DE102005051307A1

DE102005051307A1 - Vorrichtung zur Bestimmung eines Volumenstroms

Info

Publication number: DE102005051307A1
Application number: DE102005051307A
Authority: DE
Inventors: Gerd Kaspari
Original assignee: ANTRIEBSTECHNIK und SERVICE GM; AS-ANTRIEBSTECHNIK und SERVICE GmbH
Current assignee: ANTRIEBSTECHNIK und SERVICE GM; AS-ANTRIEBSTECHNIK und SERVICE GmbH
Priority date: 2005-10-26
Filing date: 2005-10-26
Publication date: 2007-05-03
Also published as: EA015136B1; EA200801095A1; EP1941246B1; WO2007048784A1; EP1941246A1; EP1941246B8; US20100005905A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Volumenstroms, mit wenigstens einem Strömungspfad (41) für ein Fluid, einer veränderbaren Messeinrichtung (100) und einer Drossel (10), und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel wenigstens um eine Drehachse beweglich angeordnet ist und greift mit einem vorgegebenen und sich ändernden Strömungskantenabschnitt (63, 68, 81, 83) in wenigstens einen Teilbereich des Strömungspfades des Fluids vor der Messeinrichtung ein. Ferner weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Bypass (30) auf, der wenigstens mittels eines Bypassstellgliedes veränderbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Volumenstroms, insbesondere für ein Ölversorgungssystem einer Antriebseinrichtung und deren Verwendung für Antriebssysteme.
Vorrichtungen zum Bestimmen eines Volumenstroms sind im Stand der Technik bekannt.

So gibt es zum Beispiel Durchflussmessgeräte, bei welchen mittels eines sich um eine Längsachse drehenden Auftriebskörpers und dessen Position in einer flüssigkeitsdurchströmten Röhre der Volumenstrom einer Flüssigkeit ermittelt wird. Dieses Verfahren weist unter anderem den Nachteil auf, dass die Messgenauigkeit des Verfahrens begrenzt ist und insbesondere bei geringen Volumenströmen große Messungenauigkeiten auftreten. Dies bedeutet unter anderem, dass einerseits eine Vielzahl verschiedener Messgeräte für die verschiedenen Volumenstrombereiche verwendet werden müssen und dass bei geringen Durchsatzmengen große Abweichungen des Messergebnisses zu tolerieren sind.

Ferner ergibt sich durch die bereits beschriebenen Geräte das Problem, dass für die Überwachung eines Volumenstroms Maximal- und Minimalwerte vorgegeben werden müssen, um die Betriebssicherheit der zu versorgenden Aggregate, die zum Beispiel beim Einsatz von Ölversorgungssystemen die Funktionsfähigkeit der zu versorgenden Bauteile sicherstellen sollen, zu gewährleisten. Da jedoch durch die teilweise großen Schwankungsbereiche der im Stand der Technik bekannten Messgeräte zusätzliche Sicherheiten vorgesehen werden müssen, werden entweder die Grenzwerte entsprechend hoch gewählt, wodurch jedoch die zu verwendenden Ölmengen entsprechend hoch auszulegen sind, oder es sind zusätzliche Maßnahmen für eine ausreichende Versorgung zu treffen. Insgesamt leidet jedoch unter der beschriebenen Situation die Steuerungs- und Regelungsmöglichkeit der Systeme, so dass es unter anderem eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die im Stand der Technik bekannten Probleme wenigstens teilweise zu reduzieren.

Eine weiter Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Volumenstroms bereit zu stellen, die es ermöglicht, durch geringe Veränderungen den Einsatzbereich der Vorrichtung für verschiedene Volumenstrombereiche anzupassen und gleichzeitig die dauerhafte Verfügbarkeit einer solchen Vorrichtung zu verbessern. Ferner sollte der Wartungsaufwand reduziert werden und eventuelle Änderungen in der Konfiguration der Vorrichtung ggf. auch im Betrieb möglich sein.

Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen eines Volumenstroms entsprechend Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung eines Volumenstroms weist wenigstens einen Strömungspfad für ein Fluid, eine veränderbare Messeinrichtung und wenigstens eine Drossel auf. Erfindungsgemäß ist die Drossel wenigstens um eine Drehachse beweglich angeordnet und greift mit einem vorgegebenen Strömungskantenabschnitt in wenigstens einen Teilbereich wenigstens eines Strömungspfades der Vorrichtung ein. Zur Bestimmung des freien Strömungsquerschnitts, weist die Drossel am Umfang wenigstens einen sich ändernden Strömungskantenbereich auf.

Als eingreifen wird hierbei verstanden, dass die Drossel derart im Strömungspfad angeordnet ist, dass sie im Zusammenwirken mit einem Abschnitt des Strömungspfades den Strömungsquerschnitt veränderbar gestaltet. Der Bereich der Veränderbarkeit liegt erfindungsgemäß zwischen einem vollständig geöffneten Strömungsquerschnitt und einem vollständig geschlossenen Strömungsquerschnitt, wobei selbstverständlich auch jede Art von Zwischenstellung eingenommen werden kann.

Es liegt auch im Sinn der vorliegenden Erfindung, dass vorgegebene Stellpositionen bevorzugt eingenommen werden, wobei auch eine Kombination der beiden Betriebsmethoden im Sinne der vorliegenden Erfindung ist.

