DE1947343A1 - Venturi-Messer und Verfahren und Apparatur zum Pruefen von Vergasern - Google Patents
Venturi-Messer und Verfahren und Apparatur zum Pruefen von VergasernInfo
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- DE1947343A1 DE1947343A1 DE19691947343 DE1947343A DE1947343A1 DE 1947343 A1 DE1947343 A1 DE 1947343A1 DE 19691947343 DE19691947343 DE 19691947343 DE 1947343 A DE1947343 A DE 1947343A DE 1947343 A1 DE1947343 A1 DE 1947343A1
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Description
Ein verbesserter Venturimesser mit veränderlicher Fläche, der "kritisch" betätigt werden kann, mit Hilfe dessen Strömungsgeschwindigkeiten
von Gasmedien genau und akurat gemessen oder erzeugt werden können für .die Durchführung vieler Verfahren und
Prozesse, wo solche Vorgänge einen Schlüsselschritt darstellen, wie z.B. beim Messen von Gasströmung für Gaslieferung, Erzeugen
von genau proportionierten Gasmischungen, Laboratoriums- und Produktionsprüfungen von Vergasern und bei ähnlichen Verfahren.
In besonderem Detail, die Verwendung und die Vorteile solcher kritischer Venturimeter mit veränderlicher Fläche für die Prüfung
von Vergasern, wobei ein einziger solcher Messer für sovie-Ie wie 15 bis 16 Venturimesser mit feststehender Fläche ersetzt
werden und erfolgreich seine beabsichtigte Funktion mit erhöhter Wirtschaftlichkeit und sehr verbesserter Genauigkeit ausführen
kann.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen verbesserten Venturitnesser
und auf Verfahren und Apparate zum Prüfen von Vergasern unter Verwendung solch eines Messers und sie stellt eine Weiterbildung
der Erfindung der schwebenden Anmeldung P 17 76 063.3,
angemeldet 13-Sept-1968, unsere Akte DA-K369(67O6) dar.
Die genannte frühere Anmeldung erörterte im einzelnen die für die Öffentlichkeit große Wichtigkeit der Prüfung von Vergasern,
sowohl in Forschungs- und Entwicklungsarbeit sowie in der Produktion, um zu verhindern, daß Vergaser für Verwendung in den
Motoren von Kraftfahrzeugen der Benzintype freigegeben werden, die Brennstoffmischungen erzeugen, die nicht den gewünschten Spezifikationen
entsprechen und schlechte Verbrennung des Brennstoffes bewirken und somit stark zur Verunreinigung der Atmosphäre
beitragen. Bisher wurde das Prüfen von Vergasern hauptsächlich mit laboratoriumsverfahren durchgeführt, die basiert waren auf
das Messen durch einen Prüfvergaser hindurchtretenden Luftmasse, ■sowie auf die durch denselben Vergaser während einer bestimmten
begrenzten Zeitperiode hindurchgehenden Brennstoffmenge und auf die Bestimmung durch Berechnungen des vom Vergaser erzeugten
Luft-zu-Brennstoff-Verhältnisses. Es muß an diesem Punkte wohl
verstanden werden, daß zwar die Strömung von Luft durch den Vergaser
einen kontrollierbaren !Faktor darstellt, die durch den Vergaser hindurchgehende Brennstoffmenge dahingegen ein unkontrollierbarer
Faktor ist, der durch die Luftströmung durch den Vergaser erzeugt oder veranlaßt wird, was durch die Konstruktion
und die Bearbeitung des Vergasers verursacht und beeinflußt wird.
Die Laboratoriumsverfahren der Vergaserprüfung sind außerordentlich
langsam und für Produktionszwecke ungeeignet. Daher
wurden Versuche gemacht, Systeme zu schaffen, die dazu dienensollen, die Geschwindigkeit der Luftströmung und die Geschwin-
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digkeit der Brennstoffströmung getrennt voneinander zu messen
und somit Informationen zur Berechnung oder zum Empfang eines
Signals zu liefern, das das Luft-zu-Brennstoff Mischungsverhältnis als solches liefert. Beim Messen der Luftströmung ist
die Verwendung von glatten Zuleitungsdüsen ("smooth approach
nozzles") versucht worden. Durch Messung des Druckes stromaufwärts von der Düse und stromabwärts von derselben und durch solche Bestimmung des "Druckabfalls in der Düse" konnte eine Anzeige der Luftströmungsgeschwindigkeit erhalten v/erden, da die Masse der durch solche Düsen strömenden Luft für irgendeinen gegebenen Strömungsbereich eine Beziehung zum Druckabfall in der Düse hat. Pur solche Prüfungen nahm man Zuflucht zur Verwendung des sogenannten "Ingenieurströmungskastens" ("engineering flow box"). Mit solchem System wurden einer oder mehrere glatte Annäherungsdüsen ("smooth approach nozzles") in einer Wand eines geschlossenen Kastens eingebaut und ein Prüfungsvergaser wurde in einem anderen Teil eines solchen Kastens eingebaut. Der Druck innerhalb des Kastens wurde dann an einer nicht turbulenten oder einer inerten Stelle derselben gemessen. Mit anderen Worten, die
glatten Annäherungsdüsen solchen Systems waren auf der Stromaufwärtsseite des Vergasers angeordnet. Während solche Systeme zu
einigen der gewünschten Ergebnisse führten, waren sie doch außerordentlich schwerfällig, langsam in der Betätigung und machten
es äußerst schwierig, den Prüfvergaser innerhalb des Kastens einzustellen. Daher war die nächste Entwicklung auf Systeme gerichtet, die Düsen inform von Venturimessern haben, die auf der
Stromabwärtsseite des Vergasers angeordnet sind.
