WO2024088908A1 - Schaufelkettenvorrichtung und fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares bauelement - Google Patents

Schaufelkettenvorrichtung und fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares bauelement Download PDF

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Dirk Bergers
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Grohe AG
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Definitions

  • Blade chain device and fluid-flowable, electrically operated component
  • the present invention relates to a blade chain device for a fluid-flowable line or for a fluid-flowable, electrically operable component. Furthermore, the present invention relates to a fluid-flowable, electrically operable component with a corresponding blade chain device.
  • the electrically operable component through which fluid can flow is in particular a fluid meter, a fluid valve, a fluid filter, a pressure reducer, a combined measuring and regulating device for a fluid flowing through a fluid line or the like.
  • the fluid is in particular water or gas.
  • Fluid meters include water and gas meters.
  • Fluid valves include water and gas valves.
  • Fluid filters include water and gas filters.
  • Pressure reducers include pressure reducers for water and gas.
  • Combined measuring and regulating devices include combined measuring and regulating devices for water flowing through a water line and combined measuring and regulating devices for gas flowing through a gas line.
  • Blade chain devices can be installed in a fluid-flowable line, i.e. in a water or gas line, within a fluid line system or in one of the aforementioned fluid-flowable, electrically operated components.
  • Fluid-flowable components are intended to be installed in a fluid line system, for example in the water line system or fresh water line system of a building.
  • a water meter can be installed in the water line system of a building, for example. Water flows through a water meter, in particular when water is taken from the water line system, for example by the user opening a sanitary fitting.
  • a water meter is designed to record or measure the amount of water flowing through, i.e. taken out.
  • Fluid-flowable, electrically operated components are active components that are designed to require electrical energy. to provide or perform functions that support or extend the detection of the fluid quantity.
  • Fluid-flowable, electrically operated components are known from the state of the art, for example corresponding water meters. These require a supply of electrical energy to ensure their full range of functions.
  • water meters are known which, according to requirements, should ensure a technical service life of up to 16 years without connection to an external power grid and without external recharging of a storage device for electrical energy.
  • the present invention is therefore based on the object of at least partially solving the problem explained above and in particular of specifying a blade chain device for a line through which fluid can flow or for a fluid-flowable, electrically operable component, which enables electrically autonomous operation of a connected electrically operable component or of the fluid-flowable, electrically operable component.
  • a blade chain device is proposed for a fluid-flowable line or for a fluid-flowable, electrically operable component.
  • the blade chain device according to the invention comprises a blade chain closed to form a ring with a plurality of blades or rotor blades and an annular channel for guiding the blade chain, wherein the blade chain device is designed to generate electrical energy when fluid flows through the line or the electrically operable component.
  • the blade chain device enables the use of the otherwise unused energy of the fluid flowing through a line or an electrically operable component.
  • the use of this energy to supply electrical devices or the electrically operable component mentioned above contributes to energy savings overall and is therefore environmentally friendly.
  • the annular channel allows fluid to flow through.
  • the blade chain device can comprise a working machine that can be driven by the blade chain.
  • the blade chain can be designed to drive the working machine when fluid flows through the line or the electrically operable component.
  • the blade chain can be designed to be moved in the flow direction of the fluid when fluid flows through the line or the electrically operable component and thus drive the working machine.
  • the blade chain is a fluid machine that is designed to drive the working machine by at least partially converting the energy of a fluid flowing through the line or the electrically operable component into mechanical energy. The mechanical energy is in turn converted into electrical energy by the working machine.
  • the blade chain device according to the invention can be installed or used in an existing fluid-flow line, i.e. the blade chain device according to the invention can be retrofitted. To do this, it is only necessary to mechanically open the existing fluid-flow line intended for the corresponding installation. For example, an opening can be created in the line using suitable cutting or separating tools. The blade chain device according to the invention can then be installed in it in a fluid-tight manner.
  • the bucket chain device according to the invention comprises an electrical interface for connecting an electrically operated device.
  • the interface can be an electrical plug connector that enables a releasable fixation by means of positive and/or frictional locking.
  • the blade chain device according to the invention makes it possible to generate electrical energy, first by converting the flow energy of the fluid into mechanical energy and finally by converting the mechanical energy into electrical energy.
  • a fluid-flowable, electrically operated component can be operated by an internal supply of electrical energy. The requirement for an external supply of electrical energy for the operation of a fluid-flowable, electrically operated component is thus eliminated. Such an electrically operated component is therefore independent of an external supply of electrical energy.
  • such an electrically operated component is electrically self-sufficient or supplies itself with electrical energy. This is a great advantage, particularly in the event of a power failure, compared to the known fluid-flowable, electrically operated components, which are sometimes directly dependent on an external supply of electrical energy through connection to a power grid.
