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Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchflussmessung eines strömenden Fluids, mit einem Gehäuse und wenigstens einem Anschlusselement, wobei das Gehäuse ein von dem strömenden Fluid durchströmbares längliches Innenvolumen aufweist, das mit dem Anschlusselement fluidleitend verbunden ist, wobei in dem Innenvolumen ein Schwebekörper und ein Federelement angeordnet sind, wobei der Schwebekörper beim Durchströmen des Innenvolumens durch das Fluid gegen die Wirkung einer Federkraft des Federelements bewegbar ist.
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Derartige Vorrichtungen zur Durchflussmessung eines strömenden Fluids werden auch Schwebekörper-Durchflussmesser genannt. Bei diesen Schwebekörper-Durchflussmessern wird der Schwebekörper durch das Fluid gegen die Wirkung der Federkraft des Federelements bis zur Einstellung eines Kräftegleichgewichts zwischen der Federkraft und der auf den Schwebekörper einwirkenden Strömungskräften bewegt, wobei die Auslenkung des Federelements ausgehend von einer unausgelenkten Lage bzw. Ruhelage oder ausgehend von einer vorgegebenen ausgelenkten Lage bei bestehendem Kräftegleichgewicht ein Maß für den Durchfluss ist, also ein Maß für die pro Zeiteinheit durch das Gehäuse des Durchflussmessers strömende Fluidmenge. Schwebekörper-Durchflussmesser kommen meist in hydraulischen Verteilerkreisen zum Einsatz, wo die Messung des Durchflusses z. B. dem hydraulischen Abgleich mehrerer Verteilerkreise dienen kann. Sie bestehen zur Reduzierung der Korrosionsanfälligkeit aus einem teuren, sehr korrosionsresistenten Metall. Jedoch lässt sich eine Korrosionsanfälligkeit nicht völlig vermeiden, so dass die bekannten Vorrichtungen zur Durchflussmessung nach langer Einsatzdauer meist durch neue, unkorrodierte Durchflussmesser ausgetauscht werden müssen.
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Zugrundeliegende Aufgabe
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchflussmessung eines strömenden Fluids anzugeben, welche im Vergleich zu bekannten Lösungen auch in sehr feuchten Umgebungen wesentlich länger einsatzfähig ist.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung zur Durchflussmessung eines strömenden Fluids gelöst, wobei die Vorrichtung ein Gehäuse und wenigstens ein Anschlusselement aufweist, wobei das Gehäuse ein von dem strömenden Fluid durchströmbares längliches Innenvolumen aufweist, das mit dem Anschlusselement fluidleitend verbunden ist, wobei in dem Innenvolumen ein Schwebekörper und ein Federelement angeordnet sind, wobei der Schwebekörper beim Durchströmen des Innenvolumens durch das Fluid gegen die Wirkung einer Federkraft des Federelements bewegbar ist, wobei sowohl das Gehäuse als auch das Anschlusselement wenigstens teilweise aus einem Polymermaterial bestehen und wobei ein manuell betätigbares Ventil zur Einstellung des Durchflusses des Fluids durch das Gehäuse vorhanden ist.
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Im Unterschied zu bekannten Lösungen, welche Durchflussmess-Vorrichtungen aus Metall bzw. metallischen Material umfassen, bestehen sowohl das Gehäuse als auch das Anschlusselement wenigstens teilweise aus einem Polymermaterial, so dass die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchflussmessung eines strömenden Fluids insbesondere in feuchten Umgebungen wesentlich unanfälliger eingerichtet ist als die bekannten Lösungen. Vorzugsweise besteht das Gehäuse und/oder das Anschlusselement vollständig bzw. zur Gänze aus einem Polymermaterial, so dass das Gehäuse bzw. das Anschlusselement keiner oder keiner wesentlichen Korrosionsneigung unterliegt, wobei das Polymermaterial insbesondere ein Thermoplast sein kann. Insgesamt gesehen ist daher die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchflussmessung eines Fluids im Vergleich zu bekannten Lösungen auch in sehr feuchten Umgebungen wesentlich länger einsatzfähig bzw. einsetzbar, insbesondere auch bei Durchströmung des Innenvolumens mit Wasser.
