Strömungssensor für fluide Medien

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Strömungssensor für fl uide Medien mit einem in einem Gehäuse gelagerten Bewegungskörper, welcher in das fluide Medium mindestens teilweise hineinragt oder mit diesem in Kontakt kommt und gegen die Schwerkraft oder eine Rückstellkraft strömungsabhängig in seiner Lage relativ zu einem Sensorelement veränderbar sowie das Sensorelement Teil einer berührungslos arbeitenden Positionserfassungseinrichtung ist, wobei das Gehäuse einen Einlass- und einen Auslasskanal für das fluide Medium aufweist, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Strömungssensoren mit einem Gehäuse und mit einem im Gehäuse angeordneten Sensorelement sind beispielsweise in der WO 2005/124291 Al erläutert.

Strömungssensoren können bei einer Vielzahl von Anwendungsfällen eingesetzt werden. So sind Anwendungen im Bereich der Verfahrenstechnik oder bei Werkzeugmaschinen denkbar. In den genannten Fällen dienen die Strömungssensoren dazu, die Strömung bzw. die Strömungsgeschwindigkeit eines fluiden Mediums, z. B. Luft, Wasser, öl, Schmiermittel oder dergleichen, zu messen, so dass entsprechende überwachungs-, Steuerungs- und Kontrollaufgaben gelöst werden können. Um die Kosten bei der Herstellung von Strömungssensoren zu reduzieren, ist gemäß WO 2005/124291 Al vorgeschlagen worden, einen in das strömende Medium hineinragenden Hubkörper vorzusehen, wobei der Hubkörper an einem Gehäuse beweglich geführt und in Abhängigkeit von der Strömung des zu überwachenden Mediums gegen die Rückstellkraft eines zwischen dem Gehäuse und dem Hubkörper angeordneten Rückstellelements bewegbar ist. Das Sensorelement ist bevorzugt als berührungsloser Näherungssensor, z. B. Näherungsschalter ausgebildet und erzeugt ein von der Position des Hubkörpers abhängiges Signal. Das Rückstellelement, das sich zwischen dem Gehäuse und dem Hubkörper befindet, kann als mechanisches, magnetisches oder elektromagnetisches Element ausgebildet sein, wobei im einfachsten Fall eine Feder verwendet wird, gegen deren Federstellkraft der Hubkörper durch die Strömung des Mediums auslenkbar ist. Gemäß einer Ausgestaltung des Standes der Technik weist der Hubkörper einen

umlaufenden Bund auf, wobei dieser Bund so ausgebildet ist, dass der Strömungssensor zusätzlich die Funktion eines Rückschlagventils aufweist. Hierdurch kann der Strömungssensor anstelle eines in einer Wasserversorgungsanlage vorhandenen Rückschlagventils in den für das Rückschlagventil bereits vorgesehenen Anschlussstutzen eines Rohres eingeschraubt werden. Um einen ausreichenden Hub auch bei relativ kleinen Strömungen oder Strömungsänderungen zu erreichen, wird gemäß dem Stand der Technik zwischen dem im eingebauten Zustand in das Rohr ragenden Ende des Hubkörpers und einem umlaufenden Bund ein zylindrischer Abschnitt am Hubkörper ausgebildet.

Wie bereits dargelegt, wird als Sensorelement ein magnetischer Näherungsschalter eingesetzt, wobei im H ubkörper ein Permanentmagnet angeordnet ist. Wird gemäß der Lehre nach WO 2005/124291 Al der Hubkörper aufgrund einer vorliegenden Strömung des zu überwachenden Mediums in Richtung des Gehäuses bewegt, so führt dies zu einer Verringerung des Abstands zwischen dem magnetischen Näherungsschalter und dem Permanentmagneten, was ein Schaltsignal auslöst. Als magnetischer Näherungsschalter eignen sich sogenannte GM R-Zellen (Giant Magnetor Resistor).

In allen Fällen des Standes der Technik nach WO 2005/124291 Al wird von einem bevorzugt zylindrischen Gehäuse ausgegangen, wobei im Gehäuse der Hubkörper beweglich geführt ist. Bei entsprechenden Strömungsverhältnissen bewegt sich der Hubkörper in Richtung der Gehäuseaußenseite, und zwar entgegen der Rückstellkraft einer dort befindlichen Feder. Der Strömungssensor ist an dem dem Hubkörper gegenüberliegenden Endabschnitt an oder in dem Gehäuse befestigt. Hieraus ergibt sich ein relativ großer Abstand zwischen dem eigentlichen Sensorelement und dem einen Permanentmagneten aufweisenden Hubkörper. Bei geringen Durchflussmengen wird der H ubkörper nur um einen geringen Betrag ausgelenkt mit der Folge, dass kein ausreichendes Messsignal zur Verfügung steht und die Messgenauigkeit unzureichend ist.

Aus dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, einen weiterentwickelten Strömungssensor für fluide Medien mit einem in einem Gehäuse gelagerten Bewegungskörper und mit einem Sensorelement anzugeben, welcher eine

höhere Messgenauigkeit insbesondere bei geringen Strömungen und geringen Auslenkungen des Bewegungskörpers aufweist. Weiterhin soll eine leichte und sichere Justier- und Einstellbarkeit des Sensorelements gewährleistet werden.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit der Merkmalskombination nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.

Demnach ist es ein wesentlicher Grundgedanke der Erfindung, das Sensorelement im Bereich des Einlasskanals in einem vorgegebenen Abstand zum Bewegungskörper anzuordnen, und zwar nicht auf der Einbauseite des Bewegungskörpers, sondern auf der gegenüberliegenden, vom Stand der Technik abweichenden Seite. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass der Abstand des Bewegungskörpers zur insbesondere GM R-Messzelle im geschlossenen Zustand bei vollständig abgesenktem Bewegungs bzw. bei geringen Fließgeschwindigkeiten sehr gering ist und an der GM R-Messzelle ein dementsprechend großes Magnetfeld erfasst werden kann, wodurch die Genauigkeit der Messung verbessert wird .

Um eine möglichst hohe Wegauflösung zu erreichen, wird die GM R-Messzel le axial zur H ubbewegung angeordnet, wobei bei geringeren Anforderungen auch andere Lagebeziehungen möglich sind .