  • each blade of the plurality of blades of the blade chain is concavely curved on the upstream side, in particular at least uniaxially, i.e. curved inwards.
  • the concave curvature of the blades enables particularly efficient driving of the blade chain device and thus particularly efficient generation of electrical energy for a given fluid flow.
  • a further advantage of the concave design of the blades is that any mechanical wear in the outer edge area of the blades, which can arise from contact with an inner wall, can be compensated to a certain extent. This is because if the blades become smaller in the outer edge area due to wear, then only the curvature of the blades decreases.
  • each blade of the plurality of blades of the blade chain is designed such that it seals in or with its outer edge region against the inside of the channel and/or against the inside of the line and/or against the inside of a cavity formed in the electrically operable component and/or against the inside of a hollow space which is formed, in particular at least partially, by the channel and, in particular at least partially, by a cavity formed in the electrically operable component.
  • the aforementioned inner sides each correspond to inner walls of their structures.
  • each blade is in contact with a corresponding inner contour or wall in or with its outer edge region.
  • each blade can have elastic material in its outer edge region.
  • each blade can consist entirely of an elastic material.
  • the blades of the plurality of blades of the blade chain are arranged equidistant from one another along the blade chain. This ensures a uniform movement of the blade chain and thus a uniform supply of electrical energy to a connected electrically operable component or to the fluid-flowable, electrically operable component.
  • the blade chain has a plurality of magnetic elements, in particular permanent magnets, wherein the magnetic elements are arranged equidistantly from one another along the blade chain.
  • the blade chain can comprise a plurality of chain links, wherein each chain link of the plurality of chain links is assigned a Magnetic element can be assigned.
  • the magnetic elements can be arranged on the chain links of the bucket chain.
  • each blade of the plurality of blades of the blade chain has a magnetic element.
  • the magnetic elements of the plurality of magnetic elements can each be cast into the blade, in particular by injection molding.
  • the blade chain device comprises a coil, wherein the coil is wound from the outside around at least a partial section of the channel and wherein the coil is designed to induce an electrical voltage when the blade chain is driven.
  • the induction of the electrical voltage is brought about by the movement of the magnetic elements through the coil. In this way, it is possible to generate electrical energy using the blade chain device according to the invention.
  • the blade chain device comprises a rechargeable storage device for electrical energy.
  • the blade chain possibly the working machine and the storage device, in their joint interaction, allow the storage device to be charged repeatedly. It is therefore sufficient if the storage device of the component according to the invention has a comparatively small electrical capacity.
  • the component according to the invention is therefore relatively compact in its design.
  • the storage device can comprise at least one accumulator, i.e. at least one rechargeable battery.
  • the accumulator in particular has an electrical capacity of a maximum of 4500 mAh (milliampere hours), in particular from 1500 to 4500 mAh, more particularly from 2000 to 4000 mAh, preferably from 2500 to 3500 mAh.
  • the accumulator can be, for example, of the 18650 type with 3500 mAh and 3.7 V (volts). In particular, it is an accumulator with a standardized electrical capacity and a standardized dimension. sioning or size. This has the advantage that the storage device can be easily replaced, for example in the event of a defect, thus reducing maintenance and repair costs.
  • the accumulator therefore has a smaller electrical capacity and smaller structural dimensions than batteries used in known water meters, for example. Because the accumulator can be recharged using the electrical energy generated, a comparatively small electrical capacity is sufficient to ensure the operation of electrically operated components.
  • the blade chain device can comprise a control unit which is particularly designed to control the charging and discharging process of the rechargeable storage device for electrical energy.
  • the control unit can be a charge controller which is designed to prevent the rechargeable storage device for electrical energy from being overcharged. In this way, the fluid-flowable, electrically operable component can be operated in a fail-safe manner.
  • the blade chain device according to the invention in particular if it comprises the aforementioned plurality of magnetic elements, is designed to measure the flow rate of a fluid flowing through it.
  • the induced electrical voltage can be interpreted as a measure of the flow rate of a fluid flowing through it.
  • the blade chain device designed in this way therefore fulfills a dual function, namely generating electrical energy and measuring the flow of the fluid. This eliminates the need to purchase a separate device or a separate device for measuring the flow rate of the fluid flowing through it. This means that the overall installation and installation space requirements can be reduced.
  • the blade chain device according to the invention comprises a Hall sensor.
  • the Hall sensor can be arranged on the outside of the channel, in particular glued to the channel or screwed to the channel.