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Ferner ist ein Polymermaterial im Unterschied zu einem korrosionsresistenten Metall bzw. einem metallischen korrosionsresistenten Material wesentlich kostengünstiger zu beschaffen. Die Kostenersparnis kann hierbei im Einzelfall größer als 50% sein. Zudem ist die mit der Verwendung eines Polymermaterials einhergehende Gewichtsersparnis mit einer deutlich verbesserten Handhabbarkeit verbunden, und zwar insbesondere beim Einbau bzw. Anschluss der erfindungsgemäßen Vorrichtung an bestehende fluidleitende Vorrichtungen.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchflussmessung eines strömenden Fluids betrifft die geringe Wärmeleitfähigkeit des Polymermaterials im Vergleich zu einem metallischen Material. Bekannte Lösungen bilden infolge der metallischen Ausbildung eine Wärmebrücke. Dies ist insbesondere bei fluidleitenden Vorrichtungen, wie Erdwärmesonden von Nachteil, welche dafür vorgesehen sind, mit möglichst geringem Wärmeverluste Fluide, wie insbesondere Wasser oder andere Flüssigkeiten zu transportieren. Erdwärmesonden umfassen eine Mehrzahl von Rohrleitungen aus einem Polymermaterial, das eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Insofern ist mit der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchflussmessung eines strömenden Fluids eine Flussmessung möglich, welche im Vergleich zu bekannten Lösungen mit einem wesentlich geringeren Wärmeverlust einhergeht.
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Bei einer praktischen Ausführungsform ist das Anschlusselement lösbar mit dem Gehäuse verbunden, wobei das Anschlusselement bevorzugt mittels einer Rastverbindung lösbar mit dem Gehäuse verbunden ist. Gemäß dieser praktischen Ausführungsform kann das Anschlusselement auf praktische und einfache Weise mit dem Gehäuse verbunden bzw. an dieses angeschlossen werden und/oder auch wieder von diesem gelöst werden, so dass insbesondere auch unterschiedlich ausgebildete Anschlusselemente auf praktische bzw. einfache Weise mit dem Gehäuse verbindbar bzw. von diesem lösbar sind. Insgesamt gesehen wird so eine Vorrichtung zur Durchflussmessung eines strömenden Fluids bereitgestellt, die auf praktische Weise und sofort einbaufertig an unterschiedlich gestaltete Anschlussvorrichtungen bzw. Anschlusssysteme fluidleitender Vorrichtungen angeschlossen bzw. an diese angepasst werden kann. Bei den fluidleitenden Vorrichtungen kann es sich beispielsweise allgemein um hydraulische Verteilerkreise handeln, wo die Messung des Durchflusses z. B. dem hydraulischen Abgleich bzw. der Regelung mehrerer Verteilerkreise dienen kann, wobei ein Verteilerkreis eingerichtet ist, einen Fluss auf mehrere Leitungen aufzuteilen. Insbesondere kann es sich bei den fluidleitenden Vorrichtungen auch um eine Fußbodenheizung oder eine geothermische Vorrichtung handeln.
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Das Anschlusselement kann als Einlassanschluss zum Anschluss der Vorrichtung an eine das Fluid zuführende Leitung ausgebildet sein. Alternativ kann das Anschlusselement als Auslassanschluss zum Anschluss der Vorrichtung an eine das Fluid abführende Leitung ausgebildet sein.
