Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaufelkettenvorrichtung für eine fluiddurchströmbare Leitung oder für ein fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares Bauelement. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares Bauelement mit einer entsprechenden Schaufelkettenvorrichtung.

Bei dem fluiddurchströmbaren, elektrisch betreibbaren Bauelement handelt es sich insbesondere um einen Fluidzähler, ein Fluidventil, ein Fluidfilter, einen Druckminderer, eine kombinierte Mess- und Reguliervorrichtung für ein durch eine Fluidleitung strömendes Fluid oder dergleichen. Bei dem Fluid handelt es sich insbesondere um Wasser oder Gas. Fluidzähler umfassen Wasser- und Gaszähler. Fluidventile umfassen Wasser- und Gasventile. Fluidfilter umfassen Wasser- und Gasfilter. Druckminderer umfassen Druckminderer für Wasser und Gas. Kombinierte Mess- und Reguliervorrichtungen umfassen kombinierte Mess- und Reguliervorrichtungen für durch eine Wasserleitung strömendes Wasser und kombinierte Mess- und Reguliervorrichtungen für durch eine Gasleitung strömendes Gas.

Schaufelkettenvorrichtungen können in eine fluiddurchströmbare Leitung, das heißt in eine Wasser- oder Gasleitung, innerhalb eines Fluidleitungssystems oder in eines der vorgenannten fluiddurchströmbaren, elektrisch betreibbaren Bauelemente eingebaut werden. Fluiddurchströmbare Bauelemente sind dazu vorgesehen, in ein Fluidleitungssystem eingebaut zu werden, beispielsweise in das Wasserleitungssystem bzw. Frischwasserleitungssystem eines Gebäudes. Ein Wasserzähler ist beispielsweise in das Wasserleitungssystem eines Gebäudes einbaubar. Ein Wasserzähler wird von Wasser durchströmt, insbesondere wenn Wasser aus dem Wasserleitungssystem entnommen wird, beispielsweise durch benutzerseitiges Öffnen einer Sanitärarmatur. Ein Wasserzähler ist dazu eingerichtet, die Menge an durchströmten, das heißt, entnommenen, Wasser, zu erfassen bzw. zu messen. Fluiddurchströmbare, elektrisch betreibbare Bauelemente sind aktive Bauelemente, die dazu eingerichtet sind, elektrische Energie erfor- dernde, die Erfassung der Fluidmenge unterstützende oder erweiternde Funktionen bereitzustellen oder durchzuführen.

Es sind fluiddurchströmbare, elektrisch betreibbare Bauelemente aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise entsprechende Wasserzähler. Diese bedingen eine Versorgung mit elektrischer Energie, um ihren vollen Funktionsumfang zu gewährleisten. Es sind insbesondere Wasserzähler bekannt, die gemäß Anforderung eine technische Lebensdauer von bis zu 16 Jahren ohne Anschluss an ein externes Stromnetz und ohne externes Wiederaufladen eines Speichers für elektrische Energie sicherstellen sollen.

Zur Versorgung solcher Wasserzähler mit elektrischer Energie ist es bekannt, die Wasserzähler mit einem elektrischen Netzteil sowie mit elektrischen Verbindern in Form von Kabeln zum Anschluss an ein externes Stromnetz auszustatten. Dies erfordert jedoch einen gewissen Installationsaufwand durch das Verlegen von Leitungen für elektrischen Strom. Zusätzlich kann dies erfordern, Kabel von dem Wasserzähler hin zu einer Steckdose zu verlegen, wodurch eine gewisse Gefahr entsteht, dass die Kabel versehentlich oder absichtlich aus der Steckdose gezogen werden, sodass die Energieversorgung unterbrochen würde. Außerdem entsteht durch die Kabel möglicherweise eine gewisse Stolpergefahr und somit Verletzungsgefahr.

Des Weiteren ist es zur Versorgung solcher Wasserzähler mit elektrischer Energie bekannt, die Wasserzähler mit einer Batterie einer großen elektrischen Kapazität zum Erreichen der vorgenannten, technischen Lebensdauer auszustatten. Eine große Batteriekapazität erfordert allerdings eine entsprechend große Dimensionierung der Batterie selbst. Groß dimensionierte Batterien sind relativ teuer in der Herstellung. Zusammenfassend sind Batterien mit einer großen elektrischen Kapazität bauraum- und kostenintensiv. Wie voranstehend dargestellt sind die bekannten, fluiddurchströmbaren, elektrisch betreibbaren Bauelemente abhängig von dem Vorhandensein einer externen Versorgung mit elektrischer Energie oder sind aufgrund der groß dimensionierten Batterien bauraumintensiv. Dies ist anwendungsbereichseinschränkend und daher unerwünscht.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die voranstehend insgesamt erläuterte Problematik zumindest teilweise zu lösen und insbesondere eine Schaufelkettenvorrichtungen für eine fluiddurchströmbare Leitung oder für ein fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares Bauelement anzugeben, die einen elektrisch autarken Betrieb eines angeschlossenen elektrisch betreibbaren Bauelements oder des fluiddurchströmbaren, elektrisch betreibbaren Bauelements ermöglicht.

