DE102022104513B3

DE102022104513B3 - Armatur zum Erfassen und Beeinflussen des Volumenstromes

Info

Publication number: DE102022104513B3
Application number: DE102022104513.7A
Authority: DE
Inventors: Julian Bolte; Hendrik Hössel
Original assignee: Oventrop GmbH and Co KG
Current assignee: Oventrop GmbH and Co KG
Priority date: 2022-02-25
Filing date: 2022-02-25
Publication date: 2023-06-29
Anticipated expiration: 2042-02-26
Also published as: DE202023100442U1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Armatur (1) für fluide Medien mit einem Strömungskanal (24), einer darin angeordneten Ventilvorrichtung (27), mit einer Einrichtung (4) zur Erfassung des Volumenstromes und einer Einrichtung (8) zur Beeinflussung des Volumenstromes, wobei beide Einrichtungen (4,8) an der Armatur verbaut sind und dazu eingerichtet sind, Messsignale aus der Einrichtung (4) zur Erfassung des Volumenstromes für Stellbefehle zur Beeinflussung des Volumenstromes zu verwenden, wobei die Einrichtung (4) zur Erfassung des Volumenstromes eingerichtet ist, aus dem physikalischen Zusammenhang für eindimensionale Strömung nach Bernoulli zwischen Gesamtdruck (20), statischem Druck (23) und Staudruck ein elektronisches Stellsignal für die Einrichtung (8) zur Beeinflussung des Volumenstromes zu erzeugen, und die einen Drucksensor (23,25) für den statischen Druck an der Innenwandung des Strömungskanales (24) der Einrichtung (4) zur Erfassung des Volumenstromes aufweist und die Einrichtung (8) zur Beeinflussung des Volumenstromes mindestens einen Drucksensor (21,26) für den Gesamtdruck an der Ventilvorrichtung (27) der Einrichtung (8) aufnimmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Armatur für gasförmige oder flüssige Medien im Bereich der Versorgungstechnik in Gebäuden, die eine elektronische Einrichtung zur Erfassung des Volumenstromes und eine elektronisch geregelte Einrichtung zur Beeinflussung des Volumenstromes aufweist, wobei beide Einrichtungen oder Komponenten davon in und/oder an der Armatur verbaut sind und wobei Messsignale aus der elektronischen Einrichtung zur Erfassung des Volumenstromes für Stellbefehle zur Beeinflussung des Volumenstromes durch die elektronisch geregelte Einrichtung verwendet werden.
Im Stand der Technik ist solch eine Armatur z.B. aus der EP 3 353 616 B1 bekannt, bei der die Einrichtung zur Erfassung des Volumenstromes hier als Durchflussabschnitt und die Einrichtung zur Beeinflussung des Volumenstromes als Ventilabschnitt bezeichnet sind. Die in der Einrichtung zur Erfassung des Volumenstromes verwendete Messtechnik basiert auf Ultraschall. Obwohl bei dieser Anordnung beide Einrichtungen in einem einstückigen Gehäuse untergebracht sind, wird aufgrund der Kugelhahn-Ventiltechnik einerseits und der erforderlichen Messstreckenlänge des Ultraschall-Messprinzips andererseits eine größere Einbaulänge der Armatur bzw. des Durchflussreglers benötigt. Außerdem müssen jeweils für den sendenden und den empfangenden Sensor der Ultraschallmesstechnik in Strömungsrichtung hintereinander Durchbrüche im Armaturengehäuse geschaffen werden, in die die Sensoren exakt zu positionieren sind. Auch ist die Anordnung des Durchflussabschnittes in Strömungsrichtung gesehen hinter dem Ventilabschnitt von Nachteil, weil die vom Ventilabschnitt erzeugten Strömungsturbulenzen die nachgeschaltete Ultraschallmesstechnik beeinflussen und eine erhöhte Anforderung an die Messwerterfassung stellen.
Ein weiteres Beispiel für eine Armatur, bei der die Einrichtung zur Erfassung und die Einrichtung zur Beeinflussung des Volumenstromes in einem Armaturengehäuse integriert sind, zeigt die EP 2 898 239 B1 . Hierin ist zwar die Einrichtung zur Erfassung des Volumenstromes, die auch hier auf die UltraschallMesstechnik zurückgreift, in Strömungsrichtung der Einrichtung zur Beeinflussung des Volumenstromes (Drosselkörper des Strangregulierventils) vorgeschaltet, die benötigte Messstreckenlänge führt aber auch hier zu einer größeren Einbaulänge der Armatur.
