DE3918477C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Strömungs­ detektor nach dem Oberbregriff des Anspruchs 1, der dazu geeignet ist, eine Fluid­ strömung in irgendeiner Position in einen Leitungskreis für das Steuern und/oder Regeln des Fluids zu detektieren.

In der Vergangenheit wurden Strömungsdetektoren vom Differentialtransformatortyp vorgeschlagen, wie sie beispielsweise in den ungeprüften japa­ nischen Patentveröffentlichungen Nr. 61-2 31 416 und 49-75 055 beschrieben sind.

Solche konventionellen Strömungsdetektoren haben insbesondere die nachfolgenden Schwierigkeiten. Zunächst kann ein solcher Strömungsdetektor keine Fluidströmung detektieren, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Fluideinlaß und dem Fluidauslaß des­ selben sehr klein ist und/oder wenn die Strö­ mungsgeschwindigkeit des durch denselben hindurch­ strömenden Fluids sehr langsam ist. Zweitens ist es, da der Strömungsdetektor selbst verhältnismäßig große Abmessungen hat, schwierig, einen solchen Strömungsdetektor in einen Leitungskreis zum Steuern und/oder Regeln des Fluids einzubauen.

Drittens ist es, da das Niveau des von dem Strömungsdetektor abgegebenen Ausgangssignals für eine direkte Signalverarbei­ tung zu niedrig ist, notwendig, eine Verstärkerschaltung vorzu­ sehen. Letztlich ist, da ein großer Hub eines ein magnetisches Teil aufweisenden Kolbens zum Erhalten eines optimalen Signals erforderlich ist, der Hauptteil des Strömungsdetektors übermäßig groß bemessen.

Aus der US-PS 46 19 146 ist ein Strömungsdetektor der gattungsgemäßen Art bekannt. Dieser Strömungsdetektor ist im einzelnen derart aufgebaut, daß in dem Hauptteil ein gesondertes, im Durchmesser wesentlich kleineres zylindrisches Teil als Führungszylinder für den magnetischen Kolben so angebracht ist, daß nur die eine Stirnseite des Kolbens mit der Meßfluidströmung in Kontakt ist, während zwischen der anderen Stirnseite des Kolbens und dem diesem benachbarten Ende des zylindrischen Teils lediglich die Vorspannungsfeder und ein Notströmungsausgang vorgesehen ist. Die Meßfluidströmung verläuft hierbei durch einen Längsschlitz, der in dem Bereich des zylindrischen Teils ausgebildet ist, welcher dem Fluideinlaß zugewandt ist. Weiter verläuft die Meßströmung dann durch den Zwischenraum zwischen dem Außenumfang des zylindrischen Teils und der Innenseite des Hauptteils, d. h. durch die sog. Hauptkammer. Die im Kolben vorgesehene mittige Bohrung, das im oberen Ende dieses Kolbens befindliche Rückschlagventil und die im oberen Ende des zylindrischen Teils ausgebildete Bohrung dienen lediglich als Notströmungsweg im Falle einer Fehlfunktion und nicht als Meßfluidströmungsdurchgang.

Insgesamt hat der Strömungsdetektor nach der US-PS 46 19 146 daher einen ziemlich komplizierten Aufbau, der nicht nur entsprechende Herstellungskosten zur Folge hat, sondern sich auch nachteilig auf die Betriebszuverlässigkeit auswirkt, wie das Vorsehen des Notströmungswegs mit Rückschlagventil deutlich macht.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, einen Strömungsdetektor der grundsätzlichen Art, wie er aus der US-PS 46 19 146 bekannt ist, so auszubilden, daß er einen wesentlichen einfacheren Aufbau hat und gleichzeitig eine erheblich bessere Betriebszuverlässigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird mit einem gattungsgemäßen Strömungsdetektor gelöst, welcher die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Zwar sind in der DE-GM 87 10 768 und der DE-OS 28 49 974 sogenannte Schwebekörper in strömungsmittelbetätigten Magnetschaltern beschrieben, die von dem Strömungsmittel durchströmt werden. Jedoch führt eine Anwendung solcher Schwebekörper nicht zu der besonders einfachen und betriebszuverlässigen Ausbildung des erfindungsgemäßen Strömungsdetektors. Entsprechendes gilt auch hinsichtlich des in der DE-OS 20 00 104 beschriebenen strömungsmittelbetätigten Magnetschalters, der insoweit dem Strömungsdetektor nach der US-PS 46 19 146 entspricht, als auch hier der strömungsmittelbetätigte Kolben nur in den Strömungsweg hineinragt.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung sei nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strömungsdetektors, der in den Fig. 1 bis 3 der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1a eine Längsschnittansicht eines Strömungs­ detektors gemäß einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 1b eine End- bzw. Stirnansicht des Strömungs­ detektors der Fig. 1a;

Fig. 2a eine Seitenansicht des Kolbens des Strö­ mungsdetektors der Fig. 1a;

Fig. 2b eine End- bzw. Stirnansicht des Kolbens der Fig. 2a; und

Fig. 3 einen Zustand, in welchem der Strömungs­ detektor gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere gemäß den Fig. 1a bis 2b, in eine Fluidmaschine bzw. -einrichtung, die einen Leitungskreis, insbesondere einen Rohrleitungskreis, aufweist, eingebaut ist.