Bei einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strömungssensors wird das Sensorelement, insbesondere die GM R-Messzelle, am oder im Gehäuse im Bereich des Einlasskanals angeordnet. Hier kann die Messzelle bei einem entsprechend dünnwandigen Gehäuseabschnitt z. B. außenseitig stoffschlüssig befestigt werden. Alternativ kann im Gehäuse ein Sackloch ausgebildet sein, in das ein Sensor mit entsprechender Messzelle eingeschraubt wird .

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Sensorelement in den Einlasskanal hineinreichend angeordnet werden. Bei dieser Ausführungsform ist anstelle einer Sacklockbohrung eine Durchgangsbohru ng als Gewindebohrung vorhanden und es wird der Sensor mit Messzelle in die Gewindebohrung hineingeschraubt. Insbesondere bei dieser Ausführungsform ist der

Abstand zwischen dem Sensor und dem Bewegungskörper, der z. B. als Hubkörper ausgebildet ist, zu Kalibrierzwecken in leichter Weise einstellbar.

Grundsätzlich ist das Sensorelement in vorgegebenem Abstand von der mit dem fluiden Medium in Kontakt kommenden Anströmseite des Bewegungs- oder Hubkörpers und im Wesentlichen dieser Seite gegenüberliegend angeordnet. Hierdurch ergibt sich die gewünschte größere Annäherung zwischen Bewegungs- oder H ubkörper und dem Sensorelement, insbesondere bei kleinen Auslenkungen des Bewegungs- oder Hubkörpers, insbesondere bei geringen Strömungs- und Durchflussraten des fluiden Mediums.

Der Bewegungs- oder Hubkörper kann eine Anschlagfläche zum Verschließen einer zwischen Ein- und Auslasskanal befindlichen öffnung aufweisen, so dass in ähnlicher Form wie beim Stand der Technik eine Rückschlagklappe oder ein Rückschlagventil entsteht.

Der Bewegungs- oder Hubkörper kann als kegel- oder konusförmiges Ventil, aber auch als Klappenventil ausgebildet werden, wobei wesentlich ist, dass eine ausreichende Bewegung des Körpers bei entsprechenden Strömungsverhältnissen des fluiden Mediums stattfindet, um die Strömung bzw. Strömungsänderungen sicher detektieren zu können.

Am oder im Bewegungs- oder Hubkörper ist mindestens ein Permanentmagnet befindlich, der das vom Sensorelement detektierte Magnetfeld bereitstellt.

Wie bereits erläutert, kann das Sensorelement als induktiver Näherungsschalter oder insbesondere magnetische Messzelle ausgebildet sein.

Der Permanentmagnet und d ie magnetische Messzelle sind mindestens im Zustand ihrer größten Annäherung, d . h. bei geschlossenem Ventil oder geschlossener Klappe, auf einer gemeinsamen Achse angeord net.

Die gemeinsame Achse kann hier der Längsachse des Bewegungs- oder Hubkörpers entsprechen oder zu dieser parallel verlaufen.

Mindestens der mit dem fluiden Medium in Kontakt kommende Abschnitt des Bewegungs- oder Hubkörpers kann selbst permanentmagnetische Eigenschaften aufweisen, so dass es nicht notwendig, einen diskreten Permanentmagneten in den Bewegungs- oder Hubkörper einzubetten oder dort zu fixieren.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann an dem der Anströmseite des Bewegungs- oder Hubkörpers gegenüberliegenden Abschnitt ein weiterer Permanentmagnet im oder am Bewegungs- oder Hubkörper befindlich sein oder es kann dieser Abschnitt ebenfalls permanentmagnetische Eigenschaften aufweisen.

Der Abstand zwischen dem weiteren Permanentmagneten oder dem entsprechenden Bewegungs- oder Hubkörperabschnitt und dem Sensorelement ist größer als der Abstand zwischen dem ersten Permanentmagneten oder dem entsprechenden Bewegungs- oder Hubkörperabschnitt und dem Sensorelement. Ein weiteres Sensorelement kann dem zweiten Permanentmag neten oder dem jeweiligen Bewegungs- oder Hubkörperabschnitt auf dem der Anströmseite gegenüberliegenden Bereich angeordnet werden. Bei dieser Ausgestaltung können kleine Auslenkungen bevorzugt vom ersten Sensorelement und größere Auslenkungen bevorzugt vom zweiten Sensorelement mit einem entsprechend insgesamt größeren Messbereich und höherer Auflösung erfasst werden.

Mindestens der Abstand zwischen dem zweiten Sensorelement und dem oder den Permanentmagneten ist zu Kalibrierzwecken einstellbar.

Der vorgegebene Abstand zwischen dem Sensorelement u nd dem Bewegungsoder H ubkörper wird gemäß den messtechnischen Anforderungen wie Auflösung oder Messbereich sowie unter Beachtung der Eigenschaften des jeweiligen Sensorelements und/oder des Permanentmagneten festgelegt.

Das Gehäuse des Strömungssensors besteht aus einem nicht magnetisierbaren Material, wie beispielsweise Messing oder Aluminium, oder kann aus Kunststoffmaterialien gefertigt werden.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht die Möglichkeit, von einem Sensorelement auszugehen, das einen zylindrischen Körper oder einen zylindrischen Körperabschnitt mit Mitteln zum Justieren oder verstellbarem Befestigen an einem Objekt aufweist. Dabei wird nicht von einer üblichen Befestigung oder Justage durch Schraubgewinde ausgegangen, sondern es sind auf der Zylindermantelfläche des Sensorelements Kreiskeile in Umfangsrichtung angeordnet, wobei am Objekt, z. B. einem Strömu ngssensorgehäuse, eine zylindrische öffnung oder Bohrung mit korrespondierenden Kreiskeilausnehmungen vorgesehen ist. In Umfangsrichtu ng können zwei bis vier Kreiskeile mit einer Keilsteigung im Bereich von im Wesentlichen 1 : 30 bis 1 : 200 vorgesehen sein.