  • the Hall sensor is designed to detect the presence of a magnetic element, i.e. the spatial proximity of a magnetic element to the Hall sensor. Over a definable period of time, the Hall sensor or a control unit connected to the Hall sensor that is designed for this purpose counts the number of detections of the described spatial proximity. Since the magnetic elements are arranged on the blade chain, i.e. are firmly connected to the blade chain, the Hall sensor is also designed to determine the speed of movement of the blade chain via the frequency of the detections of the described spatial proximity. The speed of movement of the blade chain is in turn a measure of the flow speed of the fluid flowing through.
  • the frequency of the detections corresponds to the number of detections within a definable period of time, for example within one minute.
  • the Hall sensor works without contact, so there is no mechanical wear and maintenance can be carried out to a relatively low extent.
  • the Hall sensor allows the measurement of particularly small flow velocities of the fluid flowing through. This means that even small leaks can be detected, for example.
  • an electrically operable component through which fluid can flow comprising a blade chain device as described above.
  • the explanations and advantages given in relation to the blade chain device described above also apply in principle to the electrically operable component through which fluid can flow, comprising the blade chain device described above.
  • the present invention is explained in more detail below with reference to a figure. This shows an advantageous embodiment of the invention, although the invention is not limited to this advantageous embodiment. Identical components are provided with the same reference numerals in the figure and are therefore basically only named or mentioned once.
  • the single figure shows in detail an embodiment of a bucket chain device according to the invention in a schematic side view in longitudinal section.
  • the single figure shows a blade chain device 1 which is installed in a fluid-flow line 2.
  • the line 2 has an opening 3 into which the blade chain device 1 is inserted.
  • the blade chain device 1 comprises a housing element 4.
  • the blade chain device 1 further comprises a blade chain 5 closed to form a ring with a plurality of blades 6 and an annular channel 7 for guiding the blade chain 5.
  • the channel 7 is formed partly by the housing element 4 and partly by the line 2.
  • the blade chain device 1 is designed to generate electrical energy when fluid flows through the line 2 in the flow direction 8.
  • Each blade 6 is concavely curved on the inflow side. Each blade 6 is also designed such that it seals in its outer edge area against the inside of the channel 7 and against the inside of the line 2. For this purpose, each blade 6 has elastic material in its outer edge area. The blades 6 are arranged equidistant from one another along the blade chain 5. Each blade 6 has a magnetic element 9. Furthermore, the blade chain device 1 comprises a coil 10, wherein the coil 10 is wound from the outside around at least a partial section of the channel 7 and wherein the coil 10 is designed to induce an electrical voltage when the blade chain 5 is driven. Furthermore, the blade chain device 1 comprises a Hall sensor 11.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaufelkettenvorrichtung (1) für eine fluiddurchströmbare Leitung (2) oder für ein fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares Bauelement, umfassend eine zu einem Ring geschlossene Schaufelkette (5) mit einer Vielzahl von Schaufeln (6) und einen ringförmigen Kanal (7) zur Führung der Schaufelkette (5), wobei die Schaufelkettenvorrichtung (1) dazu ausgebildet ist, wenn Fluid die Leitung (2) oder das elektrisch betreibbare Bauelement durchströmt, elektrische Energie zu erzeugen. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares Bauelement, umfassend eine entsprechende Schaufelkettenvorrichtung (1).

Description

Schaufelkettenvorrichtung und fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares Bauelement
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaufelkettenvorrichtung für eine fluiddurchströmbare Leitung oder für ein fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares Bauelement. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares Bauelement mit einer entsprechenden Schaufelkettenvorrichtung.
Bei dem fluiddurchströmbaren, elektrisch betreibbaren Bauelement handelt es sich insbesondere um einen Fluidzähler, ein Fluidventil, ein Fluidfilter, einen Druckminderer, eine kombinierte Mess- und Reguliervorrichtung für ein durch eine Fluidleitung strömendes Fluid oder dergleichen. Bei dem Fluid handelt es sich insbesondere um Wasser oder Gas. Fluidzähler umfassen Wasser- und Gaszähler. Fluidventile umfassen Wasser- und Gasventile. Fluidfilter umfassen Wasser- und Gasfilter. Druckminderer umfassen Druckminderer für Wasser und Gas. Kombinierte Mess- und Reguliervorrichtungen umfassen kombinierte Mess- und Reguliervorrichtungen für durch eine Wasserleitung strömendes Wasser und kombinierte Mess- und Reguliervorrichtungen für durch eine Gasleitung strömendes Gas.
