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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine elektromagnetische Behandlung eines in einem Rohr strömenden Fluids in einem elektromagnetischen Feld einer Spule.
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Neben der Demineralisierung von Fluiden, insbesondere der Entkalkung von Wasser, in dem elektrischen Feld eines Plattenkondensators, bspw. gem.
DE 198 32 822 A1 , sind Vorrichtungen bekannt, bei denen um ein Rohr einer Wasserleitung, insbesondere aus einem Metall, eine Spule gewickelt ist. An eine solche Spule wird eine elektrische Wechselspannung angeschlossen, die für den Aufbau eines elektromagnetischen Feldes im Umfeld der Spule sorgt. Dabei verlaufen die Feldlinien des elektromagnetischen Feldes im wesentlichen parallel zu der Erstreckung des Rohres und erfolgt in dem elektromagnetischen Feld der Spule die Behandlung des das Rohr und die Spule durchströmenden Fluids.
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Die bekannten Vorrichtungen und Verfahren für die Behandlung von Fluiden in dem elektromagnetischen Feld einer Spule sind für Rohre kleinen Durchmessers und eines geringen Massendurchsatzes, beispielsweise für die Wasserversorgung eines Einfamilienhauses oder dergleichen, geeignet. Für Rohre größerer Nennweiten, wie sie in der Abwassertechnik Verwendung finden, beispielsweise mit Durchmessern von mehr als 40 cm, die einen entsprechend großen Massendurchsatz erlauben, haben sie sich aber als wenig effizient erwiesen. Das Feld der auf ein solches Rohr großer Nennweite aufgebrachten Spule, deren Feldlinien bei Erregung im wesentlichen parallel zu dem Rohr verlaufen, ist bei derartigen Spulendurchmessern weitgehend wirkungslos auf das durchströmende Fluid. Dies gilt auch dann, wenn der elektrische Spulenstrom sehr groß ist, der bei derartigen Geometrien dann lediglich zunehmend Verluste in Form von wärme generiert.
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Vor diesem technischen Hintergrund macht die Erfindung es sich zur Aufgabe, eine energetisch günstig zu betreibende und doch wirksame Vorrichtung der eingangs genanten Art für eine elektromagnetische Behandlung von Fluiden zur Verfügung zu stellen, die Rohre großer Durchmesser durchströmen, wie sie beispielsweise in der Abwassertechnik Verwendung finden.
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Gelöst wird diese technische Problematik bei einer Vorrichtung für die elektromagnetische Behandlung eines in einem Rohr strömenden Fluids in einem elektromagnetischen Feld einer Spule gemäß des Anspruchs 1 durch die Merkmale, dass ein gebogener oder ein biegbarer Träger mit Erregerspulen versehen ist, dass die Feldlinien der Erregerspulen bei einem auf das Rohr montierten Träger radial zu dem Rohr ausgerichtet sind und dass Verbindungsmittel vorgesehen sind, einen oder mehrere Träger über den Umfang eines Rohrs zu verbinden.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung weist eine Vielzahl von Vorteilen auf. Insbesondere bedarf es keinerlei Wicklungen einer Spule auf einem Rohr vor Ort, sondern kann vielmehr die Vorrichtung nach der Erfindung, vorzugsweise für genormte Durchmesser, industriell mit hoher Präzision vorgefertigt werden. Vor Ort bedarf es dann lediglich des Anlegens eines oder mehrere Träger an das Rohr und des Schließens der Verbindungsmittel, so dass der Träger manschettenartig das Rohr umschließt. Diese Verbindungsmittel können vielfältig ausgebildet sein, beispielsweise in einfacher Form durch Abwinklungen der aufeinander zuweisenden, axial zu dem Rohr sich erstreckenden Schmalseiten des Trägers, die miteinander verschraubt werden. Alternativ sind Spannbänder oder dergleichen auch möglich, die die Ausbildung eines Trägers, zumindest in gewissem Umfang, auch für unterschiedliche Rohrdurchmesser erlauben.
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Für das Festlegen der Vorrichtung nach der Erfindung an einem Rohr bieten sich dabei zwei Varianten an. So kann zum einen vorgesehen sein, dass ein Träger auf dem Rohr aufliegend ausgebildet ist. Es wird dann der Träger vorzugsweise aus einem magnetisierbaren Material sein, insbesondere aus einem Metall, so dass durch den Träger ein magnetischer Kreis geschlossen werden kann. Solches kann die Wirkung der Vorrichtung nach der Erfindung auf das Fluid erheblich verstärken.
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Bevorzugt ist vorgesehen, insbesondere bei magnetisierbaren Rohren aus Metall, beispielsweise aus Eisen oder auch bestimmten, magnetisierbaren Stahllegierungen, dass der Träger radial außen liegend die Erregerspulen unmittelbar an dem Rohr hält, durch das dann ein magnetische Kreis geschlossen werden kann.
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Unabhängig davon werden die Erregerspulen auf dem Träger gleich beabstandet angeordnet sein, so dass, über den Umfang des Rohres gesehen, diese in einer gleichmäßigen Teilung angeordnet sind, womit sich eine wirksame Feldverteilung über den Rohrquerschnitt einstellt.