Eine Alternative zur Erfassung des Volumenstromes mit Ultraschallsensoren ist durch die Verwendung von Drucksensoren gegeben, die z.B. vor und hinter dem Drosselkörper eines Ventiles angeordnet sind und den Differenzdruck über dem Ventil messen. Mit Kenntnis der Durchflusskennline des Ventiles (Volumenstrom als Funktion des Differenzdruckes und der Ventilhubstellung) kann dann der Volumenstrom für einen Betriebspunkt ermittelt werden.
Lehrbuchmäßig lassen sich Drucksensoren auch so einsetzen, dass sie aus dem physikalischen Grundprinzip von Bernoulli eine Volumenstromberechnung ermöglichen, wobei ein Drucksensor den statischen und ein Drucksensor den Gesamtdruck erfasst und aus der Differenz eine Auswerteeinheit den dynamischen (oder auch Staudruck genannt) Druck berechnet. Mit Kenntnis des Strömungsquerschnitte an der Messstelle ist dann der Volumenstrom ebenfalls zu berechnen (Prinzip Prandtlrohr) .
Drucksensoren, die für solche Aufgaben Anwendung finden, sehr platzsparend und insbesondere sehr flach sind, sind im Stand der Technik als Foliensensoren bekannt.
So beschreibt z.B. die DE 196 00 178 A1 eine Volumenstrommesseinrichtung, die mindestens einen piezoelektrischen Foliensensor zur Detektion u.a. von Druckschwankungen, welcher im Flüssigkeitsstrom auf einem Sensorträger angeordnet ist und mit einer flüssigkeitsdichten Hüllfolie ummantelt ist.
Ein weiteres Beispiel zur Anwendung und Herstellung von Foliensensoren zeigt die EP 2 255 169 B1 , bei der der Foliensensor eine erste Trägerfolie aufweist, die wenigstens eine erste Leiterbahn aufweist. Die erste Leiterbahn ist vorzugsweise als leitfähige Schicht direkt auf der ersten Trägerfolie aufgebracht. Des Weiteren enthält der Foliensensor eine zweite Trägerfolie, die wenigstens eine Leiterbahn aufweist.
Diese zweite Leiterbahn des Foliensensors ist vorzugsweise direkt auf der zweiten Trägerfolie aufgebracht. Zwischen der ersten und zweiten Trägerfolie ist wenigstens ein elektrisches Bauelement angeordnet. Das elektrische Bauelement ist vorzugsweise mittels der ersten und der zweiten Leiterbahn elektrisch kontaktiert.
Aus der DE 10 2006 001 032 A1 ist eine Volumenstrommesseinrichtung bekannt, die in einer Gasleitung angeordnet ist. Hierbei ist eine im Querschnitt verstellbare Drosseleinrichtung, nämlich eine Drosselklappe, mit einer Differenzdruckmesseinrichtung gekoppelt, die zwei Druckmessstellen aufweist, von denen eine erste Druckmessstelle stromaufwärts der Drosseleinrichtung in einem von der Drosseleinrichtung bezüglich des Drucks nicht beeinflussten ersten Bereich liegt und die zweite Druckmessstelle in einem von der Drosseleinrichtung bezüglich des Druckes beeinflussten zweiten Bereich angeordnet ist.
Durch eine derartige Anordnung ist eine relativ große Baugröße der Gesamtarmatur beziehungsweise der gesamten Volumenstrommesseinrichtung erforderlich, weil die erste Druckmessstelle relativ großen Abstand von der Drosseleinrichtung haben muss, so dass schon aufgrund dessen die Baugröße der gesamten Volumenstrommesseinrichtung relativ groß ist, was zu einer großen Baulänge der kompletten Armatur führt.
Aus der Anordnung ergibt sich zwingend, dass die Druckmessstellen nachteiligen Anforderungen unterliegen, bei denen eine Ausrichtung vorgegeben werden muss, die sich innerhalb des Strömungskanals befinden muss, was Auswirkungen auf die Strömung hat. Zudem sind solche Anordnungen aufwändig in der Herstellung und auch in der Wartung.