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Bei einer weiteren praktischen Ausführungsform ist das Anschlusselement als spritzgegossenes Teil ausgebildet. Ein spritzgegossenes Teil kann in bekannter Weise in hoher Stückzahl und sehr kostengünstig durch Verwendung eines entsprechenden Spritzgusswerkzeugs hergestellt werden – ganz im Unterschied zur Herstellung der Anschlusselemente bekannter Durchflussmess-Vorrichtungen, welche durch eine aufwendige und kostenintensive spanende bzw. drehende Bearbeitung von metallischen Halbzeugen erfolgt. Insbesondere kann durch Vorsehen einer Mehrzahl unterschiedlich ausgebildeter Spritzgusswerkzeuge eine entsprechende Mehrzahl unterschiedlich ausgebildeter Anschlusselemente bereitgestellt werden, wobei jeweils identisch ausgebildete Anschlusselemente mittels eines der Spritzgusswerkzeuge auf kostengünstige und praktische Weise in großer Stückzahl herstellbar sind. Hierbei können sich unterschiedlich ausgebildete Anschlusselemente z. B. dadurch unterscheiden, dass sie z. B. unterschiedlich ausgebildete Außengewinde oder Innengewinde aufweisen, welche zur Herstellung einer Schraubverbindung zwischen dem Anschlusselement und einer fluidleitenden Vorrichtung bzw. einer Fluidleitung vorgesehen sind. Allgemein können sich unterschiedlich ausgebildete Anschlusselemente z. B. dadurch unterscheiden, dass sie jeweils an unterschiedlich ausgebildete Anschlusssysteme fluidleitender Vorrichtungen, wie z. B. hydraulische Verteilerkreise oder ähnlichem, angepasst bzw. an diese anschließbar sind. Insbesondere kann das Anschlusselement auch rastend mit einer fluideitenden Vorrichtung verbindbar sein, um z. B. eine Klip-Verbindung zu bilden. Das Anschlusselement kann z. B. auch für die Bildung einer Steckverbindung zwischen dem Anschlusselement und der fluidleitenden Vorrichtung eingerichtet sein (wie z. B. zur Bildung einer Steckverbindung in Form einer Steckfitting-Verbindung).
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Bevorzugt kann auch das Gehäuse als spritzgegossenes Teil ausgebildet sein. Auch das Gehäuse kann somit in bekannter Weise in hoher Stückzahl und sehr kostengünstig durch Verwendung eines entsprechenden Spritzgusswerkzeugs hergestellt werden. Insbesondere kann durch Vorsehen einer Mehrzahl unterschiedlich ausgebildeter Spritzgusswerkzeuge eine entsprechende Mehrzahl unterschiedlich ausgebildeter Gehäuse bereitgestellt werden, wobei jeweils identisch ausgebildete Gehäuse mittels eines der Spritzgusswerkzeuge auf kostengünstige und praktische Weise in großer Stückzahl herstellbar sind.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann der Schwebekörper wenigstens teilweise aus Polymermaterial bestehen, einhergehend mit einer kostengünstigen Herstellbarkeit, wobei der Schwebekörper bevorzugt vollständig bzw. zur Gänze aus Polymermaterial besteht und besonders bevorzugt als spritzgegossenes Teil ausgebildet ist.
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Erfindungsgemäß ist ein manuell betätigbares Ventil zur Einstellung des Durchflusses des Fluids durch das Gehäuse vorhanden. Dieses Ventil kann besonders bevorzugt in Form eines Kugelhahn-Ventils ausgebildet sein, um auf praktische Weise einen erwünschten, von der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchflussmessung eines strömenden Fluids gemessenen Durchfluss einstellen zu können. Es ist in diesem Zusammenhang besonders vorteilhaft, wenn das Anschlusselement und das Gehäuse sowie die Kugel des Kugelhahn-Ventils als spritzgegossene Teile hergestellt sind. Besonders vorteilhaft ist, wenn das Lager der Kugel des Kugelhahn-Ventils in das Gehäuse integriert ist, so dass das Gehäuse einstückig sowohl für den Einbau des Schwebekörpers mit dem Federelement, wie auch für die Kugel des Kugelhahn-Ventils, ausgelegt ist. Hierdurch ist eine besonders kostengünstige Herstellung gewährleistet. Besonders praktisch kann ferner sein, wenn das Anschlusselement auch als Gegenlager bzw. Widerlager für ein Dichtelement in Form eines O-Rings dient, welches für die Abdichtung des Kugelhahn-Ventils vorgesehen ist. In diesem Fall resultiert eine besonders einfache Bauform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchflussmessung eines strömenden Fluids
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Die Erfindung betrifft ferner eine Erdwärmesonde mit wenigstens zwei Rohrleitungen, die für die Durchströmung mit einem Fluid vorgesehen sind, wobei wenigstens eine Rohrleitung eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchflussmessung eines strömenden Fluids aufweist, welche für die Messung des Durchflusses des das Rohr durchströmenden Fluids vorgesehen ist.
