DE3835397A1 - Ueberwachungsbaustein fuer fluidische systeme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Überwachungsbaustein für fluidi­ sche Systeme zur Erzeugung von Steuersignalen in Abhängigkeit von und in eindeutiger Zuordnung zu unterschiedlichen Strömungs­ geschwindigkeiten des durch das System strömenden Fluids gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es sind bereits verschiedene Überwachungsmethoden für die Funktions­ tüchtigkeit fluidischer Geräte oder ganzer Systeme bekannt. So dienen beispielsweise Leuchtdioden zur Überwachung von Magnet­ ventilen, wobei diese ein optisches Signal abgehen, wenn die Spule des Magnetventils von einem Strom durchflossen wird. Diese optische Erkennungsmethode hat den Nachteil, daß auch dann ein optisches Signal abgegeben wird und damit eine Funktionserfül­ lung signalisiert, wenn beispielsweise die Spule des Magnet­ ventils defekt oder der durch den Elektromagneten des Ventils beeinflußbare Anker am Freigeben des fluidischen Querschnittes gehindert ist, z.B. durch ein Verkanten oder durch Schmutz­ partikel.

Eine Erweiterung dieser bekannten Funktionskontrolle besteht darin, daß durch die Bewegung des Ankers eines Magnetventils ein elektromechanischer Kontakt betätigt wird, der seiner­ seits die optische Anzeige beeinflußt. So kann der Kontakt beispielsweise bestehen aus dem Anker einerseits und einer leitenden Anschlagfläche im Ventilgehäuse. Durch diesen Kontakt kann ein elektrischer Kreis geschlossen werden, in den bei­ spielsweise eine Leuchtdiode geschaltet ist, die beim Schließen des Kontaktes ein zweites optisches Signal abgibt.

Gibt diese Leuchtdiode sowie die zuvor beschriebene Leucht­ diode im Ankerkreis des Magnetventils ein Signal ab, so wird damit angezeigt, daß zum einen die Magnetspule von einem Strom durchflossen wird, und zum anderen, daß der Anker die festge­ legte Hubbewegung ausgeführt hat.

Nachteilig an dieser Funktionskontrolle ist jedoch, daß auch hierdurch die gewollte Ausgangsfunktion des fluidischen Gerätes oder Systems nicht erkannt wird, da diese Signale auch dann generiert werden, wenn das fluidische System drucklos ist.

Eine weitere Möglichkeit der Funktionskontrolle besteht darin, aufgrund der Induktionsänderung durch die Ankerbewegung eine Aussage dahin gehend zu treffen, daß sich der Anker bewegt hat. Diese Funktionskontrolle birgt dieselben Nachteile wie die zuvor beschriebene Kontrolle mittels eines durch die Ankerbe­ wegung schließbaren Kontaktes.

Allen vorbeschriebenen Kontrollmethoden ist gemeinsam, daß sie ausschließlich bei Magnetventilen einsetzbar sind.

Eine weitergehende Funktionskontrolle gestattet ein kalorimetri­ scher Strömungswächter gemäß der DE-PS 24 47 614. Bei diesem Strömungswächter wird die kalorimetrische Änderung aufgrund der Strömung des Fluids in einer Leitung von zwei Meßfühlern er­ faßt, von denen der eine aktiv, also beheizt, und der andere passiv, also unbeheizt ist. Die erfaßte kalorimetrische Än­ derung wird in einer Elektronik dahin gehend ausgewertet, daß zwei Leuchtdioden in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindig­ keit angesteuert werden. Gibt keine der beiden Leuchtdioden ein optisches Signal ab, so strömt das Fluid mit einer vorein­ stellbaren Sollgeschwindigkeit durch die Leitung. Gibt hingegen nur eine der beiden Leuchtdioden ein Signal ab, weicht die Strömungsgeschwindigkeit von der Sollgeschwindigkeit nach oben bzw. unten ab.