Aus der DE 10 2007 019 231 B3 ist ein elektrischer Volumenstromregler bekannt, der ebenfalls ein Klappenventil aufweist. Dabei ist eine der Druckmessstellen auf dem beweglichen Teil des Klappenventiles angeordnet. Aus diesem Grunde muss eine Korrektur der gemessenen Druckwerte abhängig von der Winkelstellung der Ventilklappe vorgenommen werden, was zu einem erhöhten Aufwand führt. Dies ist auch in der angegebenen Druckschrift beschrieben. Zudem müssen die Druckmessstellen, da sie keine Foliensensoren sind, hinsichtlich ihrer Messöffnung eine gewisse Orientierung aufweisen, wie auch in der Beschreibung der Druckschrift angegeben ist, wonach nämlich die am Klappenblatt angeordnete Druckmessstelle eine rechtwinklig zur Ebene des Klappenblattes orientierte Messöffnung bildet.
Bei allen angegebenen Lösungen ist nachteilig, dass die beiden Drucksensoren separat und mit Abstand voneinander installiert werden müssen, so dass die Abnahme der auszuwertenden Signale jeweils durch separate Leitungen erfolgen muss, die zu einer außen angeordneten Regeleinheit geführt werden müssen.
Aus der DE 298 06 374 U1 ist ein Druckmessgerät mit Dehnungsmessstreifen bekannt. Solche Dehnungsmessstreifen regieren nicht direkt auf eine Druckkraft, sondern es werden hier durch eine Ausdehnung, die sowohl proportional zur Strömungsgeschwindigkeit als auch in der Wandung des Strömungskanals proportional zum Staudruck ist, entsprechende Messwerte erfasst. Dies setzt aber eine Dehnbarkeit des Dehnungsmessstreifens voraus, ohne diese ist diese Einrichtung nicht brauchbar.
Aus der DE 197 40 637 A1 ist ein Durchflussregler für strömende Flüssigkeiten bekannt, bei dem mindestens ein Ventil und eine elektronische Regeleinrichtung zu einer Baueinheit zusammengefasst sind.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Armatur zum Erfassen und Beeinflussen der Volumenstromes zu schaffen, die sehr wenig Einbauraum in einer versorgungstechnischen Anlage benötigt, mit wenigen Bauteilen auskommt, einfach zu montieren und nur gering verschmutzungsanfällig ist.
Die Aufgabe wird durch eine Armatur mit einer Einrichtung zur Erfassung des Volumenstromes und einer Einrichtung zur Beeinflussung des Volumenstromes gemäß Patentanspruch 1 gelöst, bei der die Einrichtung zur Erfassung des Volumenstromes aus dem physikalischen Zusammenhang für eindimensionale Strömungen nach Bernoulli zwischen Gesamtdruck, statischem Druck und Staudruck ein elektronisches Stellsignal für die Einrichtung zur Beeinflussung des Volumenstromes erzeugt und die mindestens einen Drucksensor für den statischen Druck in, an oder hinter der Innenwandung des Strömungskanals der Einrichtung zur Erfassung des Volumenstromes aufweist und bei der die Einrichtung zur Beeinflussung des Volumenstromes mindestens einen Drucksensor für den Gesamtdruck in oder an einem Ventilteil der Einrichtung zur Beeinflussung des Volumenstromes aufnimmt. Wenn die Innenwandung im Bereich der Sensoranordnung dünn ausgebildet ist, können die Signale hierdurch gesendet und empfangen werden. Zum Beispiel kann die Innenwand membranartig oder folienartig ausgebildet sein.
Eine derart ausgeführte Armatur mit einer Einrichtung zur Erfassung des Volumenstromes und einer Einrichtung zur Beeinflussung des Volumenstromes ermöglicht eine platzsparende Anordnung der Drucksensoren und eine Reduktion der Bauteile gegenüber bisherigen Armaturen.
Eine geeignete Ausführung der Armatur ist gegeben, wenn das Ventilteil der Ventilvorrichtung, welches den Drucksensor für den Gesamtdruck aufnimmt, Bestandteil eines Scheibenventiles ist.
Hierdurch ist die Schaffung eines zusätzlichen Aufnahmebereiches (Einbauraumes) oder Bauteiles für den Drucksensor nicht erforderlich.
In bevorzugter Weise ist funktionsbedingt die Wirkfläche des auf dem Ventilteil der Ventilvorrichtung angeordneten Drucksensors für den Gesamtdruck rechtwinklig zur Anströmrichtung ausgerichtet, wobei bei einer Drehbewegung des Ventilteiles die rechtwinklige Ausrichtung der Wirkfläche des Drucksensors unverändert zur Anströmung erhalten bleibt.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Armatur ist gegeben, wenn auch der Drucksensor für den statischen Druck in oder an der Innenwandung einer Aufnahmehülse der Einrichtung zur Erfassung des Volumenstromes angeordnet ist, wobei eine Verbindung von Aufnahmehülse mit dem Ventilteil die Drehbewegung gemeinsam ermöglicht.