Durch die Anwendung einer Kreiskeilverbindung mit entsprechender Kreiskeil- profilierung besteht die Möglichkeit, durch Verdrehen des Sensorelements eine radiale Verspannung zu bewirken, wodurch große Axial- und Tangentialkräfte in beliebigen Richtungen übertragen werden können. Die vorgeschlagenen Kreiskeilverbindungen sind außerdem leicht lösbar. Es kann daher insbesondere zu Abgleichzwecken durch Drehen und Entspannen das Sensorelement in der öffnung oder Bohrung im Sensorgehäuse verschoben und dadurch justiert werden. Mit Erreichen der gewünschten Position in Längsrichtung erfolgt dann wiederum ein Verdrehen unter Beibehalten der Längsposition, wodurch die gewünschte Flächenpressung mit Selbsthemmung eintritt. Jeder der Kreiskeile wird durch die mathematische Funktion einer logarithmischen Spirale mitbestimmt. Die Verbindung auf der Basis der korrespondierenden Keile in der Fügefläche erzeugt eine homogene Flächenpressung mit ausreichender Selbsthemmung und damit großer Funktionssicherheit.

Die bevorzugt eingesetzten GM R-Messzellen, die magnetoresistive Sensoren darstellen, sind in Wheatstone-Brückenschaltung angeordnet. Diese Wheatstone-Brückenschaltung ist durch eine externe Beschaltung gezielt verstimmbar, um eine Ausgangsspannung zu erhalten, welche im Wesentlichen linear zur erfassten Wegänderung des Bewegungs- oder Hubkörpers verläuft, so dass ein leichter verarbeitbares und aussagekräftiges Messsignal zur Verfügung steht.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.

Hierbei zeigen :

Fig . 1 eine Längsschnittdarstellung durch einen Strömungssensor einer ersten Ausführungsform mit einem Permanentmagneten im kegelförmigen Abschnitt eines Bewegungs- oder Hubkörpers sowie einer Messzelle, die in einer Sacklochbohrung eines Z-Gehäuses angeordnet ist, wobei sich letztere im Bereich des Einlasskanals befindet;

Fig. 2 eine Darstel lung ähnlich derjenigen nach Fig. 1, wobei hier ein konischer Bewegungs- oder H ubkörper mit Anschlagbund über eine Federkraft rückgestellt wird;

Fig. 3 eine Schnittdarstellung durch einen Strömungssensor gemäß drittem Ausführungsbeispiel, wobei hier eine erste und eine zweite Messzelle vorgesehen sind;

Fig. 4 eine Schnittdarstellung durch einen Strömungssensor gemäß viertem Ausführungsbeispiel mit einer außen liegenden, z. B. stoffschlüssig am Gehäuse fixierten Messzelle;

Fig. 5 eine Schnittdarstellung durch einen Strömungssensor gemäß fünftem Ausführungsbeispiel ähnlich derjenigen nach Fig. 2, wobei jedoch hier eine Durchgangsbohrung vorhanden ist, in der der Sensor mit Messzelle bevorzugt durch Einschrauben angeordnet werden kann;

Fig. 6 eine Schnittdarstellung durch eine sechste Ausführungsvariante eines Strömungssensors mit einem Klappenventil sowie darin angeordnetem Permanentmagnet und außen liegendem Sensor mit Messzelle in einem Standard-Ventilrohr;

Fig. 7 eine Stirnansicht von Fig. 6, gesehen aus der Ebene VII-VII;

ein siebtes Ausführungsbeispiel mit Klappenventil, wobei das Sensorelement nahe am Permanentmagneten außen am Rohr befestigt ist;

ein achtes Ausführungsbeispiel mit Klappenventil, wobei das Sensorelement in einer Ringnut des Rohres in der Nähe des Wirkungsbereichs des Permanentmagneten angeordnet ist;

ein neuntes Ausführungsbeispiel mit Klappenventil ähnlich der Darstellung nach Fig . 8, wobei hier das Sensorelement in eine Durchgangsbohrung im Rohr eingesetzt ist;

eine Schnittdarstellung durch einen Strömungssensor mit Klappenventil gemäß zehntem Ausführungsbeispiel sowie erster und zweiter Messzelle, wobei das Klappenventil sich im Schrägsitz einer Abzweigung des Gehäuses befindet;

eine Schnittdarstellung durch einen Strömungssensor gemäß elftem Ausführungsbeispiel ähnlich derjenigen nach Fig. 11, jedoch mit nur einer einzigen Messzelle;

ein zwölftes Ausführungsbeispiel eines Strömungssensors mit

Klappenventil, wobei sich das Klappenventil in einem 90°-Gehäuse befindet und eine aus Metall ausgeführte Klappe unmittelbar durch einen außen am Gehäuse stoffschlüssig befestigten Sensor erfasst wird;

ein dreizehntes Ausführungsbeispiel eines Strömungssensors mit Klappenventil, wobei das Klappenventil aus elastischem Material zwischen einem steifen Haltering u nd einem Stützring gehalten ist, wobei hier die Klappe als Bypass-Ventilklappe ausgeführt ist und der Sensor in das Gehäuse eingeschraubt wird;

eine perspektivische Explosionsdarstellung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig . 14;

ein vierzehntes Ausführungsbeispiel eines Strömungssensors mit

Klappenventil, wobei die Klappe aus elastischem Material zwischen einem steifen Haltering und einem Gegenring gehalten ist und als Schwingklappe ausgeführt wird, sowie zwei Sensoren, die sowohl anström- als auch abströmseitig zur Klappe im Gehäuse befindlich sind und mit dem in der Klappe befindlichen Permanentmagneten zusammenwirken, wobei ergänzend die Strömungsrichtung detektierbar ist;

eine perspektivische Explosionsdarstellung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 16;

ein fünfzehntes Ausführungsbeispiel eines Strömungssensors mit Konusventil in einem ω-Gehäuse, wobei d ie Permanentmagnet- Sensoranordnung im Wesentlichen derjenigen gemäß Darstellung nach Fig. 3 entspricht;

ein sechzehntes Ausführungsbeispiel eines Strömungssensors mit einer in einem Gehäuse integrierten metallischen Ventilklappe und einem induktiven Sensor im Einlassbereich sowie einem weiteren induktiven Sensor im Auslassbereich;

eine Darstel lung eines Strömungssensors ähnlich derjenigen nach Fig . 19, jedoch mit einer Ventilklappe, die einen integrierten Permanentmagneten aufweist, wobei hier die Sensoren als Magnetsensoren ausgebildet sind;

eine weitere Ausführungsform eines Schrägsitzventils mit federbelasteter Rückschlagklappe, wobei der Sensor innerhalb eines Einsatzteils sich verklemmend fixiert ist;

und 22b Schnittdarstellungen des Sensors und des Einsatzteils im Bereich der Klemmzone, wobei der Sensor durch Kreiskeilverbindungstechnik verstell- und fixierbar ist;

Fig . 23 einen perspektivischen Schnitt des Einsatzteils mit Sensor gemäß Fig. 21 und

Fig. 24 ein Schrägsitzventil mit Ventilgehäuse und Gehäuseabzweig, wobei zwei Sensoren Verwendung finden.