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In konstruktiver Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Erregerspule einen in einer Ansicht E-förmigen Spulenkern aufweist. Ein solcher Spulenkern kann zwei Wicklungspakete tragen, wobei bevorzugt auf den mittleren, frei endenden Schenkeln ein erstes Wicklungspaket aufgebracht ist, das den Raum zwischen dem mittleren Schenkel und den äußeren frei endenden Schenkeln weitestgehend vollständig ausfüllt. Es setzt sich dann das erste Wicklungspaket in einem zweiten Wicklungspaket fort, das von außen auf die beiden äußeren, frei endenden Schenkel und gegebenenfalls das die Schenkel verbindende Joch aufgebracht ist. Hierdurch wird eine vergleichsweise flache Erregerspule ausgebildet, die, bei montiertem Träger, vorzugsweise mit den frei endenden Schenkeln auf das Rohr hinweisend an dem Träger festgelegt ist.
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Alternative Verschaltungen der zwei Wicklungspakete des Kerns sind gleichfalls möglich, wie auch unterschiedliche Schaltungen der Erregerspulen bzw. Wicklungspakete in Reihe bzw. parallel über den Umfang.
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In weiterer konstruktiver Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung ist vorgesehen, dass die Erregerspulen mit einem geschalteten Gleichstrom beaufschlagt werden. Hierbei erfolgt ein Polaritätswechsel, vorzugsweise mit Frequenzen zwischen 1.000 Hz und 2.000 Hz, mithin erfolgt eine Beaufschlagung der Erregerspulen mit einer Rechteckspannung hoher Frequenz.
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Um den elektrischen Energieverbrauch zu reduzieren, ist weiter vorgesehen, dass die Erregerspulen nur bei einem strömenden Fluid elektrisch erregt werden. Hierzu kann eine Energieversorgung mit beispielsweise einem Schieber einer Rohrleitung oder dergleichen gekoppelt sein, so dass nur bei geöffnetem Schieber die Erregerspulen mit elektrischer Energie beaufschlagt werden. Insbesondere ist dabei jedoch daran gedacht, dass ein strömendes Fluid durch einen akustischen Sensor detektiert wird. Hierzu kann ein empfindliches Mikrofon, ein Piezo-Wandler oder dergleichen Sensor an dem Rohr festgelegt sein, stromauf der Vorrichtung nach der Erfindung, dessen elektrisches Ausgangssignal entsprechend verstärkt und gefiltert die Energieversorgung der Erregerspulen schaltet.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, in der lediglich Ausführungsbeispiele schematisch und insbesondere nicht maßstabsgerecht dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt:
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1: eine Draufsicht auf eine Vorrichtung nach der Erfindung,
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2: eine axiale Ansicht einer an einem Rohr angebrachten Vorrichtung,
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3: eine erste Ansicht eines Kerns einer Erregerspule,
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4: eine Ansicht des Kerns gemäß des Pfeils IV in 3,
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5: eine Erregerspule und
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6: ein vereinfachtes, elektrisches Schaltbild für die Detektierung eines strömenden Fluids.
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In der Zeichnung zeigt 1 in einer Draufsicht eine abgewickelte Vorrichtung 1, wie sie vorkonfektioniert für unterschiedlichste Rohrdurchmesser fabrikmäßig hergestellt werden kann. An einem bandartigen Träger 2 sind bei dem Ausführungsbeispiel vier Erregerspulen 3–6 derart gleich beabstandet angeordnet, dass sie, über den Umfang eines Rohrs 7, vergleiche 2, in einer regelmäßigen Teilung hier von 90° angeordnet sind.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 ist der Träger 2 aus einem leicht biegbaren Metall, das insbesondere magnetisierbar ist, wodurch ein magnetischer Kreis um das Rohr 7 geschlossen werden kann, so dass das Rohr 7 aus einem beliebigen Material, auch bspw. einem nicht magnetisierbaren Kunststoff gefertigt sein kann.
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Alternativ kann ein Träger auch radial innen, unmittelbar auf dem Rohr liegend angeordnet die Erregerspulen tragen.
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Unabhängig hiervon kann ein Träger aber auch aus einem Kunststoff, einem nichtmagnetisierbaren Metall oder dergleichen grundsätzlich hergestellt sein. In solch einem Fall kann beispielsweise durch ein Rohr aus Metall ein magnetischer Kreis geschlossen werden kann.
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Die Breite des Trägers 2 ist wenig kritisch. So zeigt die 1 in der linken Bildhälfte eine streifenartige, sehr schmale Ausbildung, so dass axial mit Bezug auf das Rohr 7 die Erregerspulen 3–6 dem Träger 2 vorstehen. Die rechte Bildhälfte zeigt eine breite, eher bandartige Ausbildung des Trägers 2, so dass die Erregerspulen über ihre axiale Erstreckung vollflächig von dem Träger 2 überdeckt werden.