Bei Ventilteilen, die eine Drehbewegung ausführen, wie dies z.B. bei den Steuerscheiben von Scheibenventilen der Fall ist, ergibt sich eine vorteilhafte Ausbildung des Drucksensors dadurch, dass dieser mit seiner Wirkfläche an eine Teilfläche der Steuerscheibe oder an die gesamte Fläche der zur Anströmung hingerichteten Steuerscheibe angepasst ist.
Die Verkürzung der Einbaumaße der erfindungsgemäßen Armatur wird in besonders vorteilhafter Weise durch die Verwendung von Drucksensoren erreicht, die als Foliensensoren ausgebildet sind, wobei die Sensorverkabelung als Leiterbahnen mit in die Foliensensoren integriert ist und diese derart aus den Foliensensoren und durch das Armaturengehäuse geführt ist, dass beim Scheibenventil die Steuerscheibe einen Drehbereich von 0 bis maximal 180° ausführen kann.
Ein weiterer besonderer Vorteil ergibt sich durch die Zusammenfassung des Drucksensors für den statischen Druck und des Drucksensors für den Gesamtdruck zu einer einteiligen Foliensensorgruppe, was zu einer einfacheren Herstellung der Einrichtung zur Erfassung des Volumenstromes führt.
In bevorzugter Weise ist funktionsbedingt die Wirkfläche des Drucksensor für den statischen Druck planparallel zur Anströmung gerichtet, wobei bei einer Drehbewegung der Aufnahmehülse mit dem Ventilteil die planparallele Ausrichtung der Wirkfläche des Drucksensors unverändert zur Anströmrichtung bleibt.
Eine noch weitere Vereinfachung ergibt sich neben der Zusammenfassung der Aufnahmehülse und des Ventilteiles zu einer Baugruppe oder zu einem einstückigen Bauteil, wenn auch die Foliensensorgruppe unter Einhaltung der Ausrichtung der Wirkflächen der Drucksensoren zur Anströmung z.B. in die Baugruppe integriert ist und so alle Komponenten eine gemeinsame Sensorventileinheit bilden.
Bezüglich der Auswertung der von den Drucksensoren aufgenommenen Signale ist als bevorzugte Lösung vorgesehen, der Einrichtung zur Erfassung des Volumenstromes eine elektronische Auswerteeinheit zuzuordnen, die von mindestens einem Drucksensor den statischen Druck und die von mindestens einem Drucksensor den Gesamtdruck erfasst und die aus den beiden Druckwerten den Staudruck, die Strömungsgeschwindigkeit des Volumenstromes und, die mit Kenntnis des Strömungsquerschnitts der Einrichtung zur Erfassung des Volumenstromes, den Volumenstrom berechnet.
Mit einem in die Auswerteeinheit integrierten Regel- und/oder Steuerelement kann dann der berechnete Volumenstrom mit einem vorgegebenen Sollwert vergleichen, ein Stellbefehl berechnet werden und dieser an die Einrichtung zur Beeinflussung des Volumenstromes übermittelt werden.
Eine vorteilhafte Ausführung der Auswerteeinheit wird erreicht, wenn diese an der Einrichtung zur Erfassung des Volumenstromes angeordnet ist oder als Bestandteil der Einrichtung zur Beeinflussung des Volumenstromes ausgeführt ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungsfiguren dargestellt und nachstehend näher beschrieben.
Es zeigt:

1 eine erfindungsgemäße Armatur in Schrägansicht;
2 einen vereinfachten schematischen Längsschnitt durch die Armatur;
3 eine Einzelheit in Schrägansicht;
4 eine weitere Einzelheit in Ansicht:
5a und 5b zeigen ein Funktionsmerkmal der Armatur;
6 eine weitere Einzelheit in Ansicht;
7 einen vereinfachten Längsschnitt der Armatur ohne Stellantrieb und Getriebe;
8a und 8b eine Einzelheit in Ansicht;
9 eine Armatur, vereinfacht schematisch gezeigt;
10 eine Einzelheit in Ansicht;
11 eine Einzelheit im Längsschnitt;
12 einen Teil einer Armatur in Schrägansicht;
13 eine erfindungsgemäße Armatur als Explosionsdarstellung.

