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Die vorliegende Erfindung betrifft ein längliches Hohlkörpersystem zur Förderung eines Mediums gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Auf vielen technischen Gebieten ist die Verwendung von länglichen Hohlkörpern üblich, um durch diese hindurch ein Medium und insbesondere ein Fluid zu fördern. Insbesondere Flüssigkeiten und Gase können als Fluide auf diese Art und Weise gefördert werden.
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Der längliche Hohlkörper erstreckt sich hierzu in einer Längsrichtung, welche geradlinig oder auch gewunden verlaufen kann. Der Verlauf des länglichen Hohlkörpers erstreckt sich wenigstens zwischen zwei Enden, durch welche hindurch das Medium auf der einen Seite in den länglichen Hohlkörper gelangen und an der anderen gegenüberliegenden Seite aus dem länglichen Hohlkörper austreten kann. In diesem Verlauf können auch Abzweigungen vorgesehen sein. Üblicherweise werden zylindrische längliche Hohlkörper verwendet. Bei unflexiblen zylindrischen länglichen Hohlkörpern spricht man üblicherweise von Rohren, bei flexibler zylindrischen länglichen Hohlkörpern von Schläuchen. Rohre können auch als starr und Schläuche als elastisch angesehen werden.
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Bei vielen Anwendungen kann es vorteilhaft oder erforderlich sein, bestimmte Messgrößen des Mediums wie z.B. dessen Temperatur und bzw. oder Druck erfassen zu können. Auch kann die Erfassung von Leckagen vorteilhaft sein, um hierauf z.B. durch Unterbrechung der Förderung sowie durch Reparatur reagieren zu können. Hierzu können Sensoren verwendet werden, welche die geforderte Messgröße bzw. die geforderten Messgrößen erfassen und die erfassten Sensordaten ausgeben können, um diese z.B. durch eine Auswerteeinheit verarbeiten und auswerten zu können.
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Zum Betrieb derartiger Sensoren ist es erforderlich, diese seitens einer externen Energiequelle mit elektrischer Energie zu speisen, damit die Sensoren ihre Aufgabe erfüllen können. Dies erfolgt bisher üblicherweise durch eine leitungsgebundene Energieversorgung des Sensors seitens eines Stromnetzes oder durch einen elektrischen Energiespeicher, welche unmittelbar am Sensor angeordnet und mit diesem verbunden ist. Auch kann eine drahtlose Einkopplung von elektrischer Energie mittels elektromagnetischer Wellen wie z.B. mittels RFID-Technologie erfolgen.
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Nachteilig bei einer leitungsgebundenen Energieversorgung des Sensors seitens eines Stromnetzes, dass die elektrische Versorgungsleitung Kosten und Gewicht verursachen sowie Bauraum einnehmen kann. Auch kann die Montage der elektrischen Versorgungsleitung zusätzlichen Montageaufwand, d.h. Verkabelungsaufwand, erfordern.
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Nachteilig kann hierbei ferner sein, dass längliche Hohlkörper auch bei Anwendungen eingesetzt werden können, bei denen ein Stromnetz oder auch eine andere externe Energiequelle schlecht oder gar nicht zugänglich sein kann. Dies kann bei industriellen Anwendungen z.B. die Verwendung von länglichen Hohlkörpern im Bergbau und insbesondere in Minen der Fall sein. Bei Anwendungen im Automobilbereich kann insbesondere der Motorraum eines Fahrzeugs für elektrische Versorgungsleitungen schlecht zugänglich sein. Diesem Nachteil kommt eine besondere Bedeutung zu, da bei Motoren und insbesondere bei Verbrennungsmotoren verschiedene Rohre und Schläuche für den Transport von z.B. Kraftstoff, Kühlmitteln, Schmierstoff sowie Abgasen eingesetzt werden und jeweils die Verwendung von Sensoren vorteilhaft sein kann.
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Nachteilig bei der Verwendung von lokalen elektrischen Energiespeichern wie z.B. wiederaufladbaren Akkumulatoren oder nicht-wiederaufladbaren Batterien als externe Energiequellen derartiger Sensoren ist, dass deren Vorrat an elektrischer Energie begrenzt ist.
