Flügelrad- und Turbinen-Durchflussmesser – Messprinzip, Einsatzgebiete und Auswahl

Ein Flügelrad- oder Turbinen-Durchflussmesser ist ein bewährtes Messgerät zur präzisen Durchflussmessung von Flüssigkeiten. Das Messprinzip basiert auf der Rotation eines Flügelrades oder einer Turbine, die durch die Strömung des Mediums angetrieben wird. Mit zunehmendem Volumenstrom erhöht sich die Drehzahl des Messelements. Ein integrierter Sensor erfasst diese Drehbewegung und wandelt sie in elektrische Impulse um, aus denen der Volumenstrom und die geflossene Gesamtmenge berechnet werden.

Dank ihrer hohen Messgenauigkeit, schnellen Reaktionszeit und robusten Bauweise gehören Flügelrad- und Turbinen-Durchflussmesser zu den am häufigsten eingesetzten Messgeräten für die Durchflussmessung von Flüssigkeiten. Sie finden Anwendung in der Wasseraufbereitung, der Chemie- und Prozessindustrie, im Maschinen- und Anlagenbau, in Kühl- und Schmierkreisläufen sowie in zahlreichen Dosier- und Überwachungsaufgaben.
Je nach Bauart eignen sich Flügelrad- und Turbinen-Durchflussmesser sowohl für einfache industrielle Anwendungen als auch für anspruchsvolle Messaufgaben mit hohen Anforderungen an Genauigkeit und Wiederholbarkeit.

Messprinzip von Flügelrad- und Turbinen-Durchflussmessern

Das Messprinzip von Flügelrad- und Turbinen-Durchflussmessern basiert auf einem rotierenden Messelement, das durch die Strömung des Mediums angetrieben wird. Im Inneren des Durchflussmessers befindet sich ein leichtgängiges Flügelrad oder Turbinenrad, das im Strömungskanal gelagert ist. Strömt eine Flüssigkeit durch den Sensor, setzt ihre kinetische Energie das Messelement in Rotation. Mit steigendem Volumenstrom erhöht sich die Drehzahl des Flügelrads bzw. der Turbine.

Ein Hall-, induktiver oder optischer Sensor erfasst die Drehbewegung berührungslos und erzeugt elektrische Impulse. Die Impulsfrequenz ist proportional zum Volumenstrom. Über den gerätespezifischen K-Faktor (Impulse pro Liter oder Kubikmeter) kann die Elektronik den Volumenstrom sowie die durchgeflossene Gesamtmenge präzise berechnen.

Je nach Geräteausführung wird das Impulssignal direkt zur Weiterverarbeitung genutzt oder von einer integrierten Auswerteelektronik in standardisierte Ausgangssignale wie 0(4)...20 mA, Frequenz-, Schalt- oder Kontaktausgänge sowie Anzeigewerte umgewandelt. Dadurch lassen sich Flügelrad- und Turbinen-Durchflussmesser problemlos in SPS-, Automatisierungs- und Prozessleitsysteme integrieren.

In der Praxis werden die Begriffe Flügelrad-Durchflussmesser und Turbinen-Durchflussmesser häufig synonym verwendet, da beide auf demselben physikalischen Messprinzip beruhen. Eine verbindliche technische Norm, die beide Bauformen eindeutig voneinander abgrenzt, existiert jedoch nicht. Viele Hersteller bezeichnen kompaktere oder einfachere Bauformen als Flügelrad-Durchflussmesser, während strömungsoptimierte Ausführungen mit höherer Messgenauigkeit als Turbinen-Durchflussmesser angeboten werden.

Ein wesentlicher konstruktiver Unterschied liegt in der Strömungsführung:

• Turbinen-Durchflussmesser: Die Turbine wird in der Regel axial durchströmt. Das Medium strömt parallel zur Rotationsachse durch das Turbinenrad. Schräg angestellte Schaufeln wandeln die axiale Strömung in eine gleichmäßige Drehbewegung um. Dieses Messprinzip ermöglicht eine hohe Messgenauigkeit, eine ausgezeichnete Linearität und eine sehr gute Wiederholbarkeit.
• Flügelrad-Durchflussmesser: Das Flügelrad wird einseitig angeströmt. In vielen Bauformen lenkt eine Blende oder Düse die Strömung gezielt auf die obere oder untere Seite des Flügelrads und erzeugt so das erforderliche Drehmoment. Bei anderen Bauformen ragt das Flügelrad nur teilweise in den Strömungskanal, sodass es ebenfalls nur von einem Teilstrom angeströmt wird. Eine symmetrische Anströmung des gesamten Flügelrads würde dagegen kein ausreichendes Drehmoment erzeugen und ist daher für dieses Messprinzip ungeeignet.

Das Messprinzip eines Flügelrad-/Turbinen-Durchflussmessers lässt sich in drei einfachen Schritten erklären:

• Rotation des Messelements
  Die Strömung des Mediums versetzt das Flügelrad bzw. das Turbinenrad in eine Drehbewegung.
  Die Drehzahl ist proportional zum Volumenstrom.
• Berührungslose Signalerfassung:
  Ein Hall-, induktiver oder optischer Sensor erfasst die Drehbewegung berührungslos und erzeugt ein Frequenz- bzw. Impulssignal.
• Berechnung des Durchflusses:
  Eine nachgeschaltete Auswerteelektronik berechnet mithilfe des gerätespezifischen K-Faktors den Volumenstrom und – bei Bedarf – die durchgeflossene Gesamtmenge. Anschließend wird das Messsignal als standardisiertes Ausgangssignal, beispielsweise 0(4)…20 mA, Frequenzsignal, Schaltausgang oder über eine digitale Anzeige ausgegeben.

Einsatzgebiete

• Wasser- und Kühlkreisläufe
• Chemische Prozessanlagen
• Maschinen- und Anlagenbau
• Heizungs-, Klima- und Sanitärtechnik
  z.B: Wasseruhr
• Labor- und Prüftechnik

Hersteller

• DwyerOmega Typen: FT...
• KEM Flow Measurement GmbH Typen: HM
• Kobold Messring GmbH Typen: DPL, DF, DRS, TUR, TUV u.A.
• SIKA Dr. Siebert & Kühn GmbH & Co. KG Typen: VT...
• Senseca Germany GmbH Typen: Laboplus, u.A.
• ...und Andere