Durchflusswächter /-messer nach dem Paddel-/ Klappen Prinzip - Messprinzip, Einsatzbereich und Auswahl

Durchflusswächter /-messer nach dem Paddel-/Klappen Prinzip werden überwiegend zur Überwachung von Flüssigkeits- und Gasströmungen eingesetzt.
Je nach Bauform werden sie auch als Paddelschalter, Prallscheiben-Strömungswächter, Stauscheiben-Durchflusswächter, Windfahnenschalter oder Stauklappen-Durchflussmesser bezeichnet.
Das gemeinsame Prinzip beruht auf der Auslenkung eines mechanischen Körpers durch die Strömungskraft des Mediums.
Die Strömung trifft auf ein Paddel, eine Prallscheibe, Klappe oder Stauscheibe und erzeugt dabei eine Kraft. Diese Kraft bewegt das Messelement gegen eine Gegenkraft, beispielsweise eine Feder, Blattfeder, einen Faltenbalg oder ein Magnetsystem.
Aus der Bewegung kann entweder ein Schaltsignal zur Durchflussüberwachung erzeugt oder die Auslenkung zur Anzeige bzw. Messung des Durchflusses verwendet werden.

Funktionsprinzip eines Paddel-/Prallscheiben-Durchflusswächters

Paddel und Prallscheibe unterscheiden sich hauptsächlich durch ihre Bauform und die Art der Anströmung.
Ein Paddel hat oft eine längliche Form. Die Prallscheibe ist eine kompakter Scheibe oder Platte.
Beide nutzen die durch die Strömung erzeugte Kraft zur Auslenkung eines mechanischen Messelements.
Das grundlegende Messprinzip eines Paddel-Prallscheibenschalters ist einfach erklärt.
Sobald ein Medium durch eine Rohrleitung strömt, trifft die Strömung auf das im Rohr befindliche Paddel / Prallscheibe.
Ab einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit entsteht eine ausreichend große Strömungskraft bzw. Staudruck, um das Paddel / Prallscheibe auszulenken.
Die Auslenkung wirkt gegen eine Rückstellkraft. Diese kann beispielsweise durch eine Feder, Blattfeder, einen Faltenbalg oder durch entgegengesetzt wirkende Magnete erzeugt werden.
Mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit nimmt die auf das Paddel wirkende Kraft zu. Dadurch wird das Paddel stärker ausgelenkt.
Wird die erforderliche Auslenkung erreicht, betätigt der Mechanismus einen elektrischen Kontakt.
Der Durchflusswächter signalisiert:
„Durchfluss vorhanden“ oder „kein Durchfluss“
Der Schaltpunkt kann je nach Bauart durch die Änderung der Vorspannung einer Feder, durch Verschieben des Kontaktes oder eine Einstellung an einer aufgebrachten Skala verändert werden.
Bei Paddelschaltern wird der Schaltpunkt oft durch kundenseitige Anpassung der Paddel an die Anlagenbedingungen angepasst.
Wichtig ist dabei, dass der Schaltpunkt nicht ausschließlich von der Strömungsgeschwindigkeit abhängt.
Auch Rohrdurchmesser, Paddelgröße, Medium, Dichte, Einbausituation und mechanische Rückstellkraft beeinflussen das Verhalten des Durchflusswächters.

Wie wird die Auslenkung des Paddels auf den Kontakt übertragen?

