Zum Messen der Drehbewegung des Flügelrads 3 weist der in der 1 dargestellte Durchflussmesser 1 ferner einen Hall-Sensor 2 und einen Magneten 4 auf. Der Hall-Sensor 2 dient zur Erfassung eines durch das magnetisierte Flügelrad 3 erzeugten Signals durch Nutzung des Hall-Effekts. Der Magnet 4 dient zur Magnetisierung des Flügelrads 3. Auf die genaue Funktionsweise der Durchflussmessers 1 wird im Zusammenhang mit den 3a, 3b und 4a, 4b noch näher eingegangen werden.
-
Der Hall-Sensor 2 und der Magnet 4 sind über ein gemeinsames Halteelement 8 zueinander feststehend angeordnet. Durch das Halteelement 8 wird die Lagebeziehung zwischen dem Hall-Sensor 2 und dem Magneten 4 festgelegt. Das Halteelement 8 ist dabei derart ausgestaltet, dass der Hall-Sensor 2 und der Magnet 4 bezogen auf das Rohr 7 gegenüberliegend, also im Winkelabstand von 180°, angeordnet sind, vgl. 2.
-
Alternativ zu dieser gegenüberliegenden Anordnung des Hall-Sensors 2 und des Magneten 4 sind jedoch ebenfalls abweichende Anordnungen möglich. Insbesondere im Falle von Ausgestaltungen mit mehreren Magneten 4 ist es beispielsweise von Vorteil, wenn die Magnete 4 und der Hall-Sensor 2 gleichmäßig über den gesamten oder einen Teilbereich des Außenumfangs von Rohr 7 verteilt angeordnet sind.
-
Zur Anordnung des Hall-Sensors 2 und des Magneten 4 an dem Rohr 7 ist das Halteelement 8 nach Art eines Aufsteckelements ausgebildet, vgl. 1 und 5a, b. Das Halteelement 8 weist eine im Wesentlichen C-förmige Form auf und kann auf einfache Art und Weise aus radialer Richtung auf das Rohr 7 aufgesteckt werden. Bei dem Ausführungsbeispiel ist das Halteelement 8 derart ausgestaltet, dass beim Aufstecken mehr als 180° des Rohres 7 durch das Halteelement 8 umschlossen werden. Hierdurch wird beim Aufstecken eine in radialer Richtung formschlüssige Verbindung ermöglicht. Alternativ sind jedoch ebenso abweichende Ausgestaltungen des Halteelements 8 möglich, wie beispielsweise nach Art einer Schelle, welche am Umfang des Rohres 7 montierbar ist.
-
Das Halteelement 8 weist ferner eine im Inneren des Halteelements 8 angeordnete Kabelführung 8.1 auf, vgl. 5a, 5b. Die Kabelführung 8.1 ermöglicht eine definierte Verkabelung des Hall-Sensors 2, indem ein oder mehrere Kabel 2.1 in der Kabelführung 8.1 geführt sind. Während der Magnet 4 des Durchflussmessers 1 als Permanentmagnet ausgestaltet ist, so ist es ebenso denkbar, dass bei der Ausgestaltung des Magneten 4 als Elektromagnet, das Halteelement 8 ebenfalls eine weitere Kabelführung 8.1 für die Kabel des Magneten 4 aufweist.
-
Zur Montage des Durchflussmessers 1 kann zunächst die Messturbine 5 von einer Seite her kommend in das Rohr 7 eingeschoben werden. Um die Messturbine 5 in einer definierten Position in dem Rohr 7 anzuordnen, weist das Rohr 7 einen innenliegenden Anschlag 7.1 auf, vgl. 2. Dieser Anschlag 7.1 ist nach Art einer umlaufenden Stufe ausgebildet, indem der Innendurchmesser des Rohres 7 vermindert ist. Sobald die Messturbine 5 an dem Anschlag 7.1 anschlägt, ist ein weiterer Einschub der Messturbine 5 nicht möglich.
-
Nach erfolgtem Einschieben der Messturbine 5 kann das Halteelement 8 in einem zweiten Schritt an der Außenseite des Rohres 7 montiert werden. Das Rohr 7 weist zum Aufstecken des Halteelements 8 eine außenseitige Ausnehmung 7.2 auf, welche als Umlaufnut korrespondierend zum Halteelement 8 ausgestaltet ist. Nach Anordnung des Halteelements 8 an dem Rohr 7 ist das Halteelement 8 formschlüssig mit der Ausnehmung 7.2 verbunden, vgl. 2. Die Ausnehmung 7.2 ermöglicht insoweit die Festlegung des Halteelements 8 und insbesondere des Hall-Sensors 2 sowie des Magneten 4 in axialer Richtung.
-
In 2 ist der montierte Durchflussmesser 1 in einer Schnittansicht entlang der Ebene E1 gemäß 1 dargestellt.