Die hier zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch eine Schaufelkettenvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich jeweils aus den Unteransprüchen.

Es wird eine Schaufelkettenvorrichtung für eine fluiddurchströmbare Leitung oder für ein fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares Bauelement vorgeschlagen. Die erfindungsgemäße Schaufelkettenvorrichtung umfasst eine zu einem Ring geschlossene Schaufelkette mit einer Vielzahl von Schaufeln bzw. Laufschaufeln und einen ringförmigen Kanal zur Führung der Schaufelkette, wobei die Schaufelkettenvorrichtung dazu ausgebildet ist, wenn Fluid die Leitung oder das elektrisch betreibbare Bauelement durchströmt, elektrische Energie zu erzeugen.

Die erfindungsgemäße Schaufelkettenvorrichtung ermöglicht die Nutzung der ansonsten ungenutzten Energie des eine Leitung oder ein elektrisch betreibbares Bauelement durchströmenden Fluids. Die Nutzung dieser Energie zur elektrischen Versorgung von elektrischen Geräten oder des genannten elektrisch betreibbaren Bauelements trägt insgesamt zu einer Energieeinsparung bei und ist daher umweltfreundlich. Der ringförmige Kanal ist fluiddurchströmbar.

Die erfindungsgemäße Schaufelkettenvorrichtung kann eine von der Schaufelkette antreibbare Arbeitsmaschine umfassen. Dabei kann die Schaufelkette dazu ausgebildet sein, wenn Fluid die Leitung oder das elektrisch betreibbare Bauelement durchströmt, die Arbeitsmaschine anzutreiben. Die Schaufelkette kann dazu ausgebildet sein, wenn Fluid die Leitung oder das elektrisch betreibbare Bauelement durchströmt, in Strömungsrichtung des Fluids bewegt zu werden und so die Arbeitsmaschine anzutreiben. Die Schaufelkette ist eine Strömungsmaschine, die dazu eingerichtet ist, die Arbeitsmaschine anzutreiben, indem die Energie eines die Leitung oder das elektrisch betreibbare Bauelement durchströmenden Fluids zumindest teilweise in mechanische Energie umgewandelt wird. Die mechanische Energie wird wiederum durch die Arbeitsmaschine in elektrische Energie umgewandelt.

Die erfindungsgemäße Schaufelkettenvorrichtung ist in eine bestehende, fluiddurchströmbare Leitung einbau- bzw. einsetzbar, das heißt die erfindungsgemäße Schaufelkettenvorrichtung ist nachrüstbar. Dazu ist es lediglich erforderlich, die für einen entsprechenden Einbau vorgesehene, bestehende, fluiddurchströmbare Leitung mechanisch zu öffnen. Beispielweise kann mit geeigneten Schneid- bzw. Trennwerkzeugen eine Öffnung in der Leitung geschaffen werden. Anschließend kann die erfindungsgemäße Schaufelkettenvorrichtung fluiddicht darin eingebaut werden.