Mit diesem vorbeschriebenen Strömungswächter sind zwar schon weitergehende Aussagen als mit den weiter oben beschriebenen Methoden möglich, da direkt eine Aussage über die Strömungsge­ schwindigkeit des Fluids getroffen werden kann und nicht nur aufgrund einer Messung elektrischer Größen eine indirekte Aus­ sage über die momentanen Strömungsverhältnisse im fluidischen System gemacht werden kann, die zudem aus oben beschriebenen Gründen fehlerbehaftet sein kann.

Vor dem Hintergrund des an Bedeutung zunehmenden Aspekts der sogenannten vorbeugenden Wartung wird aber eine noch weiter­ gehende Aussage über den Zustand des fluidischen Systems ge­ fordert. Dies ist insbesondere zur Vermeidung kostenin­ tensiver Stillstandszeiten von Anlagen mit vielen fluidi­ schen Geräten angezeigt, bei denen bisher bei Auftreten von Störungen ein erheblicher Zeitaufwand zur Lokalisie­ rung der Störung aufgebracht werden mußte.

Vor dem aufgezeigten Hintergrund ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Überwachungsbaustein für fluidische Geräte so weiterzubilden, daß er unter­ schiedliche Zustände eines fluidischen Systems erkennen und bis zu einer Zustandsänderung halten kann.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Überwachungsbaustein mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Demgemäß wird vorgeschlagen, einen Überwachungsbaustein gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weiterzubilden, daß ein in der Fluidströmung liegender Meßfühler, der Steuersignale in Abhängigkeit von und in eindeutiger Zu­ ordnung zu unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten des durch das System strömenden Fluids generiert, ein elek­ tronisches, elektromechanisches, thermoelektrisches oder optoelektronisches Element ist, daß eine elektronische Schaltung vorgesehen ist, die diese Steuersignale digitali­ siert und daß ein elektrischer oder mechanischer Speicher vorgesehen ist, in dem die digitalisierten Steuersignale bis zu deren Umkehr gespeichert werden.

Mit diesem Baustein ist nicht nur die Erfassung von un­ terschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten möglich, son­ dern auch die Umkehrung der Strömungsrichtung. Aufgrund der erfaßten Signale ist eine Aussage über den Zustand des ganzen fluidischen Systems, aber auch einzelner fluidi­ scher Geräte in dem System dahin gehend möglich, ob das System bzw. Gerät einwandfrei arbeitet oder ob eine bei­ spielsweise geringe Leckage, welche die Funktionstüch­ tigkeit des Systems bzw. des Gerätes noch nicht beein­ trächtigt, eine Anzeige für einen Hinweis auf eine vor­ beugende Wartungsmaßnahme angebracht erscheinen läßt.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Überwachungsbausteins ist nicht auf die Anwendung bei Magnetventilen beschränkt. Der Baustein kann sowohl einzelne fluidische Geräte, als auch Gerätefunktionsgruppen oder Systeme gleichzeitig überwachen. Bei Einzelgeräten, wie z.B. bei Ventilen wird nicht nur ein Teilmerkmal der Funktion überwacht, sondern die tatsächliche Aufgabenerfüllung des Gerätes, in welchem die Strömungsgeschwindigkeit der zu steuernden Fluide erfaßt wird. Das Speichern der digitalisierten Steuersignale bis zu der Umkehr der Strömungsrichtung des Fluids hat den Vorteil, daß erkennbar bleibt, in welcher Schaltposition sich das System befindet. Dies wird weiter unten näher erläutert.

Soll der Überwachungsbaustein beispielsweise Magnetventilen zugeordnet werden, muß davon ausgegangen werden, daß die Ventile auch über prellende Relais und Schütze angesteuert werden und die Ventile dementsprechend gegebenenfalls die­ ses Prellen zeitverzögert nachvollziehen. Dies würde be­ deuten, daß am Ausgang des Überwachungsbausteins eben­ falls prellende Ausgangssignale anstünden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist es daher zweckmäßig, die Ausgangssignale zeitverzögert weiterzuverarbeiten, so daß ungewollte Sprungsignale vermieden werden.

Dies kann bewerkstelligt werden durch eine Zeitverzögerung der Steuersignale vor ihrer Digitalisierung, beispielsweise durch ein RC-Glied. Aber auch die digitalisierten Steuer­ signale können zeitverzögert werden, vorzugsweise mittels einer monostabilen Kippstufe, also mittels eines Mono-Flops, und zwar vorzugsweise bis zu einer Zeitdauer von 50 ms.