Den nachstehend geschilderten Ausführungsbeispielen ist gemein, dass das Sensorelement in Form einer Messzelle, insbesondere einer GM R-ZeIIe, nicht auf der gleichen Einbauseite des Bewegungs- oder Hubkörpers angeordnet wird, sondern auf einer quasi gegenüberliegenden Seite. Hierdurch gelingt es, den Abstand des Bewegungs- oder Hubkörpers zur Messzelle, d . h. zum Sensorelement, bei geringen Fließgeschwindigkeiten zu minimieren, so dass das Sensorelement ein recht großes Magnetfeld erfasst mit der Folge einer Erhöhung der Messgenauigkeit. Es wird von der überlegu ng ausgegangen, das Sensorelement im vorgegebenen Abstand von der mit dem fluiden Medium in Kontakt kommenden Seite des Bewegungs- oder Hubkörpers im Wesentlichen dieser Seite gegenüberliegend anzuordnen. Hieraus ist erschließbar, dass sich zwischen dem Sensorelement und dem Bewegungs- oder Hubkörper das fluide Medium im entsprechenden Einsatzfall des Strömungssensors befindet.

Auch ist es, wie in den nachstehenden Beispielen geschildert, möglich, Bewegungs- oder Hubkörper zu schaffen, die an ihren gegenüberliegenden Enden jeweils permanentmagnetische Abschnitte oder eingesetzte Permanentmagnete aufweisen. Ein solcher quasi Standard-Hubkörper könnte dann in Kombination mit unterschiedlich angeordneten Sensorelementen Anwendung finden und z. B. optimiert eingesetzt werden für den Fall, dass auch möglichst genau kleine Bewegungen und damit Druckschwankungen zu erfassen sind; andererseits aber auch im Bereich einer maximalen Bewegung und Auslenkung des Bewegungs- oder Hubkörpers noch eine brauchbare Auflösung in messtechnischer Hinsicht gegeben ist. Die Stärke des Magnetfelds des Permanentmagneten und der Abstand zum Sensorelement ist so gewählt, dass die als Sensorelement eingesetzte GMR-Messzelle vorzugsweise nicht in ihrem nichtlinearen Sättigungsbereich betrieben wird .

Der Strömungssensor IA gemäß Fig. 1 besitzt zunächst ein nicht magnetisier- bares Gehäuse 2, das z. B. aus Messingmaterial oder Aluminium bzw. einer

Aluminiumlegierung besteht. Das Gehäuse weist einen Einlasskanal 24 und einen Auslasskanal 25 auf, und zwar bezogen auf die Anordnung des Gehäuses bzw. des Strömungssensors 1 in einem Fluidkreis.

Das Gehäuse 2 besitzt weiterhin eine öffnung für ein Einschraubteil 3, welches einen darin gelagerten Bewegungs- oder Hubkörper 6 aufnimmt. Im gezeigten Beispiel nach Fig . 1 ist der Bewegungs- oder Hubkörper 6 mit Hilfe eines Ringmagnets 23, der sich im Einschraubteil 3 befindet, magnetisch geführt und über die resultierende Magnetkraft des Ringmagnets 23 vorgespannt.

Am zum Einlasskanal 24 weisenden Ende ist im oder am Bewegungs- oder Hubkörper 6 ein Permanentmagnet 19 als Beeinflussungselement vorhanden. Der in den Einlasskanal 24 hineinreichende Abschnitt des Bewegungs- oder Hubkörpers 6 weist eine Kegel- oder Konusform auf.

Im Wesentlichen der Position des Permanentmagneten 19 im Bewegungs- oder Hubkörper 6 gegenüberliegend ist im Gehäuse 2 ein Sackloch 22 eingebracht.

In diesem Sackloch 22 ist der Sensor bzw. das Sensorelement 26 mit Messzelle 27 fixiert.

Bei dem Strömungssensor I B nach Fig . 2 liegt ein ähnlicher Grundaufbau des Gehäuses 2 mit Einlasskanal 24 und Auslasskanal 25 vor. Im Unterschied zur Darstellung nach Fig . 1 ist jedoch hier keine magnetische Federvorspannkraft für den Bewegungs- oder Hubkörper 6 vorgesehen, sondern es wird ein einfaches Federelement 8, z. B. eine Schraubendruckfeder, im Einschraubteil 3 eingesetzt. Das Einschraubteil weist hier noch eine Führungsbohrung 12 und eine Schutzkappe 11 auf.

Der Bewegungs- oder Hubkörper 6 weist bei der Ausführungsform nach Fig . 2 noch einen umlaufenden Dichtbund 9 auf, der im geschlossenen Zustand in Kontakt mit dem Ventilsitz 10 gelangt.

Auch bei dieser Ausgestaltung der Erfindung befindet sich das Sensorelement 26 mit Messzel le 27 im Bereich des Einlasskanals 24 wiederum in einer

Sacklochbohru ng 22, die mit einem Innengewinde versehen sein kann, das zu einem Außengewinde des Sensorelements 26 korrespondiert.

Bei dem Strömungssensor IC nach Fig. 3 ist ein erstes Sensorelement 26 und ein zweites Sensorelement 28 vorgesehen, wobei die Anordnung des Sensorelements 28 mit der Messzelle 29 im Wesentl ichen derjenigen des Standes der Technik entspricht, d . h. hier befindet sich das Sensorelement 26 im Einschraubteil 3.