und somit Informationen zur Berechnung oder zum Empfang eines
Signals zu liefern, das das Luft-zu-Brennstoff Mischungsverhältnis als solches liefert. Beim Messen der Luftströmung ist
die Verwendung von glatten Zuleitungsdüsen ("smooth approach
nozzles") versucht worden. Durch Messung des Druckes stromaufwärts von der Düse und stromabwärts von derselben und durch solche Bestimmung des "Druckabfalls in der Düse" konnte eine Anzeige der Luftströmungsgeschwindigkeit erhalten v/erden, da die Masse der durch solche Düsen strömenden Luft für irgendeinen gegebenen Strömungsbereich eine Beziehung zum Druckabfall in der Düse hat. Pur solche Prüfungen nahm man Zuflucht zur Verwendung des sogenannten "Ingenieurströmungskastens" ("engineering flow box"). Mit solchem System wurden einer oder mehrere glatte Annäherungsdüsen ("smooth approach nozzles") in einer Wand eines geschlossenen Kastens eingebaut und ein Prüfungsvergaser wurde in einem anderen Teil eines solchen Kastens eingebaut. Der Druck innerhalb des Kastens wurde dann an einer nicht turbulenten oder einer inerten Stelle derselben gemessen. Mit anderen Worten, die
glatten Annäherungsdüsen solchen Systems waren auf der Stromaufwärtsseite des Vergasers angeordnet. Während solche Systeme zu
einigen der gewünschten Ergebnisse führten, waren sie doch außerordentlich schwerfällig, langsam in der Betätigung und machten
es äußerst schwierig, den Prüfvergaser innerhalb des Kastens einzustellen. Daher war die nächste Entwicklung auf Systeme gerichtet, die Düsen inform von Venturimessern haben, die auf der
Stromabwärtsseite des Vergasers angeordnet sind.
Durch Verwendung einer starken Vakuumpumpe wurde der Venturimesser
veranlaßt, eine bestimmte maximale Strömung bei irgendeinem gegebenen Stromaufwärtsdruck zu erzeugen und somit als
Strömungsbegrenzungseinrichtung oder als eine Einrichtung zur
Erzielung einer bestimmten Luftströmung in Kombination mit einer genügend starken Vakuumpumpe zu dienen.
Strömungsbegrenzungseinrichtung oder als eine Einrichtung zur
Erzielung einer bestimmten Luftströmung in Kombination mit einer genügend starken Vakuumpumpe zu dienen.
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Durch Kalibrierung einer Venturidüse kann irgendeine ge- ■
wünschte Luftströmung erreicht werden. In der Produktion besteht
solche Kalibrierung ,tatsächlich in der Entfernung von Material
des Körpers der Venturidüse durch Polieren oder eine andere Bearbeitung,
bis der Venturi die gewünschte-Strömung ergibt. Offensichtlich
kann durch Festlegung der Fläche der Einschnürung, d.h. des engsten Teiles des Venturidurchlassess solch eine Venturieinrichtung
nur einen bestimmten maximalen Fluß bei irgendeinem gegebenen Stromaufwärtsdruck erzeugen. Da jedoch an verschiedenen Punkten des Arbeitsbereiches eines Vergasers die Luftströmung
verschieden ist und da verschieden starke Maschinen viele verschieden große Vergaser erfordern, die verschiedene
Luftströmungen erzeugen, ist es offensichtlich, daß· eine Venturivorrichtung
für die Erzeugung der richtigen Luftströmung für nur einen Punkt der Vergasertätigkeit und in vielen Fällen nur für
einen einzigen Vergaser verwendet werden kann.