Bei gewissen Anwendungen kann es vorteilhaft sein, zu­ sätzlich zu dem Meßfühler des Überwachungsbausteins einen Referenzmeßfühler vorzusehen; der ebenfalls ein elektri­ sches Signal generiert, das zur Erzeugung des Steuersignals vor dessen Digitalisierung mit dem vom Meßfühler stammen­ den elektrischen Signal einer an sich bekannten Brücken­ schaltung zugeführt wird.

Für den Einsatz des Überwachungsbausteins in exgeschützten Bereichen ist es zweckmäßig, statt beispielsweise temperatur­ abhängiger Widerstände für den Meßfühler und den Referenz­ meßfühler faseroptische Temperatursensoren einzusetzen, deren Signale aus dem Exschutz-Bereich herausgeführt und in einer außerhalb des Exschutz-Bereiches angeordneten Elektronik ausgewertet werden können.

Je nach Anwendungsgebiet kann der Referenzmeßfühler vor­ teilhaft so angeordnet sein, daß er in der Fluidströmung liegt oder aber daß er in dem Fluid in einer im wesent­ lichen strömungsberuhigten Zone liegt.

In vorteilhafter Weiterbildung des Überwachungsbausteins kann der Meßfühler in seinem Gehäuse einen in Mittellage federzentrierten, beweglichen Steuerkörper aufweisen, der durch Einwirkung der Strömung des Fluids die Mittel­ lage strömungsrichtungsabhängig verläßt, wobei seine Aus­ lenkung und -richtung aus der Mittellage abtastbar und in elektrische Signale umwandelbar ist. Diese Signale stehen dann als Steuersignale zur Verfügung.

Diese Ausbildung des Meßfühlers beinhaltet eine erste bevorzugte Ausführungsform, bei der der Steuerkörper als ein dichtend in das Gehäuse des Meßfühlers eingepaßter Kolben ausgebildet ist, der in seiner neutralen Zentrier­ lage sowohl den direkten Durchgang vom Fluidzufluß zum Fluidabfluß, als auch den Durchgang vom Fluidabfluß zu einer Entlüftungsöffnung absperrt und bei der der Kolben durch einseitige Druckdifferenz aus seiner Zentrierlage gegen die Zentrierkraft der Feder strömungsproportional auswandert und einen der genannten korrespondierenden Wege freigibt.

Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform besteht der Meßfühler aus einer eine Kammer unterteilenden, aus ihrer neutralen Zentrierlage unter Strömungseinfluß auslenkbaren Membranfeder, die aufgrund ihrer Kontur die beiden Kammer­ hälften bis zu einem vorbestimmten Differenzdruck dichtend voneinander trennt, wobei die eine Kammerhälfte mit dem Fluidzufluß, die andere Kammerhälfte mit dem Fluidabfluß verbunden ist und bei der die Größe und Richtung der Auslenkung der Membranfeder abtastbar und in elektrische Signale umwandelbar ist. Diese Signale stehen als Steuer­ signale zur Verfügung.

Die Abtastung der Mittenauswanderung des Steuerkörpers des Meßfühlers gemäß der ersten bevorzugten Ausführungs­ form bzw. der Membranfeder gemäß der zweiten bevorzug­ ten Ausführungsform des Meßfühlers kann berührungslos nach dem Prinzip der permanentmagnetischen Feldlinienver­ schiebung erfolgen, die von einem oder mehreren Magnet­ feldsensoren abtastbar und in elektrische Signale um­ wandelbar ist, die wiederum als Steuersignale zur Ver­ fügung stehen.

Alternativ hierzu kann die Abtastung berührungslos optoelek­ tronisch, induktiv oder kapazitiv erfolgen.

Schließlich ist es auch möglich, die Membranfeder des Meß­ fühlers gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform mit Dehnungsmeßstreifen zu bestücken, deren Widerstandsände­ rungen bei Auslenkungen der Membranfeder in elektrische Signale mit entsprechenden Vorzeichenänderungen umwandel­ bar sind, die wiederum als Steuersignale zur Verfügung stehen.

