Die vorliegende Erfindung betrifft eine Armatur für ein Fiuidieitungssystem.

Armaturen für Fluidleitungssysteme, insbesondere für Wasserleitungen oder dergleichen, sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt.

Dabei bezeichnen Armaturen in Rohrleitungen Bauelemente insbesondere zum Absperren oder Regeln von Stoffströmen, beispielsweise von Trinkwasser oder auch

Fluiden in anderen Haushaltskreisläufen,

Je nach Bauart verschließt ein Schließelement die an die Armatur angeschlossene Rohrleitung. Beim Wasserhahn ist dies der Ventilteller. Bei der Absperrklappe ist dies eine drehbare Klappe, beim Absperrschieber eine verschiebbare Scheibe und beim

Hahn ein drehbarer Zylinder oder Konus oder eine Kugel, die alle mit einer Bohrung versehen sein können.

Aus der DE 10 2005 059 441 A1 ist bereits ein Druckminderer mit einem Überwachungsmittel bekannt. Der Druckminderer dient zum Mindern des Drucks einer Flüssigkeit in Leitungssystemen, insbesondere in Leitungssystemen der Wasserversorgung, wobei der Druckminderer von der Flüssigkeit durchflössen werden kann, mit zumindest einem Messmittel zum Erfassen von physikalischen Größen, z.B. des Drucks oder des Volumenstroms, der in den Druckminderer einfließenden Flüssigkeit und mit zumindest einem Messmittel zum Erfassen von physikalischen Größen, z.B. des Drucks oder des Volumenstroms, der aus dem Druckminderer ausfließenden Flüssigkeit, wobei der Druckminderer ein Mittel zur Überwachung aufweist, das geeignet und eingerichtet ist, zumindest eine Funktion zumindest einer der erfassten physikalischen Größen zum Feststellen eines Fehlers und/oder eine Gefahr einer Beschädigung und/oder Zerstörung des Druckminderers oder des Leitungssystems zu Verarbeiten und den Fehler und/oder die Gefahr anzuzeigen.

Aus der EP 0 210 523 A1 ist eine Einrichtung für Druck-, Normalkraft- und Biegungsmessungen an Rohrleitungen bekannt. Diese Einrichtung dient zum Messen des Druckes, der Normalkraft und der Biegung in einem zylindrischen Körper, insbesondere einem Rohr. Dabei ist vorgesehen, dass Dehnungsmessstreifen am Rohr in axialer und in radialer Richtung angeordnet werden. Mit den Dehnungsmessstreifen ist eine Auswertungseinheit verbunden, die an ihrem Ausgang separat Werte für Druck, Normalkraft und Biegung abgibt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Armatur für ein Fluidleitungssystem der eingangs genannten Art in vorteilhafter Weise weiterzubilden, insbesondere dahingehend, dass die Energieversorgung der Armatur und der in der Armatur verbauten Sensorik und Elektronik einfacher und effizienter ausgebildet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß, gelöst durch eine Armatur mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Danach ist vorgesehen, dass eine Armatur für ein Fluidleitungssystem mit wenigstens einem autarken Energiegewinnungssystem zur Gewinnung von Energie anhand des im Fluidleitungssystems strömenden Fluids versehen ist, wobei die Armatur wenigstens eine Sensoreinheit zur Erfassung und Auswertung eines oder mehrerer Sensorsignale aufweist, die direkt oder indirekt einen oder mehrere Parameter des im Fluidleitungssystems strömenden Fluids beschreiben, wobei die Sensoreinheit wenigstens einen Sensor und wenigstens eine Sensorauswerteeinheit umfasst, wobei die Armatur weiter wenigstens eine Aufzeichnungseinheit aufweist und wobei die Sensoreinheit und die Aufzeichnungseinheit ausschließlich durch das Energiegewinnungssystem mit Energie versorgt werden.

Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, dass das durch die Armatur strömende Fluid als Energiequelle genutzt werden kann und soll, um die Elektronik der Armatur mit Energie zu versorgen. Hierzu soll auch der Fluidstrom durch das Fluidleitungssystem im Wesentlichen ungestört bleiben. Dies wird dadurch erreicht, dass keine Turbine oder dergleichen verwendet wird. Vielmehr wird lediglich der mechanische Einfluss auf die Armatur selbst, etwa in Form von Schwingungen oder Druck verwendet, um die Energie zu erzeugen. Die Energieerzeugung erfolgt nach dem sog. Energy-Harvesting-Prinzip. Eine zusätzliche Stromversorgung der Armatur ist somit nicht notwendig, da die Energiegewinnung der Armatur bzw. für die Elektronik der Armatur autark erfolgen kann. Die Armatur selbst kann im Wesentlichen insbesondere im Hinblick auf Gehäusebestandteile oder fluidführende Bereiche teilweise oder vollständig aus Kunststoff ausgeführt sein.

Bei der Armatur kann es sich beispielsweise um einen Durchflussmesser oder dergleichen handeln.

Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das Energiegewinnungssystem und die Sensoreinheit in einer gemeinsamen Sensor-Aktor-Einheit integriert sind. Die gemeinsame Sensor-Aktor- Ei n heit stellt dann im Wesentlichen die Elektronik der Armatur dar. Die Sensor-Aktor-Einheit kann dabei entsprechende Schnittstellen zur Datenübertragung bzw. Datenauslesung aufweisen, etwa durch Funk, Bluetooth oder auch durch eine Schnittstelle, beispielsweise einen Stecker für ein Kabel oder dergleichen. Denkbar ist in diesem Zusammenhang, dass eine derartige Schnittstelle beispielsweise als USB- Schnittstelle ausgebildet wird.

Das Energiegewinnungssystem kann wenigstens einen Dehnmessstreifen umfassen. Denkbar ist in diesem Zusammenhang, dass der Dehnmessstreifen ein Piezo- Dehnmessstreifen ist. Mittels derartiger Dehnmessstreifen wird es möglich, die durch die Armatur strömenden Fluide dahingehend zu nutzen, dass die auf die Armatur ausgeübten Schwingungen, Drücke, Dehnungen, Kräfte usw. genutzt werden können, um Strom zu erzeugen und um entsprechende Spannung zu erzeugen, die zur Energiegewinnung genutzt werden können. In diesem Zusammenhang ist auch von Vorteil, dass zur Energieversorgung der Sensoreinheit nur geringe Energiemengen erforderlich sind.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinheit ebenfalls einen Dehnmessstretfen umfasst oder durch einen Dehnmessstretfen ausgebildet ist. Auch hier kann es sich um Piezo-Dehnmessstreifen handeln. Die auf den Dehnmessstreifen einwirkenden Kräfte, Dehnungen oder Stauchungen werden in entsprechende Spannungen bzw. Ströme umgesetzt, die neben einer Energiegewinnung auch entsprechend als Sensorsignal ausgewertet werden können. Die Auswertung des Sensorsignals erfolgt durch die an den Dehnmessstreifen angeschlossene Sensorauswerteeinheit. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Armatur einen Speicherchip aufweist, der derart beschaffen und ausgebildet ist, dass er mit der Sensoreinheit in Signalverbindung steht und dass mit dem Speicherchip das oder die Sensorsignal(e) aufzeichenbar sind. Dadurch wird es beispielsweise möglich, den Druckverlauf und die Belastungen der Armatur über die Zeit aufzeichnen zu können. Beispielsweise wird es hierdurch möglich, Überbelastungen der Armatur aufdecken zu können. Dies ist insbesondere dann interessant, wenn es zu einem Versagen der Armatur kommt und dann eine Ursachenforschung im Hinblick auf das Versagen der Armatur erfolgen soll. Durch die Speicherfunktion wird es möglich, auch im Nachhinein erkennen zu können, ob die Armatur im zugelassenen Belastungsbereich betrieben wurde oder in der Vergangenheit eine Uberbelastung vorlag, die möglicherweise schadenursächlich war.

Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Armatur eine Energiespeichereinheit aufweist, die derart beschaffen und ausgebildet ist, dass in sie die mittels des Energiegewinnungssystems gewonnene Energie zumindest teilweise einspeicherbar ist. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Akku oder eine Batterie handeln. Denkbar ist aber auch, Kondensatoren oder dergleichen zu verwenden. Hierdurch wird es möglich, gewonnene Energie, die nicht sofort abgerufen wird, für entsprechende Anwendungsfälle auch in der Zukunft weiter vorhalten zu können und einzuspeichern.

Die Armatur kann wenigstens einen Fluidkanal und wenigstens einen Elektronikraum zur Aufnahme und Unterbringung des Energiegewinnungssystems und/oder der Sensoreinheit und/oder der Aufzeichnungseinheit aufweisen, wobei der Fluidkanal und der Elektronikraum voneinander getrennt sind, z. B. durch eine Membran. Hierdurch wird eine einfache und sichere fluiddichte Trennung von Fluidkanal und Elektronikraum ermöglicht. Darüber hinaus kann die Membran auch als Signal- und Schwingungsverstärker genutzt werden, um hier beispielsweise die Sensoren anbringen zu können.

Im Elektronikraum kann wenigstens ein Fluidsensor angeordnet sein, mittels dessen ein Fluideintritt in den Elektronikraum detektierbar ist. Denkbar ist beispielsweise, dass ein derartiger Fluidsensor derart ausgebildet und beschaffen ist, dass er bei Kortakt mit dem Fluid, das durch die Armatur strömt, ein Alarmsignal oder Abschaltesignal generiert. Anhand dieses Signals wird erkennbar, dass die Armatur defekt ist. Anhand dieses Signals kann auch erkannt und entschieden werden, ob die Armatur aus Sicherheitsgründen gesperrt bzw. sogar der entsprechende Leitungsabschnitt des Fluidleitungssystems gesperrt werden muss. Auch die Erkennung, welche Armatur des Fluidleitungssystems getauscht werden muss, wird hierdurch vereinfacht.

Mittels der wenigstens einen Sensoreinheit kann mittelbar und/oder unmittelbar die mechanische Belastung auf die Armatur messbar und/oder auswertbar sein. Dies ist mittels beispielsweise der Dehnmessstreifen vergleichsweise einfach möglich.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass mittels der wenigstens einen Sensoreinheit mittelbar und/oder unmittelbar die mechanische Belastung für die Ein- und/oder Ausgangsdrücke vor und/oder nach der Armatur messbar und/oder auswertbar sind. Durch die Sensoren kann bei entsprechender Anordnung erkannt werden, welchen Eingangsdruck und welchen Ausgangsdruck das durch die Armatur strömende Fluid aufweist beim Durchströmen der Armatur. Entsprechend können diese Werte einfach und sicher erfasst und auch ausgewertet werden.

Anhand der Druckdifferenz zwischen Eingangsdruck und Ausgangsdruck kann die Durchflussmenge und/oder Durchflussgeschwindigkeit des Fluids durch die Armatur messbar und/oder auswertbar sein. Da die Strömungsquerschnitte durch die Armatur bekannt sind, lässt sich hieraus einfach und sicher beispielsweise anhand und mit der Sensorauswerteeinheit errechnen, welche Durchflussmenge des Fluids durch die Armatur geströmt ist bzw. welche Durchflussgeschwindigkeit das Fluid hat bzw. hatte.

Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass mittels der wenigstens einen Sensoreinheit mittelbar und/oder unmittelbar die thermische Belastung auf die Armatur messbar und/oder auswertbar ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nun anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Armatur; Fig. 2 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen

Armatur; sowie

Fig. 3 ein Anwendungsbeispiel der in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten erfindungsgemäßen Armatur.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Armatur 10, die eine Fluideinlassöffnung 12 für ein Fluid F und eine Fluidauslassöffnung 14 für das Fluid F aufweist.