Eine Armatur 1 für den Einsatz im Bereich der Versorgungstechnik in Gebäuden, zu der eine elektronische Einrichtung 4 zur Erfassung des Volumenstromes und eine elektronisch geregelte Einrichtung 8 zur Beeinflussung des Volumenstromes gehört, zeigt eine Skizze beispielhaft die 1.
Die Armatur 1 besitzt ein Einlaufgehäuse 2 und ein Auslaufgehäuse 3, die durch Schrauben, Verpressen, Kleben oder Stecken zu einem gemeinsamen Armaturengehäuse mit einem Durchflusskanal zusammengeführt sind und durch die ein Fluid geleitet wird, dessen Volumenstrom innerhalb der Einrichtung 4 zur Erfassung des Volumenstromes durch eine Messvorrichtung 5 erfasst und durch eine elektronische Auswerteeinheit 6 mit einem einzuhaltenden Sollwert verglichen wird, sodass mit einer Regel- und/oder Steuervorrichtung 7, die in dem Ausführungsbeispiel in der elektronischen Auswerteeinheit 6 integriert sein kann, eine Abweichung ermittelt und Stellbefehle so an eine Einrichtung 8 zur Beeinflussung des Volumenstromes, z.B. mit einem elektrischer Stellantrieb 9, ausgibt, dass der Volumenstrom auf den vorgegebenen Sollwert konstant gehalten wird.
In der 2, die einen vereinfachten schematischen Längsschnitt durch eine derartige Armatur 1 zeigt, bilden zum einen die Messvorrichtung 5, die Kabelverbindung 10 von der Messvorrichtung 5 zur der elektronischen Auswerteeinheit 6 und die elektronische Auswerteeinheit 6 selbst die gesamte elektronische Einrichtung 4 zur Erfassung des Volumenstromes und zum andern der Stellantrieb 9 mit einer Getriebeeinheit 12 und einer drehbar in der Armatur 1 gelagerten Aufnahmehülse 13, in der die Messvorrichtung 5 untergebracht ist, die Einrichtung 8 zur Beeinflussung des Volumenstromes.
Wesentliche Elemente der Messvorrichtung 5 sind Sensoren 11,14,18,22,25,26, die in an sich bekannter Weise als Foliensensoren zur Erfassung des Drucks des Fluids ausgeführt sind und den in 3 skizziert dargestellten Aufbau haben. Sowohl die Sensoren 11,14,18,22,25,26 als auch die Trägerfolien 15 mit den aufgedruckten Leiterbahnen 16 sind sehr flach ausgeführt. Die Sensoren sind durch die Leiterbahnen 16 mit Anschlusskontakten 17 verbunden. Zudem können auch weitere Sensoren auf den Trägerfolien 15 z.B. im Schichtaufbau platziert werden, die z.B. Temperaturen oder Stoffwerte (PH-Werte) aufnehmen. Durch Schutzfolien 19, wie 4 zeigt, kann zusätzlich eine hohe Wirkung gegen Abnutzung, Verschmutzung und Korrosion erzeugt werden.
Für die Aufnahme von Drücken in der Strömung des Fluids eignen sich in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Sensoren 11,14,18,22,25,26, die auf einer kapazitiven Messmethode basieren, bei der, abhängig von der Höhe des Druckes, eine proportionale elektrische Ladung C direkt oder indirekt erzeugt wird. Dabei kann die auf den kapazitiven Drucksensor wirkende Druckkraft zum einen von der direkten Anströmung erzeugt werden, was dem Gesamtdruck in einer Strömung entspricht, oder von einem Ruhedruck oder statischem Druck, der parallel zur Strömung (ohne kinetischen Anteil) auf den Drucksensor wirkt. Die 5a und 5b zeigen das Wirkprinzip.
Der Gesamtdruck 21 und der statische Druck 23 ist mit Pfeilen verdeutlicht.
Die Ausbildung und Anordnung derartiger auf Folienbasis aufgebauter Drucksensoren innerhalb des Einlaufgehäuses 2 der Armatur 1 charakterisieren den Kern der vorliegenden Erfindung, die eine sehr platzsparende, mit wenigen Bauteilen einfach herzustellende und damit kostenreduzierte Armatur 1 zur Erfassung und Beeinflussung des Volumenstromes ermöglicht.