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An den Schmalseiten 8, 9 des Trägers 2 sind Verbindungsmittel 10, 11 angeordnet, mit denen ein oder mehrere der Träger 2, manschettenartig um ein Rohr 7 gelegt, miteinander verbunden werden können. Bei dem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 sind gem. 2 die Verbindungsmittel 10, 11 einfach gehalten und werden durch zwei Abwinklungen 12, 13 ausgebildet, die durch Schrauben 14 zusammengehalten werden.
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Vielfältige weitere Verbindungsmittel wie Klammern, Klemmen oder dergleichen mehr, insbesondere auch Toleranzen des Rohrdurchmessers ausgleichende Spannelemente, sind gleichfalls problemlos möglich.
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2 zeigt ferner auf, dass die lediglich angedeuteten Feldlinien 15–18 der Erregerspulen 4–6 bei einer auf ein Rohr 7 montierten Vorrichtung 1 radial zu dem Rohr 7 ausgerichtet sind. Die Längsachsen 19–22 der Erregerspulen 3–6, vgl. 1, erstrecken sich hingegen parallel zur Achse 23 des Rohrs 7.
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Anhand der 3 bis 5 wird die konstruktive Ausgestaltung eine Erregerspule 25 weiter erläutert.
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Die Ansicht gemäß 3 zeigt auf, dass die Erregerspule 25 gem. 5 mit einem E-förmigen Kern 26 versehen ist. Der mittlere, frei endende Schenkel 27 weist einen runden Querschnitt auf und trägt ein erstes Wicklungspaket 28. Das erste Wicklungspaket 28 ist im wesentlichen ringförmig ausgebildet, weshalb die außen liegenden, frei endenden Schenkel 29, 30 innenseitig mit zu dem inneren Schenkel 27 von kreisförmigem Querschnitt koaxiale Ausrundungen 31, 32 aufweisen.
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Die Draufsicht auf die Erregerspule 25 gemäß 5 zeigt weiter, dass die Spulenwicklung von dem ersten Wicklungspaket 28 auf dem inneren Schenkel 27 auf ein zweites Wicklungspaket 33 überspringt, angedeutet durch die verstärkte Linienführung im oberen Bereich der 5. Das zweite Wicklungspaket 33 ist dabei radial außen um die äußeren, frei endenden Schenkel 29, 30 gewickelt. Dieses zweite Wicklungspaket 33 kann ferner eine Höhe über dem Träger 2 aufweisen, die der gesamten Höhe der Schenkel 27, 29, 30 und der des die Schenkel 27, 29, 30 verbindenden Jochs 34 entspricht.
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Die Erregerspulen 3–6 werden nur dann durch ein nicht dargestelltes Netzteil mit einem geschalteten Gleichstrom beaufschlagt, wenn ein Fluid das Rohr 7 durchströmt. Um ein solches strömendes Fluid akustisch zu detektieren, zeigt die 6 ein vereinfachtes elektrisches Schaltbild für das Betreiben eines akustischen Sensors 35, hier einen Piezo-Wandler, der an das Rohr 7 stromauf der Vorrichtung 1 anzubringen ist. Das Ausgangssignal des akustischen Sensors 35 wird in an sich üblicher Weise durch drei Verstärkerstufen 36–38 verstärkt. Den Verstärkerstufen 36–38 folgt noch ein nachgeschalteter Filter 39. Der von dem Ausgangssignal des Filters 39 angesteuerte Mikrocontroller 40 zeigt zum einen ein strömendes Fluid beispielsweise über eine LED 41 an und schaltet dann über einen weiteren Schalter, dargestellt als Transistor 42, ein nicht dargestelltes Relais 43 oder einen weiteren elektronischen Schalter und über diesen dann das Netzteil für eine Spannungsbeaufschlagung der Erregerspulen 3–6 mit einem geschalteten Gleichstrom.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Träger
- 3
- Erregerspule
- 4
- Erregerspule
- 5
- Erregerspule
- 6
- Erregerspule
- 7
- Rohr
- 8
- Schmalseite
- 9
- Schmalseite
- 10
- Verbindungsmittel
- 11
- Verbindungsmittel
- 12
- Abwinklung
- 13
- Abwinklung
- 14
- Schraube
- 15
- Feldlinien
- 16
- Feldlinien
- 17
- Feldlinien
- 18
- Feldlinien
- 19
- Längsachse
- 20
- Längsachse
- 21
- Längsachse
- 22
- Längsachse
- 23
- Achse von 7
- 24
-
- 25
- Erregerspule
- 26
- Kern
- 27
- Schenkel
- 28
- Wicklungspaket
- 29
- Schenkel
- 30
- Schenkel
- 31
- Ausrundung
- 32
- Ausrundung
- 33
- Wicklungspaket
- 34
- Joch
- 35
- Sensor
- 36
- Verstärkerstufe
- 37
- Verstärkerstufe
- 38
- Verstärkerstufe
- 39
- Filter
- 40
- Mikrocontroller
- 41
- LED
- 42
- Transistor
- 43
- Relais
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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