DE102019008890A1

DE102019008890A1 - Durchflusszähler

Info

Publication number: DE102019008890A1
Application number: DE102019008890.5A
Authority: DE
Inventors: Hans-Michael Sonnenberg; Andreas Seifert
Original assignee: Diehl Metering GmbH
Current assignee: Diehl Metering GmbH
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2021-06-24

Abstract

Durchflusszähler, umfassend einen Fluidkanal (2), der einen Fluideinlass (3) mit einem Fluidauslass (4) verbindet, wobei in dem Fluidkanal (2) eine Drosseleinrichtung (12) derart angeordnet ist, dass sie in Abhängigkeit der den Fluidkanal (2) durchströmenden Fluidmenge ihre Position und/oder Orientierung und/oder Form kontinuierlich zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung (13, 14) ändert, wobei der Strömungswiderstand des Fluidkanals (2) bei der Verstellung der Drosseleinrichtung (12) von der ersten in die zweite Stellung (13, 14) kontinuierlich abnimmt, wobei durch einen Sensor (5) des Durchflusszählers (1) ein Messwert erfasst wird, der die Position und/oder Orientierung und/oder Form der Drosseleinrichtung (12) betrifft, wobei eine Verarbeitungseinrichtung (6) des Durchflusszählers (1) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit des Messwertes ein Maß für die den Fluidkanal durchströmende Fluidmenge zu ermitteln.

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchflusszähler, umfassend einen Fluidkanal, der einen Fluideinlass mit einem Fluidauslass verbindet.
Durchflusszähler werden verwendet, um einen Durchfluss von Gasen und Flüssigkeiten in einer Vielzahl von Anwendungsgebieten zu messen. Eine besonders häufige Art von Durchflusszähler sind Wasserzähler, die beispielsweise genutzt werden, um eine Menge von bereitgestelltem Frischwasser zu erfassen. Insbesondere als Wasserzähler werden häufig Flügelradzähler verwendet, bei denen sich in einer Messstrecke ein Flügelrad befindet, das durch die Flüssigkeit in Drehung versetzt wird. Die Nutzung des bewegten Flügelrades führt insbesondere bezüglich der Abdichtung des Zählers zu einem gewissen Konstruktionsaufwand. Zudem sind Flügelradzähler unter Umständen verschleißanfällig.
Alternativ zu Flügelradzählern werden zunehmend auch Ultraschallzähler genutzt, die einen Laufzeitunterschied einer Ultraschallwelle zwischen zwei Ultraschallwandlern bei einer Ausbreitung in und entgegen der Strömungsrichtung des Fluids auswerten. Die relativ aufwendige erforderliche Elektronik erhöht jedoch die Implementierungskosten und den Energieverbrauch entsprechender Zähler, so dass sie nicht für alle Anwendungsbereiche attraktiv sind.
Ein weiterer Ansatz zur Durchflussmessung ist aus der Druckschrift DE 10 2017 006 121 A1 bekannt. Dort wird vorgeschlagen, eine Messstrecke als Rohr mit einem gebogen verlaufenden Rohrabschnitt auszubilden, wobei ein Sensor genutzt wird, um ein Maß für jene Kraft zu erfassen, die eine durch das Rohr auf eine Kreisbahn gezwungene Flüssigkeit auf die Rohrabschnittswandung ausübt. Hierdurch wird ein einfacher und im Wesentlichen verschleißfreier Aufbau des Durchflusszählers erreicht. Hierbei nehmen die auftretenden Kräfte mit einer Reduktion der Durchflussmenge jedoch sehr rasch ab, so dass eine hohe Messgenauigkeit nur für einen relativ kleinen Bereich von Durchflussmengen erreicht werden kann.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen relativ einfach aufgebauten Durchflusszähler anzugeben, mit dem dennoch eine gute Messgenauigkeit über relativ weite Dynamikbereiche erreicht werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Durchflusszähler gelöst, der einen Fluidkanal, der einen Fluideinlass mit einem Fluidauslass verbindet, umfasst, wobei in dem Fluidkanal eine Drosseleinrichtung derart angeordnet ist, dass sie in Abhängigkeit der den Fluidkanal durchströmenden Fluidmenge ihre Position und/oder Orientierung und/oder Form kontinuierlich zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung ändert, wobei der Strömungswiderstand des Fluidkanals bei der Verstellung der Drosseleinrichtung von der ersten in die zweite Stellung kontinuierlich abnimmt, wobei durch einen Sensor des Durchflusszählers ein Messwert erfasst wird, der die Position und/oder Orientierung und/oder Form der Drosseleinrichtung betrifft, wobei eine Verarbeitungseinrichtung des Durchflusszählers dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit des Messwertes ein Maß für die den Fluidkanal durchströmende Fluidmenge zu ermitteln.
Es wird somit vorgeschlagen, eine Drosseleinrichtung zu nutzen, die, wie später noch genauer erläutert werden wird, derart eingerichtet ist, dass sie durch das durch den Fluidkanal strömende Fluid in Abhängigkeit der Fluidmenge, also des Durchflusses pro Zeit, verstellt wird. Dies kann insbesondere darauf basieren, dass durch das durch den Fluidkanal strömende Fluid eine Kraft auf die Drosseleinrichtung oder eine Komponente der Drosseleinrichtung ausgeübt wird, die eine Verstellung der Drosseleinrichtung in die zweite Stellung bewirkt. Die Verstellung an der Drosseleinrichtung durch den Fluidfluss wird in dem erfindungsgemäßen Durchflusszähler auf zwei Weisen genutzt. Einerseits wird ein diesbezüglicher Messwert erfasst, aus dem die den Fluidkanal durchströmende Fluidmenge ermittelt wird. Andererseits verändert sich jedoch zugleich der Strömungswiderstand des Fluidkanals. Dies kann dazu genutzt werden, dass bei zunehmender Durchflussmenge der Strömungswiderstand reduziert wird. Insbesondere kann die Verstellung der Drosseleinrichtung dazu führen, dass sich die gleiche absolute Änderung der durch den Fluidkanal strömenden Fluidmenge bei geringen durch den Fluidkanal strömenden Fluidmengen stärker auf den Messwert auswirkt. Die beschriebenen Faktoren können zusammenwirken, so dass bei niedrigen Durchflüssen eine hohe Messgenauigkeit erreicht werden kann, wobei dennoch eine große Dynamik des Durchflusses abgebildet werden kann.
Der Zusammenhang zwischen der Fluidmenge und dem Messwert kann durch eine Kalibrierung des Durchflusszählers beziehungsweise der messrelevanten Komponenten des Durchflusszählers ermittelt werden. Es ist beispielsweise möglich, dass der Messwert mit der Fluidmenge innerhalb eines bestimmten Messbereichs linear ist oder einem anderen bekannten mathematischen Zusammenhang genügt, der beispielsweise durch Regressionsanalyse ermittelt werden kann. Es ist beispielsweise jedoch auch möglich, im Rahmen der Kalibrierung eine Lookup-Tabelle zu ermitteln, die Paare aus Messwerten und Fluidmengen enthält, wobei die tatsächliche Fluidmenge mit Hilfe dieser Tabelle, insbesondere durch eine Interpolation zwischen Tabelleneinträgen, ermittelt wird. Beispielhaft wird im Rahmen der Beschreibung davon ausgegangen, dass das ermittelte Maß unmittelbar die den Fluidkanal durchströmende Fluidmenge pro Zeit beschreibt. Es wäre selbstverständlich auch möglich, andere Maße für die Fluidmenge zu nutzen, beispielsweise eine Durchflussgeschwindigkeit durch einen Bereich bekannter Geometrien.