Andererseits .ist es notwendig, Vergaser an verschiedenen
Punkten ihrer Arbeitsbereiche sowie Vergaser verschiedener Größen zu prüfen. Dementsprechend wurde es notwendig, in einem System mehr als-eine Venturidüse und zwar entweder getrennt oder in
verschiedenen Kombinationen zu verwenden, um eine Annäherung an
eine gewünschte Strömung zu erzeugen. Die Systeme mit einer Mehrzahl
von so benutzten Venturimessern werden "binäre" ("binary") Systeme genannt. Beispielsweise würde ein Prüfsystem mit Venturimessern zur Erzeugung von Strömungen von 0,227 kg, 0,454 kg,
0,907 kg, 1,81 kg und 3>63 kg pro Minute gestatten, irgendeine
Luftströmung von 0,227 kg pro Minute bis 7,027 kg pro -Minute in Schritten von 0,227 kg bei irgendeinem gegebenen Stromaufwärtsdruck
zu erreichen. Wegen der Vielzahl der Vergasermodelle und -größen war es zum Decken der von den Vergaser-Herstellern gewünschten
Bereiche und Prüfpunkte notwendig, Systeme mit soviel
wie 12 bis 15 Venturimessern pro Kammer oder Kasten zu schaffen. Selbst bei Verwendung einer solchen Zahl von Venturimessern, die
die Erzeugung von sovielen wie 8000 Kombinationen ermöglichten,
konnte solch System sich nicht auf alle gewünschten Punkte er-
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strecken und die Punkte waren ausreichend weit voneinander entfernt,
um die Erzeugung der gewünschten Genauigkeit zu verhindern.
Zusätzlich erfordert solch eine Vielzahl von in einer einzigen Kammer oder Kasten installierten Venturimessern auf der
Stromabwärtsseite des Vergasers ein übermäßig großes Volumen
solchen Kastens. Man wird zu würdigen wissen, daß eine große Masse der kompressiblen Fluida, wie Luft, die Einstellung des
Vergasers und die Verwendung der kleineren Vergaser unpraktisch machen würde, da die Instrumente zur Ermittlung der Änderung des
Druckes in der Kammer oder der Druckdifferenzen beiderseits der
Düsen für solche Instrumente unempfindlich sind. Pernerhin würde bei Anordnung der Venturimesser auf der Stromabwärtsseite des
Vergasers die durch den Vergaser strömende Luft Brennstoffdampf enthalten und tatsächlich eine Mischung von Gasen darstellen,
die von Luft verschiedene Eigenschaften und eine von Luft verschiedene
Masse haben würde.
Die Trennung von atomisiertem Brennstoff und Brennstoffdampf
von einer großen Zahl von in verschiedenen Plätzen in der
Kammer angeordneten Düsen wird immer schwieriger, mit Erhöhung iadtti der Anzahl von Düsen, und die von einem solchen Viel-Düsenßystem
erhaltenen Resultate werden wesentlich in ihrer Genauigkeit beeinflußt. Es wurde ermittelt, daß die Genauigkeit solchen
Systems soviel wie von 1 $ bis 8 fo verschieden sein kann. Selbst
mit reiner Luft ergibt die Anordnung einer großen Zahl von Düsen für individuelle Düsen die Anordnung in Bereichen der Kammer mit
verschiedenen Luftströmungszuständenj dies führt zu tatsächlichen
Luftströmungen, die wesentlich von ihren Kalibrierwerten abweichen. Weiterhin würde der Strömungszustand, der von der Kammer
für einen alleinarbeitenden Venturimesser beeinflußt würde, wesentlich durch Inbetriebsetzen von einer oder mehreren zusätzlichen
Venturimessern beeinflußt werden. Solche zusätzlichen Messer würden bei ihrer Inbetriebsetzung gleichfalls weaentlioh durch
die Strömungsbedingungen innerhalb der Kammer beeinflußt werden
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und so die Ergebnisse ihrerseits beeinflussen. Kalibrierung der
Venturimesser würde nicht nur für die Kammer als eine Einheit
sondern auch für die besonderen in einer besonderen Kombination verwendeten Venturimesser durchzuführen sein. Infolge der Zahl
von möglichen verwendbaren Kombinationen, für die solche Kalibrierungen
im. voraus durchgeführt werden müßten, wäre solche Kalibrierung
nicht praktisch. Es ist offensichtlich, daß die Beseitigung der vorstehend angeführten., die Genauigkeit der Venturimesser
beeinflussenden Faktoren sehr die Genauigkeit solchen Systems erhöhen würde, was wiederum zu sehr wichtigen zusätzlichen
vorteilhaften Ergebnissen führen würde.
Somit sind Aufgaben, Ziele bzw. Merkmale der Erfindung!