Als Strömungspfad wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein räumlich bestimmter Bereich verstanden, innerhalb dessen sich vorzugsweise ein Flouid befindet bzw. strömt.

Als veränderbare Messeinrichtung wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung verstanden, mittels welcher ein Volumenstrom, d.h. eine Fluidmenge pro Zeiteinheit bestimmt werden kann. Vorzugsweise weist eine solche Messeinrichtung zwei oder mehrere drehbare Rotationskörper auf, wobei diese innerhalb des Strömungspfades des Fluids derart angeordnet sind, dass sie diesen wenigstens abschnittsweise abdichten und ein Volumenstrom im Wesentlichen nur dann stattfindet, wenn sich die Rotationskörper um ihre Drehachse bewegen.

Solche Messmethoden sind teilweise auch im Stand der Technik bekannt. So kann beispielsweise mit zwei Ovalrädern, welche eine vorgegebene Position zueinander einnehmen, durch deren Rotation ein vorgegebenes Volumen durch die Messeinrichtung bewegt werden, wobei durch die Drehung der Ovalräder ein Volumen entlang eines Weges bestimmt wird. Ferner kann durch die Wahl der Räder, insbesondere deren Größe, Form und Relativposition zueinander das Volumen pro Umdrehung des Rotationskörper bestimmt werden, so dass durch eine geeignete Auswahl der Rotationskörper ein weiter Messbereich abgedeckt werden kann.

Es liegt ferner im Sinn der vorliegenden Erfindung, dass durch einfache Auswahl bzw. einen einfachen Wechsel der Rotationskörper innerhalb der Messseinrichtung, der Messbereich veränderbar ist, so dass bei gleichbleibender Gehäusegeometrie, unterschiedliche Messbereiche zur Verfügung stehen.

So liegen die Messbereiche beispielsweise in einem Bereich zwischen 0,001 l/min bis 100 l/min, wobei die verwendeten Rotationskörper beispielsweise je einen Wertebereich zwischen 0,01 l/min bis 0,1 l/min, 0,10 l/min bis 4,0 l/min, 0,3 l/min bis 8,0 l/min und 1,0 l/min bis 10 l/min abdecken können. Selbstverständlich sind weitere Wertebereiche vorstellbar, die auch im Sinn der vorliegenden Erfindung liegen.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Drehung der Rotationskörper mittels wenigstens eines Sensors erfasst, wobei dies beispielsweise mittels eines Induktionsfeldes bzw. einer Spule oder aber auch optisch erfolgen kann. Solche Erfassungseinrichtungen sind im Stand der Technik bekannt, so dass von einer weitergehenden Erörterung abgesehen wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung zum Bestimmen eines Volumenstroms wenigstens einen Bypass auf, der wenigstens in einem Teilbereich seines Strömungspfades ein Bypassstellglied aufweist. Solch ein Bypassstellglied kann beispielsweise ein Steuerkolben sein, der händisch und/oder elektrisch betätigbar ist. Das Bypassstellglied ist funktionsgemäß in einem Bypass der Vorrichtung aufgenommen, wobei der Bypass selbst gemäß einer weiteren Ausführungsform den Einlaufbereich in die Messeinrichtung und deren Auslaufbereich verbindet. Hiermit kann beispielsweise die Messeinrichtung aus dem Strömungspfad des Fluid vollständig oder wenigstens teilweise herausgenommen werden.

Als Fluid wird gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine Flüssigkeit verstanden, welche beispielsweise als echte Flüssigkeit, als Suspension, Dispersion oder Emulsion vorliegt. Vorzugsweise können solche Flüssigkeiten organischer oder wässriger Art sein, wobei gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform Öle, wie beispielsweise natürliche oder synthetische Öle, als solch eine Flüssigkeit verstanden werden, welche besonders bevorzugt eine vorgegebene Viskosität bzw. einen vorgegebenen Viskositätsbereich aufweisen. Selbstverständlich werden auch Kombinationen dieser Flüssigkeiten als entsprechende Fluide verstanden. Neben Ölen können somit beispielsweise auch Lebensmittel wie flüssige Schokolade dosiert werden.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Drossel bzw. deren Steuerkante mit einer vorgegebenen Steigung in Bezug auf den Strömungspfad verwendet. Die Steigung zwischen dem Strömungspfad und der Drossel liegt beispielsweise zwischen 0° und 180°, bevorzugt zwischen 25° und 155°, besonders bevorzugt zwischen 45° und 125° und vorzugsweise im Wesentlichen bei 90°. Dabei ergibt sich die Steigung im Wesentlichen durch die Steuerungskante der Drossel in Bezug auf die Hauptströmungsachse des anschließenden Strömungspfades.