Die Schwelle, ab der eine vorbeugende Wartungsmaßnahme signalisiert wird, kann geräte- oder systemtypisch ein­ stellbar gehalten werden.

Der Überwachungsbaustein ist entweder in die fluidischen Geräte oder in das fluidische System direkt integrierbar, oder aber als Einzelbaustein in bereits bestehenden Systemen nachrüstbar.

Die Steuersignale können optisch erkennbar gemacht werden, beispielsweise durch Leuchtdioden, und/oder in einer über­ geordneten Steuerung weiterverarbeitet werden.

Die Erfindung soll nun anhand der Zeichnungen näher er­ läutert werden. Hierbei zeigt:

Fig. 1 und 2 Prinzipskizzen für die Anordnung des Überwachungsbausteins in einem ein­ fachen fluidischen System,

Fig. 3 die Anordnung des erfindungsgemäßen Überwachungsbausteins in der Aus­ führungsform mit einem Meßfühler und einem Referenzmeßfühler in der Fluid­ strömung,

Fig. 4 einen beispielhaften Verlauf dreier verschiedener Ventilzustände,

Fig. 5 beispielhafte Zustände der Elektronik, die mit den Ventilzuständen aus Fig. 4 korrespondieren,

Fig. 6 ein erstes Ausführungsbeispiel der ersten bevorzugten Ausführungsform des Meßfühlers,

Fig. 7 ein zweites Ausführungsbeispiel der ersten bevorzugten Ausführungsform des Meßfühlers,

Fig. 8 ein drittes Ausführungsbeispiel der ersten bevorzugten Ausführungsform des Meßfühlers und

Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel der zweiten bevorzugten Ausführungsform des Meßfühlers des Überwachungs­ bausteins.

Fig. 1 stellt eine Prinzipskizze dar, wie mit dem Über­ wachungsbaustein 22 die Funktion eines fluidischen Gerätes 33 , hier ein Ventil, überwacht werden kann, an dessen Aus­ gang A ein einfach wirkender Zylinder 44 angeschlossen ist, der über das Ventil 33 von seiner fluidischen Anschlußseite her entlüftet ist.

Der Überwachungsbaustein 22 signalisiert, wenn das Ventil in dem dargestellten Schaltzustand beispielsweise Leckage führen würde. Desgleichen kann vom Überwachungsbaustein 22 angezeigt werden, wenn das Ventil 33 durchschaltet, so daß das Fluid von P nach A strömt. Auch im durchgeschalteten Zustand ist eine Leckanzeige denkbar, und zwar in diesem Fall sowohl für das Ventil 33 als auch für den Zylinder 44 .

Wenn beispielsweise der Zylinder 44 druckbeaufschlagt werden soll, wird während der Strömungsphase die Durch­ strömungsrichtung mit dem erfindungsgemäßen Überwachungs­ baustein zur Anzeige gebracht. Das Ventil 33 soll für einige Zeit geöffnet und der Zylinder 44 für einige Zeit ausgefahren bleiben. Nach dem Füllen des Zylinders 44 (und des Schlauchvolumens) wird die Fluidströmung reduziert und strebt schließlich gegen Null. Würde weder am Ventil 33, am Zylinder 44 oder an den Schläuchen eine Leckage auftreten, so würde der Überwachungsbaustein 22 den Ruhezustand der Strömung erkennbar machen.

Mit den Geräten gemäß des Standes der Technik wäre eine Aussage darüber, ob beispielsweise das Ventil 33 noch geschaltet oder nicht geschaltet ist, nicht möglich. Durch das erfindungsgemäße Halten der erzeugten Steuersignale zur Erkennung der Strömungsrichtung des Fluids bis zu deren Umkehr bleibt mit dem erfindungsgemäßen Überwachungs­ baustein erkennbar, in welcher Schaltposition sich das gesamte fluidische System befindet. Würde beispielsweise durch eine außen auf die Kolbenstange des Zylinders 44 einwirkende Querkraft dieser Leckage führen, so würde der Überwachungsbaustein 22 Steuersignale generieren, die zu einer Anzeige gebracht werden können, aus der heraus auf den Zustand des Systems geschlossen werden kann.