In der nun folgenden Beschreibung der in den Fig. 1a bis 3 dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsform eines Strömungsdetektors nach der Erfindung sei zunächst auf die Fig. 1a und 1b Bezug genommen, wonach der darin gezeigte Strömungsdetektor 10 einen Hauptteil 1, ein ortsfestes Magnetteil 2, ein Filter 3, einen Kolben 4, eine Feder 5 zum Vorspannen des Kolbens 4, einen Detektions­ sensor 6 und an den beiden Enden des Hauptteils 1 befestigte Endbuchsen 7 umfaßt.

Genauer gesagt, hat der Hauptteil 1 des Strömungsdetektors 10 mit Gewinde versehene Endteile 1a und 1b, von denen jedes einen solchen Gewinde­ durchmesser hat, wie R1/8 (japanischer Industriestandard) oder M8, wie er üblicherweise bei konventionellen oder allgemeinen Fluidsteuer- und/oder -regelleitungskreisen bzw. -rohrlei­ tungskreisen angewandt wird. Das ortsfeste Magnetteil 2 und das Filter 3 zum Entfernen von Fremdstoffen aus dem Fluid sind in dem am rechten Ende (Fig. 1a) des Strömungsdetektors 10 befindlichen Fluideinlaß angeordnet. Das Filter 3 kann von Polyvinylfluorid (PVF) gebildet sein, das z.B. eine lichte Maschenweite von etwa 30 µm hat. Der Kolben 4 hat ein Magnet­ teil 4a und ist in einem Meßfluidströmungsduchgang zu einer Hin- und Her­ bewegung zum Blockieren des Meßfluidströmungsdurchgangs angeordnet bzw. so, daß er in der einen Endstellung den Meßfluidströmungsdurchgang, welcher durch den Strömungsdetektor 10 hindurchgeht, blockiert. Das Magnetteil 4a ist an dem Kolben 4 befestigt und wird auf diese Weise zusammen mit dem Kolben 4 hin- und herbewegt.

Wie in den Fig. 2a und 2b gezeigt ist, hat der Kolben 4 an jedem seiner beiden Enden wenigstens eine Ausnehmung 4b und 4c (an dem in den Fig. 1a und 2a rechten Ende sind es zwei Ausnehmungen 4b). Die Ausnehmung 4c dient dazu, dem Fluid ein Ausströmen aus dem Strömungsdetektor 10 selbst dann zu ermöglichen, wenn das Ende des Kolbens 4, der sich in dem Meßfluidströmungsdurchgang in dem Hauptteil 1 bewegt, gegen die linke Endbuchse 7 anliegt. Da der Kolben 4 mittels der Feder 5 stets nach einer Richtung vorgespannt ist, nämlich in Richtung auf den Fluideinlaß, wirkt der Kolben 4 als ein Ein­ wegventil, durch welches das Fluid nur dann nach dem Fluid­ auslaß zuströmen kann, wenn der Ventilteil 4d des Kolbens 4 von dem Kanalteil 8 (innerhalb dessen der Ventilteil 4d gleitet bzw. verschiebbar ist) des Meßfluidströmungsdurchgangs in dem Hauptteil 1 auf­ grund des Drucks des Fluids getrennt ist bzw. wenn der Ventil­ teil 4d aufgrund des Drucks des Fluids aus dem Kanalteil 8 herausbewegt ist. Die Feder 5 dient dazu, eine genaue und glatte, sanfte sowie stoßfreie Hin- und Herbewegung des Kolbens 4 sicherzustellen.

Der Detektionssensor 6 umfaßt eine integrierte Halbleiter­ schaltung kleiner Abmessung, die ein Hallelement und eine Verstärkerschaltung hat, dieser Detektionssensor 6 ist auf dem Haupteil 1 in einer solchen Position angeordnet, in wel­ cher er die Änderungen im magne­ tischen Fluß, die zwischen dem Magnetteil 4a des Kolbens 4 und dem ortsfesten Magnetteil 2 erzeugt werden, wenn sich das Magnet­ teil 4a zusammen mit dem Kolben 4 bewegt, wirksam detektieren kann.