Schaufelkettenvorrichtungen können in eine fluiddurchströmbare Leitung, das heißt in eine Wasser- oder Gasleitung, innerhalb eines Fluidleitungssystems oder in eines der vorgenannten fluiddurchströmbaren, elektrisch betreibbaren Bauelemente eingebaut werden. Fluiddurchströmbare Bauelemente sind dazu vorgesehen, in ein Fluidleitungssystem eingebaut zu werden, beispielsweise in das Wasserleitungssystem bzw. Frischwasserleitungssystem eines Gebäudes. Ein Wasserzähler ist beispielsweise in das Wasserleitungssystem eines Gebäudes einbaubar. Ein Wasserzähler wird von Wasser durchströmt, insbesondere wenn Wasser aus dem Wasserleitungssystem entnommen wird, beispielsweise durch benutzerseitiges Öffnen einer Sanitärarmatur. Ein Wasserzähler ist dazu eingerichtet, die Menge an durchströmten, das heißt, entnommenen, Wasser, zu erfassen bzw. zu messen. Fluiddurchströmbare, elektrisch betreibbare Bauelemente sind aktive Bauelemente, die dazu eingerichtet sind, elektrische Energie erfor- dernde, die Erfassung der Fluidmenge unterstützende oder erweiternde Funktionen bereitzustellen oder durchzuführen.
Es sind fluiddurchströmbare, elektrisch betreibbare Bauelemente aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise entsprechende Wasserzähler. Diese bedingen eine Versorgung mit elektrischer Energie, um ihren vollen Funktionsumfang zu gewährleisten. Es sind insbesondere Wasserzähler bekannt, die gemäß Anforderung eine technische Lebensdauer von bis zu 16 Jahren ohne Anschluss an ein externes Stromnetz und ohne externes Wiederaufladen eines Speichers für elektrische Energie sicherstellen sollen.
Zur Versorgung solcher Wasserzähler mit elektrischer Energie ist es bekannt, die Wasserzähler mit einem elektrischen Netzteil sowie mit elektrischen Verbindern in Form von Kabeln zum Anschluss an ein externes Stromnetz auszustatten. Dies erfordert jedoch einen gewissen Installationsaufwand durch das Verlegen von Leitungen für elektrischen Strom. Zusätzlich kann dies erfordern, Kabel von dem Wasserzähler hin zu einer Steckdose zu verlegen, wodurch eine gewisse Gefahr entsteht, dass die Kabel versehentlich oder absichtlich aus der Steckdose gezogen werden, sodass die Energieversorgung unterbrochen würde. Außerdem entsteht durch die Kabel möglicherweise eine gewisse Stolpergefahr und somit Verletzungsgefahr.
Des Weiteren ist es zur Versorgung solcher Wasserzähler mit elektrischer Energie bekannt, die Wasserzähler mit einer Batterie einer großen elektrischen Kapazität zum Erreichen der vorgenannten, technischen Lebensdauer auszustatten. Eine große Batteriekapazität erfordert allerdings eine entsprechend große Dimensionierung der Batterie selbst. Groß dimensionierte Batterien sind relativ teuer in der Herstellung. Zusammenfassend sind Batterien mit einer großen elektrischen Kapazität bauraum- und kostenintensiv. Wie voranstehend dargestellt sind die bekannten, fluiddurchströmbaren, elektrisch betreibbaren Bauelemente abhängig von dem Vorhandensein einer externen Versorgung mit elektrischer Energie oder sind aufgrund der groß dimensionierten Batterien bauraumintensiv. Dies ist anwendungsbereichseinschränkend und daher unerwünscht.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die voranstehend insgesamt erläuterte Problematik zumindest teilweise zu lösen und insbesondere eine Schaufelkettenvorrichtungen für eine fluiddurchströmbare Leitung oder für ein fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares Bauelement anzugeben, die einen elektrisch autarken Betrieb eines angeschlossenen elektrisch betreibbaren Bauelements oder des fluiddurchströmbaren, elektrisch betreibbaren Bauelements ermöglicht.
Die hier zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch eine Schaufelkettenvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich jeweils aus den Unteransprüchen.
Es wird eine Schaufelkettenvorrichtung für eine fluiddurchströmbare Leitung oder für ein fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares Bauelement vorgeschlagen. Die erfindungsgemäße Schaufelkettenvorrichtung umfasst eine zu einem Ring geschlossene Schaufelkette mit einer Vielzahl von Schaufeln bzw. Laufschaufeln und einen ringförmigen Kanal zur Führung der Schaufelkette, wobei die Schaufelkettenvorrichtung dazu ausgebildet ist, wenn Fluid die Leitung oder das elektrisch betreibbare Bauelement durchströmt, elektrische Energie zu erzeugen.
Die erfindungsgemäße Schaufelkettenvorrichtung ermöglicht die Nutzung der ansonsten ungenutzten Energie des eine Leitung oder ein elektrisch betreibbares Bauelement durchströmenden Fluids. Die Nutzung dieser Energie zur elektrischen Versorgung von elektrischen Geräten oder des genannten elektrisch betreibbaren Bauelements trägt insgesamt zu einer Energieeinsparung bei und ist daher umweltfreundlich. Der ringförmige Kanal ist fluiddurchströmbar.
