Einrichtung zur Messung des Verbrauches an flüssigen Betriebsstoffen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung des Verbrauches an flüssigen Betriebsstoffen, insbesondere des Kraftstoffverbrauches einer Brennkraftmaschine, mit einem den Betriebsstoff enthaltenden Messgefäss an dem einen und zwei Gegengewichten sowie elektrischen Kontakten zur Steuerung von Anzeigeund/oder Mlessgeräten am anderen Arm eines Waagebalkens, wobei das eine der zu messenden Betriebsstoffmenge entsprechende Gegengewicht vom Waagebalken abhängbar und an einem feststehenden Widerlager absetzbar ausgebildet ist und mit einem der Steuerkontakte des Waagebalkens einen Steuerschalter bildet. Einrichtungen dieser Art eignen sich ausser zur Bestimmung des spezifischen Kraftstoffverbrauches von Brennkraftmaschinen z.
B. auch für Ndie Messung des Brennstoffverbrauches von Ölbrennern, zur Bestimmung der Förderleistung von Pumpen, insbesondere von Einspritzpumpen für Brennkraftmaschinen, u. dgl. Zwecke.
Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art ist ein in das Messgefäss einmündendes, freischwebend aufgehängtes Rohr vorgesehen, welches unter Zwischenschaltung eines Magnetventiles einerseits über eine Verbindungsleitung mit dem Verbraucher, z. B. einer Brennkraftmaschine, und anderseits über eine Speiseleitung unter Zwischenschaltung eines weiteren Magnetventiles mit dem Betriebsstoffbehälter verbindbar ist.
Zur Steuerung des Zu- und Abflusses des Betriebsstoffes zum bzw. vom Messgefäss sind die beiden Magnetventile von Relais gesteuert, die von den Steuerkontakten des Waa- balkens betätigt werden. Es ist ein Nachteil dieser bekannten Einrichtung, dass der Verbraucher im Normalbetrieb, somit also auch unmittelbar vor der Umschaltung auf Messbetrieb, einen höheren Kraftstoffvordruck als während der Messung erhält, da das Niveau des Betriebsstoffbehälters, aus dem der Verbraucher im Normalbetrieb gespeist wird, auf jeden Fall höher als das Niveau im Messgefäss liegen muss, um seine Wiederauffüllung nach dem Messvorgang zu ermöglichen.
Dar über hinaus sind Magnetventile verhältnismässig teuer, so dass sich, insbesondere bei Anordnungen, welche mit Kraftstoffrückführung arbeiten und bei denen vier Magnetventile benötigt werden, relativ hohe Anlagekosten ergeben. Die Verwendung mehrerer Magnetventile führt auch zu einer gewissen Messunsicherheit, die darin begründet ist, dass Magnetventile an sich zur Undichtheit neigen. Die ständige Wartung und Kontrolle mehrerer Magnetventile ist aber mühevoll und zeitraubend.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der Nachteile und Mängel der bekannten Einrichtung.
Durch die Erfindung sollen weiter alle vermeidbaren Störeinflüsse auf das Messergebnis ausgeschaltet werden. Dieses Ziel wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die gesamte Betriebsstoffzufuhr zum Verbraucher über das Messgefäss erfolgt, indem die Zuleitung zum Verbraucher aus dem Messgefäss herausgeführt ist und eine Vorrichtung zum Wiederauffüllen des Messgefässes über eine zweite, in das Messgefäss mündende Leitung vorgesehen ist, die mittels zweier mit Festkontakten Steuerschalter bildender Steuerkontakte des Waagebalkens in den dem Ende bzw. Beginn des Messvorganges entsprechenden Lagen des Waagebalkens ein- bzw. abschaltbar ist.