Schaffung eines verbesserten Verfahrens und eines verbesserten Apparates zum Prüfen von Vergasern, durch die die vorgenannten
Schwierigkeiten und Nachteile überwunden und größtenteils beseitigt sind, und ein viel einfacheres und genaueres Vergasertestsystem
ohne Erhöhung der Kosten und in der Tat unter wesentlicher Verringerung solcher Kosten erhalten wird; die Schaffung eines
verbesserten Düsenmessers mit einer kontrollierenden Öffnung, der kritisch an allen Punkten seines Arbeitsbereiches betätigt
werden kann und der bewegliche Mittel umfaßt, um die Fläche der
kontrollierenden öffnung der Düse wahlweise zu verändern und somit
die Gasströmungsgeschwindigkeit durch die Düse zu regulieren;
die Ausrüstung solchen Messers mit Anzeigemitteln, die kalibriert sind, um Stellungen der beweglichen Mittel auf die sich ergebende
Massenströmungsgeschwindigkeit des Fluidums zu beziehen, wenn stetige maximale Strömungsgeschwindigkeiten an einer öffnung hergestellt
ist; die Schaffung eines kritische-Strömungs-Venturimessera mit veränderlicher Fläche unter Einschluß von Mitteln zum
Messen, mit größerer.Genauigkeit als bisher erreichbar, der Massenströmungsgeschwindigkeit
des Gasmediums durch den Venturimesser
zn an einer unbegrenzt großen Zahl von Punkten des Arbeitsbereiches
des Venturi unter genauer Erzeugung irgendeiner gewünschten Strömung des Gasmediums, wenn seine Steuereinrichtungen zu
Erzeugung derselben eingestellt sindj die Herstellung eines verbesserten
Vergasertestsyatems, in dem ein Vergaser an einer un-
-O0Q8 ie>f i ai
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"begrenzt großen Zahl von Punkten seines Arbeitsbereiches unter
Verwendung nur eines einzelnen Venturimeters geprüft werden kann; die Schaffung eines verbesserten Vergaserprüfsystems, dessen
Kalibrierung für eine unbegrenzt große Anzahl von Vergas'erbetätigungspunkten in einfacher und leichter Weise durchgeführt
werden kann; die Schaffung eines verbesserten Vergaserprüfsystems,
dessen Genauigkeit sehr verbessert ist und dessen Prüfungsergebnisse zuverlässiger und konsistenter sind; die Schaffung eines
Vergaserprüfsystems, dessen Messer und Kammer als Einheit an einer
verhältnismäßig kleinen Zahl von Punkten kalibriert werden können unter Auslegen der Testpunkte, darauffolgender Interpolation
der dazwischenliegenden Punkte und unter Herstellung einer zuverlässigen glatten Kurve; die Schaffung eines verbesserten
Venturimeters mit veränderlicher kontrollierbarer Fläche, so daß ein einziger Venturimeter die gewünschten Gas- oder Luftströmungsgeschwindigkeiten erzeugt; die Schaffung eines Venturimeters
mit veränderlicher Fläche, der kritisch betätigbar ist und ein einzelnes die Fläche kontrollierendes Element aufweist, wobei
verbesserte Mittel vorgesehen sind, zur Betätigung solchen Elementes zur Kontrolle der Fläche durch Änderung der Axialstellung
des Kontrollelementes in Bezug auf die Venturieinschnürung, und in dem jede axiale Stellung des Kontrollelementes definitive auf
eine bestimmte Fläche der Venturieinschnürung und somit auf eine definitive Luftmassenströmungsgeschwindigkeit und umgekehrt jede
Luftmassenströmungsgeschwindigkeit auf eine definitive Stellung des Kontrollelementes bezogen ist; die Schaffung eines verbesserten
Systems zum Prüfen von Vergasern, das die leichtere Entfernung und Trennung des Brennstoffes von der Luftmischung, die
durch den Venturimesser hindurchströmt, ermöglicht, und das sehr
vereinfachte Instrumentation, nicht nur ohne Verlust der Genauigkeit
sondern mit starker Erhöhung derselben verwendet, und die es möglich macht, Rechner mit ihren informationaapeichernden Fähigkeiten
zu verwenden.
Weitere Ziele, Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den an-
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schließenden Ansprüchen unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen, die einen Teil dieser Beschreibung bilden.
