Wirbelblendendurchflusszähler mit mikrotechnischer Signalwandlung

Wasser ist die wichtigste Ressource des Menschen. Von den ca. 1,386 Millionen km3 auf unserem Planeten entfallen 96,54 % auf Ozeane, 1,76 % auf die Polkappen und Gletscher, 1,69 % auf Grundwasser und unterirdische Vorkommen, und nur 0,01 % auf Süßwasser in Seen, Flüssen und der Atmosphäre [Wik06]. Aufgrund der schnell wachsenden Weltbevölkerung, dem enormen Verbrauch gerade westlicher Nationen und der zunehmenden Umweltbelastung durch den Menschen wird Wasser für den Einzelnen immer knapper oder teurer. Deshalb ist es wichtig, verlässliche Messinstrumente zur Anzeige des Wasserverbrauchs, zur Überwachung von Wasserverteilungssystemen und für die gerechte Kostenbestimmung zur Finanzierung der Wasserproduktion, Infrastruktur und Abwasserbehandlung zu besitzen. Die Sensus Metering Systems GmbH Hannover-Laatzen, vormals Invensys Metering Systems GmbH bzw. H. Meinecke AG, blickt auf eine über 135-jährige Tradition im Wasserzählerbau zurück. Die Hauptprodukte der Sensus GmbH sind als Flügelradoder Woltmannzähler bezeichnete Großwasserzähler für Kalt- und Warmwasser, die innerhalb eines Nennweitenbereichs von 40 bis 800 mm Innendurchmesser angeboten werden. Ihre Funktion basiert auf einem von der Strömung angetriebenen Laufrad, dessen Drehung über ein Getriebe auf ein mechanisches Zählwerk übertragen wird. Obwohl der Weltmarktumsatz im Bereich der mechanischen Durchflusszähler rückläufig ist, konnte die Sensus GmbH ihre Marktanteile durch Innovationen im Großwasserzählerbau behaupten und ausbauen. Hierzu zählen beispielsweise der Meitwin, ein sehr kompakter Verbundzähler, sowie die neueste Entwicklung, der Meistream, ein Wasserzähler mit vollständig hydrodynamisch gelagertem Laufrad [Sen06]. Ein für Innovationen prädestinierter Technologiebereich ist die Mikrosystemtechnik. Dieses aus der Verbindung von Feinwerk-, System- und Elektrotechnik hervorgegangene Fachgebiet bietet aufgrund einer Kombination aus platzsparender Funktionenintegration, kostengünstiger Fertigung im Nutzen (batch processing) und dem Einsatz unkonventioneller Werkstoffe und Fertigungsverfahren eine Vielzahl neuartiger Lösungsmöglichkeiten. Hintergrund und Ziel der Arbeit: Vor diesem Hintergrund kam es zu einer Kooperation zwischen dem Institut für Mikrotechnik (IMT) der TU Braunschweig und der Sensus Metering Systems GmbH Hannover-Laatzen mit dem Ziel, durch den Einsatz von Mikrosystemtechnik im Bereich des Wasserzählerbaus althergebrachte Pfade zu verlassen und das Potenzial für weitere Innovationen auszuloten. Das Ziel dieser Arbeit ist nicht die Entwicklung eines neuartigen Messprinzips, sondern der Versuch, das bereits vor 218 Jahren von Reinhard Woltmann (1757 – 1837) entwickelte Verfahren der Trinkwasserdurchflussmessung in Rohrleitungen mittels eines rotierenden Flügelrads durch den Einsatz neuer Sensortechnologien abzulösen. Aus der Zusammenarbeit mit dem Institut für Mikrotechnik ergibt sich die Verwendung eines mikrotechnisch gefertigten Sensors, der mit einem geeigneten Durchflussmessverfahren zu kombinieren ist. Hinter der Verbindung eines kostengünstig herzustellenden mikromechanischen Signalwandlers mit einem bereits bekannten Messprinzip steht die Absicht, den Funktionsumfang des Durchflusszählers zu erhöhen oder bei gleichem Funktionsumfang die Herstellungskosten zu reduzieren. Die bei den Untersuchungen zu beachtenden Zielvorgaben entsprechen im Wesentlichen den typischen Spezifikationen von Großwasserzählern für den Trinkwassermarkt.