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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine mit einem Sensor zur Volumenstrommessung
versehene Armatur gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Derartige
Armaturen, die als separate Bauteile, jedoch auch in Kombination
mit Ventilen eingesetzt werden, dienen der Einmessung einer Anlage, beispielsweise
einer Heizungs-, Kälte-
und Brauchwasseranlage, im Sinne eines hydraulischen Abgleichs,
wobei durch die Volumenstrommessung die Regelung eines Soll-Durchflusses möglich ist.
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Üblicherweise
wird die der Volumenstrommessung zugrunde liegende Messung der Strömungsgeschwindigkeit
mittels des kalorimetrischen Prinzips oder magnetisch-induktiv durchgeführt, wobei
ein entsprechend ausgebildeter Sensor in den Strömungsraum ragt, in dem er von
dem Medium umströmt
wird. Eine solche Armatur ist als Strangregulierarmatur aus der
EP 0 946 910 A1 bekannt.
Auch in der
EP 652 420
A1 sowie der
DE
199 13 968 A1 sind Sensoren zur Volumenstrommessung gezeigt und
beschrieben, die in den Strömungsraum
ragen, wobei in der letzt genannten Literatur zusätzlich ein Sensor
zur Wärmeleitfähigkeitsmessung
vorgesehen ist, der ebenfalls in den Strömungsraum ragt.
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Allerdings
ergeben sich bei diesen bekannten Konstruktionen hinsichtlich einer
dauerhaften Funktionsfähigkeit
Probleme, da die ausdrücklich
in den Strömungsraum
ragenden Sensoren mit zunehmender Zeitdauer, in der sie von dem
Medium umspült
werden, durch Ablagerungen verschmutzen, so dass eine zuverlässige Funktion
nicht gewährleistet ist.
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Unabhängig davon,
dass der Zeitpunkt, wann eine verschmutzungsbedingte Fehlmessung durchgeführt wird,
nicht genau ermittelbar ist, ist auch die Beseitigung der Verschmutzungen,
die sich häufig
als Verkrustungen ablagern, äußerst problematisch.
Darüber
hinaus verändern
sich die Sensoreigenschaften in der Zeit zwischen den mechanischen oder
chemischen Reinigungsprozeduren ständig.
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Vielfach
ist es sogar erforderlich, dass der komplette Sensor ausgetauscht
werden muss. In jedem Fall ist eine Demontage des Sensors erforderlich,
was mit einem erheblichen Arbeitsaufwand verbunden ist, der den
Betrieb der Armatur ungünstig beeinflusst
und zu einem im Grunde nicht akzeptablen Kostenfaktor führt, der
die als Serviceleistung einzustufende Messung in ihrer wirtschaftlichen
Akzeptanz behindert.
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Da,
wie bereits ausgeführt,
Volumenstromsensoren, die nach dem kalorimetrischen Prinzip arbeiten,
zur vollen Funktionsfähigkeit
auf einen gleichbleibenden Wärmeübergang
zum Medium angewiesen sind, ändern
solche kalorimetrischen Volumenstromsensoren ihre Charakteristiken
in Abhängigkeit von
der Wärmeleitfähigkeit
des Mediums.
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Nicht
immer ist die Wärmeleitfähigkeit
des in einer Rohrleitung fließenden
Mediums bekannt, so dass diese für
eine genaue Messung vorab bestimmt werden muss.
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Da
das Medium, üblicherweise
Wasser und Verunreinigungen aufweist und mit Zusätzen wie Glykol oder dergleichen
versetzt ist, die die Wärmeleitfähigkeit
gegenüber
reinem Wasser verändern,
ist die tatsächliche
Wärmeleitfähigkeit
des Me diums zu bestimmen, was bislang nur mit einem erheblichen
apparativen Aufwand möglich
ist.