Der Fluidkanal kann im Bereich der Drosseleinrichtung beispielsweise einen mehreckigen Querschnitt, insbesondere einen rechteckigen Querschnitt, aufweisen. Alternativ ist es jedoch auch möglich, einen Fluidkanal mit rundem oder elliptischen Querschnitt oder einem anders geformten Querschnitt zu nutzen. Wie später noch genauer erläutert werden wird, kann es vorteilhaft sein, wenn der Fluidkanal im Bereich der Drosseleinrichtung seine Richtung ändert beziehungsweise wenn die Hauptströmungsrichtung des Fluids sich in diesem Bereich ändert. Beispielsweise können hierbei auftretende Zentrifugalkräfte genutzt werden, um die Drosseleinrichtung zu verstellen. Das Fluid kann eine Flüssigkeit oder ein Gas sein.
Die Änderung des Strömungswiderstands des Fluidkanals kann insbesondere daraus resultieren, dass durch die Drosseleinrichtung oder Teile der Drosseleinrichtung der Strömungsquerschnitt des Fluidkanals beschränkt wird. Ein Verstellen der Drosseleinrichtung kann hierbei zu einer Variation insbesondere des minimalen Strömungsquerschnitts des Fluidkanals führen und somit auch zu einer Variation eines Strömungswiderstands.
Die Drosseleinrichtung kann eine freistehende Wand sein oder umfassen, die von einer den Fluidkanal begrenzenden Seitenwand abragt, wobei durch durch den Fluidkanal strömendes Fluid die freistehende Wand elastisch verformbar und/oder gegen eine Rückstellkraft verschiebbar und/oder verschwenkbar ist, um die Drosseleinrichtung von der ersten in die zweite Stellung zu verstellen. In einem einfachen Beispiel kann eine freistehende rechteckige Wand in der ersten Stellung senkrecht beziehungsweise in einem relativ großen Winkel von der Seitenwand abstehen und in der zweiten Stellung durch eine Verformung oder Verschwenkung der freistehenden Wand näherungsweise parallel beziehungsweise im kleinen Winkel zur Seitenwand verlaufen. Dies kann dazu führen, dass in der ersten Stellung der Drosseleinrichtung der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals näherungsweise um die Fläche der freistehenden Wand reduziert wird, während er in der zweiten Stellung der Drosseleinrichtung nahezu vollständig zur Fluidführung zur Verfügung steht. Je nach Verhältnis der Fläche der freistehenden Wand und der Querschnittsfläche des Fluidkanals kann somit der Strömungswiderstand des Fluidkanals zwischen den beiden Stellungen der Drosseleinrichtung erheblich variieren, womit die eingangs erläuterte Dynamikerhöhung erreicht werden kann.
Im obigen Beispiel wird die zur Verstellung der Drosseleinrichtung erforderliche Kraft durch den Druckabfall an der Drosseleinrichtung bereitgestellt. Alternativ kann es vorteilhaft sein, die Trägheit des Fluids und somit insbesondere eine Zentrifugalkraft zu nutzen, um die freistehende Wand beziehungsweise die Drosseleinrichtung zu verstellen. Beispielsweise kann die freistehende Wand das Fluid auf eine Kreisbahn oder eine andere gekrümmte Bahn zwingen, wobei durch die auftretenden Kräfte bei einer Erhöhung der den Fluidkanal durchströmenden Fluidmenge die Krümmung der freistehenden Wand reduziert wird.
Erstreckt sich die freistehende Wand in Richtung des Fluidauslasses, entsteht, insbesondere wenn die Ränder der freistehenden Wand nahe an der Seitenwand des Fluidkanals liegen, in Strömungsrichtung hinter der freistehenden Wand ein Fluidraum, der fluidisch mit dem Fluidauslass gekoppelt ist und mit dem Fluideinlass ausschließlich unter Umströmung der freistehenden Wand gekoppelt ist. In diesem Fluidraum kann das dort befindliche Fluid eine erheblich geringere Strömungsgeschwindigkeit aufweisen als auf der dem Fluideinlass zugewandten Seite der freistehenden Wand. Anders ausgedrückt kann durch die freistehende Wand erreicht werden, dass in einem ersten Fluidraum an der dem Fluideinlass zugewandten Seite der freistehenden Wand die Strömung beschleunigt wird und in einem zweiten Fluidraum an der dem Fluidauslass zugewandten Seite der freistehenden Wand erheblich geringere Störungsgeschwindigkeiten auftreten. Aufgrund dieser Beschleunigung des Fluids auf einer Seite der freistehenden Wand wird, insbesondere wenn die freistehende Wand das Fluid auf eine gekrümmte Bahn zwingt, ein größerer Krafteintrag erreicht, als es ohne diese Beschleunigung möglich wäre. Hierdurch kann eine höhere Messgenauigkeit bei geringen Fluidgeschwindigkeiten erreicht werden. Da jedoch diese Beschleunigung mit zunehmender Verstellung der Drosseleinrichtung zur zweiten Stellung hin abnimmt, können dennoch auch hohe den Fluidkanal durchströmende Fluidmengen erfasst werden, ohne dass ein allzu großer Strömungswiderstand des Fluidkanals resultiert.
Die freistehende Wand kann als flächiges Element mit relativ geringer Dicke ausgebildet sein. Hierbei kann beispielsweise eine Längsrichtung der freistehenden Wand von jener Seite an der sie an der Seitenwand befestigt ist bis zum freien Ende definiert werden. In einer hierauf senkrecht stehende Hochrichtung kann sich die freistehende Wand auch im Wesentlichen bis zur Seitenwand erstrecken. Hierdurch wird erreicht, dass im Wesentlichen das gesamte an der freistehenden Wand vorbei geführte Fluid an dem freien Ende der freistehenden Wand vorbeigeführt werden muss. Es wurde jedoch erkannt, dass es vorteilhaft sein kann, an den Rändern der freistehenden Wand in Hochrichtung einen gewissen Spalt zwischen der Seitenwand des Fluidkanals und der freistehenden Wand frei zu lassen, so dass stets oder zumindest dann, wenn die Drosseleinrichtung in der zweiten Stellung ist, Fluid an dem oberen und unteren Rand zwischen der freistehenden Wand und der Seitenwand hindurchtreten kann. Hierdurch wird dieser Bereich gespült und es kann sichergestellt werden, dass die Bewegung der freistehenden Wand nicht durch eine Verschmutzung in diesen Bereichen blockiert wird. Zudem kann in Fällen, in denen eine Spaltbreite von der Stellung der freistehenden Wand abhängig ist, die Messdynamik weiter vergrößert werden, da eine Vergrößerung entsprechender Spalte bei einer Verstellung der Drosseleinrichtung in die zweite Stellung zusätzlich dazu beiträgt, den Strömungswiderstand weiter zu reduzieren.