Die Strömungsrichtung in Fig. 1 ist mit entsprechenden Pfeilen dargestellt.

Die Armatur 10 für das Fluidleitungssystem weist ein autarkes

Energiegewinnungssystem 16 und einen Energiespeicher 18 auf.

Wie dies weiter in Fig. 2 gezeigt ist, ist in der Armatur 10 ein fluidführender Bereich in

Form eines Fluidkanals 20 zwischen dem Fluideinlass 12 und dem Fluidauslass 14 vorgesehen. Die Elektronik der Armatur 10 ist oberhalb des Fluidkanals 20, abgetrennt durch eine Membran 22, angeordnet. Oberhalb bzw. getrennt vom Fluidkanal 20, also dem fluidführenden Bereich der Armatur 10, ist in dem Gehäuse 24 der Armatur 10 ein Elektronikraum 26 vorgesehen, in dem das Energiegewinnungssystem 16 und auch der Energiespeicher 18 angeordnet sind.

Das Energiegewinnungssystem 16 ist weiter mit einer Sensoreinheit 28 versehen und zu einer gemeinsamen Sensor-Aktor-Einheit 30 ausgebildet.

Mittels Sensoreinheit 28 kann mittelbar und/oder unmittelbar die thermische Belastung auf die Armatur 10 messbar und/oder auswertbar sein.

Die Sensor-Aktor-Einheit 30 weist mehrere Dehnmessstreifen 32 auf, die einerseits zur Energiegewinnung und andererseits zur Sensorik dienen.

Die Sensoreinheit 28 weist neben den Dehnmessstreifen 32 als Sensoren auch eine Sensorauswerteeinheit 34, d.h. eine entsprechende Steuerungs- und Regelungslogik bzw. einen Elektronik-Controller auf.

Darüber hinaus ist auch eine Aufzeichnungseinheit 36 im Elektronikraum 26 vorgesehen, die zur Aufzeichnung der durch die Sensoren erfassten Sensorsignale dient. Die Aufzeichnungseinheit 36 kann hierzu mit einem Speicherchip 38 versehen sein oder mit einem entsprechend in der Armatur 10 vorgesehenen Speicherchip 38 in Verbindung stehen.

Die Armatur 10 weist weiter im Elektronikraum 26 ein Funkmodul 40 auf.

Außerdem ist im Elektronikraum 26 ein Fluidsensor angeordnet, mittels dessen ein Fluideintritt in den Elektronikraum 28 detektierbar ist.

Die Funktion der Armatur 10 iässt sich dabei wie folgt beschreiben:

Mittels der Dehnmessstreifen 32 werden die auf den Anschlussstutzen der Armatur 10 dort vorherrschenden Dehnungszustände gemessen, um beispielsweise die Kennwerte für mechanische Belastung (Druckschläge), Ein- und Ausgangsdrücke vor und nach der Armatur 10, beispielsweise eines Ventils, und die Durchflussmenge durch die Druckdifferenz zu messen.

Aufgrund von steigenden oder sinkenden Drücken in Rohrleitungssystemen können radiale Dehnungen der Rohrleitungsquerschnitte entstehen. Diese Dehnung kann durch die Dehnmessstreifen 32 erfasst werden. Durch eine Dehnung oder Stauchung verändert sich auch der elektrische Widerstand der Dehnmessstreifen 32,

Dadurch verändert sich bei konstanter Versorgungsspannung auch die Stromstärke.

Diese Veränderung der Stromstärke kann in einen Druck umgerechnet werden. Durch eine zusätzlich integrierte Speichermöglichkeit, hier durch den Speicherchip 38, können diese Daten mitgeschrieben und auch gespeichert werden.

So können beispielsweise in der Vergangenheit zurückliegende Oberbelastungen der Armatur 10 einfach detektiert werden und hierdurch auch eine Schadensursachenforschung durchgeführt werden.