-
Es ist zu erkennen, dass das Flügelrad 3 im montierten Zustand zwischen dem Hall-Sensor 2 und dem am Außenumfang des Rohres 7 gegenüberliegend angeordneten Magneten 4 angeordnet ist. Der Hall-Sensor 2 und der Magnet 4 sind außerhalb, das Flügelrad 3 hingegen im Strömungsquerschnitt Q des Rohres 7 angeordnet. Beim Ausführungsbeispiel ist das Flügelrad 3 mittig angeordnet, wobei abweichende Anordnungen zwischen dem Hall-Sensor 2 und dem Magneten 4 ebenfalls denkbar sind, beispielsweise für den Fall, dass der Hall-Sensor 2 und der Magnet 4 nicht am Außenumfang des Rohres 7 gegenüberliegend angeordnet sind.
-
Bei der Anordnung des Flügelrads 3 gegenüber dem Hall-Sensor 2 und dem Magneten 4 ist der Abstand beider Elemente zu dem Flügelrad 3 derart gewählt, dass das Flügelrad 3 durch den Magneten 4 magnetisierbar und das von dem Flügelrad 3 aufgrund dessen Magnetisierung erzeugte Signal durch den Hall-Sensor 2 erfassbar ist.
-
Die Drehachse des Flügelrads 3 ist koaxial zur Achse des Rohres 7 ausgerichtet, wobei abweichende Ausgestaltungen ebenfalls möglich sind. So ist es beispielsweise denkbar, die Drehachse des Flügelrads 3 orthogonal zur Rohrachse auszurichten. Bezogen auf die Hauptströmungsachse A des Fluidflusses D verläuft die Drehachse des Flügelrads 3 parallel, gemäß 2 koaxial, wobei ebenso abweichende Ausrichtungen möglich sind.
-
Gemäß 2 wird das Rohr 7 von dem Fluid durchströmt. Der Fluidstrom D tritt hierbei zunächst durch den Einlass 7.3 in das Rohr 7 ein. Zum Durchströmen der Messturbine 5 weist diese einen einlassseitigen Anströmbereich 5.1 auf, vgl. auch 6a und 6b.
-
Der Anströmbereich 5.1 weist gemäß 6a, 6b drei Anströmspeichen 5.5 sowie eine Anströmnase 5.6 auf. Über die als Leitschaufeln ausgebildeten Anströmspeichen 5.5 wird der Fluidfluss D in Rotation versetzt. Hierdurch wird erreicht der Fluidfluss D mit einer Querkraftkomponente auf das Flügelrad 3 geleitet, wodurch das Flügelrad 3 in Rotation versetzt wird. Die Anströmnase 5.6 dient dazu, unerwünschte Totwasser oder Staubereiche zu vermeiden und ist koaxial zu der Drehachse des Flügelrads 3 angeordnet.
-
An ihrem dem Anströmbereich 5.1 gegenüberliegenden Ende weist die Messturbine 5 auslassseitig einen Ausströmbereich 5.2 zur Beruhigung des in Rotation versetzten Fluidflusses D beim Ausströmen aus der Messturbine 5 auf. Hierzu weist der Ausströmbereich 5.2 drei Ausströmspeichen 5.7 auf, welche ebenfalls als Leitschaufeln ausgebildet sind. Im Zusammenhang mit den Anströmspeichen 5.5 und Ausströmspeichen 5.7 ist es möglich, eine abweichende Anzahl und/oder Formgebung vorzusehen.
-
Gemäß den Darstellungen in den 3a und 4a weist das Flügelrad 3 vier Flügel 3.1 auf, welche bei dem Ausführungsbeispiel in einem Winkelabstand von jeweils 90° angeordnet sind, vgl. 3b, 4b. Es ist jedoch auch eine andere Anzahl an Flügeln 3.1 denkbar. Grundsätzlich hat es sich jedoch bewährt, wenn eine geradzahlige Anzahl an Flügeln 3.1 vorgesehen ist, da sich der Magnet 4 und der Hall-Sensor 2 dann gegenüberliegend, d.h. mit einem Winkelabstand von 180° anordnen lassen. Bei abweichender Anordnung des Hall-Sensors 2 gegenüber dem Magneten 4 hingegen kann es jedoch auch vorteilhaft sein, eine ungeradzahlige Anzahl an Flügeln 3.1 vorzusehen, beispielsweise drei Flügel 3.1, wenn der Hall-Sensor 2 und der Magneten 4 entlang des Außenumfangs des Rohres 7 um 120° beabstandet sind. Auch für den Fall mehrerer Magneten 4 kann eine abweichende Anzahl an Flügeln 3.1 vorteilhaft sein.
-
Die Flügel 3.1 sind plattenförmig ausgestaltet, wobei sich die Plattenebenen parallel zur Hauptströmungsachse A erstrecken. Alternativ hierzu ist es ebenso möglich, die plattenförmigen Flügel 3.1 quer zur Hauptströmungsachse A zu orientieren oder die Flügel 3.1 abweichend auszugestalten, insbesondere schaufelförmig.