Je nach gegebenen Strömungsverhältnissen, d . h. entweder einer nur geringen oder aber auch stärkeren Bewegung des Bewegungs- oder Hubkörpers 6, wird entweder das erste Sensorelement 26 mit dort befindlicher Messzelle 27 aktiviert und ausgelesen oder es wird das zweite Sensorelement 28 mit dortiger Messzelle 29 ausgewählt. Es können alternativ das erste und das zweite Sensorelement mit einer Brückenschaltung in Verbindung stehen. In diesem Fall werden beide Sensorausgangssignale über die Brückenschaltung ausgewertet, so dass eine Erhöhung der Messgenauigkeit möglich ist.

Die Ausführungsvariante eines Strömungssensors I D nach Fig . 4 entspricht von dem Aufbau her derjenigen nach Fig. 2 mit dem Unterschied, dass das Gehäuse 2 im Bereich der Anordnung des Sensorelements 26 mit Messzelle 27 eine geringere Dicke aufweist, um einen möglichst geringen Abstand zwischen der Messzelle 27 und dem Permanentmagneten 19 zu bewirken. Im vorliegenden Fall nach Fig . 4 ist das Sensorelement 26 außenseitig des Gehäuses an diesem z. B. stoffschlüssig durch Kleben gehalten.

Der Strömungssensor I E in seiner Ausführung nach Fig . 5 ist vom Grundaufbau mit demjenigen nach den Fig . 2 und 4 vergleichbar. Es ist hier jedoch eine Durchgangsbohrung 21 im Gehäuse 2 im Bereich des Einlasskanals 24 eingebracht, um ein Einschraub-Sensorelement 26 mit entsprechender Messzelle 27 aufzunehmen. Ohne den Strömungsquerschnitt des Einlasskanals 24 nennenswert zu beeinflussen, kann bei dieser Ausgestaltung der Abstand zwischen Permanentmagneten 19 als Beeinflussungselement und der Messzelle 27 nochmals reduziert und das Ansprechverhalten bei kleinen Strömungsgeschwindigkeiten verbessert werden.

Unter Beibehaltung des erfindungsgemäßen Prinzips, wonach das Sensorelement im Bereich des Einlasskanals in einem vorgegebenen Abstand zu einem Bewegungs- oder Hubkörper angeordnet wird, zeigen die Fig . 6 bis 17 Ausgestaltungen I F bis I P des Bewegungs- oder Hubkörpers in Form eines Klappenventils 30. Das Klappenventil 30 nach den Fig . 6 bis 9 befindet sich im Inneren eines Rohres 5, welches bei dieser Ausgestaltung das Gehäuse bildet. Die Ventilklappe 37 kann über ein Folienscharnier 34 öffnungs- und Schließbewegungen je nach Strömungsverhältnissen zwischen Einlasskanal 24 und Auslasskanal 25 ausführen und ist über einen Haltering 35 und einen Fixierring 36 montiert, wobei der Fixierring 36 an einem Ventilsitz 10 einerseits abdichtend anliegt und andererseits mit einem Bund 9 der Ventilklappe 37 bei Schließposition in Kontakt steht.

Das Sensorelement 26 mit Messzelle 27 ist außenseitig des Rohres 5 z. B. durch Stoffschluss fixiert.

Der Permanentmagnet 19 als Beeinflussungselement ist in die Ventilklappe 37 eingesetzt oder dort durch Umspritzen mit dem Ventilmaterial, z. B. einem Kunststoff oder einem elastomeren Material, eingebettet.

Wenn sich das Klappenventil 30 öffnet, d . h. die Ventilklappe 37 sich in die öffnungsposition bewegt, verändert sich die Position des Permanentmagneten 19 und es vergrößert sich der Abstand A zwischen dem Magneten 19 und der Messzelle 27, so dass ein entsprechendes Messsignal ausgelöst werden kann.

Im Rohr 5 ist bei der Ausführungsvariante nach Fig . 9 eine Nut, z. B. in Form einer Ringnut 13, eingebracht. Das Sensorelement 26 mit Messzelle 27 kann dann zumindest teilweise in diese Ringnut hineinreichen und dort fixiert werden. über die Ringnut 13 ist nicht nur eine sichere mechanische Befestigung des Sensorelements 26 gegeben, sondern es reduziert sich der Abstand zwischen der Messzelle 27 und dem Permanentmagneten 19 in der Ventilklappe 37.

Bei der Darstellung nach Fig. 10 wird das Sensorelement 26 mit Messzelle 27 in eine Durchgangsbohrung im Ventilrohr 5 eingebracht und befindet sich mindestens teilweise in den Medienstrom M hineinreichend .

Bei der Ausgestaltung des Strömungssensors II gemäß Fig. 10 wird wiederum von einem rohrförmigen Gehäuse 5 mit darin befindlichem Klappenventil 30 ausgegangen. Im Fall der Darstellung nach Fig . 10 ist jedoch die Messzelle 27 in einem Sensorelement 26 befindlich, das über eine Durchgangsbohrung 21 in den Einlasskanal 24 hineinreichend befestigt wird .

Fig . 9 zeigt das achte Ausführungsbeispiel eines Strömungssensors I H mit Klappenventil 30. Auch hier befindet sich ein Permanentmag net 19 in oder an der Ventilklappe 37. Das Klappenventil ist in der Darstellung nach Fig . 9 im Einlasskanal 24 eines Rohres eingesetzt. Gemäß der Darstellung nach Fig. 10 befindet sich das Klappenventil 30 im Bereich des Auslasskanals 25.

Das Prinzip des Klappenventils 30 ist nach den Beispielen I K und I L in den Fig . 11 und Fig. 12 auch bei einem rohrförmigen Gehäuse 5 mit Abzweig 31, so dass sich ein Schrägsitz der Ventilklappe 37 ergibt, anwendbar.

Der Ventilsitz 10 wird an einem Vorsprung 32 gebildet. Im dem Abzweig 31 gegenüberliegenden Teil des Vorsprungs 32 ist eine Sacklochbohru ng 22 eingebracht, die das Sensorelement 26 mit Messzelle 27 aufnimmt, um einen möglichst geringen Abstand zwischen der Messzelle 27 und dem Permanentmagneten 19 im Klappenventil 30 zu schaffen.