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Diese weisen somit eine begrenzte Lebensdauer auf, welche überwacht werden sollte, um den unterbrechungsfreien Betrieb des Sensors zu ermöglichen. Wird dies nicht beachtet, so kann der Sensor seine Funktion nicht ausüben. Ist der elektrische Energiespeicher entleert, so ist dieser auszutauschen oder wieder aufzuladen, was einen zusätzlichen Aufwand für einen Benutzer bedeuten sowie zusätzliche Kosten verursachen kann.
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Nachteilig bei der Verwendung von RFID-Technologie zur drahtlosen Energiespeisung eines derartigen Sensors ist, dass die Energieeinkopplung üblicherweise eine vergleichsweise geringe Sendedistanz aufweist, welche für viele Anwendungen zu gering sein kann, als dass diese Art der elektrischen Energieversorgung angewendet werden könnte. Auch ist ein entsprechender Sender außerhalb des Sensors sowie ein entsprechender Empfänger seitens des Sensors erforderlich, um den Energieaustausch realisieren zu können, was den Aufwand für diese Art der elektrischen Energieversorgung insbesondere hinsichtlich Kosten, Gewicht und bzw. oder Bauraum erhöhen und hierdurch unattraktiv machen kann. Ferner können die ausgesendeten elektromagnetischen Wellen auf anderen Vorrichtungen störend wirken.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein länglichen Hohlkörpersystems der eingangs beschriebenen Art bereit zu stellen, bei dem die elektrische Energieversorgung eines Sensors verbessert werden kann. Zumindest soll eine Alternative zu bekannten länglichen Hohlkörpersystemen geschaffen werden.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein längliches Hohlkörpersystem mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Somit betrifft die vorliegende Erfindung ein längliches Hohlkörpersystem zur Förderung eines Mediums mit wenigstens einem länglichen Hohlkörper mit einem Mantel, welcher einen Innenraum derart umschließt, so dass das Medium durch den Innenraum gefördert werden kann, und mit wenigstens einer Sensoreinheit, welche mit dem länglichen Hohlkörper verbunden ist.
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Der Innenraum kann eine beliebige Geometrie im Querschnitt aufweisen. Seitens der Sensoreinheit können jegliche Sensoren und Sensorelemente verwendet werden, welche wenigstens eine physikalische Eigenschaft des Mediums erfassen können. Dies kann insbesondere der Druck des Mediums, die Temperatur des Mediums und dergleichen sein. Auch das Austreten des Mediums durch den Mantel des länglichen Hohlkörpers und bzw. oder durch die Sensoreinheit hindurch als Leckage kann erkannt werden können. Das Medium kann insbesondere ein Fluid wie z.B. ein Gas oder eine Flüssigkeit sein.
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Das erfindungsgemäße längliche Hohlkörpersystem ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit wenigstens einen thermoelektrischen Generator aufweist, welcher ausgebildet und angeordnet ist, aus der Temperaturdifferenz zwischen dem Medium und der Umgebung des länglichen Hohlkörpersystems elektrische Energie zu erzeugen. Unter einem thermoelektrischen Generator wird ein Generator verstanden, welcher unter Nutzung einer Wechselwirkung von Temperatur und Elektrizität wie z.B. aufgrund des Seebeck-Effekts eine Temperaturdifferenz in eine Spannungsdifferenz wandeln kann.
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Im vorliegenden Fall wird hierbei die Temperaturdifferenz ausgenutzt, welche zwischen dem Medium innerhalb des länglichen Hohlkörpers und bzw. oder innerhalb der Sensoreinheit und dessen Umgebung vorliegen kann. Dabei kann das Medium wärmer als die Umgebung sein, oder umgekehrt. In jedem Fall kann hierdurch eine Temperaturdifferenz vorhanden sein, welche sich aus der bestimmungsgemäßen Anwendung der länglichen Hohlkörpersystems ergibt und mittels des thermoelektrischen Generators zur Erzeugung elektrischer Energie direkt an dem länglichen Hohlkörpersystem genutzt werden kann.