-
In einer ersten Drehposition des Flügelrads 3 gemäß 3a, 3b sind zwei Flügel 3.1 derart ausgerichtet, dass diese in einer Linie mit dem Hall-Sensor 2 und dem Magneten 4 sind. In dieser Position werden die Flügel 3.1 durch den Magneten 4 magnetisiert, so dass sich der in der Darstellung obere Flügel 3.1 als Nordpol und der in der Darstellung untere Flügel 3.1 als Südpol ausbildet. Die Orientierung der Pole ergibt sich aus der Polung des Magneten 4. Der Magnet 4 ist dabei als Permanentmagnet ausgestaltet, wobei alternative Ausgestaltungen, wie beispielsweise als Elektromagnet, durchaus möglich sind.
-
Sobald das Flügelrad 3 in der ersten Drehposition magnetisiert ist, erfasst der Hall-Sensor 2 die Magnetisierung als Signal. Der Hall-Sensor 2 erfasst das Signal jedes Mal, wenn das Flügelrad 3 in der ersten Drehposition ist und sich im unteren Flügel 3.1 in der Darstellung der Südpol ausbildet. Der Hall-Sensor 2 kann daher als unipolarer Hall-Sensor 2 ausgestaltet sein. Denn die Orientierung der Pole des Flügelrads 3 ändert sich aufgrund des feststehenden Magneten 4 nicht. Sobald das Flügelrad 3 aus der ersten Drehposition gemäß 3a, 3b entlang der Rotationsrichtung R weiterdreht, erfasst der Hall-Sensor 2 die Änderung des Magnetfeldes der magnetisierten Flügel 3.1, da sich diese von dem Hall-Sensor 2 fortbewegen.
-
In den 4a und 4b befindet sich das Flügelrad 3 in einer zweiten Drehposition, in welcher dieses gegenüber der Drehposition in 3a und 3b um etwa 45° gedreht wurde. In dieser Stellung sind die Flügel 3.1 nicht mehr in einer Linie mit dem Hall-Sensor 2 und dem Magneten 4. Die Flügel 3.1 weisen in dieser Stellung den größtmöglichen Abstand gegenüber dem Hall-Sensor 2 und dem Magneten 4 auf. Die in der ersten Drehposition durch den Magneten 4 magnetisierten Flügel 3.1 sind in dieser zweiten Drehposition daher teilweise entmagnetisiert oder zumindest weniger stark magnetisiert. Der Hall-Sensor 2 erfasst dies entsprechend.
-
Rotiert das Flügelrad 3 entlang der Rotationsrichtung R dann aus der zweiten Drehposition gemäß 4a, 4b um 45°weiter, so stehen erneut zwei gegenüberliegende Flügel 3.1 in einer Linie mit dem Hall-Sensor 2 und dem Magneten 4. Die Flügel 3.1 werden durch den Magneten 4 magnetisiert und ein durch das sich aufbauende Magnetfeld der Flügel 3.1 erzeugte Signal durch den Hall-Sensor 2 erfasst.
-
Die Auswertung der durch den Hall-Sensor 2 erfassten Signale erfolgt in bekannter Art und Weise. So ist es beispielsweise möglich, dass auf Grundlage der im Wechsel erfassten Signale, „Magnetfeld“ - „kein Magnetfeld“ - „Magnetfeld“ - usw., zunächst die Drehbewegung des Flügelrads 3 durch den Hall-Sensor 2 gemessen wird. Auf Grundlage dieser Drehbewegung kann dann der Fluidfluss D bestimmt werden.
-
Durch die wechselnde Magnetisierung und Entmagnetisierung des Flügelrads 3 kann einer Ablagerung von metallischen, magnetischen Rückständen, wie beispielsweise Eisen-, Kobalt- und/oder Nickellegierungen, entgegengewirkt werden. Lagert sich ein metallischer Rückstand, beispielsweise in Form eines magnetischen Partikels, an dem in der ersten Drehposition magnetisierten Flügelrad 3 ab, so löst sich dieser Rückstand bei der nachfolgenden Entmagnetisierung in der zweiten Drehposition des Flügelrads 3 und wird von dem Fluidfluss D aus der Messturbine 5 geströmt. An dem Magneten 4 kann es hierbei zu keinen metallischen Rückständen kommen, da dieser außerhalb des Strömungsquerschnitts Q angeordnet ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Durchflussmesser
- 2
- Hall-Sensor
- 2.1
- Kabel
- 3
- Flügelrad
- 3.1
- Flügel
- 4
- Magnet
- 5
- Messturbine
- 5.1
- Anströmbereich
- 5.2
- Ausströmbereich
- 5.3
- Messturbinengehäuse
- 5.4
- Messturbinenlagerung
- 5.5
- Anströmspeichen
- 5.6
- Anströmnase
- 5.7
- Ausströmspeichen
- 6
- Welle
- 7
- Rohr
- 7.1
- Anschlag
- 7.2
- Ausnehmung
- 7.3
- Einlass
- 7.4
- Auslass
- 8
- Halteelement
- 8.1
- Kabelführung
- D
- Fluidfluss
- E1
- Ebene
- E2
- Ebene
- A
- Hauptströmungsachse
- Q
- Strömungsquerschnitt
- R
- Rotationsrichtung
- N
- Nordpol
- S
- Südpol
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