Der Strömungssensor I L nach Fig . 11 geht von dem Grundaufbau eines Klappenventils aus, das sich in Schrägsitz in einem rohrförmigen Gehäuse 5 befindet, wie bereits erläutert. Ergänzend ist hier jedoch ein zweites Sensorelement 28 mit einer zweiten Messzelle 29 vorgesehen. Das zweite Sensorelement 28 wird wiederum über ein Einschraubteil 3 im rohrförmigen Abzweig 31 gehalten und befindet sich damit auf der quasi gegenüberliegenden Seite des ersten Sensorelements 26.

Die strichlinierte Auslenkungsposition der Ventilklappe 37 nach Fig . 11 führt zu einer größeren Annäherung des Permanentmag neten 19 an die zweite Messzelle 29, so dass in diesem Fall das zweite Sensorelement 28 ein vorteilhaft auswertbares Messsignal liefert.

Bei kleineren Auslenkungen der Ventilklappe 37 liegt ein geringerer Abstand zum ersten Sensorelement 26 mit dortiger Messzelle 27 vor, so dass diese Messzelle zur Auswertung bevorzugt herangezogen wird .

Bei dem Ausführungsbeispiel eines Strömungssensors IM nach Fig . 13 ist ein sogenanntes 90°-Gehäuse 2 vorhanden, das einen Zugang, verschlossen d urch eine Schraubkappe 33, besitzt.

Bei dem Beispiel nach Fig. 13 ist die Ventilklappe 38 des Klappenventils 30 entweder aus einem metallischen, insbesondere ferritischen Material gefertigt oder mit einer derartigen Beschichtung versehen, so dass eine, bezogen auf das Gehäuse 2 außenliegende Messzel le des Sensorelements 28 eine Lageveränderung des Klappenventils 30 sicher detektiert.

Gemäß dem dreizehnten Ausführu ngsbeispiel eines Strömungssensors IN nach Fig . 14 ist ein Klappenventil 30 in ein Rohr 5 eingesetzt, wobei die Ventilklappe 37 aus einem elastischen Material besteht und zwischen einem steifen Haltering 39 und einem Stützring 40 fixiert ist. Die Gestaltung und Position des Stützrings 40 mit drei Stützstreben 41, der Ausfü hrung des Ventils 30 und des steifen Halterings 39 ist in der Darstellung nach Fig . 15 in Perspektive erkennbar.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 14 und 15 ist das Sensorelement 26 in das als Ventilgehäuse wirkende Rohr 5 z. B. durch Einschrauben in eine dort vorhandene Bohrung eingebracht.

Bei dem vierzehnten Ausführungsbeispiel eines Strömungssensors I P mit Klappenventil nach den Fig . 16 und 17 besteht die Ventilklappe 37 wiederum aus einem elastischen Material . Zwei Sensorelemente 26 sind jeweils einlass- und auslassseitig der Ventilklappe 37 im Rohr 5 angeordnet, wobei d ie Ventilklappe 37 des Klappenventils 30 als Schwingklappe ausgebildet ist, so dass zusätzlich die Strömungsrichtu ng detektierbar ist. Die Schwingklappe 37 befindet sich bei dem Beispiel nach den Fig. 16 und 17 zwischen zwei Halteringen 39 und 40 innerhalb des Rohres 5, wobei der Stützring 40 am Bund 9 des Rohres 5 zur Anlage kommt und der steife Haltering 39 eingepresst ist.

Fig . 18 zeigt ein fünfzehntes Ausführungsbeispiel eines Strömungssensors IQ einer Bauart, wie sie anhand der Fig . 3 bereits erläutert wurde, wobei jedoch hier der Verlauf der Kanäle 24, 24a und 25 nicht Z-förmig ist, sondern eine ω- Form besitzt.

Das Sensorelement 28 kann als Induktiv-Sensoreinheit ausgeführt werden und wird durch ein an der Rückseite des Hubkörpers 6 angeordnetes rohrförmiges Dämpfungselement gebildet, welches die induktiv arbeitende Messzelle 29 beeinflusst.

Fig . 19 zeigt ein sechzehntes Ausführungsbeispiel eines Strömungssensors I R. Auch dort ist ein Ventilgehäuse 2 mit einem Einlasskanal 24 und einem Auslasskanal 25 vorhanden. Eine aus einem metallischen Material gefertigte Ventilklappe 38 kann in ihrer Funktion als Rückstauklappe eine Ausnehmung im Ventilgehäuse 2 im Strömungsweg zwischen Einlasskanal 24 und Auslasskanal 25 öffnen und verschließen. Die öffnungsposition ist strichliniert dargestellt.

Ein Sensorelement 26 reicht in den Einlasskanal 24 hinein. Dieses Sensorelement 26 ist z. B. als induktiver Sensor ausgebildet.

Ein zweites Sensorelement 28 ist mit einer Kunststoffschutzhülse 42 versehen und durch Verschrauben im Gehäuse 2 fixiert. Eine Dichtmasse 43 verfüllt einen verbleibenden Spalt zwischen der Kunststoffschutzhülse 42 und einem Einsatzteil 44.

Weiterhin ist eine metallische Hülse 45 vorgesehen, welche nicht bis zum sensitiven Bereich des Sensors 28 reicht.

Veränderungen der Position der Ventilklappe 38 werden von den beiden Sensoren 26 und 28 gleichermaßen oder über Differenzbildung der Sensorausgangssignale sicher und hochempfindlich detektiert.

Bei dem siebzehnten Ausführungsbeispiel eines Strömungssensors IS nach Fig. 20 wird von einer ähnlichen Gehäusekonstruktion mit Ventilklappe 38 ausgegangen, wie dies in der Fig . 19 gezeigt und bereits erläutert wurde.

Es kommen jedoch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 20 magnetisch sensitive Sensorelemente 26 und 28 zu m Einsatz. Darüber hinaus ist ein Permanentmagnet 19 in die Ventilklappe 38 eingebettet. Bei einer Lageveränderung der Ventilklappe 38 verändert sich aufgrund der ebenfalls geänderten Position des Permanentmagneten 19 bezogen auf die Sensorelemente 26 und 28 das in der Fig. 20 angedeutete Magnetfeld . Diese Magnetfeldveränderung kann durch die Sensorelemente 26 und 28 sicher ausgewertet werden, und zwar wiederum auf der Basis der Bestimmung absoluter Werte, aber auch durch Differenzbildung der Messsignale.