In den Zeichnungen, in denen die gleichen .Bezugszeichen für
entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten verwendet
sind, zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines vollkommenen Systems zum Prüfen von Vergasern, unter Verwendung der Erfindung,
wobei eine mit Fenster versehene Haube oder Abdeckung des Prüfvergasers
angehoben dargestellt ist;
Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Teilansicht, die jedoch ein
haubenloses System zum Prüfen von Vergasern zeigt mit- getrennter tragbarer computerisierter Kontrolleinrichtung, die mit dem System
durch ein elektrisches Kabel verbunden ist;
Fig. 3 eine Schnittansicht einer Venturimeßeinrichtung
mit veränderlicher Fläche unter Einschluß von Anzeigemitteln in Gestalt einer linearen Skala und eines Zeigers zur Identifizierung
der Stellungen des Kontrollelementes, um solche Stellungen zu den entsprechenden Flächen der Venturieinschnürung und dadurch
zu den Luftmassenströmungsgeschwindigkeiten, wenn der Venturimesser
zur Erzeugung kritischer Strömung durch solche Flächen betätigt wird, in Beziehung zu bringen;
Fig. 4 eine teilweise der Fig. 3 ähnliche Ansicht einer
Venturimessereinrichtung mit veränderlicher Fläche, bei der jedoch der Zeiger Anzeigemittel die Gestalt eines Nonius hat;
Fig. 5 eine teilweise der Fig. 3 ähnliche Ansicht einer
Venturimeßeinrichtung mit veränderlicher Fläche, bei der jedoch
der Zeiger Anzeigemittel die Form eines Mikrometer Schraubenund-Trommel-Mechanismus
aufweist;
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Fig. 6 eine Schnittansicht einer Venturimeßvorrichtung mit veränderlicher Fläche und einem Steuerelement, das mit Hilfe eines
Schrittmotors betätigt wird und eine Kodier-Vorrichtung umfaßt, die Drehung der Motorwelle in eine entfernt angeordnete
digitale, auf die Luftmassenströmungsgeschwindigkeit bezogene Darstellung umformt, wenn der Venturimesser "kritisch" betätigt
wird;
Fig. 7 eine Schnittansicht längs Linie 7-7 der Fig. 6 in
Richtung der Pfeile gesehen;
Fig. 8 eine teilweise der Fig. 6 entsprechende Ansicht einer
kompakteren Form der Venturimeßvorrichtung mit veränderlicher Fläche;
Fig. 9 eine diagrammatische Ansicht eines Luftmassenströmungskontrollsystems
unter Einbeziehung eines Venturimessers mit veränderlicher Fläche, der "kritisch" betätigbar ist;
Fig. 10 eine teilweise diagrammatische Ansicht der Anordnung
von Kontrollen des Venturimessers mit veränderlicher Fläche, der unter Kontrolle durch ein computerisiertes Luftströmungsprogrammkontrollsystem
"kritisch" betätigbar ist;
Fig. 11 eine diagrammatische Ansicht eines Vergaser-Prtifsystems,
das Xuft-zu-Brennstoff Verhältnis eines Prüfvergasers
bestimmt, wobei in diesem System die Luftmassenströmungsgesohwindigkeit
kontrolliert wird durch eine pneuinatisch eingestellte
Vergaserdrossel, die mit zwei parallel zueinander angeordneten, kritisch betätigten Venturimessern mit veränderlicher Fläche zusammenarbeitet
;
Fig. 12 ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen den
Stellungen des Kontrollelementea des Venturi und der sich daraus
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ergebenden Mächen und somit der Luftmassenströmungsgeschwindigkeit
veranschaulicht; und
Fig. 13 eine diagrammatische Ansicht eines Vergaserprüfaystems
unter Vorsehung von Überwachungskalibrierung der veränderlichen Fläche des kritisch betätigten Venturimessers.
Es sei betont, daß die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Einzelheiten der Konstruktion und Anordnung der Teile,
wie sie in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht sind, beschränkt ist, da die Erfindung anderen Ausbildungen zugänglich
ist und in verschiedenen Weisen innerhalb des von den Ansprüchen umrissenen Bereiches praktiziert oder ausgeführt werden
kann. Es ist auch zu beachten, daß die hier verwendete Ausdrucksweise und Terminologie nur dem Zweck der Beschreibung und nicht
der Einschränkung dienen soll.
Man muß verstehen, daß ein Venturimesser betätigt werden kann, wie dies durch die Drücke stromaufwärts und stromabwärts
mit irgendeiner gewünschten Strömung innerhalb der Grenzen seiner Größe bestimmt wird. Die Ausdrücke "kritische-Strömung Venturimesser"
oder "veränderlicher-Flächen kritischer Venturimesser",
wie sie hier verwendet sind, I dahin zu verstehen) sind}, daß
sie Venturimesser im allgemeinen oder Venturimesser mit veränderlicher Fläche bedeuten, die zur Erzeugung "kritischer" Strömung
von gasförmigen Medien durch dieselbe betätigt werden. Der kritische Venturimesser selbst ist eine Einschränkungsvorrichtung,
die so ausgelegt ist, daß eine gewisse Differenz zwischen dem Stromaufwärtsdruck und dem Stromabwärtsdruck in absoluten Größen
ausgedrückt, die Vorrichtung veranlaßt "kritisch" zu werden.
Der Stromaufwärtsdruck in einem Venturimesser geteilt, durch den
Stromabwärtadruok in demselben, wobei beide in Ausdrucken von
absolutem Druck ausgedrückt werden, ist bekannt als das "Druckverhältnis".
In der Praxis wird hier angenommen, daß die Venturieinrichtung,
wenn dies Verhältnis 1,3 erreicht, "kritisoh" arbei-
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tet. Solange dieses kritische Druckverhältnis eingehalten oder überschritten wird, würde nichts, was auf der Stromabwärtsseite
des Venturimessers passiert, die Massenströmungsgeschwindigkeit des durch den Messer strömenden Gases beeinflussen. Es muß jedoch
auch verstanden werden, daß die Massenströmungsgeschwindigkeit irgendeines.Gases von der Dichte des Gases unmittelbar
stromaufwärts vom Venturimesser abhängt. Y/ird der Stromauf wärt sdruck
erhöht, so wird die Massenströmungsgeschwindigkeit durch den Venturimesser auch in direktem Verhältnis zu der Erhöhung
der durch die Erhöhung des Druckes verursachten Dichte des eintretenden Gases erhöht. Temperatur beeinflußt die Dichte des einkommenden
Gases in umgekehrtem Verhältnis und beeinfluß somit die Zustände des "kritischen" Arbeitens.