Diese Verwendung solcher Foliensensoren, die Bestandteil der Einrichtung 4 zur Erfassung des Volumenstromes sind, zeigt 6, wobei deren Anordnung an vom Fluid durchströmten Bauteilen der Vorrichtung zur Beeinflussung der Strömung vorgesehen ist, was in dem Teilschnitt der Armatur 1 (ohne Darstellung des Stellantriebes und der Getriebeeinheit) in der 7 zu erkennen ist. Die Anordnung ist hierin so vorgesehen, dass der Drucksensor 25 für die Erfassung des statischen Druckes an einer Innenwandung 41 des einer Ventilvorrichtung 27 vorgelagerten Strömungskanals 24 positioniert ist, und dass der Drucksensor 26 für die Erfassung des Gesamtdruckes an einem Ventilteil der Ventilvorrichtung 27 positioniert ist.
Durch diese Anordnung der Foliensensoren können auf sehr kleinem Raum das elektronische Stellsignal des statischen Druckes 23 und des Gesamtdruckes 21 erfasst und durch Anwendung der strömungstechnischen Grundlagen für eindimensionale Strömungen nach Bernoulli zwischen Gesamtdruck, statischem Druck und Staudruck mit der Auswerteeinheit 6 die Strömungsgeschwindigkeit berechnet und mit Kenntnis des Strömungsquerschnittes im Bereich der Sensoren der Volumenstrom angegeben werden.
Der der Ventilvorrichtung 27 vorgelagerte Strömungskanal 24 ist durch eine strömungsführende, um die Armaturenachse L drehbar gelagerten und in Axialrichtung fixierten Aufnahmehülse 13 gebildet, in der der Foliensensor 25 zur Wirkrichtung und Messung des statischen Druckes so untergebracht ist, dass dessen Wirkfläche planparallel zur Anströmung, also der Strömungsrichtung 34 am Einlauf gerichtet ist und diese Ausrichtung unabhängig von der Drehbewegung der Aufnahmehülse 13 ist.
Der zweite, für die Messung des Gesamtdruckes vorgesehene Foliensensor 26 ist an einem Ventilteil der Ventilvorrichtung 27 befestigt, das zur Beeinflussung des Volumenstromes um die Strömungsachse drehbar verschiebbar sein kann. Dabei ist die Wirkfläche dieses Foliensensors rechtwinklig zur Anströmrichtung 34 bzw. Wirkrichtung 21 des Gesamtdruckes ausgerichtet, wobei bei einer Drehbewegung des Ventilteiles die rechtwinklige Ausrichtung der Wirkfläche des Drucksensors unverändert zur Anströmrichtung 34 bleibt.
Bei der in 7 dargestellten Armatur 1 handelt es sich bei der Ventilvorrichtung 27 um ein Scheibenventil, in dem das Ventilteil der Ventilvorrichtung 27 eine um die Armaturenlängsachse L drehbare Steuerscheibe 28 ist, die Strömungsöffnungen aufweist, die mit den Strömungsöffnungen einer im Armaturengehäuse feststehenden Scheibe 29 zur Beeinflussung des Volumenstromes so zur Überdeckung gebracht werden können, dass der Volumenstrom abgesperrt oder bis auf einen Maximalwert eingestellt werden kann. Zum besseren Verständnis ist der Aufbau solch einer Armatur 1 in der 13 als Explosionszeichnung angegeben.
Die Umsetzung eines weiteren erfinderischen Merkmales zeigt die 8a,b, in der die Möglichkeit, Foliensensoren an nahezu beliebige Einbaumaße anzupassen, die an der Geometrie der Steuerscheibe 28 angewandt werden. Die geschlossenen Teilflächen der Steuerscheibe 28 dienen hierbei als Aufnahmefläche des für die Messung des Gesamtdruckes vorgesehenen Foliensensors, was 8a verdeutlicht. Um eine ausreichende Fixierung und Positionierung des Foliensensors zu erreichen, ist vorzugsweise in der Steuerscheibe 28 eine Vertiefung 42 vorgesehen, wie 8b. angibt. Entsprechendes gilt für die Anpassung des für die Messung des statischen Druckes vorgesehenen Foliensensors an die Einbaumaße in der Aufnahmehülse 13.
Wie bereits in der 6 gezeigt, sind die beiden als Foliensensoren ausgeführten Druckaufnehmer durch eine Verbindungsfolie 30 mit aufgedruckten Leiterbahnen verbunden, sodass man eine Sensorfoliengruppe 40 als weiteres erfinderisches Merkmal erhält, die über die Anschlussfolie 15 mit Anschlusskontakten 17 die gemessenen Drucksignale aus dem Strömungsbereich durch das Armaturengehäuse nach außen bis zur Auswerteeinheit 6 leitet.