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Hierzu
zählt auch
die in der genannten
DE 199
13 968 A1 beschriebene Anordnung von zwei separaten Sensoren,
von denen einer der Volumenstrommessung und der andere der Wärmeleitfähigkeitsbestimmung
dient.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Armatur
der gattungsgemäßen Art
so weiter zu entwickeln, dass ihre Verwendungsfähigkeit verbessert, ihr Betrieb
optimiert und ihre Störanfälligkeit
vermindert wird.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Armatur gelöst, die die Merkmale des Anspruchs
1 aufweist.
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Mit
einer in diesem Sinne ausgebildeten Armatur ist nun mit einem einzigen
Sensor neben der Volumenstrommessung auch die Wärmeleitfähigkeitsbestimmung des den
Strömungsraum
durchströmenden
Fluiden Mediums durchführbar.
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Dabei
zeichnet sich die Armatur vor allem dadurch aus, dass sie mit überraschend
einfachen baulichen Maßnahmen
diese erweiterte Aufgabe zu erfüllen
vermag.
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Hierdurch
ergeben sich sowohl Handhabungsvorteile gegenüber dem geschilderten Stand der
Technik wie auch Herstellungsvorteile, die letztendlich zu einer
Verringerung der Betriebskosten insgesamt führen.
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In
Nichtgebrauchsstellung verbleibt der Sensor außerhalb des freien Strömungsraumes,
so dass die zum Stand der Technik genannten Probleme hinsichtlich
einer Verschmutzung durch das Medium nicht eintreten.
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Lediglich
zur Volumenstrommessung bzw. zur Probenentnahme für die Wärmeleitfähigkeitsmessung
wird der Sensor in den freien Strömungsraum geführt, das
heißt
in das strömende
Medium eingetaucht.
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Nach
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Probenkammer aus einer sich in Strömungsrichtung erstreckenden Querbohrung
besteht, die beidseitig offen ist und nach einem Eintauchen in den
Strömungsraum
zurückgezogen
wird unter Mitnahme der Probe bei gleichzeitiger Abschottung der
beiden Öffnungen durch
ein den Sensor umgebendes Lagergehäuse.
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In
dieser Position ist das Medium in der Probenkammer beruhigt, so
dass mittels eines beispielsweise Thermoelements, das die Probenkammer
teilweise beheizt, eine entsprechende Wärmeleitfähigkeitsmessung durchgeführt werden
kann.
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Zur
Volumenstrommessung wird der Sensor soweit in den Strömungsraum
eingetaucht, dass die besagte Querbohrung von dem geführten Medium durchströmt wird.
Durch das Thermoelement wird ein Verluststrom ermittelt, der sich
durch die elektrische Aufheizung des Thermoelementes in Verbindung
mit der Strömungsgeschwindigkeit
des Mediums ergibt.
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Der
Sensor ist vorzugsweise federnd axial verschiebbar in dem Lagergehäuse gehalten,
mit dem im übrigen
eine Rechnereinheit mit Datenspeicher, Auswerteeinheit und angeschlossener
Anzeige direkt oder indirekt verbindbar ist. Zweckmäßigerweise
ist die Rechnereinheit an ein Druckstück angeschlossen, mit dem der
Sensor axial bewegbar ist.
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Dabei
kann der Sensor in eine in den Strömungsraum eingetauchte Funktionsstellung
gebracht und dort gegen die Federkraft gehalten werden, wozu das
Druckstück
durch geeignete Verbindungsmittel im Lagergehäuse gehalten wird.
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Beim
Lösen dieser
Verbindung und Herausziehen aus dem Lagergehäuse gleitet der Sensor selbsttätig durch
den Federdruck in eine Position, in der in der beschriebenen Weise
eine Wärmeleitfähigkeitsmessung
durchgeführt
werden kann.
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Bei
Nichtgebrauch ist das Druckstück
entnehmbar und an anderer Stelle, das heißt an einer anderen Armatur
einsetzbar, so dass für
eine Vielzahl von Armaturen lediglich ein Druckstück bereit
gestellt werden muss, das vorzugsweise mit einem Datenspeicher in
Wirkverbindung bringbar ist, in dem armaturspezifische Daten abgelegt
sind.