Der Strömungsdetektor 10 wird in einen Leitungskreis oder insbe­ sondere Rohrleitungskreis, bei dem der Strömungsdetektor 10 an­ gewandt werden soll, in einem solchen Zustand eingebaut, daß die Richtung des Strömungsdetektors 10, die von dem rechten Ende desselben nach dem linken Ende desselben gerichtet ist, mit der Richtung der Fluidströmung übereinstimmt bzw. daß das Fluid im Bereich des Endteils 1a eintritt und im Bereich des Endteils 1b den Strömungsdetektor 10 verläßt. Die Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer Installation eines Strömungsdetektors 10. In dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel ist der Strömungsdetek­ tor 10 mit einem Rohr 11 des Leitungs- bzw. Rohrleitungs­ kreises und mit einer Fluidmaschine bzw. -einrichtung 12 ver­ bunden.

Im Betrieb ist es, wenn das Fluid durch den Strömungsdetek­ tor 10 hindurchströmt, während eine Druckdifferenz zwischen dem Fluideinlaß und dem Fluidauslaß desselben aufrechterhalten wird, so, daß das Fluid von dem Fluideinlaß des Strömungs­ detektors 10 her in letzteren eintritt und das eine Ende 4e des Kolbens 4 (das einlaßseitige Ende) mit Druck beauf­ schlagt, so daß es den Kolben 4 nach dem Fluidauslaß zu ver­ schiebt. Wenn der Kolben 4 verschoben wird, wird das Magnet­ feld zwischen den Magnetteilen 2 und 4a variiert oder ver­ ändert. Diese Variation bzw. Änderung in dem magnetischen Fluß wird durch die integrierte Halb­ leiterschaltung kleiner Abmessung des Detektionssensors 6 detek­ tiert, so daß auf diese Weise das Hallelement zur Abgabe eines Detektionssignals aktiviert wird, wodurch die Fluid­ strömung bzw. der Fluidfluß auf der Basis dieses Signals de­ tektiert und/oder gemessen wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Strömungsdetektor im Vergleich mit konventionellen Strömungsdetektoren wesent­ lich kompakter sein, und er kann die Fluidströmung bzw. den Fluidfluß selbst dann genau detektieren und/oder messen, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Fluideinlaß und dem Fluidaus­ laß sehr klein und/oder die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids sehr langsam bzw. sehr klein ist.

Claims (4)

1. Strömungsdetektor (10) , umfassend

• (a) ein Hauptteil (1), durch das ein Meßfluidströmungsdurchgang hindurchverläuft und das einen Fluideinlaß und einen Fluidauslaß an entgegengesetzten Enden eines durch dasselbe hindurchverlaufende Meßfluidströmungsdurchgangs hat;
• (b) Filter (3), das in dem Hauptteil (1) im Meßdluidströmungsdurchgang angeordnet ist;
• (c) einen Kolben (4), der in dem Meßfluidströmungsdurchgang des Hauptteils (1) hin- und herverschiebbar vorgesehen ist und ein magnetisches Teil (4a) umfaßt;
• (d) eine Feder (5), die sich auf der Seite des Kolbens (4) abstützt, welche dem in das Hauptteil (1) einströmenden Fluid abgewandt ist und den Kolben (4) gegen dieses einströmende Fluid vorspannt; und
• (e) einen Detektionssensor (6), der auf dem äußeren Umfang des Hauptteils (1) gegenüber dem magnetischen Teil (4a) des Kolbens (4) angebracht ist und ein Hallenelement zum Detektieren der Position des Kolbens (4) und damit der Meßfluidströmung aufweist;

dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfluidströmungsdurchgang eine Durchgangsbohrung durch das Hauptteil (1) ist, daß der Kolben (4) mit mehreren Ausnehmungen (4b, 4c) versehen ist, von denen die eine Ausnehmung (4b) als Durchgang für die in das Hauptteil (1) eintretende Meßfluidströmung und die andere Ausnehmung (4c) für die aus dem Hauptteil (1) austretende Meßfluidströmung vorgesehen ist, daß in dem Fluideinlaß und in dem Fluidauslaß je eine Endbuchse (7) angebracht ist, von denen die Endbuchse (7) im Fluidauslaß als Abstützung für die Feder (5) vorgesehen ist, daß das Filter (3) und ein ortsfestes Magnetteil (2) im Fluideinlaß angeordnet ist, und daß der Detektionssensor (6) Änderungen des zwischen dem Magnetteil (4a) des Kolbens (4) und dem ortsfesten Magnetteil (2) erzeugten magnetischen Flusses mißt.

2. Strömungsdetektor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektionssensor (6) eine integrierte Halbleiterschaltung kleiner Abmessung umfaßt, die aus dem Hallelement zur Abgabe eines Signals in Ansprechung auf die Änderung des magnetischen Flusses und einer Verstärkungsschaltung besteht.

3. Strömungsdetektor (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (4) als Einwegventil zum Verhindern einer Fluidströmung in der Richtung von dem Fluidauslaß nach dem Fluideinlaß zu ausgebildet ist.