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Erdwärmesonden sind in Erdbohrungen abschnittsweise eingebrachte Rohrleitungen bzw. Rohre, die meist in Form eines Rohrbündels vorliegen, und die dafür vorgesehen sind, Erdwärme über einen geschlossenen Kreislauf der Erde zu entziehen und mit Hilfe einer Wärmepumpe auf die beispielsweise für die Erwärmung eines Wohnraums benötige Temperatur anzuheben. Der Transport der Erdwärme erfolgt in den Rohrleitungen bzw. Rohren der Erdwärmesonde über ein in diesen Rohrleitungen aufgenommenes bzw. diese Rohre durchströmendes Fluid, welches als Wärmeträgermedium dient, wobei das Fluid vorzugsweise in Form einer speziellen Trägerflüssigkeit, bei der es sich meist um Wasser handelt, dem vorzugsweise Glykol als Frostschutz beigemischt ist. Eine typische Erdbohrung weist hierbei einen Durchmesser von ca. 20 cm und eine Tiefe von bis zu 200 Meter und mehr auf.
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Wenigstens eine Rohrleitung weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchflussmessung eines strömenden Fluids auf. Wie oben dargelegt, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchflussmessung eines strömenden Fluids eine nur sehr geringe Wärmeleitfähigkeit auf, da sowohl das Gehäuse als auch das Anschlusselement wenigstens teilweise aus einem Polymermaterial bestehen. Insofern kann mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchflussmessung ohne nennenswerte Wärmverluste eine Messung des Durchflusses des Fluids erfolgen, welche das Rohr bzw. die Rohre der Erdwärmesode durchströmt. Bekannte Durchflussmess-Vorrichtungen aus Metall bzw. metallischen Material hingegen sind zur Durchflussmessung durch bzw. an Erdwärmesonden ungeeignet, da sie, wie bereits oben dargelegt, als Wärmebrücke wirken und dem Fluid, welches die Rohrleitung der Erdwärmesonde durchströmt zu viel Wärme entziehen, einhergehend mit einer drastischen und nicht mehr wirtschaftlichen Reduzierung des Wirkungsgrads.
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Die Erfindung betrifft ferner auch eine Fußbodenheizung mit wenigstens einer Rohrleitung, die für die Durchströmung mit einem Fluid vorgesehen sind, wobei die Rohrleitung eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchflussmessung eines strömenden Fluids aufweist, welche für die Messung des Durchflusses des das Rohr durchströmenden Fluids vorgesehen ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist hierbei für die Durchflussmessung eines Fluids vorgesehen, welches als Wärmeträgermedium bzw. als Wärmeträger-Fluid der Fußbodenheizung dient.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchflussmessung eines strömenden Fluids, und
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2 eine schematische Schnittdarstellung der Vorrichtung aus 1 in einem auseinander gebauten Zustand.