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Als
Armatur sind nicht nur Absperrorgane wie Ventile oder dergleichen
zu sehen, sondern durchaus auch Rohrleitungsabschnitte, in deren
Gehäusewandung
erfindungsgemäße Sensoren
eingebaut sind.
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Weitere
vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 und 2 jeweils einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Armatur
in unterschiedlichen Funktionsstellungen des Sensors
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3 bis 8 verschiedene Ausführungsbeispiele des Sensors,
jeweils in einem Längsschnitt dargestellt
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In
den 1 und 2 ist eine Armatur in Form eines
Hubventiles dargestellt, die ein Gehäuse 1 aufweist, das
einen Strömungsraum 2 umschließt, durch den
ein fluides Medium wie Wasser zum Betrieb einer Heizungsanlage führbar ist.
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In
der Wandung des Gehäuses 1 ist
ein Lagergehäuse 5 befestigt,
in dem ein axial verschiebbarer Sensor 3, mit dem eine
Volumenstrom- und Wärmeleitfähigkeitsmessung
durchführbar
ist, gelagert ist. Dabei ist der Sensor 3 gegen die Kraft
einer Druckfeder 6 in den Strömungsraum 2 aus dem
Lagergehäuse 5 herausdrückbar, wobei
dann eine Querbohrung 4 freigelegt ist, die sich quer zur
Längsachse
des Sensors 3 erstreckt.
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In
Nichtsfunktionsstellung, entsprechend der 1, ist der Sensor aus dem Strömungsbereich
herausgenommen und die Querbohrung 4, wie in der 1 erkennbar, von dem Lagergehäuse 5 überdeckt.
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Für die Durchführung einer
Volumenstrommessung wird der Sensor mittels eines nicht dargestellten,
mit dem Lagergehäuse
verschraubten Druckstücks
in den Strömungsraum 2 gedrückt, wobei
gleichzeitig die Querbohrung 4 freigelegt wird, deren Längsachsrichtung
sich dann in Strömungsrichtung
erstreckt.
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Zur
Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit
des Mediums, die vor einer Volumenstrommessung bekannt sein muss,
wird der Sensor 3 durch die Druckfeder 6 in das
Lagergehäuse 5 geschoben,
so dass anhand der dann in der Querbohrung befindlichen beruhigten
Probe des Mediums dessen Wärmeleitfähigkeit
festgestellt werden kann.
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Hierzu
ist partiell ein oberer Bereich 7 der Querbohrung mittels
eines Thermoelementes 9 beheizbar. Die ermittelten Werte
werden über
geeignete Übertragungsmittel
an eine Rechnereinheit übermittelt.
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Nach
Feststellung der Wärmeleitfähigkeit des
Mediums wird in der beschriebenen Art und Weise der Sensor 3 wiederum
in den Strömungsraum 2 geschoben,
so dass das Medium die dann freiliegende Querbohrung 4 durchströmen kann.
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Mit
Hilfe des Thermoelementes 9 kann über einen ermittelten Heizstromabfall,
der abhängig
ist von der Strömungsgeschwindigkeit
des Mediums, die Volumenstrommessung durchgeführt werden.
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In
Nichtgebrauchsstellung wird der Sensor 3 durch die Druckfeder 6 in
das Lagergehäuse 5 zurückgedrückt, so
dass er davon vollständig
ummantelt ist.
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Bei
dem in der 3 gezeigten
Ausführungsbeispiel
liegt das Thermoelement 9 auf einem Auflager 8,
das durch die Wandung der Querbohrung 4 gebildet ist, wobei
diese Wandung so konfiguriert ist, dass sich ein enger thermischer
Kontakt mit dem oberen Bereich der Querbohrung 4 ergibt.