Das Prinzipschaltbild der Fig. 2 ist gegenüber dem Schalt­ bild aus Fig. 1 dadurch erweitert worden, daß zwischen dem Ventil 33 und dem einfach wirkenden Zylinder 44 ein wei­ terer Überwachungsbaustein 55 geschaltet worden ist.

Es ist verständlich, daß dieser zusätzliche Überwachungs­ baustein 55 ausschließlich die Belüftung und die Entlüf­ tung, sowie eine etwaige Leckage des Zylinders 44 über­ wacht. Der Überwachungsbaustein 22 in Fig. 2 hingegen überwacht das gesamte fluidische System, bestehend aus dem Ventil 33 und dem Zylinder 44.

Fig. 3 zeigt nun ein Ausführungsbeispiel des Überwachungs­ bausteins, bei dem zusätzlich zum Meßfühler 1 ein Referenz­ meßfühler 3 vorgesehen ist, der hier wie der Meßfühler 1 in der Fluidströmung in dem Durchströmungskanal 12 in einem Gehäuse 11 in Richtung des Pfeiles F liegt.

Der Meßfühler 1 und der Referenzmeßfühler 3 sind in dem abgebildeten Beispiel Heißleiter, von denen der Meßfühler 1 beheizt ist, der Referenzmeßfühler 3 hingegen rein passiv. Durch den Meßfühler 1 wird in dem Ausführungsbeispiel die kalorimetrische Veränderung im Meßfühler 1 aufgrund der Fluidströmung erfaßt und ein dementsprechendes Steuersignal generiert. Vom passiven Referenzmeßfühler 3 stammt hingegen ein Kompensationssignal. Diese Signale vom Meßfühler 1 und vom Referenzmeßfühler 3 werden einer an sich bekannten Brückenschaltung zugeführt, die wie alle anderen elektro­ nischen Schaltungselemente in der elektronischen Schal­ tung 2 untergebracht ist. Der Ausgang der erwähnten Brücken­ schaltung wird nun wiederum einer Digitalisierung zuge­ führt, woraufhin das digitalisierte Steuersignal wieder in einen Speicher abgelegt wird, und zwar bis zur Um­ kehrung der Strömungsrichtung.

Die elektronische Schaltung 2 vermag Leuchtdioden 28 anzu­ steuern, und zwar in Abhängigkeit von dem ermittelten Zu­ stand des Systems. Die elektronische Schaltung befindet sich im übrigen auf einer Leiterplatte 27, die in ein druckdichtes Einpaßteil 25 eingesetzt ist, welches seiner­ seits in das Gehäuse 11 eingepaßt ist. Ein geeigneter Ver­ schluß 30 schützt die elektronische Schaltung vor Umwelt­ einflüssen. Die elektrischen Signale sind über Steck­ kontakte 29 von außen her abgreifbar.

Fig. 4 zeigt beispielhaft drei Ventilzustände über der Zeit, wobei die Ventilzustände durch die Fluidströmungs­ geschwindigkeit Δ V repräsentiert werden.

Bis zum Zeitpunkt t ₀ ist die Strömungsgeschwindigkeit sehr klein bzw. gleich Null. Dies führt beispielhaft zu Schalt­ zuständen gemäß Fig. 5. Die Elektronik erkennt demnach, daß kein bzw. kaum Fluid durch die überwachte Leitung strömt. Im Zeitpunkt t ₀ ändert sich der Ventilzustand ge­ mäß Fig. 4 dahin gehend, daß eine gewisse Fluidmenge be­ ginnt, durch das Ventil zu strömen. Diese Menge ist aber geringer als die Menge, die beim vollen Durchschalten des Ventils durch dieses strömen würde. Im Zeitpunkt t ₀ strömt also eine Fluidmenge, die einer Menge aufgrund einer Leckage entsprechen könnte. In diesem Zeitpunkt t ₀ erkennt die Elektronik diesen Zustand. Entsprechend ändert sich der Schaltzustand der Elektronik gemäß Fig. 5. Ein Signal LV führt nun den Wert der logischen "1".