Der Fluidkanal kann dazu eingerichtet sein, eine Strömungsrichtung des Fluids vor einem Kontakt des Fluids mit der freistehenden Wand vorzugeben, wobei zumindest ein Wandabschnitt der freistehenden Wand zumindest in der ersten Stellung gewinkelt zu dieser Strömungsrichtung steht, wobei eine Verstellung der Drosseleinrichtung von der ersten in die zweite Stellung den Winkel zwischen dem Wandabschnitt und der Strömungsrichtung verändert. Dieser Winkel kann beispielsweise dadurch verändert werden, dass das Fluid die freistehende Wand verschwenkt. Eine entsprechende Winkelveränderung resultiert auch dann, wenn, wie obig erläutert, durch das strömende Fluid bei großen durch den Fluidkanal strömenden Fluidmengen und somit insbesondere bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten eine Krümmung eines Wandabschnitts der freistehenden Wand reduziert wird. Die auf den entsprechenden Wandabschnitt ausgeübte Kraft hängt von dem Winkel zwischen Wandabschnitt und Strömungsrichtung ab. Wird durch die Verstellung der Drosseleinrichtung von der ersten in die zweite Stellung dieser Winkel reduziert, so führt dies auch zu einer Reduzierung der auf den Wandabschnitt wirkenden Kräfte. Zudem steigt typischerweise die Rückstellkraft mit zunehmender Verformung beziehungsweise Verschiebung oder Verschwenkung der freistehenden Wand an. Dies führt dazu, dass bei einem gewissen Grad der Verstellung der Drosseleinrichtung von der ersten in die zweite Stellung ein Kraftgleichgewicht zwischen der durch einströmendes Fluid ausgeübten Kraft und der Rückstellkraft vorliegt. Die Stellung der freistehenden Wand beziehungsweise der Drosseleinrichtung, bei der dieses Kraftgleichgewicht auftritt, hängt von der den Fluidkanal durchströmenden Fluidmenge ab, da diese mit der Geschwindigkeit des auf den Wandabschnitt einströmenden Fluids zusammenhängt. Somit ist der Winkel zwischen Wandabschnitt und Strömungsrichtung beziehungsweise ein Messwert, der die Position und/oder Orientierung und/oder Form der Drosseleinrichtung betrifft und somit mit diesem Winkel korreliert, ein gutes Maß für die den Fluidkanal durchströmende Fluidmenge.
Die freistehende Wand kann an einer Seite des Fluidkanals befestigt sein, wobei zumindest ein Krümmungsabschnitt der freistehenden Wand zwischen dem an der Seitenwand befestigten Ende und dem freien Ende der freistehenden Wand zumindest in der ersten Stellung zu der dieser Seite gegenüberliegenden Seite des Fluidkanals hin gekrümmt ist. Anders ausgedrückt liegt das Zentrum des Krümmungsradius auf jener Seite der freistehenden Wand, die von der Seite des Fluidkanals, an der die freistehende Wand befestigt ist, abgewandt ist. Der Krümmungsabschnitt kann sich beispielsweise bis zu dem freien Ende hin erstrecken oder bis zu einem Verengungsbereich, in dem der Abstand zwischen der freistehenden Wand und der gegenüberliegenden Seite des Fluidkanals oder einem anderen im Fluidkanal angeordneten Strömungshindernis minimal wird. Die Krümmung im Krümmungsabschnitt kann konstant sein, sich jedoch auch innerhalb des Krümmungsabschnitts ändern.
Weist die freistehende Wand einen Krümmungsabschnitt auf, wird hierdurch entlang der freistehenden Wand strömendes Fluid durch die freistehende Wand umgelenkt. Dies führt dazu, dass eine Zentrifugalkraft auf den Krümmungsabschnitt wirkt, die wiederum genutzt werden kann, um die freistehende Wand beziehungsweise die Drosseleinrichtung zu verstellen. Ist die freistehende Wand beispielsweise elastisch verformbar, so kann aufgrund dieser Kraft mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit des Fluids im Bereich der freistehenden Wand diese Krümmung reduziert werden.
Der Krümmungsabschnitt der freistehenden Wand kann zumindest in der ersten Stellung der Drosseleinrichtung die gleiche Krümmungsrichtung aufweisen, wie ein Abschnitt der Seitenwand, der den Fluidkanal an der gegenüberliegenden Seite des Fluidkanals begrenzt. Hierdurch kann erreicht werden, dass der Strömungsquerschnitt des Fluidkanals durch die Krümmung der freistehenden Wand nicht oder zumindest weniger stark reduziert wird als in dem Fall, wenn der Abschnitt der Seitenwand eben wäre. Dies führt dazu, dass zumindest ein Teil der auf die freistehende Wand wirkenden Kraft zur Verstellung der Drosseleinrichtung aus einer Zentrifugalkraft resultiert, die dadurch entsteht, dass der Fluidkanal zwischen freistehender Wand und Abschnitt der Seitenwand insgesamt gekrümmt ist. Durch eine solche Gestaltung kann es ermöglicht sein, bei ansonsten gleichem Aufbau des Durchflusszählers bei gleicher Messgenauigkeit einen geringeren Druckabfall an der Drosseleinrichtung beziehungsweise bei gleichem Druckabfall an der Drosseleinrichtung eine höhere Messgenauigkeit zu erreichen.
Zumindest in der zweiten Stellung der Drosseleinrichtung kann das freie Ende der freistehenden Wand näher an dem Fluidauslass liegen als jenes Ende der freistehenden Wand, mit der sie an der Seitenwand des Fluidkanals befestigt ist. Hierbei kann der Abstand zu dem Fluidauslass entlang dem Strömungspfad beziehungsweise entlang der Mittellinie des Fluidkanals gemessen werden. Insbesondere kann auch in der ersten Stellung und/oder in allen Zwischenstellungen der Drosseleinrichtung das freie Ende der freistehenden Wand näher an dem Fluidauslass liegen als jenes Ende der freistehenden Wand, mit der sie an der Seitenwand des Fluidkanals befestigt ist. Anders ausgedrückt kann zumindest in der zweiten Stellung der Drosseleinrichtung, vorzugsweise jedoch auch in der ersten Stellung beziehungsweise in den Zwischenstellungen, das Fluid ausgehend von jenem Ende der freistehenden Wand, mit dem sie an der Seitenwand des Fluidkanals befestigt ist, entlang der Seitenwand zu dem freien Ende strömen. Verläuft die Seitenwand hierbei, wie obig erläutert, zumindest abschnittsweise gewinkelt zu der Strömungsrichtung des Fluids, lenkt sie somit das Fluid um, womit das Fluid Kräfte auf die Seitenwand ausübt, um diese zu verstellen.
In einem Kanalabschnitt des Fluidkanals kann ein Querschnitt des Fluidkanals durch die freistehende Wand in zwei Fluidräume unterteilt sein, die zumindest in der zweiten Stellung der Drosseleinrichtung über wenigstens einen Spalt zwischen der freistehenden Wand und der Seitenwand miteinander gekoppelt sind. Wie bereits obig erläutert, kann insbesondere in Hochrichtung oben und/oder unten an der freistehenden Wand jeweils ein Spalt vorgesehen sein. Ein erster Fluidraum, der an jener Seite der freistehenden Wand angeordnet ist, an der sie zumindest abschnittsweise dem einströmenden Fluid zugewandt ist, kann mit relativ hoher Strömungsgeschwindigkeit durchströmt werden. Ein zweiter Fluidraum, der sich an jener Seite der freistehenden Wand befinden kann, an der diese an der Seitenwand des Fluidkanals befestigt ist, ist primär zum Fluidauslass hin offen und nur mit relativ großem Strömungswiderstand mit dem Fluideinlass gekoppelt. Die Kopplung mit dem Fluideinlass kann insbesondere ausschließlich über den ersten Fluidraum und optional zusätzlich über die obig erläuterten Spalte erfolgen.