Hierbei besteht der Sensor 3 aus einem gut wärmeleitfähigen Material,
vorzugsweise Metall.
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Bei
dem in der 4 gezeigten
Ausführungsbeispiel
des Sensors 3 besteht dieser im wesentlichen aus Kunststoff,
während
ein topfartiger Einsatz 12 aus vorzugsweise Metall gebildet
ist, dessen Boden den oberen Bereich der Querbohrung 4 dargestellt,
der von dem Medium kontaktiert wird, während die gegenüberliegende,
sozusagen innere Seite des Bodens das Auflager 8 für das Thermoelement 9 bildet.
Im übrigen
ist die Strömungsrichtung des
Mediums mit dem Bezugszeichen 11 verdeutlicht.
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Während der
Einsatz 12 bei dem in der 4 gezeigten
Beispiel als separates Teil nachträglich in den Sensor 3 eingesetzt
ist, ist bei der in der 5 gezeigten
Ausführung
ein aus Metall bestehender Träger 14 und
das darauf aufliegende Thermoelement 9 beispielsweise durch
Umspritzen des aus Kunststoff bestehenden Sensors 3 im übrigen hergestellt.
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Im
Gegensatz zu den in den 3 bis 5 gezeigten Beispielen kommt
das Thermoelement 9 bei dem in den 7 und 8 dargestellten
Ausführungen unmittelbar
mit dem Medium in Berührung.
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Hierzu
ist das Thermoelement 9 gemäß 7 in einen beispielsweise aus Kunststoff
bestehenden Halter 15 eingegossen und ragt bereichsweise
in die Querbohrung 4. Die elektrischen Anschlüsse an Kabel 16 sind
dabei von dem Halter 15 dichtend umschlossen. Dieser kann überdies
mit dem Sensor 3 im übrigen,
der auch aus Kunststoff bestehen kann, verklebt oder durch Umspritzen
fest verbunden sein.
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In
der 8 ist das Thermoelement 9 mit seinen
elektrischen Anschlüssen
direkt in den aus Kunststoff bestehenden Sensor 3 im übrigen eingegossen,
während
der elektrisch und thermisch aktive Bereich des Thermoelementes 9 in
die Querbohrung 4 ragt. Dabei sind die das Medium kontaktierenden Bereiche
des Thermoelementes 9, ebenso wie bei dem Sensor nach 7 von einer schützenden
Isolationsschicht bedeckt.
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Der
dem Strömungsraum 2 der
Armatur zugewandte Endbereich des Sensors 3 ist mit einer
umlaufenden Nut 10 versehen, in die ein Dichtungsring 13 eingesetzt
ist, durch den der Sensor 3 bei in das Lagergehäuse 5 eingezogener
Stellung gegenüber dem
Strömungsraum 2 abgedichtet
ist. Dies ist besonders deutlich in der 6 zu erkennen, wobei (A) eine eingefahrene
Stellung des Sensors 3 wiedergibt, während (B) eine Stellung zeigt,
in der der Sensor 3 in den Strömungsraum 2 des Gehäuses 1 ragt.
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Diese
Position (B) wird nur kurzzeitig eingenommen und zwar zum einen,
wie bereits erwähnt zur
Volumenstrommessung und zum anderen zur Probenentnahme. Diese kurze
Verweildauer reicht nicht aus, zur Anlagerung von Verschmutzungen
und damit zur Beeinträchtigung
der Funktionsfähigkeit. Im „Normalfall" ist der Sensor entsprechend
(A) der 6 von dem Lagergehäuse 5 umhüllt.
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Strömungsraum
- 3
- Sensor
- 4
- Querbohrung
- 5
- Lagergehäuse
- 6
- Druckfeder
- 7
- Oberer
Bereich
- 8
- Auflager
- 9
- Thermoelement
- 10
- Nut
- 11
- Strömung
- 12
- Einsatz
- 13
- Dichtring
- 14
- Träger
- 15
- Halter
- 16
- Kabel