Während der Venturimesser mit veränderlicher Fläche, der
"kritisch" arbeiten, d.h. eine maximale Strömung für die bei irgendeinem Stromaufwärtsdruck verwendet* Fläche erzeugen kann, und
der mit Mitteln versehen ist, solche Massenströmungsgeschwindigkeit genau zu messen oder zur genauen Erzeugung der gewünschten
Luftmassenströmungsgeschwindigkeit einzustellen, in vielen Einzelheiten
dargestellt und beschrieben ist in seiner Anwendung auf ein System zum Prüfen von Vergasern, sowohl für Laboratoriumssowie
für Produktionsprüfzwecke, so ist die Erfindung nicht auf
solche Anwendungen beschränkt. Die erfindungsgemäßen verbesserten "kritisch" betätigten Venturimesser mit veränderlicher Fläche
können erfolgreich für viele andere Anwendungen benutzt werden.
Ihre Anwendung kann besonders erfolgreich und wertvoll in Anwendungen
sein, wo es notwendig ist, gewünschte Gasmassenströmungsgeschwindigkeit
auf eine vorbestimmte Größe mit viel größerer Genauigkeits- und flexibler Kontrolle, als es bisher möglich war,
zu beschränken. Weiterhin ist ihre Verwendung nicht auf Luft beschränkt,
da sie erfolgreich für verschiedene Gase und Mischungen
von Gasen verwendet werden können. Die Verwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Venturimesser mit veränderlicher Fläche erstrecken
sich auf das Messen von solchen Gasen, auf die Erzeugung
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von gasförmigen Mischungen, auf die Kalibrierung von Meßeinrichtungen
für die G-aslieferungi auf Vergaserprüf systeme, wie bereits erwähnt, und allgemein auf Betätigungen und Verfahren, wo
Messung von Gasströmung oder Grasmassenströmungsgeschwindigkeit
oder die Erzeugung von vorbestimmter Gasströmung oder Gasströmungsgeschwindigkeiten
der Schlüsselschritt oder die Schlüsselbetätigung ist. Die Genauigkeit von erfindungsgemäßen Venturimessern
ist den konventionellen Gasmetern sehr überlegen und stellt eins seiner wichtigsten Merkmale dar.
Es muß verstanden werden, daß die Erreichung solcher Ergebnisse in weitem Maße durch die Vorsehung von genauen Meßmitteln
für die Venturieinrichtung mit veränderlicher Fläche geschieht,· wobei diese Mittel in großem Maße basiert sind auf genauer Messung
der Stellung des Kontrollelementes des Venturi und auf das Inbeziehungbringen durch genaue Kalibrierung solcher Stellung
auf die wirksame Fläche des Venturi und auf die maximale Luftmassenströmungsgeschwindigkeit
bei solcher Stellung. Y/ahrend es möglich ist, den Venturi für irgendeine gewünschte Druckdifferenz
zu kalibrieren, wird vorgezogen, dies für kritische Bedingung der Venturibetätigung zu tun und die Venturieinrichtung
auch unter kritischen Bedingungen zu benutzen.
Iig. 3 veranschaulicht die Konstruktion einer einfachen
Form des Venturimessers mit veränderlicher Fläche. Die Einrichtung umfaßt den Venturikörper 15, der mit einem Venturirohr oder
-durchlaß 16 versehen ist* Der Durchlaß weist ein glattes konvergierendes
Zuführungsrohr 17 und ein glattes divergierendes oder sich erweiterndes Rohr 18 auf. Die engste Fläche zwischen
den beiden Abschnitten oder Rohren bildet die Einschnürung oder den Hals 19 des Venturi. Der Körper 15 ist koaxial mit Rohren 20
und 21 verbunden. Das Ende 22 des Rohres 21 ist geschlossen und mit einem Ausströmrohr 23 verbunden. Ein Kontrollelement in Ge-*·
stalt eines Kontrollkonus 25 weist eine Verlängerung 26 auf, die
sich durch daa geschlossene Ende 22 des Rohres 21 erstreckt und
einen Zeiger 27 trägt, der mit einer in gewünschten Einheiten
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gradierten Skala 28 zusammenarbeitet. Im unteren Ende des Zeigers
27 ist ein glattes Ende einer außen mit Gewinde versehenen Stange 30 drehbar gelagert, wobei das andere Ende mit einer mit
Innengewinde versehenen, abwärts gerichteten Verlängerung 22a des Endes 22 zusammenwirkt. Das glatte Ende der Stange 30 dreht
sich frei in dem Zeigerkörper und wird mit Hilfe eines Handrades 31 gedreht. Die Spitze des Konus 25 weist eine zylindrische Verlängerung
25a auf.