In der 9 und 10 ist hierzu dargestellt, wie die Anschlussfolie 31 durch eine Bohrung 32 in der Aufnahmehülse 13 und einer darin angeordneten Dichtung 36 durch eine in das Einlaufgehäuse 2 eingearbeitete längliche Ausnehmung 43 geführt ist, so dass bei einer Drehung der Aufnahmehülse 13 die Anschlussfolie 31 der Drehbewegung folgen kann oder diese zumindest nicht behindert.
Ein weiteres in dem Ausführungsbeispiel dargestelltes erfinderisches Merkmal ist, wie 11 zeigt, die Zusammenfassung der Aufnahmehülse 13 und der Steuerscheibe 28 zu einer Baugruppe oder zu einem einstückigen Bauteil, wobei diese zusammen mit der Foliensensorgruppe 40 gemäß 6 eine gemeinsame montagefertige Sensorventileinheit bilden. Für die Zusammenfassung als Baugruppe stellt 8 und 10 eine Lösung dar, bei der für die Übertragung der Drehbewegung von der Aufnahmehülse 13 auf die Steuerscheibe 28 in geeigneter Weise mindestens ein Mitnehmer 37 an der Aufnahmehülse 13 oder an der Steuerscheibe 28 und mindestens eine Aufnahme 44 an der Steuerscheibe 28 oder der Aufnahmehülse 13 angebracht ist.
Damit die Sensorventileinheit eine Drehbewegung ausführen kann, die von der Auswerteeinheit 6 initiiert wurde, ist an der Aufnahmehülse 13 ein Antriebsring 38 zur Kraftübertragung angebracht oder angeformt, der in dem Ausführungsbeispiel als Zahnkranz 39 vorgesehen ist, der, wie in 12 gezeigt ist, in Umfangsrichtung sich mindestens so weit erstreckt, dass innerhalb des gesamten Drehbereiches eine beliebige Winkelstellung der Steuerscheibe 28 eingestellt werden kann.
Bezugszeichenliste

1): Armatur
2): Einlaufgehäuse
3): Auslaufgehäuse
4): Einrichtung zur Erfassung des Volumenstroms
5): Messvorrichtung
6): Auswerteeinheit
7): Regel- und/oder Steuervorrichtung
8): Einrichtung zur Beeinflussung des Volumenstroms
9): Stellantrieb
10): Kabelverbindung
11): Sensor
12): Getriebeeinheit
13): Aufnahmehülse
14): Sensoren (Druck-)
15): Trägerfolie
16): Leiterbahnen
17): Anschlusskontakte
18): weitere Sensoren
19): Schutzfolien
20): Direkte Anströmung
21): Gesamtdruck
C: elektrische Ladung
22): kapazit. Drucksensor
23): stat. Druck
24): Strömungskanal
25): Drucksensor für stat. Druck
26): Drucksensor für Gesamtdruck
27): Ventilvorrichtung
28): Steuerscheibe
L: Armaturenlängsachse
29): Scheibe feststehend
30): Verbindungsfolie
31): Anschlussfolie
32): Bohrung
33): Drehdichtung der Aufnahmehülse
34): Strömungsrichtung Einlauf
35): Strömungsrichtung Auslauf
36): Dichtung
37): Mitnehmer
38): Antriebsring
39): Zahnkranz
40): Sensorgruppe
41): Innenwandung
42): Vertiefung
43): Ausnehmung in 2
44): Aufnahme

Claims

Armatur (1) für gasförmige oder flüssige Medien mit einem Strömungskanal (24), einer darin angeordneten Ventilvorrichtung (27) und mit einer Einrichtung (4) zur Erfassung des Volumenstromes und einer Einrichtung (8) zur Beeinflussung des Volumenstromes, wobei beide Einrichtungen (4,8) oder Komponenten davon in und/oder an der Armatur verbaut sind und dazu eingerichtet sind, Messsignale aus der Einrichtung (4) zur Erfassung des Volumenstromes für Stellbefehle zur Beeinflussung des Volumenstromes zu verwenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilvorrichtung (27) als Ventilvorrichtung (27) ein Scheibenventil aufweist, dass die Einrichtung (4) zur Erfassung des Volumenstromes eingerichtet ist, aus dem physikalischen Zusammenhang für eindimensionale Strömung nach Bernoulli zwischen Gesamtdruck (20), statischem Druck (23) und Staudruck ein elektronisches Stellsignal für die Einrichtung (8) zur Beeinflussung des Volumenstromes zu erzeugen, und die mindestens einen Drucksensor (23,25) für den statischen Druck in, an oder hinter der Innenwandung des Strömungskanales (24) der Einrichtung (4) zur Erfassung des