Nach einer weiter vorteilhaften Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Schaufelkettenvorrichtung eine elektrische Schnittstelle zum Anschluss eines elektrisch betreibbaren Geräts. Die Schnittstelle kann ein elektrischer Steckverbinder sein, der durch Form- und/oder Kraftschluss eine lösbare Fixierung ermöglicht. Durch die erfindungsgemäße Schaufelkettenvorrichtung ist es möglich, elektrische Energie zu erzeugen, und zwar zunächst durch Umwandlung der Strömungsenergie des Fluids in mechanische Energie und schließlich durch Umwandlung der mechanischen Energie in elektrische Energie. Demgemäß kann ein fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares Bauelement durch eine interne Versorgung mit elektrischer Energie betrieben werden. Das Erfordernis einer externen Versorgung mit elektrischer Energie für den Betrieb eines fluiddurchströmbaren, elektrisch betreibbare Bauelement entfällt somit. Ein solches elektrisch betreibbares Bauelement ist somit unabhängig von einer externen Versorgung mit elektrischer Energie. Insofern ist ein solches elektrisch betreibbares Bauelement elektrisch autark bzw. sich selbst mit elektrischer Energie versorgend. Dies ist insbesondere im Falle eines Stromausfalls von großem Vorteil gegenüber den bekannten, fluiddurchströmbaren, elektrisch betreibbaren Bauelementen, die mitunter unmittelbar durch den Anschluss an ein Stromnetz von einer externen Versorgung mit elektrischer Energie abhängig sind.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist jede Schaufel der Vielzahl von Schaufeln der Schaufelkette anströmseitig, insbesondere zumindest einachsig, konkav gekrümmt, das heißt nach innen gewölbt, ausgebildet. Durch die konkave Krümmung der Schaufeln ist ein besonders effizientes Antreiben der Schaufelkettenvorrichtung und somit ein besonders effizientes Erzeugen von elektrischer Energie bei einer gegebenen Fluidströmung möglich. Ein weiterer Vorteil der konkaven Ausgestaltung der Schaufeln ist, dass ein etwaiger mechanischer Verschleiß im äußeren Randbereich der Schaufeln, der durch einen Berührungskontakt mit einer Innenwandung entstehen kann, bis zu einem bestimmten Maß ausgeglichen werden kann. Denn, wenn die Schaufeln im äußeren Randbereich verschleißbedingt kleiner werden, dann nimmt lediglich die Krümmung der Schaufeln ab. Auf diese Weise kann zumindest bis zu einem bestimmten Maß eine Abdichtung der Schaufeln gegenüber einer Innenwandung aufrechterhalten werden. Die vorgenannte Krümmung ist auch als Regensschirmform bezeichenbar. Nach einer weiter vorteilhaften Ausführungsform ist jede Schaufel der Vielzahl von Schaufeln der Schaufelkette derart ausgebildet, dass sie in bzw. mit ihrem äußeren Randbereich gegen die Innenseite des Kanals und/oder gegen die Innenseite der Leitung und/oder gegen die Innenseite einer in dem elektrisch betreibbaren Bauelement ausgebildeten Kavität und/oder gegen die Innenseite eines Hohlraums, der, insbesondere zumindest teilweise, durch den Kanal und, insbesondere zumindest teilweise, durch eine in dem elektrisch betreibbaren Bauelement ausgebildeten Kavität gebildet ist, abdichtet. Die vorgenannten Innenseiten entsprechen jeweils Innenwandungen ihrer Strukturen. Demnach steht jede Schaufel in bzw. mit ihrem äußeren Randbereich mit einer entsprechenden Innenkontur bzw. -wand in einem Berührungskontakt. Dazu kann jede Schaufel in ihrem äußeren Randbereich elastisches Material aufweisen. Alternativ kann jede Schaufel dazu vollständig aus einem elastischen Material bestehen. Wenn sich die Schaufelkette durch das durchströmende Fluid bewegt wird, dann gleitet jede Schaufel in bzw. mit ihrem äußeren Randbereich an einer entsprechenden Innenkontur bzw. -wand entlang. Durch diese Ausbildung der Schaufeln ist ein besonders effizientes Antreiben der Schaufelkettenvorrichtung und somit ein besonders effizientes Erzeugen von elektrischer Energie bei einer gegebenen Fluidströmung möglich.

Nach einer weiter vorteilhaften Ausführungsform sind die Schaufeln der Vielzahl von Schaufeln der Schaufelkette entlang der Schaufelkette äquidistant zueinander angeordnet. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Bewegung des Schaufelkette und somit eine gleichmäßige Versorgung eines angeschlossenen elektrisch betreibbaren Bauelements oder des fluiddurchströmbaren, elektrisch betreibbaren Bauelements mit elektrischer Energie.

Nach einer weiter vorteilhaften Ausführungsform weist die Schaufelkette eine Vielzahl von Magnetelementen, insbesondere Permanentmagnete, auf, wobei die Magnetelemente entlang der Schaufelkette äquidistant zueinander angeordnet sind. Die Schaufelkette kann eine Vielzahl von Kettengliedern umfassen, wobei jedem Kettenglied der Vielzahl von Kettengliedern ein Magnetelement zugeordnet sein kann. Die Magnetelemente können an den Kettengliedern der Schaufelkette angeordnet sein.

Alternativ weist nach einer weiter vorteilhaften Ausführungsform jede Schaufel der Vielzahl von Schaufeln der Schaufelkette ein Magnetelement auf. Die Magnetelemente der Vielzahl von Magnetelementen können jeweils in die Schaufel eingegossen sein, insbesondere spritzgusstechnisch.