Aus dem Vorangehenden ist nun ersichtlich, daß die Drehung
des Handrades 31 Bewegung der Stange 30 nach links in der Verlängerung 22a bewirkt unter Mitnahme des zwischen dem Rad 31 und der
feststehenden Mutter 32 gehaltenen Zeigers 27 sowie der Verlängerung 26 zusammen mit dem Kontrollkonus 25. Am dickeren Ende des
Kontrollkonus 25 ist ein kolbenartiger Plansch 33 befestigt oder
einstückig an demselben ausgebildet, der gleitend in das Rohr 21 eingepaßt ist und den Kontrollkonus 25 auf der Achse des Venturidurchlasses
16 hält. Der kolbenartige Plansch 33 bestimmt auch die äußersten Stellungen des Kontrollkonus 25. In der in Pig. 3
veranschaulichten Stellung ist die Arbeitsfläche der Venturieinschnürung maximal, und würde die Massenflußgeschwitfdigkeit des
gasförmigen Mediums, das durch den Venturi unter irgendeinem
Stromaufwärts-Druck strömt maximal sein.
Es ist wichtig, daß jegliche Stellung des Kontrollkonus 25
positiv auf eine bestimmte Stellung des Zeigers auf der graduierten Skala 28 und auf eine bestimmte kritische Gasmassenströmungsgeschwindigkeit
bezogen ist. Solche Beziehung wird hergestellt durch Kalibrierung des Venturi in solcher Stellung und die dadurch
erfolgende Beziehung solcher Stellung auf die gemessene Massenströmungsgeschwindigkeit des gasförmigen Mediums. Wenn die
Druckdifferenz beiderseits des Venturi genügend hoch ist, so würde die kritische Strömung einen bestimmten Wert haben. Bei vielen
Anwendungen ist es vorzuziehen, solch eine Differenz durch Anlegen
eines Vakuums an das Rohr 23 zu erzeugen. Die Vakuumpumpe oder
andere vakuumerzeugende Mittel sollten stark genug aein, um solche
kritische Strömung durch den Venturi zu erzeugen.
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Die kritische Gas- oder Luftmassenströmungsgeschwindigkeit
für Stellungen des Kontrollkonus 251 wie sie auf der Skala 28
angezeigt werden, sollte für so viele Graduierungen oder Punkte auf der Skala kalibriert sein, wie dies praktisch ist, und solche
Stellungen und die entsprechenden Gras- oder Luftmassenströmungsgeschwindigkeiten
sollten in irgendeiner geeigneten Weise aufgezeichnet sein, wie auf einer numerischen Karte oder mit
Hilfe einer Kurve, wie sie in Pig« 12 veranschaulicht ist.
Prüfung der Pig. 3 ergibt, daß die längs- oder Axialbewegung
des Kontrollkonus 25 durch den Abstand von der linken Fläche des Flansches 33 zur rechten Fläche des Venturikörpers 15
repräsentiert wird, wobei dieser Abstand gleich ist dem Abstand von der linken Fläche des Zeigers 27 zum rechten Zeiger des geschlossenen
Endes 22 des Rohres 21. Offensichtlich sollte der mit
Gewinde versehene Teil der Stange 30 lang genug sein, um solche Bewegung zu ermöglichen. In der voll ausgedehnten Stellung des
Konus 25 erstreckt sich derselbe in das Rohr 20 und kann, in Abhängigkeit von dem eingeschlossenen Winkel des Konus 25, die Einschnürung
des Durchlasses 16 vollkommen abschließen, oder der Flansch 33 kann in Berührung mit der ebenen Fläche 34 treten.
In jedem Falle findet dann praktisch keine Strömung durch den Venturimesser statt.
Es ist auch verständlich, daß, während die Graduierungen
der Skala 28 die Stellungen des Kontrollkonus identifizieren und
schrittweise Bewegung unterstellen, tatsächlich eine unendlich große Zahl von Punkten in dem oben beschriebenen Bereich der Kontrollkonusbewegungen vorhanden sein würden, mit entsprechender
unbegrenzt großer Anzahl von Gas- oder Luftmassenströmungsgeschwindigkeiten.
Somit würde» wenn die vorangehend erklärte Beziehung als eine Anzahl von Punkten aufgetragen wird, die Interpolation
von zwischenliegenden Punkten eine glatte Kurve ergeben,
von der irgendeiner Stellung des Kontrollkonus entsprechende Werte,
mit genügender Genauigkeit abgelesen werden können.