Die drehbeweglich angeordnete Drossel weist gemäß der vorliegenden Erfindung eine im Wesentlichen rotationssymmetrische Grundform in axialer Erstreckungsrichtung auf. Bildet man den Umfang dieses Grundkörpers als sog. Abwicklung ab, so ergibt sich beispielsweise für den Verlauf wenigstens eines Steuerkantenbereichs ein funktioneller Verlauf, der vorzugsweise in Abhängigkeit wenigstens einer Variablen bestimmt werden kann. Es liegt auch im Sinn der vorliegenden Erfindung, dass diese funktionelle Abhängigkeit beispielsweise einen linearen, quadratischen, logarithmischen, polynomen oder einen anderen funktionellen Zusammenhang aufweist, der vorzugsweise als stetige Funktion dargestellt werden kann. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Funktion auch nur abschnittsweise stetig sein, so dass auch Sprungfunktionen oder unstetige Bereiche und Kombinationen hiervon im Sinne der vorliegenden Erfindung sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Drossel, bildet diese mit dem Steuerkantenbereich und dem Strömungspfad einen vorgegebenen freien Strömungsquerschnitt, der bei Überlagern eines Steuerkantenbereichs mit der Öffnung des Strömungspfades einseitig veränderbar ist. Es liegt gemäß einer weiteren Ausführungsform auch im Sinn der vorliegenden Erfindung, dass zum Beispiel mittels einer Öffnung im Mantelbereich auch eine beidseitige Veränderbarkeit des Strömungsquerschnittes bereitgestellt werden kann. In diesem Beispiel weist ein Schlitz beispielsweise parallel zueinander verlaufende Steuerkantenbereiche auf, die dem Querschnitt des Strömungspfades vor-, nachgelagert bzw. überlagert sind. Neben einer solchen parallelen Anordnung der Steuerkanten im Drosselbereich, liegt es auch im Sinn der vorliegenden Erfindung, dass die Steuerkanten voneinander unabhängig gestaltet sind und nicht parallel zueinander angeordnet sind.

Unabhängig vom Einsatz einer oder mehrere Steuerkanten der Drossel zur Bestimmung des freien Strömungsquerschnittes, können auch bestimmte Positionen auf dem Umfang der Drossel den Strömungsquerschnitt bestimmen, die nicht unmittelbar durch den funktionalen Verlauf einer abgewickelten Umfangsfläche wiedergegeben werden können.

Es liegt auch im Sinn der vorliegenden Erfindung, dass die wenigstens eine Steuerkante nicht linear, sondern eine vorgegebene Kurve beschreibt, wobei auch ein Vielzahl von Öffnungen, insbesondere Bohrungen, die in einer vorgegebenen Art im Umfang der Drossel angeordnet sind, die Steuerkante bzw. die Steuerkanten bestimmen. Auch die Anordnung von zwei sich gegenüberliegenden Steuerkanten, die zum Beispiel parallel oder sich von einem gemeinsamen Schnittpunkt wenigstens teiweise um den Umfang der Drossel erstrecken, liegen im Sinn der vorliegenden Erfindung.

Dabei wird insbesondere als eine sich ändernde Steuerkante oder -bereich ein solcher Verlauf verstanden, bei welchem sich insbesondere der freie Bereich d.h. der bei entsprechende Anordnung vom Fluid durchströmte Abschnitt sich über den Umfang zum Beispiel stufenweise und/oder kontinuierlich ändert. Dies erfolgt zum Beispiel bei einem lineren Verlauf der Steuerkante kontinuierlich und bei einer Lochblende insbesondere stufenweise.

Die Drossel kann gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform manuell oder mittels eines Antriebs betätigt werden. Solch ein Antrieb kann beispielsweise ein elektrischer, ein hydraulischer oder ein pneumatischer Antrieb sein, wobei besonders bevorzugt beispielsweise ein Winkelmotor verwendet wird. Der Antrieb kann ferner direkt mit der Drossel verbunden sein oder aber auch über ein Getriebe indirekt auf die Drossel wirken. Solch ein Getriebe kann beispielsweise ein Schneckengetriebe sein, wobei das Getriebe gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform auf den zu beeinflussenden Volumenstrom derart abgestimmt wird, dass die Bewegung in Kombination mit der wenigstens einen Drosselkante den Strömungsquerschnitt des Strömungspfades so verändert, dass insbesondere eine ausreichend große Stellgenauigkeit erreicht wird. Da die Änderung des Strömungsquerschnittes von der Drehwinkeländerung der Drossel und der Steuerkantenkonfiguration abhängig ist, kann mittels eines veränderlichen Antriebs die Öffnungs- bzw. Schließgeschwindigkeit der Drossel bestimmt werden, wobei beispielsweise durch eine entsprechende Untersetzung auch die Stellgenauigkeit des Strömungsquerschnittes und damit des Volumenstroms bei konstantem Druck des Fluids mit beeinflusst wird.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausfühhrungsform ist der Antrieb für die Drossel so angeordnet, dass dieser von der Vorrichtung wenigstens teilweise weg geschwenkt werden kann, um somit insbeondere auch einen manuellen Betrieb der Drossel zu gewährleisten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist in einer weiteren Ausführungsform wenigstens ein Bypassstellglied auf, welches vorzugsweise in seiner Haupterstreckungsrichtung linearbeweglich und/oder drehbeweglich ist. Solch ein Bypassstellglied kann beispielsweise in wenigstens einem Abschnitt als Hohlzylinder ausgeführt sein, der entlang der Rotationsasche verschieblich und/oder drehbeweglich gelagert ist. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform, kann die Drehbeweglichkeit des Stellglieds auf bestimmte Positionen, insbesondere auf von der Linearbewegung vorgegebene Positionen, beschränkt sein, so dass beispielsweise eine Drehung des Stellglieds nur in vollständig ausgezogener oder eingeschobener Position möglich ist. Es ist jedoch auch denkbar, dass vorgegebene Zwischenpositionen diese Möglichkeit der Drehbeweglichkeit bieten.