Die erfindungsgemäße Schaufelkettenvorrichtung kann eine von der Schaufelkette antreibbare Arbeitsmaschine umfassen. Dabei kann die Schaufelkette dazu ausgebildet sein, wenn Fluid die Leitung oder das elektrisch betreibbare Bauelement durchströmt, die Arbeitsmaschine anzutreiben. Die Schaufelkette kann dazu ausgebildet sein, wenn Fluid die Leitung oder das elektrisch betreibbare Bauelement durchströmt, in Strömungsrichtung des Fluids bewegt zu werden und so die Arbeitsmaschine anzutreiben. Die Schaufelkette ist eine Strömungsmaschine, die dazu eingerichtet ist, die Arbeitsmaschine anzutreiben, indem die Energie eines die Leitung oder das elektrisch betreibbare Bauelement durchströmenden Fluids zumindest teilweise in mechanische Energie umgewandelt wird. Die mechanische Energie wird wiederum durch die Arbeitsmaschine in elektrische Energie umgewandelt.
Die erfindungsgemäße Schaufelkettenvorrichtung ist in eine bestehende, fluiddurchströmbare Leitung einbau- bzw. einsetzbar, das heißt die erfindungsgemäße Schaufelkettenvorrichtung ist nachrüstbar. Dazu ist es lediglich erforderlich, die für einen entsprechenden Einbau vorgesehene, bestehende, fluiddurchströmbare Leitung mechanisch zu öffnen. Beispielweise kann mit geeigneten Schneid- bzw. Trennwerkzeugen eine Öffnung in der Leitung geschaffen werden. Anschließend kann die erfindungsgemäße Schaufelkettenvorrichtung fluiddicht darin eingebaut werden.
Nach einer weiter vorteilhaften Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Schaufelkettenvorrichtung eine elektrische Schnittstelle zum Anschluss eines elektrisch betreibbaren Geräts. Die Schnittstelle kann ein elektrischer Steckverbinder sein, der durch Form- und/oder Kraftschluss eine lösbare Fixierung ermöglicht. Durch die erfindungsgemäße Schaufelkettenvorrichtung ist es möglich, elektrische Energie zu erzeugen, und zwar zunächst durch Umwandlung der Strömungsenergie des Fluids in mechanische Energie und schließlich durch Umwandlung der mechanischen Energie in elektrische Energie. Demgemäß kann ein fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares Bauelement durch eine interne Versorgung mit elektrischer Energie betrieben werden. Das Erfordernis einer externen Versorgung mit elektrischer Energie für den Betrieb eines fluiddurchströmbaren, elektrisch betreibbare Bauelement entfällt somit. Ein solches elektrisch betreibbares Bauelement ist somit unabhängig von einer externen Versorgung mit elektrischer Energie. Insofern ist ein solches elektrisch betreibbares Bauelement elektrisch autark bzw. sich selbst mit elektrischer Energie versorgend. Dies ist insbesondere im Falle eines Stromausfalls von großem Vorteil gegenüber den bekannten, fluiddurchströmbaren, elektrisch betreibbaren Bauelementen, die mitunter unmittelbar durch den Anschluss an ein Stromnetz von einer externen Versorgung mit elektrischer Energie abhängig sind.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist jede Schaufel der Vielzahl von Schaufeln der Schaufelkette anströmseitig, insbesondere zumindest einachsig, konkav gekrümmt, das heißt nach innen gewölbt, ausgebildet. Durch die konkave Krümmung der Schaufeln ist ein besonders effizientes Antreiben der Schaufelkettenvorrichtung und somit ein besonders effizientes Erzeugen von elektrischer Energie bei einer gegebenen Fluidströmung möglich. Ein weiterer Vorteil der konkaven Ausgestaltung der Schaufeln ist, dass ein etwaiger mechanischer Verschleiß im äußeren Randbereich der Schaufeln, der durch einen Berührungskontakt mit einer Innenwandung entstehen kann, bis zu einem bestimmten Maß ausgeglichen werden kann. Denn, wenn die Schaufeln im äußeren Randbereich verschleißbedingt kleiner werden, dann nimmt lediglich die Krümmung der Schaufeln ab. Auf diese Weise kann zumindest bis zu einem bestimmten Maß eine Abdichtung der Schaufeln gegenüber einer Innenwandung aufrechterhalten werden. Die vorgenannte Krümmung ist auch als Regensschirmform bezeichenbar. Nach einer weiter vorteilhaften Ausführungsform ist jede Schaufel der Vielzahl von Schaufeln der Schaufelkette derart ausgebildet, dass sie in bzw. mit ihrem äußeren Randbereich gegen die Innenseite des Kanals und/oder gegen die Innenseite der Leitung und/oder gegen die Innenseite einer in dem elektrisch betreibbaren Bauelement ausgebildeten Kavität und/oder gegen die Innenseite eines Hohlraums, der, insbesondere zumindest teilweise, durch den Kanal und, insbesondere