Der Spalt kann bei einer Verstellung der Drosseleinrichtung von der zweiten in die erste Stellung verkleinert werden oder konstante Abmessungen aufweisen. Beispielsweise ist es möglich, dass die freistehende Wand in der ersten Stellung der Drosseleinrichtung an einem Anschlag anschlägt, der den Spalt vollständig oder zumindest weitgehend verschließt. Wie bereits obig erläutert, kann eine Veränderung der Spaltgröße bei einer Verstellung der Drosseleinrichtung zwischen den beiden Stellungen dazu beitragen, den Strömungswiderstand des Fluidkanals zu variieren.
Unter konstanten Abmessungen sind vorliegend insbesondere Abmessungen zu verstehen, die sich im Wesentlichen nicht ändern. Offensichtlich können aufgrund von Produktionstoleranzen beziehungsweise aufgrund einer Verformung oder Verwindung der Wand geringfügige Toleranzen auftreten. Entsprechende Toleranzen können beispielsweise zu einer Veränderung der Breite des Spalts von weniger als 30% oder weniger als 10% der maximalen Spaltbreite führen.
Die freistehende Wand kann elastisch verformbar sein, wobei eine Steifigkeit der freistehenden Wand zwischen einem an der Seitenwand befestigten Ende und dem freien Ende der freistehenden Wand variiert. Bei der Steifigkeit kann es sich insbesondere um eine Biegesteifigkeit, im speziellen bezüglich einer Biegung beziehungsweise Veränderung der Krümmung in Längsrichtung, also zwischen dem freien Ende der freistehenden Wand und dem Ende, an dem sie an der Seitenwand des Fluidkanals befestigt ist, handeln. Die Steifigkeit kann kontinuierlich entlang der freistehenden Wand, insbesondere in Längsrichtung, variieren, es ist jedoch auch möglich, dass lokal an bestimmten Stellen die Steifigkeit erhöht oder erniedrig wird.
Wenigstens ein Wandabschnitt der freistehenden Wand kann einen ebenen Wandabschnitt und wenigstens eine gewinkelt von dem ebenen Wandabschnitt abstehende Versteifungsrippe umfassen. Ist die freistehende Wand gekrümmt, so kann auch der ebene Wandabschnitt gekrümmt sein. Die Versteifungsrippen können insbesondere an jener Seite der freistehenden Wand angeordnet sein, die der Seite des Fluidkanals zugewandt ist, an der die freistehende Wand befestigt ist. Durch ein lokales Vorsehen von Versteifungsrippen beziehungsweise eine Variation beispielsweise der Dicke der Versteifungsrippe kann die Steifigkeit der freistehenden Wand variiert werden.
An oder in der freistehenden Wand kann wenigstens ein Markierelement angeordnet sein, das durch einen Sensor erfassbar ist. Insbesondere kann es sich bei dem Markierelement um ein Markierelement aus einem Material handeln, das leitfähig ist beziehungsweise eine von dem Rest der freistehenden Wand beziehungsweise der Seitenwand beziehungsweise dem Fluid unterschiedliche Dielektrizitätskonstante aufweist und somit kapazitiv erfassbar ist. Alternativ oder ergänzend kann ein Markierelement aus einem magnetischen Material genutzt werden. Beispielsweise kann das Material magnetisch sein oder eine hohe magnetische Permeabilität aufweisen und somit beispielsweise mit einem HallSensor oder einem induktiven Sensor erfassbar sein.
Besonders bevorzugt wird eine kontaktlose Erfassung genutzt, so dass der Sensor außerhalb des fluidführenden Bereichs angeordnet sein kann.
Die Drosseleinrichtung kann zusätzlich eine weitere freistehende Wand umfassen, die an einer anderen Position der Seitenwand von dieser abragt, wobei die freien Enden der freistehenden Wand und der weiteren freistehenden Wand den Strömungsquerschnitt des Fluidkanals zumindest in einer ersten Stellung der Drosseleinrichtung gemeinsam begrenzen. Insbesondere können die freistehende Wand und die weitere freistehende Wand von gegenüberliegenden Seiten des Fluidkanals abragen und somit eine Art Blende für das Fluid ausbilden. Die weitere freistehende Wand kann, wie zur freistehenden Wand erläutert, durch das den Fluidkanal durchströmende Fluid elastisch verformbar und/oder gegen eine Verstellkraft verschiebbar und/oder verschwenkbar sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die Position, Orientierung und/oder Form der weiteren freistehenden Wand im Wesentlichen unabhängig von der den Fluidkanal durchströmenden Fluidmenge ist.
Durch eine blendenartige Begrenzung des Strömungsquerschnitts, wie sie obig erläutert wurde, kann erreicht werden, dass der Druckabfall an der Drosseleinrichtung im Wesentlichen vollständig im Bereich dieser Blende, also der freistehenden Wände, erfolgt. Durch Verstellung zumindest der freistehenden Wand und optional der weiteren freistehenden Wand kann somit der Strömungswiderstand leicht angepasst werden. Die freien Enden der freistehenden Wand und der weiteren freistehenden Wand können insbesondere eine düsenartige Struktur ausbilden.
Der Fluidkanal kann zumindest in einem Teilbereich jenes Bereichs, in dem die Drosseleinrichtung angeordnet ist, eine Stufe aufweisen, an der sich die Höhe des Fluidkanals ändert, wobei die freistehende Wand bei einer Verstellung der Drosseleinrichtung von der ersten in die zweite Stellung von der Stufe weg verschoben und/oder verschwenkt und/oder verformt, insbesondere gebogen, wird. Wird der Querschnitt des Fluidkanals, wie obig erläutert, durch die freistehende Wand in zwei Fluidräume unterteilt, so kann die Stufe innerhalb des ersten Fluidraums liegen, der an jener Seite der freistehenden Wand angeordnet ist, an der sie zumindest abschnittsweise dem einströmenden Fluid zugewandt ist. Aufgrund der Stufe kann der Fluidkanal im zweiten Fluidraum, der, wie obig erläutert, primär zum Fluidauslass hin offen ist, eine größere Höhe aufweisen als der erste Fluidraum. Ein verschieben und/oder verschwenken und/oder verformen der freistehenden Wand in Richtung des zweiten Fluidraums erweitert somit den zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitt überproportional, wodurch auch der Strömungswiderstand überproportional abfällt. Hierdurch kann die Messdynamik weiter verbessert werden.