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Vorteilhafterweise kann somit z.B. seitens der Sensoreinheit elektrische Energie verwendet werden, welche „vor Ort“ direkt bereitgestellt werden kann. Mit anderen Worten kann eine autarke Energieversorgung des länglichen Hohlkörpersystems geschaffen werden. Somit kann auf elektrische Versorgungsleitungen verzichtet werden. Auch ist kein endlicher elektrischer Energiespeicher erforderlich. Ferner kann eine drahtlose Energiezufuhr vermieden werden. Auf diese Art und Weise können die entsprechenden eingangs beschriebenen Nachteile überwunden werden.
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Vorteilhaft ist auch, dass die erzeugte elektrische Energie von beliebigen elektrischen Verbrauchern verwendet werden kann, wie weiter unten noch näher beschrieben werden wird. Dies kann dem Betrieb wenigstens eines Sensors und bzw. oder anderer elektrischer sowie elektronischer Elemente dienen.
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Die elektrische Energie kann jedoch auch teilweise oder vollständig außerhalb des länglichen Hohlkörpersystems verwendet werden. In diesem Fall könnte die Sensoreinheit auch als elektrische Versorgungseinheit bezeichnet werden. Dies kann es ermöglichen, elektrische Energie aus der ohnehin vorliegenden Temperaturdifferenz in einer Menge zu erzeugen, welche über den Bedarf z.B. der Sensoreinheit hinausgeht und anderen Verbrauchern, vorzugsweise in der unmittelbaren räumlichen Umgebung des länglichen Hohlkörpersystems, zur Verfügung gestellt werden kann.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der thermoelektrische Generator ausgebildet, wenigstens einen elektrischen Verbraucher der Sensoreinheit und bzw. oder des länglichen Hohlkörpers mit elektrischer Energie zu versorgen. Hierdurch kann die Sensoreinheit und bzw. oder der längliche Hohlkörper direkt in ausreichender Menge elektrisch versorgt werden, um dessen Funktionen zu betreiben, welche elektrische Energie erfordern. Auf diese Art und Weise kann der thermoelektrische Generator auf diesen Bedarf ausgelegt werden aber nicht darüber hinaus, so dass unnötige Kosten, Gewicht und bzw. oder Bauraum vermieden werden können.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Sensoreinheit und bzw. oder der längliche Hohlkörper wenigstens ein erstes Sensorelement auf, welches ausgebildet und angeordnet ist, eine physikalische Eigenschaft des Mediums und bzw. oder des länglichen Hohlkörpers und bzw. oder der Sensoreinheit zu erfassen, wobei der thermoelektrische Generator ausgebildet ist, die Sensoreinheit zum Betrieb des ersten Sensorelements mit elektrischer Energie zu versorgen. Hierdurch kann eine konkrete Nutzung und elektrische Versorgung der Sensoreinheit zu diesem Zweck erfolgen, wie teilweise zuvor bereits erwähnt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Sensoreinheit und bzw. oder der längliche Hohlkörper wenigstens eine Sensorelektronik auf, welche ausgebildet ist, wenigstens das Sensorelement der Sensoreinheit zu betreiben, wobei der thermoelektrische Generator ausgebildet ist, die Sensorelektronik mit elektrischer Energie zu versorgen. Dies kann es ermöglichen, Funktionen seitens des länglichen Hohlkörpersystems bereitzustellen, welche eine Elektronik und ggfs. einen Mikrocontroller erfordern. Dies kann z.B. eine Signalfilterung erfasster Messsignale, eine Signalverstärkung erfasster Messsignale, eine Auswertung erfasster Messdaten sowie sonstige Maßnahmen zur Signal- und bzw. oder Datenverarbeitung sein. Auch kann dies das Verarbeiten von Bedingungen und bzw. Anweisungen umfassen. Ebenso können Anweisungen, Daten und sonstige Informationen empfangen und bzw. oder Anweisungen, Daten und sonstige Informationen versendet werden, wie weiter unten noch näher beschrieben wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Sensorelektronik wenigstens einen Gleichstromwandler auf, welcher ausgebildet ist, den erzeugten elektrischen Gleichstrom des thermoelektrischen Generators in einen elektrischen Gleichstrom der