zumindest teilweise, durch eine in dem elektrisch betreibbaren Bauelement ausgebildeten Kavität gebildet ist, abdichtet. Die vorgenannten Innenseiten entsprechen jeweils Innenwandungen ihrer Strukturen. Demnach steht jede Schaufel in bzw. mit ihrem äußeren Randbereich mit einer entsprechenden Innenkontur bzw. -wand in einem Berührungskontakt. Dazu kann jede Schaufel in ihrem äußeren Randbereich elastisches Material aufweisen. Alternativ kann jede Schaufel dazu vollständig aus einem elastischen Material bestehen. Wenn sich die Schaufelkette durch das durchströmende Fluid bewegt wird, dann gleitet jede Schaufel in bzw. mit ihrem äußeren Randbereich an einer entsprechenden Innenkontur bzw. -wand entlang. Durch diese Ausbildung der Schaufeln ist ein besonders effizientes Antreiben der Schaufelkettenvorrichtung und somit ein besonders effizientes Erzeugen von elektrischer Energie bei einer gegebenen Fluidströmung möglich.
Nach einer weiter vorteilhaften Ausführungsform sind die Schaufeln der Vielzahl von Schaufeln der Schaufelkette entlang der Schaufelkette äquidistant zueinander angeordnet. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Bewegung des Schaufelkette und somit eine gleichmäßige Versorgung eines angeschlossenen elektrisch betreibbaren Bauelements oder des fluiddurchströmbaren, elektrisch betreibbaren Bauelements mit elektrischer Energie.
Nach einer weiter vorteilhaften Ausführungsform weist die Schaufelkette eine Vielzahl von Magnetelementen, insbesondere Permanentmagnete, auf, wobei die Magnetelemente entlang der Schaufelkette äquidistant zueinander angeordnet sind. Die Schaufelkette kann eine Vielzahl von Kettengliedern umfassen, wobei jedem Kettenglied der Vielzahl von Kettengliedern ein Magnetelement zugeordnet sein kann. Die Magnetelemente können an den Kettengliedern der Schaufelkette angeordnet sein.
Alternativ weist nach einer weiter vorteilhaften Ausführungsform jede Schaufel der Vielzahl von Schaufeln der Schaufelkette ein Magnetelement auf. Die Magnetelemente der Vielzahl von Magnetelementen können jeweils in die Schaufel eingegossen sein, insbesondere spritzgusstechnisch.
Nach einer weiter vorteilhaften Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Schaufelkettenvorrichtung eine Spule, wobei die Spule von außen zumindest um einen Teilabschnitt des Kanals gewickelt ist und wobei die Spule dazu ausgebildet ist, wenn die Schaufelkette angetrieben wird, eine elektrische Spannung zu induzieren. Die Induktion der elektrischen Spannung wird durch die Bewegung der Magnetelemente durch die Spule hindurch bewirkt. Auf diese Weise ist es durch die erfindungsgemäße Schaufelkettenvorrichtung möglich, elektrische Energie zu erzeugen.
Nach einer weiter vorteilhaften Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Schaufelkettenvorrichtung einen wiederaufladbaren Speicher für elektrische Energie. Die Schaufelkette, gegebenenfalls die Arbeitsmaschine und der Speicher erlauben es im gemeinsamen Zusammenwirken, den Speicher wiederholt aufzuladen. Daher reicht es aus, wenn der Speicher des erfindungsgemäßen Bauelements eine vergleichsweise kleine elektrische Kapazität aufweist. Das erfindungsgemäße Bauelement ist daher relativ kompakt in seiner Bauweise. Der Speicher kann zumindest einen Akkumulator, das heißt zumindest eine wiederaufladbare Batterie, umfassen. Der Akkumulator weist insbesondere eine elektrische Kapazität maximal 4500 mAh (Milliamperestunden), insbesondere von 1500 bis 4500 mAh, weiter insbesondere von 2000 bis 4000 mAh, vorzugsweise von 2500 bis 3500 mAh auf. Der Akkumulator kann beispielsweise vom Typ 18650 mit 3500 mAh und 3,7 V (Volt) sein. Insbesondere handelt es sich um einen Akkumulator mit einer standardisierten elektrischen Kapazität und einer standardisierten Dimen- sionierung bzw. Baugröße. Dies hat zum Vorteil, dass der Speicher, beispielsweise im Falle eines Defekts, auf einfache Weise ersetzt werden kann und sich so der Wartungs- bzw. Reparaturaufwand reduziert. Der Akkumulator ist somit im Vergleich zu Batterien, die beispielsweise in bekannten Wasserzählern vorgesehen sind, von einer kleineren elektrischen Kapazität und von einer kleineren baulichen Dimensionierung. Dadurch, dass der Akkumulator durch die erzeugte elektrische Energie wiederaufladbar ist, reicht eine vergleichsweise kleine elektrische Kapazität aus, um den Betrieb von elektrisch betreibbaren Bauelementen zu gewährleisten.