Das Bypassstellglied befindet sich wenigstens abschnittsweise im Strömungspfad des Fluids und bildet gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform selbst einen Strömungspfad. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Stellglied abschnittsweise als Hohlwelle ausgebildet ist, in welcher an vorgegebenen Positionen Öffnungen das Ein- bzw. Austreten des Fluids ermöglichen.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform werden eine Vielzahl, insbesondere zwei oder mehrere Vorrichtungen zum Bestimmen eines Volumenstroms auf wenigstens einem Träger angeordnet, wobei insbesondere der Träger dazu verwendet wird, die Vorrichtungen über wenigstens einen entsprechenden Anschluss mit dem Fluid zu versorgen.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform, weist die Vorrichtung wenigstens eine Mikroprozessoreinrichtung auf, mittels welcher beispielsweise Messgrößen wie die Umdrehungszahl der Rotationskörper, die Temperatur des Fluids, der Druck des Fluids, die Viskosität des Fluids, die Stellposition der Drossel und/oder des Bypassstellgliedes, Kombinationen hiervon und dergleichen erfasst oder geregelt oder gesteuert werden und wenigstens als Informationssignal zur Verfügung gestellt werden können.

Ferner kann die Vorrichtung auch eine Mikroprozessoreinrichtung aufweisen, welche wenigstens einen Anschluss zur Ausgabe und/oder Eingabe von wenigstens einem Signal aufweist, wobei dies sowohl digital als auch analog erfolgen kann. Solche Anschlüsse können in Form von elektrischen Anschlüssen, optischen Anschlüssen oder Funkwellenanschlüssen verwendet werden, wobei auch Kombinationen und dergleichen zum Austausch von Informationssignalen eingesetzt werden können. Es liegt ferner auch im Sinn der vorliegenden Erfindung, dass beispielsweise bestimmte Informationen der Vorrichtung wie zum Beispiel der Betriebszustand direkt am Gerät dargestellt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, kann wenigstens eine der erfassten Messgrößen dazu verwendet werden, die Vorrichtung zu steuern oder zu regeln. Auch können ergänzende Mikroprozessoreinrichtungen vorgesehen werden, die das Steuern, das Regeln oder einen manuellen Betrieb der Vorrichtung ermöglichen. Es liegt selbstverständlich auch im Sinn der vorliegenden Erfindung, dass die zentrale Mikroprozessoreinrichtung der Vorrichtung Messwerte erfasst und derart auswertet, dass damit beispielsweise der Volumenstrom des Fluids gesteuert bzw. geregelt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff "Steuern" ein Vorgang in einem System verstanden, bei dem eine oder mehrere Größen als Eingangsgrößen andere Größen als Ausgangsgrößen aufgrund der dem System eigentümlichen Gesetzmäßigkeiten beeinflussen. Kennzeichen für das Steuern ist der offene Wirkungsweg oder ein geschlossener Wirkungsweg, bei dem die durch die Eingangsgrößen beeinflussten Ausgangsgrößen nicht fortlaufend und nicht wieder über dieselben Eingangsgrößen auf sich selbst wirken.

Als „Regel" wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Vorgang verstanden, bei dem wenigstens eine Größe, die zu regelnde Größe (Regelgröße), fortlaufend erfasst, und mit einer anderen Größe, der Führungsgröße, verglichen und im Sinne einer Angleichung an die Führungsgröße beeinflusst wird. Kennzeichen für das Regeln ist der geschlossene Wirkungsablauf, bei dem die Regelgröße im Wirkungsweg des Regelkreises fortlaufend sich selbst beeinflusst.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind mehrere Mikroprozessoreinrichtungen vorgesehen, welche beispielsweise mittels wenigstens einer übergeordneten Steuereinrichtung, insbesondere einer Mastersteuerung, gesteuert und/oder geregelt werden. Hierbei wird beispielsweise jeder Vorrichtung zur Bestimmung eines Volumenstroms wenigstens eine Steuereinrichtung zugeordnet. Die Steuereinrichtungen sind gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform über ein BUS-System, TCP-IP, Pear-to-Pear, etc. miteinander verbunden, wobei in einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform das BUS-System als ein Ring-BUS-System ausgeführt ist.