Diese Ausbildung schafft vollkommen gleichartige Voraussetzungen für sämtliche Betriebsarten der Einrichtung, da der Verbraucher ständig aus dem Messgefäss versorgt wird. Der Übergang von einer auf die andere Betriebsart der Einrichtung, z. B. vom Normalbetrieb auf den Messbetrieb bei einer Brennkraftmaschine, erfolgt daher ohne jede Änderung des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine. Durch den Umschaltvorgang bedingte Leistungsschwankungen der Brennkraftmaschine, die eine Verfälschung des Messergebnisses zur Folge hätten, sind daher bei der erfindungsgemässen Einrichtung ausgeschlossen. Gegen über der bekannten, mit mehreren Magnetventilen ausgestatteten Einrichtung ergibt sich noch der weitere Vorteil eines vereinfachten Aufbaues der Einrichtung und somit auch einer höheren Betriebssicherheit.
Als günstig erweist sich auch die Möglichkeit kontinuierlicher Entnahme des Betriebsstoffes aus dem Messgefäss unter Vermeidung einer Bewegungumkehr der Flüssig keit im Entnahmerohr, da hiedurch die von den Strömungsimpulsen verursachten Schwingungen des Waagebalkens weitgehend vermieden werden. Dies wirkt sich in einer präziseren Kontaktgabe und d somit auch in einer weiteren Steigerung der Messgenauigkeit der Vorrichtung aus.
Bei einer bevorzugten Ausführung dieser Einrichtung besteht die Vorrichtung zum Wiederauffüllen des Messgefässes aus einer elektrisch betriebenen, vorzugsweise nicht selbstsaugenden Pumpe, die den Betriebsstoff aus einem tieferliegenden Zwischenbehälter in das Messgefäss fördert. Man erreicht dadurch eine völlige Freizügigkeit für den Aufstellungsort der Waage, da dieser vom Niveau im Betriebsstoff-Hauptbehälter vollkommen unabhängig ist. Ausserdem sorgt die Pumpe für eine schnelle Wiederauffüllung des entleerten Messgefässes, so dass die Messbereitschaft der Einrichtung rasch wiederhergestellt wird. Dies erweist sich insbesondere bei fortlaufenden Verbrauchsmessungen als vorteilhaft, weil dadurch längere Pausen zwischen den aufeinanderfolgenden Messvorgängen vermieden werden können.
Die Verwendung einer nicht selbstansaugenden Pumpe ist deshalb empfehlenswert, da bei dieser der in der Speiseleitung zum Messgefäss beim Abschalten der Pumpe noch vorhandene Betriebsstoff abgesaugt wird, so dass es zu keinem Nachtropfen in das Messgefäss kommt.
Bei Verwendung einer Pumpe zum Wiederauffüllen des Messgefässes erweist es sich weiter als besonders vorteilhaft, den Flüssigkeitsspiegel im Zwischenbehälter, z. B. mittels eines Schwimmerventiles, auf konstantem Niveau zu halten. Hiebei bleibt die Förderhöhe der aus dem Zwischenbehälter gespeisten Pumpe und damit ihre spezifische Förderleistung dauernd konstant.
Es ist auch eine vereinfachte Ausführung der Einrichtung möglich, bei der die Vorrichtung zum Wiederauffüllen des Messgefässes aus einer von einem Magnetventil gesteuerten Speiseleitung besteht, Idie den Betriebsstoff aus einem höher gelegenen Behälter in das Messgefäss fördert. Diese Ausführung zeichnet sich durch einen sehr geringen baulichen Aufwand aus, wobei durch die Anordnung nur eines einzigen Magnetventiles zuverlässige Messergebnisse erhalten werden.
Auch die vereinfachte Ausführung kann ebenso wie die erstgenannte, pumpengespeiste Ausführung in drei verschiedenen Betriebsarten, und zwar im Normalbetrieb, Messbetrieb und repetierenden Messbetrieb betrieben werden.
Schliesslich kann bei einer weiteren Ausführungsform der Einrichtung in das Messgefäss eine Leitung für vom Verbraucher rückfliessenden Betriebsstoff, z. B. bei Einspritzmotoren das Lecköl, münden. Es kann daher darauf verzichtet werden, diese auf Undichtheiten und andere schwer erfassbare Einflüsse zurückzuführenden Betriebsstoffverluste des Verbrauchers, wie bisher üblich, durch getrennte empirische Ermittlung zu berücksichtigen, Ida ihr Einfluss auf das Messergebnis durch ihre Rückführung in das Messgefäss zur Gänze beseitigt ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Hierin zeigen Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform und Fig. 2 eine vereinfachte Ausführungsform der erfindungsgemäs sen Einrichtung in schematischer Darstellung.