Die erfindungsgemäße Schaufelkettenvorrichtung kann eine Steuerungseinheit umfassen, die insbesondere dazu eingerichtet ist, den Lade- und Entladeprozess des wiederaufladbaren Speichers für elektrische Energie zu steuern. Die Steuerungseinheit kann ein Laderegler sein, der dazu eingerichtet ist, ein Überladen des wiederaufladbaren Speichers für elektrische Energie zu verhindern. Auf diese Weise kann das fluiddurchströmbare, elektrisch betreibbare Bauelement ausfallsicher betrieben werden.
Nach einer weiter vorteilhaften Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Schaufelkettenvorrichtung, insbesondere sofern sie die vorgenannte Vielzahl von Magnetelementen umfasst, dazu ausgebildet, die Strömungsgeschwindigkeit eines durchströmenden Fluids zu messen. Insbesondere ist die induzierte elektrische Spannung als ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit eines durchströmenden Fluids interpretierbar. Die auf diese Weise ausgeführte Schaufelkettenvorrichtung erfüllt demnach eine Doppelfunktion, nämlich das Erzeugen von elektrischer Energie und das Messen der Strömung des Fluids. Dies erübrigt die Anschaffung einer gesonderten Vorrichtung bzw. eines gesonderten Geräts zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit des durchströmenden Fluids. So kann insgesamt der Installations- und Bauraumaufwand reduziert werden. Nach einer weiter vorteilhaften Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Schaufelkettenvorrichtung einen Hall-Sensor. Der Hall-Sensor kann von außen an dem Kanal angeordnet sein, insbesondere an den Kanal geklebt oder an den Kanal geschraubt sein. Der Hall-Sensor ist dazu eingerichtet, die Anwesenheit eines Magnetelements, das heißt die räumliche Nähe eines Magnetelements zu dem Hall-Sensor zu erfassen. Über eine definierbare Zeitspanne hinweg zählt der Hall-Sensor oder eine dazu eingerichtete, mit dem Hall-Sensor verbundene Steuerungseinheit die Anzahl der Erfassungen der beschriebenen räumlichen Nähe. Da die Magne- telemente an der Schaufelkette angeordnet sind, das heißt fest mit der Schaufelkette verbunden sind, ist der Hall-Sensor auch dazu eingerichtet, über die Frequenz der Erfassungen der beschriebenen räumlichen Nähe die Bewegungsgeschwindigkeit der Schaufelkette zu bestimmen. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Schaufelkette ist wiederum ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit des durchströmenden Fluids. Die Frequenz der Erfassungen entspricht der Anzahl der Erfassungen innerhalb einer definierbaren Zeitspanne, beispielsweise innerhalb einer Minute. Der Hall-Sensor arbeitet kontaktlos, sodass kein mechanischer Verschleiß stattfindet und die Wartung in einem vergleichsweise geringfügigen Ausmaß durchgeführt werden kann. Der Hall-Sensor erlaubt eine Messung von besonders kleinen Strömungsgeschwindigkeiten des durchströmenden Fluids. So können beispielsweise auch kleine Leckagen erkannt werden.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares Bauelement, umfassend eine voranstehend beschriebene Schaufelkettenvorrichtung, vorgeschlagen. Die in Bezug auf die voranstehend beschriebene Schaufelkettenvorrichtung genannten Erläuterungen und Vorteilsangaben gelten grundsätzlich auch in Bezug auf das fluiddurchströmbare, elektrisch betreibbare Bauelement, umfassend die voranstehend beschriebene Schaufelkettenvorrichtung. Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand einer Figur näher erläutert. Darin ist eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung gezeigt, wobei die Erfindung nicht auf diese vorteilhafte Ausführungsform beschränkt ist. Gleiche Bauteile sind in der Figur mit den gleichen Bezugszeichen versehen und sind daher grundsätzlich nur einmal benannt bzw. erwähnt. Es zeigt im Einzelnen die einzige Figur eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaufelkettenvorrichtung in einer schematischen Seitenansicht im Längsschnitt.