Die vorgeschlagenen Ausführungsformen der Strömungssensoren sind insbesondere auch für sogenannte Zwei-Leiter-Strömungsmessgeräte mit Schaltausgang anwendbar, d . h. bei solchen induktiven Schwingkreis- Näherungsschaltern oder GMR- bzw. AMR-Magnetsensoren, bei denen die Forderung erfüllt werden kann, wonach im durchgeschalteten Zustand die Restspannu ng nur bei einem Bruchteil der Betriebsspannung liegt und wobei im gesperrten Zustand der Reststrom sehr klein ist, damit nachfolgende Auswertestufen den Reststrom nicht als ein Messsignal interpretieren.

Die Fig . 21 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Schrägsitzventils jedoch mit federbelasteter Ventilklappe 38, wobei hier ein Sensor 17 nicht in die durchgehende öffnung eines Ventildeckels eingeschraubt, sondern innerhalb eines weitergebildeten Einsatzteils 44 du rch Verklemmen fixiert ist. Die Ventilklappe 38 ist über eine Achse 54 gelenkbeweglich.

Das Einsatzteil 44 ist gegenüber der Ventilklappe 38 im Ventilgehäuse 2 anstelle eines üblichen Ventildeckels befestigt.

Das Einsatzteil 44 weist eine Ausnehmung in der Art einer Sacklochbohrung zur Aufnahme des Sensors 17 auf, wobei die Ausnehmung im oberen, klappenfernen Bereich als Kreiskeilausnehmung 83 und im unteren, klappennahen Bereich als zylindrische Ausnehmung 84 ausgestaltet ist.

Der Sensor 17 weist am anschlusskabelseitigen Ende ein Handhabeteil 80, beispielsweise ausgebildet als Oberflächen-Rändelung auf. Die folgenden Abschnitte sind als Kreiskeil 81 sowie Zylinder 79 ausgeführt. Durch Verdrehen

verklemmt sich der Sensor 17 innerhalb einer Klemmzone 86 kraftschlüssig in der Sacklochbohru ng des Einsatzteils 44.

Entsprechend der Fig. 20 ist auch bei der Darstellung gemäß Fig . 21 der Sensor 17 mit einem Magnetsensor 61 versehen. Alternativ sind auch andere Sensoren einsetzbar, beispielsweise induktive Sensoren.

Die Fig . 22a und 22b zeigen jeweils eine Schnittdarstellung des Sensors 17 und des Einsatzteils 44 im Bereich der Klemmzone 86 (siehe Fig. 21), wobei der Sensor durch Kreiskeilverbindungstechnik verstell- und fixierbar ist.

Auf der Mantelfläche des Sensors 17 befinden sich beim gezeigten Beispiel drei, in Umfangsrichtung beabstandete Kreiskeile 81. Diese Kreiskeile 81 erstrecken sich über einen ersten Abschnitt der Längsachse des Sensors, wobei in einem zweiten Abschnitt der Sensor zylinderförmig ausgebildet ist. Es ist auch denkbar, die Kreiskeile 81 über die gesamte Mantelfläche des Sensors 17 erstrecken zu lassen.

Am Einsatzteil 44 oder an einem Objekt 82, an dem der Sensor 17 befestigt werden soll, ist mindestens eine zylindrische öffnung oder Bohrung vorhanden, wobei die entsprechende zylindrische öffnung oder Bohrung korrespondierende Kreiskeilausnehmungen 83 (siehe Fig . 22a und 22b) aufweist.

Beim gezeigten Beispiel sind drei Kreiskeile 81 mit entsprechenden drei Kreiskeilausnehmungen 83 am Objekt 82 vorhanden. Die Kreiskeilsteigung kann hier im Bereich von im Wesentlichen 1 : 30 bis 1 : 200 liegen.

Mit dem Einführen des Sensors 17 und den dort vorgesehenen Kreiskeilen in ein Objekt 82, das über eine komplementäre öffnung mit Kreiskeilausnehmungen verfügt, und anschließendem Verdrehen entsteht eine radiale Vorspannung, wodurch große Axial- und Tangentialkräfte in beliebigen Richtungen übertragen werden können. Die vorgeschlagene Kreiskeilverbindung ist über eine entgegengesetzt gerichtete Drehbewegung wiederum leicht lösbar.

Die Fig . 22a zeigt eine Schnittdarstellung im nichtverspannten Zustand . In diesem Zustand kann z. B. mittels des Handhabeteils 80 der Sensor 17 leicht in Längsachsenrichtu ng verschoben und z. B. die gewünschte Justage zum Finden des Fensterbereichs oder eines Arbeitspunkts erfolgen. Wenn der gewünschte Fensterbereich vorliegt und dies z. B. mit einer optoelektronischen Anzeige signalisiert wird, erfolgt wiederum mittels des Handhabeteils 80 das Verdrehen ohne änderung der gewählten bzw. erreichten Position in Längsachsenrichtung . Eine Justage bzw. das Ausführen eines Einstellvorgangs ist wesentlich schneller und leichter möglich, als es bei einer z. B. Schraubgewindepaarung der Fall ist, wobei es dort z. B. beim Anziehen einer Kontermutter zum Erhalt der gewählten Position zu einer Dejustage kommen kann.

Die Kreiskeilform, wie in den Fig . 22a und b erkennbar, ist beispielsweise durch eine logarithmische Spirale beschreibbar. Es kommen jedoch auch andere klemmend wirkende Keilformen in Frage. Aufgrund der korrespondierenden Keile in der Fügefläche ergibt sich eine homogene Flächenpressung, so dass sich nicht nur eine optimale übertragungsleistung in Anzugsrichtung, sondern auch eine optimale Selbsthemmung in Löserichtung einstellt.

Es ist jedoch auch eine quasi kinematische Umkehr dahingehend möglich, dass sich das Sensorelement in einem Körper befindet, welcher eine kreisringförmige Hülse besitzt. Es wird in diesem Fall das Objekt, an dem der Sensor befestigt werden soll, einen zylinderförmigen Fortsatz aufweisen, der über seine Zylinderumfangsfläche die Kreiskeile wie erläutert besitzt.