Auch andere Kombinationen und Methoden zum Datenaustausch wie beispielsweise die optische, elektrische oder die Übertragung mittels Funkwellen liegen im Sinne der vorliegenden Erfindung.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch durch die Verwendung der zuvor beschriebenen Vorrichtung gelöst, indem mit dieser ein Volumenstrom für beispielsweise eine Ölschmierung eines Antriebs, eines Getriebes oder dergleichen bestimmt wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand verschiedener Ausführungsbeispiele beschrieben, wobei zu beachten ist, dass diese Beispiele nur einzelne Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wiedergeben und es auch im Sinn der vorliegenden Erfindung liegt, dass Abwandlungen und andere Gestaltungsformen gewählt werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu beschränken. Dies betrifft insbesondere die Gestaltungsform für die Drossel und deren Steuerungskante oder -kanten, die Anordnung des Bypasses und die Form der Stellglieder und die Anordnung der Vorrichtung als Einzeleinheit oder als Verbund.
Dabei zeigen:
1 eine Vorderansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen eines Volumenstroms;
2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung aus 1 ohne Deckel;
3 eine Schnittdarstellung der Vorrichtung aus 1 entlang der Linie A-A aus 1;
4a bis 4c verschiedene Seitenansichten der Vorrichtung mit unterschiedlicher Stellung des Bypassstellgliedes;
5 eine Expolsionsdarstellung der Vorrichtung aus 1;
6a bis 6d Darstellungen von verschiedenen Ausführungsformen einer Drossel für die Vorrichtung;
7 schematische Darstellung der Anordnung einer Vielzahl von Vorrichtungen auf einer Trägereinheit mit einer Steuerungseinrichtung.
1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung von vorne, wobei neben dem Grundgehäuse 1, der Antrieb 13 und der Deckel 2 zu erkennen ist. Das Gehäuse 1 kann beispielsweise als Alu-Fastmount Standard Gehäuse hergestellt werden, in welchem beispielsweise die Aussparungen für die Strömungspfade, die Drossel 16, den Bypass 30 und dergleichen (siehe 3) eingebracht sind. 1 zeigt ferner die Position des Bypasses 30, der in der hier dargestellten Form eine Abdeckung aufweist. Am unteren Ende des Gehäuses ist der Antrieb 13 angeordnet, der über die Schneckenwelle 15 und das Zahnrad 14 auf das Getriebe der Drossel 10 (nicht dargestellt) wirkt. Der vordere Gehäusedeckel 25 ist über die beiden Befestigungsschrauben 26 mit dem Gehäuse lösbar verbunden, wobei das Gehäuse 1 eine Öffnung 27 aufweist, welche insbesondere zur Montage der Vorrichtung zum Beispiel auf einem Träger dient.
Der Deckel 2 der Vorrichtung kann gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform aus einem Kunststoff bzw. Polymer, vorzugsweise einem transparenten Poymer wie beispielsweise Acryl, Polycarbonat oder dergleichen hergestellt werden, wobei gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Deckel beleuchtet wird und durch eine entsprechende Signalfarbe den Status der Vorrichtung anzeigt. Insbesondere zeigt dieser Farbcode ein mögliches Abweichen des Volumenstroms des Fluids von den vorgegebenen Grenzwerten an. Dies kann beispielsweise in der Art erfolgen, dass die Farbe grün einen ordnungsgemäßen Betrieb anzeigt, die Farbe gelb einen grenznahen Wert und die Farbe rot ein über- oder unterschreiten der vorgegebenen Grenzwerte angibt. Auch können beispielsweise durch die Farbe rot Funktionsstörungen der Vorrichtung angezeigt werden.
Durch diese Farbcodierung wird auf einfache weise der Funktionsstatus der Vorrichtung dargestellt, so dass auch bei der Anordnung einer Vielzahl solcher Vorrichtungen die Funktion jeder einzelnen Vorrichtungen für den Anwender leicht zu erkennen ist.
Die Vorrichtung gemäß 3 zeigt ferner die Drehachse der Drossel 10, auf welcher ein Zahnrad 11 aufgenommen ist. Mit diesem Zahnrad ist ein Schneckenantrieb 12 verbunden, der wiederum in Drehverbindung mit dem Antrieb 13 steht. Hierzu weist der Antrieb 13 selbst eine Antriebswelle 15 auf, die in Eingriff mit dem Zahnrad 14 des Schneckenantriebs 12 ist. Über diesen Antrieb kann die Drossel in ihrer Position verändert d. h. gedreht werden, wobei in Zusammenschau mit den 3 und 4 deutlich wird, dass über die Achse der Drossel 10 ein Stellkörper bewegt wird, welcher durch das Zusammenwirken mit der Öffnung 17 des Strömungspfades 41 den Strömungsquerschnitt in diesem Bereich bestimmt.
Gemäß dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Stellglieds für eine Drossel, weist dieses einen zylindrischen Hohlkörper auf, dessen Außenwandung in Richtung auf die Einlassöffnung 40 abschnittsweise spiralförmig gestaltet ist. Dabei ist gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die Steigung der Wandung so gewählt, dass eine kurvenförmige Änderung des Strömungsquerschnittes erfolgt, wobei selbstverständlich auch andere Formen gewählt werden können, wie dies nachfolgend noch weiter ausgeführt wird.