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Die 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur Durchflussmessung eines strömenden Fluids. Die Vorrichtung 10 weist ein Gehäuse 12 und ein Anschlusselement 14 auf und ist dafür vorgesehen den Durchfluss zu messen, also die pro Zeiteinheit durch das Gehäuse 12 des Durchflussmessers 10 strömende Fluidmenge. Das Gehäuse 12 weist ein von dem strömenden Fluid durchströmbares längliches Innenvolumen 16 auf, das mit dem Anschlusselement 14 fluidleitend verbunden ist. In dem Innenvolumen 16 sind ein Schwebekörper 18 in Form eines Schwimmers 18 und ein Federelement 20 in Form einer Schraubenfeder 20 angeordnet, wobei der Schwebekörper 18 beim Durchströmen des Innenvolumens 16 durch das Fluid gegen die Wirkung einer Federkraft des Federelements 20 bewegbar ist. Sowohl das Gehäuse 12 als auch das Anschlusselement 14 bestehen zur Gänze aus eifern Polymermaterial. Das Gehäuse 12 ist hier zweiteilig ausgebildet und umfasst einen Grundkörper 22 und ein Auflageelement 24 in Form eines Halterings 24, wobei das Auflageelement 24 in einem Endabschnitt des Grundkörpers 22 aufgenommen ist. Dieses Auflageelement 24 ist von Fluid durchströmbar und für die Auflage des Schwebekörpers 18 bzw. als Widerlager für den Schwebekörper 18 vorgesehen. Der Grundkörper 22 ist transparent ausgebildet, so dass der Schwebekörper 18 von außerhalb sichtbar ist.
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Der Schwebekörper 18 besteht aus einem Polymermaterial und ist zylindrisch ausgebildet. Der Schwebekörper 18 weist an seiner Umfangsfläche sich axial erstreckende bzw. sich in Richtung der Zylinderachse des Schwebekörpers 18 erstreckende längliche Vertiefungen 26 auf, welche dafür vorgesehen sind, zur Vermeidung eines Hängenbleibens an der das Innenvolumen 16 begrenzenden Innenwandung bzw. zur Vermeidung einer Kontaktierung der Innenwandung eine hinreichende Umströmung des Schwebekörpers 18 zu gewährleisten.
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Das Anschlusselement 14 ist als Auslassanschluss zum Anschluss der Vorrichtung 10 an eine das Fluid abführende Leitung (nicht dargestellt) ausgebildet, wobei hier vorgesehen ist, dass das Fluid über das Auflageelement 24 einströmt und über den Auslassanschluss 14 abströmt. Das Anschlusselement 14 ist ferner als spritzgegossenes Teil ausgebildet und mittels einer Rastverbindung 28, die eine umlaufende Rastnase 38 bzw. einen umlaufenden Rastvorsprung 38 umfasst (vgl. 2) lösbar mit dem Gehäuse 12 bzw. dem Grundkörper 22 des Gehäuses 12 verbunden. An einem Endabschnitt des Anschlusselements 14 ist ein Außengewinde 30 ausgebildet, welches zur Herstellung einer Schraubverbindung zwischen der Vorrichtung zur Durchflussmessung 10 mit einer hier nicht dargestellten fluidleitenden Vorrichtung vorgesehen ist.
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Die dargestellte Vorrichtung 10 zur Durchflussmessung eines strömenden Fluids weist ein manuell betätigbares Ventil 34 zur Einstellung des Durchflusses des Fluids durch das Gehäuse 12 auf, welches in Form eines Kugelhahn-Ventils 34 ausgebildet ist. Ein Betätigungselement 36 in Form eines Bedienhebels 36 ermöglicht auf praktische Weise eine manuelle Betätigung des Kugelhahn-Ventils 34 zur Einstellung eines erwünschten, von der Vorrichtung 10 gemessenen Durchflusses. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel dient das Anschlusselement 14 auch als Gegenlager bzw. Widerlager für ein Dichtelement 32 in Form eines O-Rings, welches für die Abdichtung des Kugelhahn-Ventils 34 vorgesehen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung zur Durchflussmessung
- 12
- Gehäuse
- 14
- Anschlusselement
- 16
- Innenvolumen
- 18
- Schwebekörper
- 20
- Federelement
- 22
- Grundkörper
- 24
- Auflageelement
- 26
- Vertiefung
- 28
- Rastverbindung
- 30
- Außengewinde
- 32
- Dichtelement
- 34
- Kugelhahn-Ventil
- 36
- Betätigungselement
- 38
- Rastvorsprung