Bei dieser Ausfü hrungsvariante würde der hülsenförmige Sensor über den zylinderförmigen Stab verschiebbar und durch Drehen fixierbar sein.

Fig . 23 zeit einen perspektivischen Schnitt des Einsatzteils 44 mit Sensor 17 gemäß Fig. 21.

Die Kreiskeilausnehmungen 83 erstrecken sich im Wesentlichen im oberen Teil der Ausnehmung für den Sensor 17 im Einsatzteil 44. Der untere Teil ist, wie bereits erläutert, zylindrisch ausgeführt. Es ist jedoch auch denkbar, die

Kreiskeilausnehmungen über die gesamte Ausnehmung in Längsrichtung erstreckend auszubilden.

Insbesondere ist es auch möglich, eine H ülse vorzusehen, die auf ihrer inneren Mantelfläche Kreiskeilausnehmungen aufweist. Wird anstelle der oben erläuterten Ausnehmung des Einsatzteils 44 nun ein einfaches Sackloch zur Aufnahme der vorgefertigten Hülse vorgesehen, kann durch Einpressen der Hülse in ein solches Sackloch in einfacher Weise eine Aufnahme für einen Sensor 17 mit Kreiskeilverbindungstechnik bereitgestellt werden.

Erstreckt sich die Kreiskeilausnehmung über die gesamte Längsausdehnung innerhalb des Einsatzteils 44, kann auf einen zylindrischen Abschnitt 79 des Sensors 17 verzichtet werden.

Ist ein zylindrischer Abschnitt 79 am Sensor 17 vorgesehen, kann der Durchmesser dieses Abschnitts maximal entsprechend dem lichten bzw. freien Durchmesser der Kreiskeilausnehmung gewählt werden.

Im dargestellten Beispiel nach Fig. 23 ist der Durchmesser des zylindrischen Abschnitts 79 deutlich kleiner als der mögliche freie Durchmesser gewählt. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, die zu diesem Abschnitt korrespondierende zylindrische Ausnehmung 84 dem Durchmesser des zylindrischen Abschnitts 79 anzupassen.

Des weiteren weist der Sensor 17 eine optoelektronische Anzeige 85 auf. Im dargestellten Fall ist diese Anzeige bzw. ein Sichtfenster dieser Anzeige im Bereich der Rändel ung 80 angebracht. Es können jedoch auch weitere Anzeigen vorgesehen sein. Insbesondere ist es denkbar, die Anzeigen um 180° oder 90° versetzt anzuordnen, um auch bei einer Drehbewegung des Sensors jederzeit die Anzeige im Blickfeld zu haben. In einer weiteren Ausgestaltung kann auch oder ausschließlich eine Anzeige auf dem Sensorabschluss im Kabelbereich 87 vorgesehen sein, so dass die Anzeige von oben sichtbar ist. Weiterhin kann es vorgesehen sein, den Kabelbereich 87 transparent abzuschließen oder abzudecken, so dass eine optoelektronische Anzeige durch diesen transparenten Abschluss hindurch sichtbar bleibt. Als optoelektronische Anzeigen kommen insbesondere lichtemittierende Dioden in Betracht.

Fig . 24 zeigt wiederum ein Schrägsitzventil mit Ventilgehäuse 2 und einen Gehäuseabzweig . Im Gehäuseabzweig ist ein Einsatzteil 44 befestigt, wie bereits zur Fig . 21 erläutert.

Im Einsatzteil 44 ist der Sensor 17 aufgenommen, und zwar in einer Ausnehmung, die eine Kreiskeilverbindung mit einem Sensor 17 in Zweileitertechnik ermöglicht. Im Unterschied zur Darstellung nach Fig . 70 weist das Einsatzteil 23 einen Führungsabschnitt 88 auf, der sich in Richtung Ventilsitz orientiert.

Der Führungsabschnitt 88 nimmt längsverschieblich einen Ventilkörper 89 auf, an dessen zum Ventilsitz orientierten Ende ein Permanentmagnet 90 befindlich ist. Der bevorzugt zylindrisch ausgeführte Ventilkörper 89 ist mit Hilfe einer Schraubenfeder 91 in Richtung Ventilsitz vorgespannt. Eine Lageveränderu ng des Ventilkörpers 89 führt zu einer Bewegung des Permanentmagneten 90, die sowohl vom Sensor 17 als auch von einem weiteren Sensor 26 analog Fig. 20 detektiert werden kann. Der Ventilkörper 89 ist beim gezeigten Beispiel nach Fig . 24 als federkraftbelastete Rückschlag-Ventilanordnung ausgeführt.

Bezugszeichenliste

IA-S Stromungssensor

2 Gehäuse

3 Einschraubteil

5 Rohr

6 Hubkörper

8 Federelement

9 Bund

10 Ventilsitz

11 Schutzkappe

12 Führungsbohrung

13 Ringnut

17 Sensor

19; 90 Permanentmagnet

21 Bohrung

22 Sackloch

23 Ringmagnet

24 Einlasskanal

24 Verbindungskanal (Fig . 18)

25 Auslasskanal

26 Sensorelement

27 Messzelle

28 Sensorelement

29 Messzelle

30 Klappenventil (bestehend aus 37 + 34 + 35 + 36)

31 Abzweig

32 Vorsprung

33 Schraubkappe

34 Folienscharnier zwischen 37 und 39

35 Haltering für 37

36 Fixierring für 35

37 Ventilklappe (nichtmetallisch & Schwingklappe)

38 Ventilklappe

39 steifer Haltering (Fig . 14 bis 17)

40 Stützing (Fig. 14 bis 17)

41 Stützstreben (Fig. 15)

42 Kunststoff schutzhülse

44 Einsatzteil

45 metallische Hülse

A Abstand 19 / 27 in Fig. 6

M Medienstrom (Fig . 10)

54 Achse

61 Magnetsensor

62 Anschlag

79 Zylinder

80 Handhabeteil

81 Kreiskeil

83 Kreiskeilausnehmung

84 zylindrische Ausnehmung

85 Anzeige

86 Klemmzone

87 Kabelbereich

88 Führungsabschnitt

89 Ventilkörper

91 Schraubenfeder