In 3 ist ferner der Bypass 30 dargestellt, dessen Stellglied in Längsrichtung (Pfeil 34) herausgezogen und z.B. in ausgezogenem Zustand gedreht (Pfeil 35) werden kann.
In 3 ist auch die Hohlwelle 31 des Bypasses zu erkennen, welche stirnseitig in Fluidverbindung mit dem Auslass 42 der Vorrichtung steht. Der Bypass weist im vorderen Bereich eine erste Bohrung 32 auf, welche in der hier dargestellten Form ebenfalls in Fluidverbindung mit dem Rückfluss aus dem Messbereich 18 steht. Der Bypass weist in einem weiteren Bereich eine Durchgangsöffnung 19 auf, welche den Strömungspfad 41 mit dem Einlass zum Messbereich 18 verbindet.
In diesem Einbauzustand strömt somit das Fluid vom Einlass 40 über das Stellglied 16 der Drossel in den Strömungspfad 41. Von dort aus fließt das Fluid über die Durchgangsöffnung 19 in den Messraum 22, strömt an den Rotationskörpern 23 und 24 vorbei zum Auslass des Messraums 18, tritt in die Hohlwelle des Bypasses 31 ein und verlässt die Vorrichtung über den Auslass 42.
In der 4a ist ferner der Bypass 30 mit gezogenem Stellglied 31 in einer teilweisen Schnittdarstellung gezeigt. In diesem Fall weist das Stellglied 31 eine Öffnung 36 auf, welche über den Hohlwellenabschnitt den Strömungspfad 41 mit dem Auslass 42 der Vorrichtung bei gezogenem Stellglied verbindet. Durch diese Position des Bypasses wird der Messraum 22 überbrückt, so dass die Vorrichtung ohne eine wesentliche Unterbrechung des Fluidstroms weiterbetrieben und über die Drossel der Volumenstrom bestimmt werden kann. In dieser Bypassstellung findet eine Messung des Volumenstroms nicht statt. Aus diesem Grund können in diesem Betriebszustand Reparaturen oder Änderungen im Messbereich vorgenommen werden, wobei der Messbereich u.a. auch durch Abnahme des Deckels geöffnet werden kann.
Durch Drehung des Bypasses 30 bzw. dessen Stellgieds 31 kann, wie in 4b dargestellt, der Strömungspfad vollständig unterbrochen werden, so dass die Vorrichtung auch eine vollständige Unterbrechungsfunktion aufweist. Gemäß der hier dargestellten Ausführungsform erfolgt diese vollständige Unterbrechung des Strömungspfades dadurch, dass das Bypassstellglied herausgezogen und anschließend um 90° gedreht wird. Es liegt selbstverständlich auch im Sinn der vorliegenden Erfindung, dass Abwandlungen der Betätigungsreihenfolge vorgenommen werden können.
In 4c wird ferner eine Stellposition des Bypasses dargestellt, in welcher auch das Stellglied des Bypasses in nicht herausgezogener Position derart gedreht wurde, dass die Strömungswege in der Vorrichtung verschlossen sind.
2 zeigt in der Draufsicht den Messraum für den Volumenstrom 22, wobei neben dem Messraum die Achsen 20 und 21 abgebildet sind, auf welchen die Rotationskörper zur Bestimmung des Volumenstroms aufgenommen werden. Gemäß der hier dargestellten Ausführungsform sind die Rotationskörper Ovalräder 23 und 24, deren Drehung über wenigstens einen entsprechenden Sensor (nicht dargestellt) erfasst und als Signal für die Bestimmung des Volumenstroms bereitstellt wird.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform, kann beispielsweise eine Mikroprozessoreinrichtung vorgesehen sein, welche vorzugsweise im Deckel 2 der Vorrichtung wenigstens teilweise aufgenommen ist und einerseits die von einem Sensor bereitgestellten Signale erfasst und des weiteren wenigstens ein Ausgangssignal, zum Beispiel für eine Be leuchtungseinheit der Vorrichtung, bereitstellt. Auch die Steuerung oder Regelung des Antriebs 13 und/oder des Bypasses 30 kann durch solch eine Mikroprozessoreinrichtung erfolgen. Es liegt selbstverständlich auch im Sinn der vorliegenden Erfindung, dass solch eine Mikroprozessoreinrichtung weiter Anschlüsse für eine Signalerfassung und/oder Ausgabe aufweist, um insbesondere auch mit weiteren Mikroprozessoreinrichtungen verbunden zu werden. So kann die Vorrichtung bzw. die Vorrichtungen beispielsweise mittels eines Bus-Systems mit weiteren Vorrichtungen verbunden werden oder aber auch durch eine zentrale Mikroprozessoreinrichtung gesteuert oder geregelt werden. Dabei kann die zentrale Mikroprozessoreinrichtung beispielsweise ein Handgerät sein, dass über eine drahtlose Verbindung, wie zum Beispiel Funk oder „Bluetooth", eine Datenverbindung zu einzelnen oder einer Vielzahl von Vorrichtungen aufbaut oder auch ein zentrales Steuerungssystem sein, dass zum Beispiel als Prozesssteuerung einen Gesamtprozess steuert und/oder regelt. Es liegt selbstverständlich auch im Sinn der vorliegenden Erfindung, dass verschiedene Systeme miteinander kombiniert werden.