Die Einrichtung weist einen auf einem feststehenden Schneideniager 2 gelagerten Waagebalken 1 auf. Am Ende des einen Armes 3 des geerdeten Waagebalkens 1 ist mittels einer Schneide ein Messgefäss 5 aufgehängt, in dem sich der Betriebsstoff 6 für den an die Einrichtung angeschlossenen, nicht dargestellten Verbraucher befindet. Der andere Arm 4 des Waagebalkens 1 trägt gleichfalls mittels Schneiden aufgehängte Gegengyrvichte 7 und 8, wobei das Gegengewicht 7 zum Ausgleich des Gewichtes des Messgefässes 5 dient und d das Gegenge- wicht 8 dem Gewicht Ider zu messenden Betriebs stoff- menge entspricht.
Das Gegengewicht 8 ist vom Waagebalken 1 abhängbar ausgebildet, wie in der Zeichnung vereinfacht durch eine horizontale Auflageiläche unter dem Gegengewicht 8 angedeutet. Am Ende des Armes 4 des Waagebalkens 1 sind zwei Steuerkontakte angeordnet, von denen der eine mit der Schneide des Gegengewichtes 8 einen Schalter 9 und der andere mit einem Festkontakt einen Schalter 11 bildet. Der Arm 4 betätigt über einen Zwischenhebel noch einen weiteren Schalter 12. Die Anordnung der Schalter ist so getroffen, dass beim Abwärtsgang des Armes 4 des Waagebalkens 1 nacheinander die Schalter 12 und 11 öffnen und nach Anschlagen des Gegengewichtes 8 an seinem feststehenden Widerlager auch der Schalter 9 öffnet. In der untersten Endlage setzt der Arm 4 des Waagebalkens 1 an einem feststehenden Anschlag 10 auf.
Für den Anschluss des Schalters 9 ist eine flexible Anschlussleitung 13 vorgesehen.
In das Messgefäss 5 ragen von oben her eine zum Verbraucher, z. B. einer Brennkraftmaschine, führende Kraftstoffleitung 14, allenfalls eine durch eine strichpunktierte Linie angedeutete, vom Verbraucher kommende Rückführleitung 15, z. B. eine Leckölleitung, sowie eine Speiseleitung 16 zum Auffüllen des Messgefässes 5. Die Kraftstofförderung durch die Speiseleitung 16 erfolgt mittels einer von einem Elektromotor 18 betriebenen Pumpe 17, die in einen gegenüber, dem Messgefäss 5 tiefer liegenden Zwischenbehälter 19 eingesetzt ist. Für den vorgesehenen Zweck empfiehlt sich die Verwendung einer nicht selbstansaugenden Pumpe 17.
Der Flüssigkeitsspiegel im Zwischenbehälter 19 wird von einem Schwimmer 20, welcher den Kraftstoffzufluss über eine vom Hauptbehälter kommende Speiseleitung 22 mittels eines Schwimmerventiles 21 regelt, auf konstantem Niveau gehalten.
Die Schalter 9, 11 und 12 sind über Steuerleitungen 23, 24 und 25 mit einer elektronischen Steuerungseinrichtung verbunden, die im wesentlichen von drei bistabilen Schaltstufen 26, 27 und 28 gebildet ist. Die Steuerleitungen 23 bis 25 liegen über je einen Widerstand an der Speisespannung UB.