Sensorelektronik zu wandeln. Dies kann es ermöglichen, der Sensorelektronik einen elektrischen Gleichstrom zur Verfügung zu stellen, welcher für dessen Betrieb geeignet oder erforderlich ist, ohne dass seitens des thermoelektrischen Generators dieser elektrische Gleichstrom direkt erzeugt werden muss. Dies kann die Gestaltungsfreiheiten bei der Konstruktion des thermoelektrischen Generators bzw. bei der Auswahl der Materialien zu dessen elektrischer Energieerzeugung erhöhen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Gleichstromwandler ausgebildet, den erzeugten elektrischen Gleichstrom des thermoelektrischen Generators in einen höheren elektrischen Gleichstrom der Sensorelektronik zu wandeln. Hierdurch können auch schwächere sowie schwankend erzeugte elektrische Gleichströme, welche aus einer vergleichsweise geringen bzw. schwankenden Temperaturdifferenz zwischen dem Medium und der Umgebung des länglichen Hohlkörpersystems resultieren können, zur elektrischen Versorgung der Sensorelektronik verwendet werden. Dies kann auch in diesem Fall den Betrieb der Sensorelektronik ermöglichen und sicherstellen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Sensorelektronik wenigstens einen elektrischen Energiespeicher auf, welcher ausgebildet ist, einen elektrischen Gleichstrom zwischenzuspeichern. Hierdurch kann eine elektrische Energiespeicherung erfolgen, um zum einen eine schwankende Energieerzeugung, z.B. aufgrund von schwankenden Temperaturdifferenzen, und zum anderen einen schwankenden Energieverbrauch, z.B. aufgrund von unterschiedlich zu betreibenden Funktionen der Sensorelektronik mit ggfs. unterschiedlich hohem Energiebedarf, auszugleichen. Dies kann über jegliche Formen von elektrischen Energiespeichern wie z.B. Akkumulatoren, Superkondensatoren sowie sonstige Kondensatoren und dergleichen erfolgen. Unter einem Superkondensator (Englisch: „Supercapacitors“ oder kurz „Supercaps“), welcher auch als Ultrakondensator bezeichnet werden kann, ist ein sind elektrochemischer Kondensator zu verstehen. Dies kann über einen Kondensator möglichst einfach und kostengünstig erfolgen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Sensoreinheit und bzw. oder der längliche Hohlkörper wenigstens eine drahtlose Sendeeinheit, wenigstens eine drahtlose Empfangseinheit und bzw. oder wenigstens eine drahtlose Sende-/Empfangseinheit auf, wobei der thermoelektrische Generator ausgebildet ist, die drahtlose Sendeeinheit, die drahtlose Empfangseinheit und bzw. oder die drahtlose Sende-/Empfangseinheit mit elektrischer Energie zu versorgen. Hierdurch kann die Möglichkeit geschaffen werden, Daten seitens des länglichen Hohlkörpersystems zu erhalten und bzw. oder zu senden. Diese Daten können Messdaten, Statusinformationen, Anweisungen und sonstige Informationen sein. Hierdurch kann das längliche Hohlkörpersystem mit anderen Vorrichtungen wie z.B. einer übergeordneten Steuerung zusammenwirken.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Sensoreinheit wenigstens ein Wärmetauscherelement auf, welches ausgebildet und angeordnet ist, die Temperaturdifferenz zwischen dem Medium und der Umgebung des länglichen Hohlkörpersystems, aus welcher der thermoelektrische Generator elektrische Energie erzeugen kann, zu erhöhen. Das Wärmetauscherelement kann insbesondere als Wärmetauscherkörper und insbesondere als Wärmetauscherrippe mit einer vergleichsweise großen Oberfläche ausgebildet sein. Der Zweck des Wärmetauscherelements ist es, Wärme, welche von dem Medium durch den thermoelektrischen Generator hindurch an die Sensoreinheit abgegeben wurde, seitens der Sensoreinheit möglichst schnell und wirkungsvoll an die Umgebung abzugeben, so dass die Temperaturdifferenz über den thermoelektrischen Generator hinweg erhöht werden kann. Dies kann entsprechend umgekehrt erfolgen, falls das Medium kälter als die Umgebungsluft ist. In jedem Fall kann dies die Spannungsdifferenz des thermoelektrischen Generators und damit die elektrische Energie erhöhen, die von dem thermoelektrischen Generator erzeugt werden kann.