Volumenstromes aufweist, dass die Einrichtung (8) zur Beeinflussung des Volumenstromes mindestens einen Drucksensor (21,26) für den Gesamtdruck in oder an der Ventilvorrichtung (27) der Einrichtung (8) zur Beeinflussung des Volumenstromes aufnimmt, dass die Wirkfläche des auf dem Ventilteil der Ventilvorrichtung (27) angeordnetem Drucksensors (26) für den Gesamtdruck rechtwinklig zur Anströmung (27) ausgerichtet ist und bei einer Drehbewegung des Ventilteiles die rechtwinklige Ausrichtung der Wirkfläche des Drucksensors (26) unverändert zur Anströmung (24) erhalten bleibt, dass der mindestens eine Drucksensor (25) für den statischen Druck in, an oder hinter der Innenwandung einer Aufnahmehülse (13) der Einrichtung (4) zur Erfassung des Volumenstromes angeordnet ist, wobei eine Verbindung von Aufnahmehülse (13) mit dem Ventilteil die Drehbewegung gemeinsam ermöglicht, wobei die Aufnahmehülse (13)im Ventilteil der Ventilvorrichtung (27), nämlich in einem Einlaufgehäuse (2) der Armatur (1) drehbar gelagert ist, dass das Ventilteil eine drehbare Steuerscheibe (28) eines Scheibenventiles ist und dass der mit seiner Wirkseite zur Anströmung hingerichtete Drucksensor (26) auf der Steuerscheibe (28) eine Teilfläche oder die gesamte Fläche der Steuerscheibe (28) einnimmt, dass der Drucksensor (25) für den statischen Druck und der Drucksensor (26) für den Gesamtdruck als Foliensensoren ausgebildet sind, in denen neben den Drucksensoren (25,26) auch eine Sensorverkabelung integriert ist, wobei die Sensorverkabelung derart aus den Foliensensoren und durch das Armaturengehäuse geführt ist, dass beim Scheibenventil die Steuerscheibe (28) einen Drehbereich von 0 bis maximal 180° ausführen kann, und dass der Drucksensor (25) für den statischen Druck und der Drucksensor (26) für den Gesamtdruck zu einer einteiligen Foliensensorgruppe (40) zusammengefasst sind.
Armatur (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkfläche des Drucksensors (25) für den statischen Druck planparallel zur Anströmung (24,34) ausgerichtet ist, wobei bei einer Drehbewegung der Aufnahmehülse (13) mit Ventilteil die planparallele Ausrichtung der Wirkfläche des Drucksensors (25) unverändert zur Anströmrichtung bleibt.
Armatur (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmehülse (13) und das Ventilteil als zusammengesetzte Baugruppe oder als einstückig hergestelltes Bauteil ausgeführt sind und diese zusammen mit der hierin integrierten Foliensensorgruppe (40) unter Einhaltung der Wirkflächen der Drucksensoren (25,26) zur Anströmung (24) eine gemeinsame Sensorventileinheit bilden.
Armatur (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einrichtung (4) zur Erfassung des Volumenstromes eine elektronische Auswerteeinheit (6) zugeordnet ist, die von mindestens einem Drucksensor (25) den statischen Druck und die von mindestens einem Drucksensor (26) den Gesamtdruck erfasst und die aus den beiden Druckwerten den Staudruck, die Strömungsgeschwindigkeit des Volumenstromes und, die mit Kenntnis des Strömungsquerschnitts der Einrichtung (4) zur Erfassung des Volumenstromes, den Volumenstrom berechnet.
Armatur (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die elektronische Auswerteeinheit (6) eine Regel- und/oder Steuervorrichtung (7) integriert ist, die den berechneten Volumenstrom mit einem vorgegebenen Sollwert vergleicht und einen Stellbefehl an die Einrichtung (8) zur Beeinflussung des Volumenstromes übermittelt.
Armatur (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Auswerteeinheit (6) in oder an der Einrichtung (4) zur Erfassung des Volumenstromes angeordnet ist oder dass die elektronische Auswerteeinheit (6) Bestandteil der Einrichtung (4) zur Beeinflussung des Volumenstromes ist.