Die Steuerleitung 23 verbindet den Schalter 9 über die flexible Leitung 13 sowohl mit dem linken Eingang A2 der bistabilen Schaltstufe 26 als auch mit dem linken Eingang Al' der zweiten bistabilen Stufe 27. Die vom Festkontakt des Schalters 11 ausgehende Steuerleitung 24 ist zum linken Eingang A1" der dritten bistabilen Schaltstufe 28 geführt. Die vom Steuerschalter 12 ausgehende Steuerleitung 25 führt über eine Umkehrstufe 29 einerseits zum rechten Eingang A3" der dritten bistabilen Schaltstufe 28 und anderseits über einen Repetierschalter 31 zum rechten Eingang A4' der zweiten bistabilen Schaltstufe 27.
Eine weitere, über einen Widerstand an der Speisespannung UB liegende Steuerleitung, in die eine Starttaste 30 eingeschaltet ist, führt einerseits zum linken Eingang Al der ersten bistabilen Schaltstufe 26 und anderseits zum rechten Eingang A3' der zweiten bistabilen Schaltstufe 27. Der rechte Eingang A3 der ersten bistabilen Schaltstufe 26 ist an den rechten Ausgang Q2" der bistabilen Schaltstufe 28 angeschlossen.
Die bistabilen Schaltstufen 26 bis 28 slteuern ein Gatter 32 an, welches mit dem rechten Ausgang Q2 der ersten, dem rechten Ausgang Q2' der zweiten und dem linken Ausgang Q 1" der dritten bistabilen Schaltstufe verbunden ist. An den linken Ausgang Q1 der ersten bistabilen Schallstufe 26 ist eine Schaltstufe 34 angeschlossen, von der eine Anschlussleitung 35 zum Motor 18 der Pumpe 17 führt.
Für die erfindungsgemässe Steuereinrichtung sind 3 Betriebsarten und zwar Normaibetrieb, Messbetrieb und repetierender Messbetrieb vorgesehen. Die Betriebsstoffzufuhr zum Verbraucher erfolgt in allen Betriebsphasen aus dem Messgefäss 5.
Im Normalbetrieb erfolgt lediglich eine thberwa- chung des Flüssigkeitsstandes im Messgefäss 5, wobei der Behälterinhalt in wechselnder Aufeinanderfolge zwischen den Endzuständen leer und voll schwankt.
Im einzelnen ergeben sich folgende Schaltvorgänge: Sobald der Flüssigkeitsspiegel im Messgefäss 5 zufolge der Kraftstoffentnahme durch den Verbraucher bis auf das dem Endzustand leer zugeordnete Niveau gesunken ist, hzbt der abwärtsgehende Arm 4 unter der Wirkung des Gegengewichtes 7 von der Scheide des Geg-ngewichtes 8 ab, wobei der Schalter 9 öffnet. Über die Steuerleitung 23 gelangt ein Steuerimpuls sowohl an den Eingang A2 der bistabilen Schaltstufe 26 als auch an den Eingang Al' der zweiten bistabilen Schaltstufe 27.
Dieser Steuerimpuls bringt die beiden bistabilen Schaltstufen 26 und 27 in die linke Kipplage. Dadurch wird über den Ausgang Q1 die Schaltstufe 34 angesteuert und über die Anschlussleitung 35 der Motor 18 der Pumpe 17 eingeschaltet, die das Messgefäss 5 über die Speiseleitung 16 wieder auffüllt.
Sobald der Flüssigkeitsspiegel im Messgefäss 5 bis auf das dem Endzustand voll entsprechende Niveau gestiegen ist, kehrt der Waagebalken 1 in seine Ausgangslage zurück und schliesst dabei zuerst den Schalter 11, was ohne Wirkung bleibt, und schliesslich den Schalter 12. Der vom Schalter 12 ausgehende Steuerimpuls gelangt über die Steuerleitung 25 und die Umkehrstufe 29 zum rechten Eingang A3" der bistabilen Schaltstufe 28 und d bringt diese in die rechte Lage. Die Stufe 28 steuert nun ihrerseits über ihren Ausgang Q2" den rechten Eingang A3 der ersten bistabilen Stufe 26 an, die dadurch in die rechte Lage gekippt wird, so dass die nachfolgende Schaltstufe 34 den Motor 18 der Pumpe 17 wieder ausschaltet.