• Magnetische Signalübertragung mit Reedkontakt
  Bei vielen Paddel-Durchflusswächtern erfolgt die Übertragung der Bewegung berührungslos.
  Dadurch kann der elektrische Schaltkontakt außerhalb des vom Medium durchströmten Bereichs angeordnet werden (siehe Bild: Paddelschalter mit Blattfeder).
  Die Strömung drückt die Prallscheibe bzw. das Paddel aus seiner Ruhelage. Über den Waagebalken wird der Dauermagnet bewegt. Er gelangt dadurch in den Ansprechbereich eines außerhalb des Mediums angeordneten Reedschalters.
  Der Reedkontakt schaltet den elektrischen Stromkreis, ohne dass eine elektrische Durchführung in den medienberührten Bereich erforderlich ist.
  Die Blattfeder kann dabei gleichzeitig als Halterung des Waagebalkens und als Rückstellelement dienen.
  Sobald die Strömung nachlässt oder vollständig ausbleibt, bewegt die Feder die Prallscheibe wieder in ihre Ausgangsstellung. Der Magnet entfernt sich vom Reedkontakt und der Schaltkontakt fällt ab.
• Mechanische Signalübertragung
  Bei der mechanische Signalübertragung wird die Bewegung des Paddels über den drehbar gelagerten Waagebalken direkt auf einen Schalter übertragen. Die Abdichtung zum Medium erfolgt mit einem Faltenbalg, der gleichzeitig als Rückstellkraft für den Paddel dient. Die Schwenkbewegung kann beispielsweise einen Mikroschalter betätigen. Diese Ausführung wird unter anderem bei Strömungswächtern für Luftkanäle verwendet.

Vorteile:

• robuste Arbeitsweise
• einfache mechanische Konstruktion
• preiswert
• Schaltfunktion ohne komplexe Elektronik
• direkte Anzeige über ein mechanisches Zeigerwerk möglich
• für Flüssigkeiten und Gase einsetzbar

Funktionsprinzip eines Prallscheiben-Durchflussmessers

Während ein Paddel-Durchflusswächter in der Regel zur Überwachung eines einzelnen Schaltpunktes eingesetzt wird, lässt sich das gleiche mechanische Grundprinzip auch für die kontinuierliche Durchflussmessung nutzen.
Im Strömungsweg befindet sich eine beweglich gelagerte >Prallscheibe. Die Strömungskraft des Mediums wirkt auf die Prallscheibe und bewegt sie abhängig vom vorhandenen Durchfluss. Diese Bewegung wird über einen Waagebalken auf ein mechanisches Zeigermesswerk übertragen.
Die Stellung des Zeigers entspricht dabei der Auslenkung der Prallscheibe. Auf einer kalibrierten Skala kann der aktuelle Durchfluss direkt abgelesen werden. Mit zunehmender Strömungskraft wird die Prallscheibe stärker ausgelenkt, sodass der Zeiger einen entsprechend höheren Durchfluss anzeigt.
Die Abdichtung zwischen dem Messmechanismus und dem Medium erfolgt häufig über einen Faltenbalg. Dieser verhindert den Austritt des Mediums und kann gleichzeitig als Rückstellelement für die Prallscheibe dienen. Zur Feinkalibrierung ist der Waagebalken mit einer verstellbaren Feder verbunden. Zusammen mit der Strömungskraft bestimmt die Rückstellkraft des Faltenbalgs und der Kalibrierfeder die Auslenkung des Messelements.
Bei modernen Prallscheiben-Durchflussmessern kann die mechanische Bewegung auch berührungslos erfasst werden. Dazu wird beispielsweise ein Magnet mit einem Hallsensor kombiniert. Die Bewegung der Prallscheibe beziehungsweise des damit verbundenen Messsystems wird dabei in ein elektrisches Signal umgewandelt.
Das Sensorsignal kann zur elektronischen Durchflussanzeige, zur Überwachung oder zur Weiterverarbeitung in einer Steuerung verwendet werden. Zusätzlich kann ein einstellbarer Mikroschalter zur Überwachung eines frei wählbaren Durchfluss-Grenzwertes eingesetzt werden. Damit lassen sich Durchflussmessung und Durchflussüberwachung in einem Gerät kombinieren.
Für die Montage stehen unterschiedliche Anschlussvarianten zur Verfügung. Neben Ausführungen mit einem Fitting mit Gewinde- oder Flanschanschluss gibt es auch Prallscheiben-Durchflussmesser mit Aufschweißflansch. Diese Bauform ermöglicht die Installation der Geräte auch an Rohrleitungen mit großen Nennweiten.

Vorteile

• Messung ohne zusätzliche Hilsenergie
• geringer Druckverlust
• kostengünstige Messung

Funktionsprinzip eines Klappen-Durchflussmessers

Typenübersicht