Die Stufenkante der Stufe kann sich in der ersten Stellung der Drosseleinrichtung zumindest näherungsweise parallel zu der freistehenden Wand erstrecken, beispielsweise in einen Winkel von weniger als 30° oder weniger als 10° zu der Erstreckungsrichtung der Wand verlaufen. Hierbei ist es möglich, dass die Stirnfläche der Stufe einen Anschlag bildet, an dem die freistehende Wand in der ersten Stellung der Drosseleinrichtung anschlägt. Bevorzugt verbleibt jedoch auch in der ersten Stellung der Drosseleinrichtung ein Spalt zwischen der Stufe und der Wand. Hierdurch kann die freistehende Wand über ihre volle Höhe mit dem Fluid in Kontakt stehen, wodurch sie durch dieses gleichmäßig mit Kraft beaufschlagt werden kann.
Die Höhe der Stufe kann in Strömungsrichtung des Fluids zum Fluidauslass hin zunehmen. Hierdurch kann zum freien Ende der freistehenden Wand hin ein zunehmend größerer Höhenunterschied des zweiten Fluidraums und des ersten Fluidraums erreicht werden, wodurch die Messdynamik weiter verbessert werden kann.
Wie obig erläutert kann der Sensor den Messwert berührungslos erfassen und insbesondere ein kapazitiver oder induktiver Sensor sein. Der Sensor kann beispielsweise an der Seitenwand des Fluidkanals befestigt sein, wobei er vorzugsweise außerhalb des fluidführenden Bereichs, also insbesondere an der Außenseite der Seitenwand angeordnet sein kann. Wie obig erläutert kann der Sensor wenigstens ein Markierelement erfassen, der an oder in der freistehenden Wand befestigt ist. Es können auch mehrere dieser Markierelemente an oder in der freistehenden Wand vorgesehen sein, beispielsweise um eine Form der freistehenden Wand durch Erfassung mehrerer Messpunkte zu ermitteln.
Ein Strömungsquerschnitt des Fluidkanals kann in einem zwischen dem Fluideinlass und der Drosseleinrichtung liegenden Beschleunigungsabschnitt des Fluidkanals zu der Drosseleinrichtung hin verringern. Die zur Verstellung der Drosseleinrichtung beziehungsweise insbesondere der freistehenden Wand bereitstehenden Kräfte können von den auftretenden Strömungsgeschwindigkeiten abhängen. Sollen somit hohe Genauigkeiten für eher geringe den Fluidkanal durchströmende Fluidmengen ermittelt werden, kann es vorteilhaft sein, den Strömungsquerschnitt des Fluidkanals gezielt zu verengen und somit das Fluid zu beschleunigen.
Der Durchflusszähler kann eine Messkapsel aufweisen, die die Drosseleinrichtung, den Sensor und zumindest einen Abschnitt des Fluidkanals umfasst. Die Messkapsel kann lösbar mit einem Gehäuse verbunden sein, das Rohranschlüsse an dem Fluideinlass und dem Fluidauslass ausbildet. Anders ausgedrückt kann der Durchflusszähler ein Kapselzähler sein, dessen messrelevante Komponenten leicht gewechselt werden können. Zur leichteren Integrationen am Messkapselzähler kann es vorteilhaft sein, wenn der Fluidkanal gekrümmt verläuft.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Zeichnungen. Hierbei zeigen schematisch:

1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Durchflusszählers,
2 und 3 geschnittene Ansichten des Fluidkanals des in 1 dargestellten Durchflusszählers,
4 eine geschnittene Ansicht eines Fluidkanals eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Durchflusszählers,
5 die Messdynamik verschiedener Messgeometrien, und
6 und 7 geschnittene Ansichten von Fluidkanälen weiterer Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Durchflusszähler.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Durchflusszählers 1, der einen Fluidkanal 2 umfasst, der einen Fluideinlass 3 mit einem Fluidauslass 4 verbindet. An dem Fluidkanal 2 ist ein Sensor 5 angeordnet, dessen Messwerte durch die Verarbeitungseinrichtung 6 verarbeitet werden, um ein Maß für eine den Fluidkanal 2 durchströmende Fluidmenge zu ermitteln. Die Messwerterfassung wird später noch mit Bezug auf 2 und 3 genauer erläutert werden.
Der Durchflusszähler 1 ist als Messkapselzähler aufgebaut. Die Messkapsel 7 umfasst die messrelevanten Komponenten, nämlich den Fluidkanal 2, den Sensor 5 und die Verarbeitungseinrichtung 6. Die Messkapsel 7 ist in ein Gehäuse 8 eingesetzt, das Rohranschlüsse 9, 10 an dem Fluideinlass 3 und dem Fluidauslass 4 ausbildet. Zur Abdichtung sind zwischen der Messkapsel 7 und dem Gehäuse 8 Dichtelemente 11 angeordnet.
Die 2 und 3 zeigen Schnitte durch den Fluidkanal 2 entlang der Linie II-II in 1 bzw. entlang der Linie III-III in 2. Wie in 2 klar zu erkennen ist, tritt das Fluid bodenseitig am Fluideinlass 3 in den Fluidkanal 2 ein und wird durch diesen auf einer näherungsweise kreis- bzw. schneckenförmigen Bahn zu dem Fluidauslass 4 geführt. In dem Fluidkanal 2 ist eine Drosseleinrichtung 12 angeordnet, die im gezeigten Beispiel in Abhängigkeit der den Fluidkanal 2 durchströmenden Fluidmenge ihre Form kontinuierlich zwischen einer ersten Stellung 13 und einer zweiten Stellung 14 ändert. Die Drosseleinrichtung 12 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als freistehende Wand 16 ausgebildet, die an ihrem einen Ende 17 an einer Seitenwand 19 des Fluidkanals 2 befestigt ist und deren gegenüberliegendes Ende 18 frei in dem Fluidkanal 2 endet. Die freistehende Wand 16 kann, wie durch den Pfeil 15 angedeutet, verformt werden, um ihre Krümmung zu reduzieren, womit das freie Ende 18 in 1 nach links und in 3 nach rechts verlagert wird. Statt der starren Befestigung der freistehenden Wand 16 am Ende 17 wäre es auch möglich, diese bewegbar bzw. verschwenkbar zu lagern, wobei in diesem Fall die freistehende Wand 16 auch starr sein könnte.
Die freistehende Wand 16 ist in einem Krümmungsabschnitt 22 zu dem Abschnitt 28 der Seite 20 der Seitenwand 19 hin gekrümmt, wobei der Abschnitt 28 und die Wand 16 die gleiche Krümmungsrichtung aufweisen. Dies führt dazu, dass Wandabschnitte 23 der freistehenden Wand 16 gewinkelt zu der Strömungsrichtung 21 des auf die freistehende Wand 16 einströmenden Fluids stehen. Aufgrund der Trägheit des Fluids wirkt bei der resultierenden Umlenkung des Fluids eine Zentrifugalkraft auf die freistehende Wand 16, die das freie Ende 18 in Richtung des Pfeils 15 bewegt, indem sie die Krümmung der freistehenden Wand 16 im Krümmungsabschnitt 22 reduziert. Diese Bewegung ist umso stärker, je größer die den Fluidkanal 2 durchströmende Fluidmenge pro Zeit und somit auch die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids ist.