Nach einer weiter vorteilhaften Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Schaufelkettenvorrichtung eine Spule, wobei die Spule von außen zumindest um einen Teilabschnitt des Kanals gewickelt ist und wobei die Spule dazu ausgebildet ist, wenn die Schaufelkette angetrieben wird, eine elektrische Spannung zu induzieren. Die Induktion der elektrischen Spannung wird durch die Bewegung der Magnetelemente durch die Spule hindurch bewirkt. Auf diese Weise ist es durch die erfindungsgemäße Schaufelkettenvorrichtung möglich, elektrische Energie zu erzeugen.

Nach einer weiter vorteilhaften Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Schaufelkettenvorrichtung einen wiederaufladbaren Speicher für elektrische Energie. Die Schaufelkette, gegebenenfalls die Arbeitsmaschine und der Speicher erlauben es im gemeinsamen Zusammenwirken, den Speicher wiederholt aufzuladen. Daher reicht es aus, wenn der Speicher des erfindungsgemäßen Bauelements eine vergleichsweise kleine elektrische Kapazität aufweist. Das erfindungsgemäße Bauelement ist daher relativ kompakt in seiner Bauweise. Der Speicher kann zumindest einen Akkumulator, das heißt zumindest eine wiederaufladbare Batterie, umfassen. Der Akkumulator weist insbesondere eine elektrische Kapazität maximal 4500 mAh (Milliamperestunden), insbesondere von 1500 bis 4500 mAh, weiter insbesondere von 2000 bis 4000 mAh, vorzugsweise von 2500 bis 3500 mAh auf. Der Akkumulator kann beispielsweise vom Typ 18650 mit 3500 mAh und 3,7 V (Volt) sein. Insbesondere handelt es sich um einen Akkumulator mit einer standardisierten elektrischen Kapazität und einer standardisierten Dimen- sionierung bzw. Baugröße. Dies hat zum Vorteil, dass der Speicher, beispielsweise im Falle eines Defekts, auf einfache Weise ersetzt werden kann und sich so der Wartungs- bzw. Reparaturaufwand reduziert. Der Akkumulator ist somit im Vergleich zu Batterien, die beispielsweise in bekannten Wasserzählern vorgesehen sind, von einer kleineren elektrischen Kapazität und von einer kleineren baulichen Dimensionierung. Dadurch, dass der Akkumulator durch die erzeugte elektrische Energie wiederaufladbar ist, reicht eine vergleichsweise kleine elektrische Kapazität aus, um den Betrieb von elektrisch betreibbaren Bauelementen zu gewährleisten.

Die erfindungsgemäße Schaufelkettenvorrichtung kann eine Steuerungseinheit umfassen, die insbesondere dazu eingerichtet ist, den Lade- und Entladeprozess des wiederaufladbaren Speichers für elektrische Energie zu steuern. Die Steuerungseinheit kann ein Laderegler sein, der dazu eingerichtet ist, ein Überladen des wiederaufladbaren Speichers für elektrische Energie zu verhindern. Auf diese Weise kann das fluiddurchströmbare, elektrisch betreibbare Bauelement ausfallsicher betrieben werden.

Nach einer weiter vorteilhaften Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Schaufelkettenvorrichtung, insbesondere sofern sie die vorgenannte Vielzahl von Magnetelementen umfasst, dazu ausgebildet, die Strömungsgeschwindigkeit eines durchströmenden Fluids zu messen. Insbesondere ist die induzierte elektrische Spannung als ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit eines durchströmenden Fluids interpretierbar. Die auf diese Weise ausgeführte Schaufelkettenvorrichtung erfüllt demnach eine Doppelfunktion, nämlich das Erzeugen von elektrischer Energie und das Messen der Strömung des Fluids. Dies erübrigt die Anschaffung einer gesonderten Vorrichtung bzw. eines gesonderten Geräts zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit des durchströmenden Fluids. So kann insgesamt der Installations- und Bauraumaufwand reduziert werden. Nach einer weiter vorteilhaften Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Schaufelkettenvorrichtung einen Hall-Sensor. Der Hall-Sensor kann von außen an dem Kanal angeordnet sein, insbesondere an den Kanal geklebt oder an den Kanal geschraubt sein. Der Hall-Sensor ist dazu eingerichtet, die Anwesenheit eines Magnetelements, das heißt die räumliche Nähe eines Magnetelements zu dem Hall-Sensor zu erfassen. Über eine definierbare Zeitspanne hinweg zählt der Hall-Sensor oder eine dazu eingerichtete, mit dem Hall-Sensor verbundene Steuerungseinheit die Anzahl der Erfassungen der beschriebenen räumlichen Nähe. Da die Magne- telemente an der Schaufelkette angeordnet sind, das heißt fest mit der Schaufelkette verbunden sind, ist der Hall-Sensor auch dazu eingerichtet, über die Frequenz der Erfassungen der beschriebenen räumlichen Nähe die Bewegungsgeschwindigkeit der Schaufelkette zu bestimmen. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Schaufelkette ist wiederum ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit des durchströmenden Fluids. Die Frequenz der Erfassungen entspricht der Anzahl der Erfassungen innerhalb einer definierbaren Zeitspanne, beispielsweise innerhalb einer Minute. Der Hall-Sensor arbeitet kontaktlos, sodass kein mechanischer Verschleiß stattfindet und die Wartung in einem vergleichsweise geringfügigen Ausmaß durchgeführt werden kann. Der Hall-Sensor erlaubt eine Messung von besonders kleinen Strömungsgeschwindigkeiten des durchströmenden Fluids. So können beispielsweise auch kleine Leckagen erkannt werden.

Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein fluiddurchströmbares, elektrisch betreibbares Bauelement, umfassend eine voranstehend beschriebene Schaufelkettenvorrichtung, vorgeschlagen. Die in Bezug auf die voranstehend beschriebene Schaufelkettenvorrichtung genannten Erläuterungen und Vorteilsangaben gelten grundsätzlich auch in Bezug auf das fluiddurchströmbare, elektrisch betreibbare Bauelement, umfassend die voranstehend beschriebene Schaufelkettenvorrichtung. Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand einer Figur näher erläutert. Darin ist eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung gezeigt, wobei die Erfindung nicht auf diese vorteilhafte Ausführungsform beschränkt ist. Gleiche Bauteile sind in der Figur mit den gleichen Bezugszeichen versehen und sind daher grundsätzlich nur einmal benannt bzw. erwähnt. Es zeigt im Einzelnen die einzige Figur eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaufelkettenvorrichtung in einer schematischen Seitenansicht im Längsschnitt.

Die einzige Figur zeigt eine Schaufelkettenvorrichtung 1, die in eine fluiddurchströmbare Leitung 2 eingebaut ist. Die Leitung 2 weist eine Öffnung 3 auf, in die die Schaufelkettenvorrichtung 1 eingesetzt ist. Die Schaufelkettenvorrichtung 1 umfasst ein Gehäuseelement 4.

Die Schaufelkettenvorrichtung 1 umfasst weiter eine zu einem Ring geschlossene Schaufelkette 5 mit einer Vielzahl von Schaufeln 6 und einen ringförmigen Kanal 7 zur Führung der Schaufelkette 5. Der Kanal 7 ist teilweise durch das Gehäuseelement 4 und teilweise durch die Leitung 2 gebildet. Die Schaufelkettenvorrichtung 1 ist dazu ausgebildet, wenn Fluid die Leitung 2 in Strömungsrichtung 8 durchströmt, elektrische Energie zu erzeugen.

Jede Schaufel 6 ist anströmseitig konkav gekrümmt ausgebildet. Jede Schaufel 6 ist außerdem derart ausgebildet, dass sie in ihrem äußeren Randbereich gegen die Innenseite des Kanals 7 und gegen die Innenseite der Leitung 2 abdichtet. Dazu weist jede Schaufel 6 in ihrem äußeren Randbereich elastisches Material auf. Die Schaufeln 6 sind entlang der Schaufelkette 5 äquidistant zueinander angeordnet. Jede Schaufel 6 weist ein Magnetelement 9 auf. Des Weiteren umfasst die Schaufelkettenvorrichtung 1 eine Spule 10, wobei die Spule 10 von außen zumindest um einen Teilabschnitt des Kanals 7 gewickelt ist und wobei die Spule 10 dazu ausgebildet ist, wenn die Schaufelkette 5 angetrieben wird, eine elektrische Spannung zu induzieren. Weiterhin umfasst die Schaufelkettenvorrichtung 1 einen Hall-Sensor 11.

Bezugszeichenliste

1 Schaufelkettenvorrichtung

2 Fluiddurchströmbare Leitung 3 Öffnung der fluiddurchströmbaren Leitung

4 Gehäuseelement

5 Schaufelkette

6 Schaufeln

7 Ringförmiger Kanal 8 Strömungsrichtung des Fluids

9 Magnetelement

10 Spule

11 Hall-Sensor