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Das Wärmetauscherelement ist vorzugsweise passiv, z.B. als senkrecht hervorragendes Element, welches von der Umgebungsluft möglichst wirkungsvoll umströmt werden kann, ausgebildet, was die Umsetzung vereinfachen kann. Hierzu kann die Ausbildung des Wärmetauscherelements als Wärmetauscherrippe besonders einfach und wirkungsvoll sein. In jedem Fall kann eine Abgabe von Wärme an die Umgebung mittels Konvektion mit der Umgebungsluft erfolgen. Alternativ könnte auch ein aktives Wärmetauscherelement wie z.B. ein Lüfter oder dergleichen verwendet werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Sensoreinheit eine Mehrzahl von Wärmetauscherelementen auf. Hierdurch kann die zuvor beschriebe Wirkung vervielfacht werden, was sich entsprechend verstärkend auf die Erzeugung elektrischer Energie seitens des thermoelektrischen Generators auswirken kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Sensoreinheit zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, ringförmig ausgebildet, wobei die Wärmetauscherelemente in der Umfangsrichtung verteilt, vorzugsweise gleichmäßig verteilt, angeordnet sind. Auch hierdurch kann die zuvor beschriebene Wirkung erhöht werden, insbesondere bei einer gleichmäßigen Verteilung der Wärmetauscherelemente. Insbesondere kann hierdurch die Temperatur des Mediums vollständig genutzt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Sensoreinheit eine Kupplung oder eine Armatur des länglichen Hohlkörpers. Auf diese Art und Weise kann die zuvor beschriebene Sensoreinheit in ein Element des länglichen Hohlkörpersystems integriert werden, welches ohnehin zur Verbindung des länglichen Hohlkörpers mit einem weiteren Bauteil erforderlich und vorhanden ist. Hierdurch kann auf ein zusätzliches Element verzichtet werden, was Kosten, Gewicht und bzw. oder Bauraum sparen kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der längliche Hohlkörper ein Rohr oder ein Schlauch. Hierdurch können die zuvor beschriebenen Eigenschaften und Vorteile bei derartigen Produkten genutzt werden, welche für vielfältige Anwendungen, wie eingangs beschrieben, verwendet werden können.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Sensoreinheit zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, aus Metall ausgebildet. Dies kann eine vergleichsweise hohe Wärmeleitfähigkeit ermöglichen, welche sich entsprechend verstärkend auf die Temperaturdifferenz zwischen Medium und Umgebung des länglichen Hohlkörpersystems auswirken kann. Dies kann die Erzeugung elektrischer Energie durch den thermoelektrischen Generator fördern.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der thermoelektrische Generator p- und n-dotiertes Bismuttellurid auf. Dies kann eine besonders wirkungsvolle Umsetzung der zuvor beschriebenen Eigenschaften mittels eines thermoelektrischen Generators ermöglichen.
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Ein Ausführungsbeispiel und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren erläutert. Darin zeigt:
- 1 eine perspektivische schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen länglichen Hohlkörpersystems;
- 2 einen Ausschnitt der 1; und
- 3 einen Längsschnitt durch die 2.
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Die Beschreibung der o.g. Figuren erfolgt in zylindrischen Koordinaten mit einer Längsachse X, einer zur Längsachse X senkrecht ausgerichteten radialen Richtung R sowie einer um die Längsachse X umlaufenden Umfangsrichtung U.
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1 zeigt eine perspektivische schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen länglichen Hohlkörpersystems 1, 2. 2 zeigt einen Ausschnitt der 1. 3 zeigt einen Längsschnitt durch die 2.