Hieraus ergeben sich zwei Effekte. Durch die Verformung bzw. alternativ oder ergänzend durch eine Verschiebung und/oder Verschwenkung der Drosseleinrichtung 12 bzw. der freistehenden Wand 16 reduziert sich der Strömungswiderstand des Fluidkanals 2. Zugleich ändert sich die Position des Markierelements 27 bezüglich des Sensors 5, was erfasst werden kann, um den Messwert zu bestimmen. Somit besteht eine eindeutige Korrelation zwischen der Position des Markierelements 27 bzw. dessen Abstand vom Sensor 5 und der den Fluidkanal 2 durchströmenden Fluidmenge pro Zeit. Entsprechende Messwerte können beispielsweise erfasst werden, indem eine magnetisches Markierelement 27 und ein Hallsensor als Sensor 5 genutzt werden. Alternativ könnte beispielsweise ein paramagnetisches Markierelement 27 genutzt werden und der Sensor 5 könnte ein Induktionssensor sein, also beispielsweise eine Spule, deren Induktivität gemessen wird. Prinzipiell wäre es beispielsweise auch möglich, ein leitfähiges Markierelement 27 zu nutzen, dessen Abstand zum Sensor 5 durch einen kapazitiven Sensor gemessen werden kann. Die Lage des Markierelements 27 und somit die Position bzw. Orientierung bzw. Form der Drosseleinrichtung 12 kann somit kontaktlos gemessen werden. Durch die Veränderung des Strömungswiderstands und insbesondere des Strömungsquerschnitts in einem durch die freistehende Wand 16 begrenzt ersten Fluidraum 24 mit steigender den Fluidkanal 2 durchströmender Fluidmenge pro Zeit wird eine hohe Messdynamik erreicht.
Wie insbesondere in 3 deutlich zu erkennen ist, unterteilt die freistehende Wand 16 den Strömungsquerschnitt des Fluidkanals 2 in einen ersten Fluidraum 24 und in einen zweiten Fluidraum 25. Der Fluidtransport von dem Fluideinlass 3 zu dem Fluidauslass 4 erfolgt weitgehend in dem ersten Fluidraum 24, in dem das Fluid relativ schnell strömt. Der zweite Fluidraum 25 ist mit dem Fluideinlass nur indirekt über den ersten Fluidraum sowie über die in 3 erkennbaren Spalte 26 oberhalb und unterhalb der freistehenden Wand 16 gekoppelt. Somit strömt dort das Fluid relativ langsam.
Da mit zunehmender geförderter Fluidmenge der Strömungsquerschnitt im ersten Fluidraum 24 steigt, steigt die Strömungsgeschwindigkeit dort langsamer als sie es täte, wenn die freistehende Wand 16 ihre Form bzw. Position bzw. Orientierung nicht ändern würde. Dies führt wiederum dazu, dass bei niedrigen geförderten Fluidmengen aufgrund des dann vorliegenden relativ geringen Strömungsquerschnitts im ersten Fluidraum 24 bereits relativ hohe Strömungsgeschwindigkeiten und somit relativ große Kräfte auf die freistehende Wand 16 resultieren, womit bereits eine relativ hohe Messgenauigkeit erreicht wird.
Bei zunehmender transportierter Fluidmenge weitet sich jedoch der Strömungsquerschnitt des ersten Fluidraums 24, womit die Strömungsgeschwindigkeit dort unterproportional steigt. Zudem reduziert sich typischerweise der Winkel, mit dem das Fluid auf die freistehende Wand 16 trifft, was zu einer weiteren Kraftreduktion führt. Mit zunehmender geförderter Fluidmenge sinkt somit die Empfindlichkeit der Messwerterfassung, womit insgesamt ein sehr großer Dynamikbereich bei insgesamt hoher relativer Genauigkeit erreicht werden kann.
Dadurch, dass die freistehende Wand 16 und der Abschnitt 28 der Seitenwand 19, der gemeinsam mit der freistehenden Wand 16 den ersten Fluidraum 24 begrenzt, in die gleiche Richtung gekrümmt sind, resultiert somit ein Großteil der auf die freistehende Wand 16 wirkenden Kraft nicht aus dem Druckabfall aufgrund der Verengung des ersten Fluidraums 24, sondern aus der Umlenkung des Fluids. Hierdurch kann eine hohe Messgenauigkeit auch bei einem relativ geringen Druckabfall an dem Strömungskanal 2 bzw. der Drosseleinrichtung 12 erreicht werden.
Durch das in 3 gezeigte Vorsehen von Spalten 26 oberhalb und unterhalb der freistehenden Wand 16 wird der Zwischenraum zwischen der freistehenden Wand 16 und der Seitenwand 19 durch das Fluid gespült, wodurch verhindert werden kann, dass die Bewegung bzw. Verformung der freistehenden Wand 16 durch eine Verschmutzung blockiert wird. Aufgrund des rechteckigen Querschnitts des Strömungskanals 2 ist die Breite der Spalte 26 im Wesentlichen unabhängig davon, ob sich die Drosseleinrichtung 12 bzw. die freistehende Wand 16 in der ersten Stellung 13, in der zweiten Stellung 14 oder in einer Zwischenstellung befindet.
4 zeigt eine geringfügige Abwandlung des bisher diskutierten Durchflusszählers 1, wobei der dort gezeigte Schnitt im Wesentlichen dem in 3 gezeigten Schnitt entspricht. Der wesentliche Unterschied zu dem vorangehend diskutierten Durchflusszähler 1 ist, dass sich die Höhe 27 des Fluidkanals 2 in Hochrichtung, also senkrecht zur Strömungsrichtung 21, ändert. Dies führt dazu, dass in der ersten Stellung 13 die Spalte 26 weiterhin relativ schmal bleiben, wobei eine Verstellung der Drosseleinrichtung 12 in die zweite Stellung 14 zu einer Weitung der Spalte 26' führt. Dies führt dazu, dass in der zweiten Stellung 14 ein größerer Teil des den Fluidkanal 2 durchströmenden Fluids durch die Spalte 26' an der freistehenden Wand 16 vorbeigeführt werden kann. Hierdurch wird der Strömungswiderstand des Fluidkanals 2 bei der Verstellung der Drosseleinrichtung von der ersten Stellung 13 in die zweite Stellung 14 noch deutlicher reduziert als in dem vorangehend diskutierten Ausführungsbeispiel, wodurch eine Messung mit ausreichender Genauigkeit über einen noch größeren Messbereich ermöglicht werden kann.
5 zeigt schematisch die Auslenkung 28 des Markierelements 27 für verschiedene Durchflussmengen pro Zeit. Beispielhaft können die angegebenen Werte für den Durchfluss in I/h und die angegebenen Werte für die Auslenkung in mm angegeben sein. Hierbei zeigt die Kurve 29 den Zusammenhang für eine nicht erfindungsgemäße Messgeometrie, bei der der Strömungswiderstand des Fluidkanals unabhängig von der den Fluidkanal durchströmenden Fluidmenge ist. Wird angenommen, dass die Linien 30 hierbei die Grenzen der Messgenauigkeit der Auslenkung angibt, so ist klar erkennbar, dass eine zufriedenstellende Messgenauigkeit nur für ca. eine Größenordnung des Durchflusses 27 erreicht wird.
Die Kurve 31 zeigt den gleichen Zusammenhang schematisch für das mit Bezug auf die 1 bis 3 erläuterte Ausführungsbeispiel, bei dem die Abmessungen der Spalte 26 unabhängig von der Stellung der Drosseleinrichtung 12 sind. Wie deutlich erkennbar ist, kann eine ausreichende Genauigkeit in einem deutlich größeren Bereich der Kurve 31 erreicht werden, da diese deutlich länger oberhalb der Linie 30 bleibt.