Diese Schaltvorgänge wiederholen sich ständig wobei jedoch im Normalbetrieb der Einrichtung an den dem Gatter 32 nachge schalteten, nicht t dargestellten Zähler kein auslösender Torimpuls 33 gelangen kann, da sich die bistabile Schaltstufe 27 in der linken Kipplage befindet und das Gatter 32 somit dauernd gesperrt ist.
Die zweite Betriebsart der Einrichtung (Messbetrieb) wird durch Betätigung der Starttaste 30 eingeschaltet.
Hiebei gelangt ein Steuerimpuls sowohl an den linken Eingang Al der bistabilen Schaltstufe 26 als auch an den rechten Eingang A3' der bistabilen Stufe 27. Damit wird, unabhängig davon, in welchem Betriebszustand sich die Waage gerade befindet, über die Schaltstufe 34 die Pumpe 17 in Betrieb gesetzt und d, das Messgefäss 5 aufgefüllt. Sobald das Vorlaufniveau im Messgefäss 5 erreicht ist und d die Schalter 11 und d 12 schliessen, bringt der vom Schalter 12 ausgehende Steuerimpuls - in gleicher Weise wie beim Normalbetrieb-die dritte bistabile Stufe 28 in die rechte Kipplage, die ihrerseits auch die erste bistabile Kippstufe 26 in die rechte Lage bringt, wodurch die Pumpe 17 abgestellt wird.
In dieser Phase befinden sich also alle drei Schaltstufen 26 bis 28 in der rechten Kipplage. Öffnet nun nach dem Absaugen der Vorlaufmenge der Schalter 11, so gelangt über die Steuerleitung 24 ein Steuerimpuls an den rechten Eingang Al" der bistabilen Stufe 28 und bringt diese in die linke Schaltlage. Somit gelangt über das nunmehr geöffnete Gatter 32 ein Torimpuls 33 an den Zähler. Ist die gesamte Messmenge verbraucht, so öffnet der Schalter 9, wodurch einerseits über die bistabile Schaltstufe 26 die Pumpe 17 wieder in Tätigkeit gesetzt wird und an-. derseits über die bistabile Schaltstufe 27 und das Gatter 32 der Torimpuls 33 verschwindet.
Der weitere Betrieb der Steuereinrichtung läuft nun wie im Normalbetrieb ab, ohne dass ein Torimpuls 33 abgegeben wird, da die Schaltstufe 27 solange in der linken Lage verharrt, bis durch neuerliche Betätigung der Starttaste 30 ein weiterer Messvorgang eingeleitet wird.
Die dritte Betriebsart der Steuerungseinrichtung gestattet eine selbsttätige ständige Wiederholung des Messvorganges (repetierender Messbetrieb). Bei dieser Betriebsart bleibt der Repetierschalter 31 dauernd geschlossen. Damit wird selbsttätig bei Schliessen des Schalters 12 zugleich mit der bistabilen Schaltstufe 28 auch die bistabile Schaltstufe 27 in die rechte Kipplage gebracht, so dass bei jedem Entleerungsvorgang ein Torimpuls 33 vom Gatter 32 durchgelassen und damit am Zählgerät eine Messung eingeleitet wird.
Die vereinfachte Ausführungsform der Einrichtung gemäss Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausführung der Fig. 1 lediglich hinsichtlich der zum Wiederauffüllen des Messgefässes 5 verwendeten Elemente. Anstelle der von einem Elektromotor 18 betriebenen Kraftstoffpumpe 17 tritt hier ein Magnetventil 17', welches den Kraftstoffzulauf zum Messgefäss 5 von einem höher gelegenen, in der Zeichnung nicht dargestellten Behälter über eine Speiseleitung 16' steuert. Das Magnetventil 17' ist, analog dem Anschluss des Pumpenmotors 18, über eine Leitung 35' an die Schaltstufe 34 der elektronischen Steuerungseinrichtung angeschlossen. Die Betriebsweise dieser vereinfachten Ausführung ist pflnzi- piell die gleiche wie beim ersteren Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1.