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Das erfindungsgemäße längliche Hohlkörpersystems 1, 2 besteht aus einem zylindrischen länglichen Hohlkörper 1 in Form eines Schlauches 1 oder eines Rohrs 1 und aus einer Sensoreinheit 2 in Form einer Armatur 2 oder einer Kupplung 2. Im Folgenden werden ein Schlauch 1 und eine Kupplung 2 betrachtet.
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Der Schlauch 1 weist einen Mantel 11 auf, welcher im Wesentlichen aus einem flexiblen Material besteht, welches vorzugsweise ein elastomeres Material ist. Der Mantel 11 weist nach radial innen eine Innenseite 12 und gegenüberliegend nach radial außen eine Außenseite 13 auf. Der Mantel 11 umschließt in der Umfangsrichtung U einen Innenraum 10, durch welchen hindurch ein Medium wie z.B. eine Flüssigkeit als Fluid gefördert werden kann. Die Flüssigkeit kann an einem Ende des Schlauches 1 in dessen Innenraum 10 gelangen (nicht dargestellt), den Schlauch 1 in einer Strömungsrichtung A durchströmen und an dem gegenüberliegenden Ende mit der dargestellten Kupplung 2 in der Längsrichtung X wieder verlassen.
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Im Mantel 11 sind zwei parallel zueinander verlaufende spiralförmig angeordnete Sensorelemente 14, 15 vorgesehen, welche Festigkeitsträger 14, 15 des Schlauches 1 darstellen und zusätzlich durch Änderungen ihrer elektrischen Widerstände zur Erfassung der Temperatur der Flüssigkeit innerhalb des Mantels 11 mittels temperaturabhängiger Widerstandsänderungen verwendet werden können, wie weiter unten noch näher erläutert werden wird. Die Festigkeitsträger 14, 15 können aus Metall oder auch aus einem elektrisch leitfähigen anderen Material wie insbesondere aus einem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial bestehen bzw. ein solches aufweisen.
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Wie bereits zuvor erwähnt, schließt der Schlauch 1 am Ende des Austritts der Flüssigkeit mit der Kupplung 2 ab, welche ausgebildet ist, den Schlauch 1 mit einem anderen Bauteil bzw. Aggregat zu verbinden. Die Kupplung 2 ist vergleichbar dem Schlauch 1 aufgebaut und weist einen Körper 21 aus Metall auf, welcher nach radial innen eine Innenseite 22 und gegenüberliegend nach radial außen eine Außenseite 23 aufweist. Die Körper 21 umschließt in der Umfangsrichtung U einen Innenraum 20, durch welchen hindurch die Flüssigkeit gefördert werden kann.
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Erfindungsgemäß weist die Kupplung 2 in den Körper 21 eingebettet eine Mehrzahl von p- und n-dotierten Bismuttellurid-Elementen auf, welche in der Umfangsrichtung U angeordnet sind und gemeinsam im Wesentlichen einen thermoelektrischen Generator 24 bilden. Die Bismuttellurid-Elementen sind dabei derart ausgerichtet, dass sie in der radialen Richtung R eine Temperaturdifferenz zwischen der Flüssigkeit bzw. der Innenseite 22 des Körpers 21, welche mit der Flüssigkeit in Kontakt steht, und der Umgebung der Kupplung 2 bzw. der Außenseite 23 des Körpers 21, welche mit der Umgebungsluft in Kontakt steht, in eine elektrische Spannung wandeln können. Diese direkt an der Kupplung 2 erzeugte elektrische Spannung kann insbesondere für sensorische Funktionen der Kupplung 2 verwendet werden, so dass auf die Zuführung elektrischer Energie von außen mittels Kabel oder drahtloser Energieübertragung sowie auf elektrische Energiespeicher verzichtet werden kann.