5 ist eine Explosionsdarstellung der Ausführungsform gemäß 1, bei welcher die Positionen der einzelnen Bauteile innerhalb des Gehäuses dargestellt sind. Der Einlass für das Fluid befindet sich auf der Rückseite des Gehäuses 1 und mündet in die Drossel 10 bzw. dessen Stellglied 16, die in der 5 mit dem Zahnrad 11 und dem Befestigungsbausatz dargestellt ist. Das Zahnrad 11 ist mit dem Stellglied 16 der Drossel 10 drehfest verbunden und wird über den Schneckentrieb 12, das hier mit dem Zahnrad 14 verbunden ist und, dessen Schneckentrieb durch den Motor 13 bewegt wird. Neben der schräg verlaufenden vorderen Kante 81 des Stellglieds ist auch eine Dichtung 28 dargestellt, die ein austreten des Fluids über die Öffnung 29 für die Drossel und deren Bauteile verhindert. Überhalb der Drossel ist die Ausnehmung 41 angeordnet, in welcher das Bypassstellglied 30 aufgenommen ist. Diese ist im vorderen Abschnitt als Hohlwelle ausgebildet und weist eine Durchgangsbohrung 19 und eine Bohröffnung 32 auf. Auf der Bedienerseite des Bypassstellgliedes ist dieses mit einer Abdeckung 42 ver sehen, über welche zum Beispiel händisch die Position des Bypassstellgliedes, wie zuvor ausgeführt, verändert werden kann.
Am Kopf der Vorrichtung befindet sich der Deckel 3, welcher mit vier Befestigungsschrauben 3 am Gehäuse 1 befestigt ist. Dieser Deckel 2 schließt wenigstens den Messraum 22 für das Fluid dicht ab, wozu vorzugsweise Dichtungsringe verwendet werden. In dem Messraum 22 sind die beiden Ovalräder 23 und 24 auf den Drehachsen 21 angeordnet.
In den 6a bis 6c sind verschiedene Ausführungsformen von Drosselstellgliedern dargestellt. Dabei ist in der jeweils linken oberen Ecke der Figuren die Vorderansicht, darunter die Draufsicht und rechts oben die Seitenansicht von links dargestellt. Ferner ist zu jeder Ausführungsform eine schematisierte Abwicklung des Umfangs oder Drossel dargestellt.
In 6a weist das als abschnittsweiser Hohlzylinder ausgeführte Stellglied auf der vorderen Oberseite einen torförmigen Ausschnitt 60 auf, der im Zusammenwirken mit dem, im Zusammengebauten Zustand angrenzenden Strömungspfad den tatsächlichen Strömungsquerschnitt für das Fluid bestimmt. In der umlaufenden Nut 61 wird vorzugsweise ein Dichtring 28 angeordnet, der ein austreten des Fluids aus der Vorrichtung verhindert. Im mittleren Bereich des Stellglieds ist eine Abschlusswand 62 vorgesehen, die das Stellglied Rückseitig begrenzt. Mit dem Bezugszeichen 66 ist die schematisierte Abwicklung, insbesondere in Bezug auf den Streuerkantenbereich 81 dargestellt.
6b zeigt eine weitere Ausführungsform für ein Stellglied der Drossel, bei welchem neben der Öffnung 60 auch die Wandung 63 über den Umfang verändert wurde und somit die Steuerkante 63 bildet. Betrachtet man diese Wandung als Abwicklung, so wird deutlich, dass in der hier dargestellten Version eine abschnittsweise lineare Veränderung der Wandungshöhe vorgenommen wurde, so das durch die Drehung des Stellglieds im eingebauten Zustand nicht nur über die Öffnung 60, sondern auch über die veränderte Wandung 63 der Strömungsquerschnitt bestimmt wird. Entsprechendes ist auch der Darstellung der Abwicklung 67 zu entnehmen.
In 6c ist eine weitere Ausführungsform mit einer Vielzahl von Öffnungen 65 in der Wandung des Stellgliedes darstellt, deren Position zum Strömungspfad wiederum den freien Strömungsquerschnitt bestimmen. Hierbei können insbesondere die Öffnungen in verschiedenen Reihen und Anordnungen gewählt werden. Wie der Abwicklung 68 zu entnehmen ist, verändert sich die Anzahl von Öffnungen über den Umfang, so dass zum Beispiel am linken Rand (Position A) drei Öffnungen übereinander und am rechten Rand (Position B) nur eine Öffnung angeordnet ist. Durch diese Anordnung wird sichergestellt, dass in Abhängigkeit der Stellposition der Drossel eine unterschiedliche Anzahl von Öffungen den wirksamen Strömungsquerschnitt bilden.
In 6d ist die Steuerkante 83 des Stellglieds zweiseitig ausgebildet, d.h. durch die spitz zulaufende Öffnung ergibt sich in Abhänggigkeit des Winkels zwischen der vorderen und hinteren Kante eine unterschiedliche Öffnungsgeschwindigekit der Strömungsquerschnittes, so dass insbesondere auch besonders kleine Änderungen des Strömungsquerschnittse in Abhängigkeit des Drehwinkels erzielt werden können. Der hiedruch gebildete freie Bereich des Umfangs bildet somit in der entsprechenden Überlagerung mit einem Strömungspfad den freien Strömungsquerschnitt.
In 7 ist die Anordnung einer Vielzahl der erfindungsgemäßen Vorrichtungen 72 auf einer Trägereinrichtung 70 dargestellt. Dabei werden die Vorrichtungen in Fluidverbindung mit einem Zulauf 71 gebracht, welcher beispielsweise als lösbare Verbindung die Flouidverbindung zwischen der in der Trägereinrichtung intergrierten Versorgungsleitung 75 und dem Einlass 40 der Vorrichtung bereit stellt. Ferner ist eine Befestigungsstift 73 vorgesehen, der in die Ausnehmung 27 der Vorrichtung eingreift. Der Träger weist ferner ein zentrales Steuerpult 75 auf, mit welchem insbesondere die einzelenen Einrichtungen betätigt werden können. Dies geschieht bevorzugt über ein Datenverbindung wie z.B. einem BUS-System, welche zwischen dem Zentralgerät und den einzelnen Vorrichtungen installiert ist.