Die einzige Figur zeigt eine Schaufelkettenvorrichtung 1, die in eine fluiddurchströmbare Leitung 2 eingebaut ist. Die Leitung 2 weist eine Öffnung 3 auf, in die die Schaufelkettenvorrichtung 1 eingesetzt ist. Die Schaufelkettenvorrichtung 1 umfasst ein Gehäuseelement 4.
Die Schaufelkettenvorrichtung 1 umfasst weiter eine zu einem Ring geschlossene Schaufelkette 5 mit einer Vielzahl von Schaufeln 6 und einen ringförmigen Kanal 7 zur Führung der Schaufelkette 5. Der Kanal 7 ist teilweise durch das Gehäuseelement 4 und teilweise durch die Leitung 2 gebildet. Die Schaufelkettenvorrichtung 1 ist dazu ausgebildet, wenn Fluid die Leitung 2 in Strömungsrichtung 8 durchströmt, elektrische Energie zu erzeugen.
Jede Schaufel 6 ist anströmseitig konkav gekrümmt ausgebildet. Jede Schaufel 6 ist außerdem derart ausgebildet, dass sie in ihrem äußeren Randbereich gegen die Innenseite des Kanals 7 und gegen die Innenseite der Leitung 2 abdichtet. Dazu weist jede Schaufel 6 in ihrem äußeren Randbereich elastisches Material auf. Die Schaufeln 6 sind entlang der Schaufelkette 5 äquidistant zueinander angeordnet. Jede Schaufel 6 weist ein Magnetelement 9 auf. Des Weiteren umfasst die Schaufelkettenvorrichtung 1 eine Spule 10, wobei die Spule 10 von außen zumindest um einen Teilabschnitt des Kanals 7 gewickelt ist und wobei die Spule 10 dazu ausgebildet ist, wenn die Schaufelkette 5 angetrieben wird, eine elektrische Spannung zu induzieren. Weiterhin umfasst die Schaufelkettenvorrichtung 1 einen Hall-Sensor 11.
Bezugszeichenliste
1 Schaufelkettenvorrichtung
2 Fluiddurchströmbare Leitung 3 Öffnung der fluiddurchströmbaren Leitung
4 Gehäuseelement
5 Schaufelkette
6 Schaufeln
7 Ringförmiger Kanal 8 Strömungsrichtung des Fluids
9 Magnetelement
10 Spule
11 Hall-Sensor

Claims

Patentansprüche Schaufelkettenvorrichtung (1) für eine fluiddurchströmbare Leitung (2) oder für ein fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares Bauelement, umfassend eine zu einem Ring geschlossene Schaufelkette (5) mit einer Vielzahl von Schaufeln (6) und einen ringförmigen Kanal (7) zur Führung der Schaufelkette (5), wobei die Schaufelkettenvorrichtung (1) dazu ausgebildet ist, wenn Fluid die Leitung (2) oder das elektrisch betreibbare Bauelement durchströmt, elektrische Energie zu erzeugen. Schaufelkettenvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei jede Schaufel (6) anströmseitig konkav gekrümmt ausgebildet ist. Schaufelkettenvorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei jede Schaufel (6) derart ausgebildet ist, dass sie in ihrem äußeren Randbereich gegen die Innenseite des Kanals (7) und/oder der Leitung (2) und/oder einer in dem elektrisch betreibbaren Bauelement ausgebildeten Kavität und/oder eines Hohlraums, der durch den Kanal (7) und durch eine in dem elektrisch betreibbaren Bauelement ausgebildeten Kavität gebildet ist, abdichtet. Schaufelkettenvorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Schaufeln (6) entlang der Schaufelkette (5) äquidistant zueinander angeordnet sind. Schaufelkettenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Schaufelkette (5) eine Vielzahl von Magnetelementen (9) aufweist, wobei die Magnetelemente entlang der Schaufelkette äquidistant zueinander angeordnet sind. Schaufelkettenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jede Schaufel ein Magnetelement (9) aufweist. Schaufelkettenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, umfassend eine Spule (10), wobei die Spule (10) von außen zumindest um einen Teilabschnitt des Kanals (7) gewickelt ist und wobei die Spule (10) dazu ausgebildet ist, wenn die Schaufelkette (5) angetrieben wird, eine elektrische Spannung zu induzieren. Schaufelkettenvorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, umfassend einen wiederaufladbaren Speicher für elektrische Energie. Schaufelkettenvorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, die dazu aus- gebildet ist, die Strömungsgeschwindigkeit eines durchströmenden Fluids zu messen. Schaufelkettenvorrichtung (1) nach Anspruch 9, umfassend einen Hall-Sensor (11). Fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares Bauelement, umfassend eine Schaufel- kettenvorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche.
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