Im Zeitpunkt t ₁ schaltet nun das Ventil voll durch (vgl. durchgehende Kurve in Fig. 4). In diesem Zustand sollte selbstverständlich die elektronische Schaltung einen dem­ entsprechenden Zustand annehmen. Vorliegend nimmt die Elektronik jedoch erst nach einer Zeitverzögerung von 30 ms diesen Zustand an (vgl. Fig. 5). Vorliegend sind also die Steuersignale der Elektronik zeitverzögert. Dies ist ins­ besondere dann zweckmäßig, wenn das zu überwachende Gerät ein Magnetventil ist. Dabei muß davon ausgegangen werden, daß es auch über prellende Relais oder Schütze angesteuert wird. Diese Ventile vollziehen dann dieses Prellen zeit­ verzögert nach. Um dieses Prellen nicht in dem Steuer­ signal wiederzufinden, sind die Signale vom Meßfühler vor oder nach ihrer Digitalisierung zeitverzögert worden, im vorliegenden Falle also um 30 ms.

Ein ungewollter Impuls ist in Fig. 4 gestrichelt einge­ zeichnet. Würde die Zeitverzögerung der Signale vom Meß­ fühler nicht vorgenommen, so würde sich der Zustand des Signals LV der elektronischen Schaltung ab dem Unter­ schreiten eines bestimmten Wertes für die Strömungsge­ schwindigkeit wieder ändern, was jedoch unbeabsichtigt wäre.

Wie weiter oben bereits ausgeführt, können der Meßfühler 1 und der Referenzmeßfühler 3, sofern der letztere zum Ein­ satz kommt, elektronische, elektromechanische, thermo­ elektrische oder optoelektronische Elemente sein. Beson­ ders bevorzugte Ausführungsformen für den Meßfühler bzw. Referenzmeßfühler werden nun anhand der Fig. 6 bis 9 erläutert.

Ein erstes Ausführungsbeispiel einer ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt Fig. 6. Der Meßfühler 1 weist ein Gehäuse 4 auf, das mit dem Fluidzufluß P′ bzw. der Ent­ lüftungsöffnung R′ und dem Fluidabfluß A′ in Verbindung steht. Das Gehäuse 4 lagert einen in Mittellage durch eine Feder 6 federzentrierten, beweglichen Steuerkörper 5, hier als Kolben ausgebildet. Dieser Steuerkörper 5 verläßt die Mittellage strömungsrichtungsabhängig. Seine Aus­ lenkung hängt ab von der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids. Der Steuerkörper trägt einen Permanentmagneten 10, der die Auslenkbewegung des Steuerkörpers 5 unter Strö­ mungseinfluß mit ausführt. Die Auslenkung des Steuerkörpers 5, respektive des Permanentmagneten 10, sowie die Aus­ lenkrichtung aus der Mittellage ist mittels eines Magnet­ feldsensors 9 abtastbar. Die von diesem Sensor 9 erzeug­ ten Signale werden von der elektronischen Schaltung in der beschriebenen Art und Weise weiterverarbeitet. Der Steuer­ körper 5 ist gemäß Fig. 6 so ausgebildet, daß er in seiner neutralen Zentrierlage sowohl den direkten Durchgang vom Fluidzufluß P′ zum Fluidabfluß A′, als auch den Durchgang vom Fluidabfluß A′ zur Entlüftungsöffnung R′ absperrt. Der Kolben bzw. der Steuerkörper 5 wandert durch eine ein­ seitige Druckdifferenz aus seiner Zentrierlage gegen die Zentrierkraft der Feder 6 strömungsproportional aus und gibt einen der korrespondierenden Wege P′-A′ oder A′-R′ frei.