Die Stromversorgung der in der Armatur 10 enthaltenen Elektronik erfolgt durch das Energy-Harvesting-Prinzip.

Beim Energy-Harvesting-Prinzip sollen durch den piezo-elektrischen Effekt die notwendige elektrische Spannung geliefert werden. Alternativ sind auch andere Energiegewinnungsmethoden, wie z. B. Energiegewinnung nach Generatorprinzip, möglich. Durch die ständigen Vibrationen in der Rohrleitung, sowie Druckschwankungen in der

Anlage, werden die Piezo-Kristalle der Dehnmessstreifen 32 einer ständigen Dehnung und Stauchung ausgesetzt und produzieren dadurch die notwendige Spannung, die für die Elektronik der Armatur 10 notwendig ist.

Diese kann der Messsensorik zur Verfügung gestellt werden, oder aber auch mittels der Energiespeichereinheit eingespeichert werden. Wird durch das Energy- Harvesting-Prinzip mehr Energie als benötigt generiert, wird diese also zwischengespeichert, damit die Sensorik auch bei einer Abschaltung der Anlage stets mit Strom versorgt werden kann.

So wird beispielsweise bei einem Stopp der Fluidströmung durch die Armatur 10 trotzdem noch mittels der Sensoreinheit 28 aufgezeichnet, dass eben kein Fluidstrom mehr durch die Armatur 10 erfolgt.

Mithilfe des integrierten Funkmoduls 40 können die durch die Messsensorik erfassten Daten übermittelt werden.

Die Daten werden mithilfe beispielsweise eines separaten Empfängers und/oder eines Displays am Ventil abgelesen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Daten direkt in das Anlagenkontrollsystem zu übermitteln, damit dieses bei einer Störung, wie z.B. bei einem Druckschlag oder bei einem ungewünschten Druckanstieg/-abfall die Anlage entweder abstellt oder einen Anlagentechniker benachrichtigt.

Das integrierte Funkmodul 40 kann dabei insbesondere mit einem externen Datenterminal 42 in Verbindung stehen, wie dies in Flg. 3 gezeigt ist.

Die Armatur 10 weist weiter den integrierten Speicherchip 38 auf, auf dem alle prozessrelevanten Daten mitgeschrieben werden können. So kann bei einem Produktausfall schneller die Ursache für das Versagen der Armatur 10 ermittelt werden.

Aufgrund von Verschleißerscheinungen bei der Membran 22, die den Fluidkanal 20 vom Elektronikraum 26 trennt, kann es dazu kommen, dass diese im Laufe ihrer Einsatzzeit beschädigt und somit undicht wird. Eine Undichtheit der Membran 22 setzt jedoch die Funktion der Armatur 10 insgesamt außer Kraft. Dies kann dann zu einer Beschädigung von in der Anlage angebrachten Komponenten führen.

Die Elektronik, die im Oberteil der Armatur 10 integriert ist, soll dies jedoch verhindern. Sobald die Kontakte des Fluidsensors oder der Fluidsensoren mit dem Fluid F in Berührung kommen, wird ein Signal abgegeben und die Anlage kann insgesamt abgeschaltet werden.

Zudem bietet die Überwachung den Vorteil, dass ein Installateur nun genau weiß, welche der Armaturen nicht mehr funktionstüchtig ist. Ein gezielter Austausch wird hierdurch ermöglicht.

Bezugszeichen 1 0 Armatur

1 2 Fluideinlassöffnung

14 Fiuidauslassöffnung

16 Energiegewinnungssystem

18 Energiespeicher

20 Fluidkanal

22 Membran

24 Gehäuse

26 Elektronikraum

28 Sensoreinheit

30 Sensor-Aktor-Einheit

32 Dehnmessstreifen

34 Sensorauswerteeinheit

36 Aufzeichnungseinheit

38 Speicherchip

40 Funkmodul

42 externes Datenterminal F Fluid