Die Kurve 32 zeigt den mit Bezug auf 4 diskutierten Fall, bei dem sich auch die Größe der Spalte 26, 26' mit der Stellung der Drosseleinrichtung ändert. Wie zu erkennen, ist hierdurch der erreichbare Messbereich zusätzlich erweitert, wobei insbesondere eine höhere Genauigkeit für geringe Durchflüsse erreicht wird.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die Steifigkeit der freistehenden Wand 16 zwischen dem an der Seitenwand 19 befestigten Ende 17 und dem freien Ende 18 variiert. Beispielsweise kann in dem in 2 gezeigten Beispiel gewünscht sein, dass der Abschnitt der Wand 16 im Bereich des Endes 17, das sehr steil zur Seitenwand 19 steht, besonders steif ist, um eine Verformung dieses Bereichs weitgehend zu unterdrücken. Eine Möglichkeit, die freistehende Wand 16 auf ihrer gesamten Länge oder auch nur abschnittsweise zu versteifen, ist in 6 dargestellt. Zur Versteifung können Versteifungsrippen 34 genutzt werden, die von einem ebenen Wandabschnitt 33 abragen. Die Versteifungsrippen 34 können sich insbesondere in Richtung des zweiten Fluidraums 25 erstrecken, so dass sie im Wesentlichen nicht mit dem in dem Fluidraum 24 relativ schnell strömenden Fluid wechselwirken.
In den bisherigen Ausführungsbeispielen erfolgte die Verstellung der Drosseleinrichtung 12 bzw. freistehenden Wand 16 im Wesentlichen durch Kräfte, die bei einer Umlenkung des Fluids auftreten. In einigen Anwendungsfällen kann es jedoch gewünscht sein, das Fluid im Wesentlichen geradlinig durch den Fluidkanal 2 zu führen und dennoch das beschriebene Messprinzip zu nutzen. Eine Möglichkeit hierfür wird im Folgenden mit Bezug auf 7 erläutert. Hierbei werden für Elemente mit gleicher bzw. ähnlicher Funktion die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Der Fluidkanal 2 ist durch die Seitenwand 19 begrenzt und verbindet den Fluideinlass 3 mit einem gegenüberliegenden Fluidauslass 4. Die Drosseleinrichtung 12 wird in diesem Ausführungsbeispiel durch die freistehende Wand 16 und eine weitere freistehende Wand 35 gebildet. In der ersten Stellung 13 der Drosseleinrichtung 12 bilden die freistehenden Wände 16, 35 gemeinsam eine blendenartige oder düsenartige Öffnung 36 aus. Nahezu der gesamte Druckabfall im Fluidkanal 2 erfolgt somit an dieser Öffnung 36.
Die freistehende Wand 35 ist starr und die freistehende Wand 16 ist um eine Schwenkachse 37 verschwenkbar. Alternativ könnte die freistehende Wand 16 auch verformbar oder verschiebbar sein. Aufgrund des großen Druckabfalls an der Öffnung 36 wirkt bei großen Durchflüssen eine Kraft auf die freistehende Wand 16, die diese gegen ein Rückstellelement 38, beispielsweise eine Feder oder einen Block aus elastisch verformbarem Material, in die zweite Stellung 14 verbringt. Somit öffnet sich die Öffnung 36 und der Strömungswiderstand bzw. Druckabfall im Strömungskanal 2 wird reduziert.
Die sensorische Erfassung der Orientierung bzw. Form der freistehenden Wand 16 ist in 7 nicht explizit dargestellt. Die Erfassung kann berührungslos erfolgen, wie zu den vorangehenden Beispielen erläutert, indem in oder an der freistehenden Wand 16 ein entsprechendes Markierelement angeordnet wird und an der Seitenwand 19 ein Sensor. Alternativ wäre es beispielsweise möglich, einen Drehsensor im Bereich der Verschwenkachse 37 anzuordnen oder ähnliches.
In 8 und 9 zeigen eine weitere Abwandlung des mit Bezug auf 1 - 3 diskutierten Durchflusszählers 1. Hierbei zeigen 1 einen Schnitt durch den Fluidkanal 2 entlang der Linie III-III in 2, also eine Abwandlung der in 3 dargestellten Ansicht, und 9 einen Schnitt durch den Fluidkanal 2 entlang der Linie IX-IX in 2, also in einem Abschnitt des Fluidkanals 2, der stromaufwärts des in 8 dargestellten Abschnitts liegt. Im Folgenden werden primär die Unterschiede zu dem vorangehend bereits diskutierten Durchflusszähler 1 diskutiert. Gemeinsame Merkmale werden nur wiederholt, soweit sie zum besseren Verständnis erforderlich sind.
Der Fluidkanal 2 weist, wie sowohl in 8 als auch in 9 gezeigt ist, eine Stufe 39 in Querrichtung des Fluidkanals 2 auf, an der sich die Höhe 40, 41 des Fluidkanals 2 ändert. Wird die freistehende Wand 16, wie durch den Pfeil 15 angedeutet und obig diskutiert, verformt, um ihre Krümmung zu reduzieren, verschiebt sich der in 8 bzw. 9 dargestellte Wandabschnitt von der ersten Stellung 13 in die zweite Stellung 14. Der Querschnitt des Fluidkanals 2 wird durch die freistehende Wand 16 in zwei Fluidräume 25, 26 unterteilt. Die Stufe 39 liegt hierbei in dem ersten Fluidraum 24, der an jener Seite der freistehenden Wand 16 angeordnet ist, an der sie zumindest abschnittsweise dem einströmenden Fluid zugewandt ist. Aufgrund der Stufe 39 weist der Fluidkanal 2 im zweiten Fluidraum 25 der primär zum Fluidauslass 4 hin offen ist, eine größere Höhe auf als die Höhe 40 in dem ersten Fluidraum 24. Ein verschieben bzw. verformen der freistehenden Wand 16 in Richtung des zweiten Fluidraums 25 erweitert somit den zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitt überproportional, wodurch auch der Strömungswiderstand überproportional abfällt.
Die Stufenkante der Stufe 39 erstreckt sich in der ersten Stellung 13 der Drosseleinrichtung 12 zumindest näherungsweise parallel zu der freistehenden Wand 16. Es verbleibt im gezeigten Beispiel auch in der ersten Stellung 13 der Drosseleinrichtung 12 ein Spalt 26 zwischen der Stufe 39 und der Wand 16. Hierdurch steht die freistehende Wand 16 über ihre volle Höhe mit dem Fluid in Kontakt, wodurch sie durch dieses gleichmäßig mit Kraft beaufschlagt werden kann.