Im Unterschied zu diesem ersten Ausführungsbeispiel der ersten bevorzugten Ausführungsform des Meßfühlers 1 weist das zweite Ausführungsbeispiel dieser Ausführungsform ge­ mäß Fig. 7 drei Öffnungen im Gehäuse 4 auf, nämlich eine Öffnung für den Fluidzufluß P′, für den Fluidabfluß A′ und für die Entlüftung R′. Auch erfolgt die Abtastung der Auslenkung der Auslenkungsrichtung des Steuerkörpers 5 hier nicht durch einen Magnetfeldsensor, sondern wird durch zwei Lichtschranken erfaßt, von denen beispielhaft zwei Lichtsender 14 und zwei Lichtempfänger 15 abgebildet sind.

Die Auswertung der Signale erfolgt wieder in einer elektro­ nischen Schaltung 2. Dieses Ausführungsbeispiel des Meß­ fühlers gestattet eine Schnellentlüftung über die Entlüftungs­ öffnung R′.

Ganz ähnlich ist die Ausführungsform gemäß Fig. 8 ausge­ bildet. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 trägt der Steuerkörper 5 einen Permanentmagneten 13, der die Bewegungen des Steuerkörpers 5 unter Druckeinfluß mit ausführt. Die Auslenkung des Permanentmagneten 13 wird über einen Magnetfeldsensor 9 abgetastet, dessen Ausgangs­ signale in einer elektronischen Schaltung 2 ausgewertet werden, also wieder digitalisiert und bis zur Erkennung einer Strömungsrichtungsänderung in einem Speicher ge­ speichert werden.

Eine zweite bevorzugte Ausführungsform des Meßfühlers 1 zeigt Fig. 9. Im Inneren eines Gehäuses 4, das mit dem Fluidzu­ fluß P′ bzw. mit der Entlüftungsöffnung R′ und dem Fluidab­ fluß A′ in Verbindung steht, ist eine Kammer ausgebildet, die von einer Membranfeder 8 in eine Kammerhälfte 6 und in eine Kammerhälfte 7 unterteilt wird. Die Kammerhälfte 6 steht mit demFluidzufluß P′, die Kammerhälfte 7 mit dem Fluid­ abfluß A′ in Verbindung. Die Membranfeder 8 ist aus ihrer neu­ tralen Zentrierlage unter Strömungseinfluß auslenkbar. Auf­ grund ihrer Kontur 16 trennt die Membranfeder 8 die beiden Kammerhälften 6, 7 bis zu einem vorbestimmten Differenzdruck dichtend voneinander, das heißt, daß nach Überschreiten die­ ses vorbestimmten Differenzdruckes die Membranfeder öffnet entlang ihrer Kontur 16 und das Fluid durchläßt. Die Größe und die Richtung der Auslenkung der Membranfeder 8 ist ab­ tastbar. Beispielsweise kann an der Membranfeder 8 ein kleiner Permanentmagnet 13 angebracht sein, der die Bewe­ gung der Membran 8 mit ausführt, und dessen Auslenkung wieder von einem Magnetfeldsensor 9 im Gehäuse 4 des Meßfühlers 1 erfaßt wird. Die Ausgangssignale des Magnet­ feldsensors 9 werden wieder von einer elektronischen Schal­ tung 3, die im Gehäuse 4 des Meßfühlers untergebracht sein kann, in dem oben dargelegten Sinne ausgewertet.

Das zuletzt beschriebene Ausführungsbeispiel ist besonders einfach und daher kostengünstig herzustellen.

Auch hier kann die Abtastung alternativ berührungslos opto­ elektronisch, induktiv oder kapazitiv erfolgen.

Es ist auch möglich, die Membranfeder 8 mit Dehnungsmeß­ streifen (nicht dargestellt) zu bestücken. Deren Wider­ standsänderungen werden dann im Betrieb bei Auslenkungen der Membranfeder 8 in elektrische Signale mit entsprechendem Vorzeichen umgewandelt und in einer elektronischen Schal­ tung weiterverarbeitet.

Claims (14)

1. Überwachungsbaustein für fluidische Systeme zur Erzeugung von Steuersignalen in Abhängigkeit von und in eindeutiger Zuordnung zu unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten des durch das System strömenden Fluids, wobei die Steuer­ signale von einem in der Fluidströmung liegenden Meßfühler stammen, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (1) ein elektronisches, elektromechanisches, thermoelektrisches oder optoelektronisches Element ist, daß eine elektronische Schaltung (2) vorgesehen ist, die die Steuersignale digita­ lisiert und daß ein elektrischer oder mechanischer Speicher vorgesehen ist, in dem die digitalisierten Steuersignale bis zu deren Umkehr gespeichert werden.

2. Überwachungsbaustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignale vor ihrer Digitalisierung zeitver­ zögert sind.

3. Überwachungsbaustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalisierten Steuersignale mittels einer mono­ stabilen Kippstufe bis zu einer Zeitdauer vom 50 ms zeit­ verzögert sind.

4. Überwachungsbaustein nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Meßfühler (1) ein Referenzmeßfühler (3) vorgesehen ist, welcher ein elektrisches Signal generiert, welches zur Erzeugung des Steuersignals vor dessen Digitalisierung mit dem elektri­ schen Signal vom Meßfühler (1) einer Brückenschaltung zu­ geführt wird.

5. Überwachungsbaustein nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, der der Meßfühler (1) und der Referenzmeßfühler (3) faser­ optische Sensoren sind.

6. Überwachungsbaustein nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Referenzmeßfühler (3) so angeordnet ist, daß er in der Fluidströmung liegt.

7. Überwachungsbaustein nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Referenzmeßfühler (3) so angeordnet ist, daß er in dem Fluid in einer im wesentlichen strömungs­ beruhigten Zone liegt.

8. Überwachungsbaustein nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (1) in seinem Ge­ häuse (4) einen in Mittellage federzentrierten, bewegli­ chen Steuerkörper (5) aufweist, der durch Einwirkung der Strömung des Fluids die Mittellage strömungsrichtungsab­ hängig verläßt, wobei seine Auslenkung und -richtung aus der Mittellage abtastbar und in elektrische Signale umwandel­ bar ist, die als Steuersignale zur Verfügung stehen.

9. Überwachungsbaustein nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkörper (5) als ein dichtend in das Gehäuse (4) des Meßfühlers (1) eingepaßter Kolben ausgebildet ist, der in seiner neutralen Zentrierlage sowohlden direkten Durch­ gang vom Fluidzufluß P′ zum Fluidabfluß A′, als auch den Durchgang vom Fluidabfluß A′ zur Entlüftungsöffnung R′ absperrt und daß der Kolben durch einseitige Druckdifferenz aus seiner Zentrierlage gegen die Zentrierkraft der Feder (6) strö­ mungsproportional auswandert und einen der korrespondieren­ den Wege P′-A′ oder A-R′ freigibt.

10. Überwachungsbaustein nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (1) aus einer eine Kammer unterteilenden, aus ihrer neutralen Zentrier­ lage unter Strömungseinfluß auslenkbaren Membranfeder (8) besteht, die aufgrund ihrer Kontur die beiden Kammerhälften (6, 7) bis zu einem vorbestimmten Differenzdruck dichtend voneinander trennt, wobei die eine Kammerhälfte (6) mit dem Fluidzufluß, die andere Kammerhälfte (7) mit dem Fluidabfluß verbunden ist, und daß die Größe und Richtung der Auslenkung der Membranfeder (8) abtastbar und in elektrische Signale umwandelbar ist, die als Steuersignale zur Verfügung stehen.

11. Überwachungsbaustein nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung der Mitten­ auswanderung berührungslos nach dem Prinzip der permanent­ magnetischen Feldlinienverschiebung erfolgt, welche von einem oder mehreren Magnetfeldsensoren (9) abtastbar und in elektrische Signale umwandelbar ist, die als Steuer­ signale zur Verfügung stehen.

12. Überwachungsbaustein nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung in an sich be­ kannter Weise berührungslos optoelektronisch erfolgt.

13. Überwachungsbaustein nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung in an sich be­ kannter Weise berührungslos induktiv oder kapazitiv er­ folgt.

14. Überwachungsbaustein nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Membranfeder (8) mit Dehnungsmeßstreifen bestückt ist, deren Widerstandsänderungen bei Auslenkungen der Membranfeder (8) in elektrische Signale mit entspre­ chenden Vorzeichenänderungen umwandelbar sind, die als Steuersignale zur Verfügung stehen.