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Dabei kann die erzeugte elektrische Spannung dadurch erhöht werden, indem an der Kupplung 2 eine Mehrzahl von Wärmetauscherelementen 25 in Form von Wärmetauscherkörper 25 als Wärmetauscherrippen 25 angeordnet sind, welche sich radial von der Außenseite 23 des Körpers 2 weg in die Umgebungsluft hinein erstrecken. In der Längsrichtung X sind die Wärmetauscherrippen 25 länglich ausgebildet. In der Umfangsrichtung U sind die Wärmetauscherrippen 25 schmaler ausgebildet sowie gleichmäßig zueinander beabstandet angeordnet. Mittels der Wärmetauscherippen 25 kann der Wärmeaustausch zwischen der Umgebungsluft und der Außenseite 23 des Körpers 21 der Kupplung 2 vergrößert werden, wodurch die Temperaturdifferenz erhöht und die Erzeugung elektrischer Energie gesteigert werden kann.
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Die durch den thermoelektrischen Generator 24 erzeugte elektrische Spannung kann einer Sensorelektronik der Kupplung 2 wie z.B. einem Mikrocontroller (nicht dargestellt) zugeführt werden, welche die erzeugte Gleichspannung des thermoelektrischen Generators 24 mittels eines Gleichspannungswandlers (nicht dargestellt) in eine höhere Gleichspannung wandeln kann, welche weiteren Elementen der Sensorelektronik sowie darüber hinaus zur Verfügung gestellt werden kann. Mittels eines Kondensators (nicht dargestellt) kann eine gewisse Pufferung der erzeugten elektrischen Energie erfolgen.
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Mittels der erzeugten elektrischen Energie kann z.B. die Erfassung der temperaturabhängigen Widerstandsänderungen der Festigkeitsträger 14, 15 erfolgen, welche hierzu mit der Sensorelektronik verbunden sind. Diese Messdaten können ggfs. seitens der Sensorelektronik gefiltert, verstärkt und bzw. oder weiterverarbeitet werden. Die Messdaten können dann ggfs. mittels einer drahtlosen Signalübertragung nach außen zur Verfügung gestellt werden, um die Messdaten verwenden zu können.
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Auch können die Messdaten seitens der Sensorelektronik mit wenigstens einer Bedingung wie z.B. mit einem Schwellenwert einer Temperatur verglichen werden und lediglich dann eine Information oder Anweisung nach außen hin abgegeben werden, falls der Schwellwert über- bzw. unterschritten wird, was einen Störfall darstellen kann und daher erkannt und gemeldet werden muss um Schäden zu vermeiden. Hierdurch kann eine autarke und intelligente Sensoreinheit geschaffen werden.
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Erfindungsgemäß kann somit eine autarke Sensoreinheit 2, in diesem Fall in Form einer Kupplung 2, geschaffen werden, welche ihre Sensorelemente 14, 15 direkt selbst versorgen, betreiben und auswerten kann. Hierdurch kann auf sonstige elektrische Versorgungsmöglichkeiten und die damit verbundenen eingangs beschriebenen Nachteile verzichtet werden. Dabei kann die erfindungsgemäße Erzeugung elektrischer Energie besonders wirkungsvoll bei Medien wie insbesondere bei Flüssigkeiten erfolgen, welche wärmer und insbesondere deutlich wärmer als die Umgebungsluft sind.
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Bezugszeichenliste
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- A
- Medienfluss bzw. dessen Strömungsrichtung
- R
- radiale Richtung
- U
- Umfangsrichtung
- X
- Längsachse
- 1
- länglicher (zylindrischer) Hohlkörper; Schlauch; Rohr
- 10
- Innenraum
- 11
- Mantel
- 12
- Innenseite
- 13
- Außenseite
- 14
- erstes Sensorelement; erster Festigkeitsträger
- 15
- zweites Sensorelement; zweiter Festigkeitsträger
- 2
- Sensoreinheit; Armatur; Kupplung
- 20
- Innenraum
- 21
- Körper
- 22
- Innenseite
- 23
- Außenseite
- 24
- thermoelektrischer Generator
- 25
- Wärmetauscherelement; Kühlelemente; Wärmetauscherkörper; Kühlkörper; Wärmetauscherippe; Kühlrippen