Die Höhe der Stufe 39 und somit der Unterschied zwischen den Höhen 40, 41 nimmt in Strömungsrichtung des Fluids zum Fluidauslass 4 hin zu und ist daher in 8 deutlich größer als in 9. Hierdurch kann zum freien Ende 18 der freistehenden Wand 16 hin ein zunehmend größerer Höhenunterschied zwischen dem zweiten Fluidraum 25 und dem ersten Fluidraum 24 erreicht werden, wodurch die Messdynamik weiter verbessert werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Durchflusszähler
2: Fluidkanal
3: Fluideinlass
4: Fluidauslass
5: Sensor
6: Verarbeitungseinrichtung
7: Messkapsel
8: Gehäuse
9: Rohranschluss
10: Rohranschluss
11: Dichtelement
12: Drosseleinrichtung
13: Stellung
14: Stellung
15: Pfeil
16: Wand
17: Ende
18: Ende
19: Seitenwand
20: Seite
21: Strömungsrichtung
22: Krümmungsabschnitt
23: Wandabschnitt
24: Fluidraum
25: Fluidraum
26: Spalt
27: Markierelement
28: Abschnitt
29: Kurve
30: Linie
31: Kurve
32: Kurve
33: Wandabschnitt
34: Versteifungsrippe
35: Wand
36: Öffnung
37: Verschwenkachse
38: Rückstellelement
39: Stufe
40: Höhe
41: Höhe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017006121 A1 [0004]

Claims

Durchflusszähler, umfassend einen Fluidkanal (2), der einen Fluideinlass (3) mit einem Fluidauslass (4) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fluidkanal (2) eine Drosseleinrichtung (12) derart angeordnet ist, dass sie in Abhängigkeit der den Fluidkanal (2) durchströmenden Fluidmenge ihre Position und/oder Orientierung und/oder Form kontinuierlich zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung (13, 14) ändert, wobei der Strömungswiderstand des Fluidkanals (2) bei der Verstellung der Drosseleinrichtung (12) von der ersten in die zweite Stellung (13, 14) kontinuierlich abnimmt, wobei durch einen Sensor (5) des Durchflusszählers (1) ein Messwert erfasst wird, der die Position und/oder Orientierung und/oder Form der Drosseleinrichtung (12) betrifft, wobei eine Verarbeitungseinrichtung (6) des Durchflusszählers (1) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit des Messwertes ein Maß für die den Fluidkanal durchströmende Fluidmenge zu ermitteln.
Durchflusszähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtung (12) eine freistehende Wand (16) ist oder umfasst, die von einer den Fluidkanal (2) begrenzenden Seitenwand (19) abragt, wobei durch durch den Fluidkanal (2) strömendes Fluid die freistehende Wand (16) elastisch verformbar und/oder gegen eine Rückstellkraft verschiebbar und/oder verschwenkbar ist, um die Drosseleinrichtung (12) von der ersten in die zweite Stellung (13, 14) zu verstellen.
Durchflusszähler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidkanal (2) dazu eingerichtet ist, eine Strömungsrichtung (21) des Fluids vor einem Kontakt des Fluids mit der freistehenden Wand (16) vorzugeben, wobei zumindest ein Wandabschnitt (23) der freistehenden Wand (16) zumindest in der ersten Stellung (13) gewinkelt zu dieser Strömungsrichtung (21) steht, wobei eine Verstellung der Drosseleinrichtung (12) von der ersten in die zweite Stellung (13, 14) den Winkel zwischen dem Wandabschnitt (23) und der Strömungsrichtung (21) verändert.
Durchflusszähler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die freistehende Wand (16) an einer Seite des Fluidkanals (19) befestigt ist, wobei zumindest ein Krümmungsabschnitt (22) der freistehenden Wand (16) zwischen dem an der Seitenwand (19) befestigten Ende (17) und dem freien Ende (18) der freistehenden Wand (18) zumindest in der ersten Stellung (13) zu der dieser Seite gegenüberliegenden Seite (20) des Fluidkanals (2) hin gekrümmt ist.
Durchflusszähler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsabschnitt (22) der freistehenden Wand (16) zumindest in der ersten Stellung (13) der Drosseleinrichtung (12) die gleiche Krümmungsrichtung aufweist wie ein Abschnitt (38) der Seitenwand (19), der den Fluidkanal (2) an der gegenüberliegenden Seite (20) des Fluidkanals (2) begrenzt.
Durchflusszähler nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in der zweiten Stellung (14) der Drosseleinrichtung (12) das freie Ende (18) der freistehenden Wand (16) näher an dem Fluidauslass (4) liegt als jenes Ende (17) der freistehenden Wand (16), mit dem sie an der Seitenwand (19) des Fluidkanals (2) befestigt ist.
Durchflusszähler nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Kanalabschnitt des Fluidkanals (2) ein Querschnitt des Fluidkanals (2) durch die freistehende Wand (16) in zwei Fluidräume (24, 25) unterteilt ist, die zumindest in der zweiten Stellung (14) der Drosseleinrichtung (12) über wenigstens einen Spalt (26, 26') zwischen der freistehenden Wand (12) und der Seitenwand (19) miteinander gekoppelt sind.
Durchflusszähler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (26, 26') bei einer Verstellung der Drosseleinrichtung (12) von der zweiten in die erste Stellung (14, 13) verkleinert wird oder konstante Abmessungen aufweist.
Durchflusszähler nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die freistehende Wand (12) elastisch verformbar ist, wobei eine Steifigkeit der freistehenden Wand (12) zwischen einem an der Seitenwand (19) befestigten Ende (17) und dem freien Ende (18) der freistehenden Wand (12) variiert.
Durchflusszähler nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Wandabschnitt der freistehenden Wand (12) einen ebenen Wandabschnitt (33) und wenigstens eine gewinkelt von dem ebenen Wandabschnitt (33) abstehende Versteifungsrippe (34) umfasst.
Durchflusszähler nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an oder in der freistehenden Wand (12) wenigstens ein Markierelement (27) angeordnet ist, dass durch den Sensor (5) erfassbar ist.
Durchflusszähler nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtung (12) zusätzlich eine weitere freistehende Wand (35) umfasst, die an einer anderen Position der Seitenwand (19) von dieser abragt, wobei die freien Enden der freistehenden Wand (16) und der weiteren freistehenden Wand (35) den Strömungsquerschnitt des Fluidkanals (2) zumindest in der ersten Stellung (13) der Drosseleinrichtung (12) gemeinsam begrenzen.
Durchflusszähler nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidkanal (2) zumindest in einem Teilbereich jenes Bereichs, in dem die Drosseleinrichtung (12) angeordnet ist, eine Stufe (39) aufweist, an der sich die Höhe (40, 41) des Fluidkanals (2) ändert, wobei die freistehende Wand (16) bei einer Verstellung der Drosseleinrichtung von der ersten in die zweite Stellung (13, 14) von der Stufe weg verschoben und/oder verschwenkt und/oder verformt, insbesondere gebogen, wird.
Durchflusszähler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Stufe (39) in Strömungsrichtung des Fluids zum Fluidauslass (4) hin zunimmt.
Durchflusszähler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (5) den Messwert berührungslos erfasst und insbesondere ein kapazitiver oder induktiver Sensor ist.
Durchflusszähler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Strömungsquerschnitt des Fluidkanals (2) in einem zwischen dem Fluideinlass (3) und der Drosseleinrichtung (12) liegenden Beschleunigungsabschnitt des Fluidkanals (2) zu der Drosseleinrichtung (12) hin verringert.
Durchflusszähler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine die Drosseleinrichtung (12), den Sensor (5) und zumindest einen Abschnitt des Fluidkanals (2) umfassende Messkapsel (7) aufweist, die lösbar mit einem Gehäuse (8) verbunden ist, das Rohranschlüsse (9, 10) an dem Fluideinlass (3) und dem Fluidauslass (4) ausbildet.