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung eines Volumenstroms mit wenigstens einem Strömungspfad (41) für ein Fluid, einer veränderbaren Messeinrichtung (100) und einer Drossel (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens einen von der Drossel unabhängigen Bypass (30) mit wenigstens einem Bypassstellglied aufweist, und die wenigstens um eine Drehachse beweglich angeordnete Drossel (10) am Umfang einen Steuerkantenbereich (63, 65, 81, 83) aufweist, welcher in Abhängigkeit der Stellposition zu wenigstens einem Strömungspfad (41) in der Vorrichtung den freien Strömungsquerschnitt bestimmt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dass Fluid eine Flüssigkeit ist, welches aus einer Gruppe von Flüssigkeiten ausgewählt ist, welche Öle, insbesondere natürliche oder synthetische Öle mit einer vorgegebenen Viskosität, wässrige Flüssigkeiten, organische Flüssigkeiten, Suspensionen, Dispersionen, Emulsionen, Kombinationen hieraus und dergleichen aufweist.
Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (100) für den Volumenstrom wenigstens zwei drehbewegliche Rotationskörper (22, 23) aufweist, welche in dem Strömungspfad des Fluid angeordnet sind und den Strömungspfad derart abdichten, dass ein Volumenstrom nur bei Drehung der Rota tionskörper stattfindet.
Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehung der Rotationskörper (22, 23) mittels wenigstens eines Sensors erfasst wird.
Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationskörper (22, 23) mit der Messeinrichtung (100), insbesondere einer Achsaufnahme in der Messeinrichtung, lösbar verbunden sind.
Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung zwischen dem Strömungspfad 41 und der Steuerkantenbereich (63) zwischen 0° und 180°, bevorzugt zwischen 25° und 155°, besonders bevorzugt zwischen 45° und 125° und vorzugsweise im Wesentlichen bei 90° liegt.
Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (10) eine im wesentlichen rotationssymmetrische Grundform in einer axialen Erstreckungsrichtung aufweist, wobei die Abwicklung (66, 67, 68, 69) des Umfangs der Drossel wenigstens in einen Steuerkantenbereich (63, 65, 81, 83) mit einem funktionellen Verlauf aufweist, der aus einer Gruppe von Funktionen ausgewählt wird, welche lineare, quadratische, logarithmische, polynome oder höhere Funktionen und insbesondere auch Sprungfunktionen, Kombinationen hiervon und dergleichen aufweisen.
Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise wenigstens eine Steuerkante (63, 65, 81, 83) des Drosselumfangs mit dem Strömungspfad (41) in der Art zusammenwirkt, dass der Strömungsquerschnitt durch die Relativbewegung der Drossel verändert wird.
Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (10) mittels wenigstens einer Antriebseinrichtung (13) bewegt wird, welche aus einer Gruppe von Antrieben ausgewählt wird, welche elektrische, hydraulische und pneumatische Antriebe, manuelle Antriebe, insbesondere auch Motoren wie beispielsweise Winkelmotoren aufweist.
Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb der Drossel (10) über ein Getriebe (14, 12, 11), insbesondere ein Schneckengetriebe erfolgt.
Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (10) wenigstens abschnittsweise ein Hohlzylinder ist, an dessen einem Endbereich der Antrieb (13) angeordnet ist und dessen anderer Endbereich zusammen mit wenigstens einer Öffnung des Strömungspfades (41) des Fluids den freien Strömungsquerschnitt bestimmt.
Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bypassstellglied (30) eine im Wesentlichen rotationssymmetrische Grundform wie beispielsweise eine zylindrische Grundform und wenigstens zwei Durchströmungsöffnungen (32, 36, 19) aufweist.
Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bypassstellglied (30) in Bezug auf seine Haupterstreckungsrichtung linearbeweglich (34) und/oder drehbeweglich (35) angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bypassstellglied (30) wenigstens abschnittsweise einen weiteren Strömungspfad (31) bildet.
Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Messeinrichtung (100), die Drossel (10), das Bypassstellglied (30) und der wenigstens eine Strömungspfad (41) in einer Baueinheit zusammengefasst sind.
Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens eine Mikroprozessoreinrichtung zur Erfassung wenigstens einer Messgröße wie beispielsweise der Drehung der Rotationskörper (22, 23), der Temperatur, des Drucks, der Viskosität, der Stellposition beispielsweise der Drossel (10) und/oder des Bypassstellglieds (30), Kombinationen hieraus und dergleichen aufweist.
Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Vorrichtungen auf wenigstens einem Träger angeordnet ist, wobei dieser Träger (70) wenigstens die Zuführung (75) des Fluids bereitstellt und mit der Vorrichtung wenigstens flüssigkeitsleitend verbunden ist.
Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung, insbesondere die Mikroprozessoreinrichtung wenigstens einen Anschluss zur Ausgabe und Eingabe wenigstens eines elektronischen Signals aufweist und insbesondere wenigstens einen Anschluss aus einer Gruppe von elektronischen Anschlussverbindungen aufweist, welcher aus elektrischen Leitungen, Funksignalen, optischen Leitungen, Kombinationen hieraus und dergleichen ausgewählt wird.
Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine zentrale Mikroprozessoreinrichtung vorgesehen ist, mit welcher wenigstens die Signale der wenigstens einen Vorrichtung zum Bestimmen eines Volumenstroms erfasst, ausgewertet und die Vorrichtung wenigstens gesteuert vorzugsweise geregelt wird.
Vorrichtung gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Volumenstroms oder eine Vielzahl über Bus-System, Pear-to-Pear, TCP-IP, Kombinationen hieraus und dergleichen mit wenigstens einer Mikroprozessoreinrichtung verbunden ist.
Verwendung einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Volumenstroms gemäß einem der vorstehenden Ansprüche für die Regelung oder Steuerung einer Ölschmierung für beispielsweise einen Antrieb, ein Getriebe oder dergleichen.