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Was nun die V/inkel des Venturi und des Kontrollkonus betrifft,
so ist das Zuführungsrohr oder der Abschnitt 17 des Venturi verhältnismäßig kurz und gut abgerundet* Das divergierende
Rohr oder der sich erweiternde Abschnitt 18 ist erheblich länger und der Erweiterungswinker dieses Abschnittes ist verhältnismäßig
klein und repräsentiert einen ziemlich empfindlichen Faktor. Gase verschiedener Dichte können verschiedene Divergenzwinkel in
dem divergierenden Rohr des Venturi erfordern, um glatte Strömung zu erzeugen. Mir Luft oder eine Mischun'g von Luft- und Benzindampf, in für entzündbare Motormischungen verwendeten Mengen,
sind mit Erfolg eingeschlossene Winkel des sich erweiternden Abschnittrohres
gleich 12 und ein eingeschlossener Winkel des Kontrollkonus etwas unter 3° verwendet worden. -Im Pail von anderen
gasförmigen Fluidums können die Winkel experimentell entweder vom Anfang an oder nachdem die erste Annäherung errechnet
ist, entwickelt werden.
Es wurde ermittelt, daß für richtig entworfenen Venturidurchlaß und für einen Kontrollkonus, mit geeignetem Winkel, der
Kontrollkonus auch einen beruhigenden Einfluß auf die Flüssigkeitsströmung innerhalb des sich erweiternden Abschnittes des Venturis
hat und Turbulenz beseitigt, die sich sonst darin entwickeln konnte.
Es muß auch verstanden werden, daß eingeschlossene Winkel
des Kontrollkonus, die viel größer als 3° sind, sehr die Genauigkeit der Messungen verringern und aus diesem Grunde nicht erwünscht
sind. Richtige Auswahl des eingeschlossenen Winkels für den Kontrollkonus erfordert sorgfältiges Auswägen der Anforderungen
an Kompaktheit und an Vermeidung eines übermäßig lanzen
Kontrollkonus einerseits und Erreichung der gewünschten Genauigkeit der Messungen, wobei diese Genauigkeit durch Verringerung
der Länge des Kontrollkonus beeinflußt wird.
Fig. 4 zeigt einoi Venturiraeter mit veränderlicher Fläche,
der im wesentlichen gleich dem der Fig, 3 ist, wobei der Unter-
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schied in der Tatsache liegt, daß der Venturikonus von Hand beweglich ist und daß der Zeiger desselben wie, bei 36 gezeigt, die
Gestalt eines Nonius hat und mit einer entsprechend graduierten Skala 37 zusammenarbeitet. Eine Feststellschraube ist, wie sie
bei 38 gezeigt, zum Blockieren des Venturikonus in seiner eingestellten
Stellung vorgesehen.
Pig. 5 veranschaulicht eine Konstruktion, in der der Kontrollkonus
von Hand mit Hilfe einer Mikrometerschraube 40 betätigt wird, wobei die Schraube am Ende der Verlängerung 41 des
Kontrollkonus 42 vorgesehen ist und eine Mikrometertrommel 43
aufweist, die mit der auf dem rohrförmigen Gehäuse, in der die
Verlängerung 41 arbeitet, eingravierten Skala 44 zusammenarbeitet. Feststellschraube 46 dient zum Feststellen des Kontrollkonus 42 in seiner eingestellten Stellung. Solch eine Konstruktion
ergibt sehr feine Einstellungen des Kontrollkonus 42 sowie dessen genaue Identifizierung.
Fig. 6 veranschaulicht eine Konstruktion einer Venturimeßvorrichtung
mit veränderlicher Fläche, die bei einer kritischen Strömung für jede Fläche betätigbar ist. Bei dieser Vorrichtung
werden die Bewegungen des Kontrollkonus mittels eines elektric
sehen Motors erzeuge, und das die Stellungen der Kontrollmotorwelle und somit des Kontrollkonus identifizierende Meßsignal geschieht
automatisch. In der in den Fig. 6 und 7 veranschaulichten Konstruktion ist das die Strömung beruhigende Rohr 50 mit einer
absoluten Druck messenden Sonde 51 und einer Temperatursonde "52 versehen. Der Kontrollkonus 53»der in Fig. 6 in einer seiner Zwischenstellungen
gezeigt ist, bewegt sich axial zum Venturidurchlaß. Sein Flansch 56 bewegt sich innerhalb des Auslaßrohrs 54 auf
Führungsstangen 55 und berührt die Wände des Rohres nicht. Die Führungsstangen 55 verhindern Drehung des Kontrollkonus und führen den Kontrollkonuszusammenbau in seinen axialen Bewegungen.
In der voll ausgedehnten Stellung des Kontrollkonus tritt die linke
Fläche des Flansches 56 in Berührung mit dem kreisförmigen
Dichtungselement 57 des Venturi und hält somit Luftströmung durch
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BAU
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den Venturi an.
Eine Buchse 58 ist in einem doppelreihigen Abdichtungskugellager 59 drehbar und am Ende der mit Gewinde versehenen Stange
60 befestigt. Die Stange 60 arbeitet mit einer sich nicht drehenden Mutter 61 zusammen, die an der rückseitigen Verlängerung
62 des Kontrollkonus 53 befestigt ist. Die Buchse 58 ist
drehbar an der Armaturenwelle des Schrittmotors 63 befestigt.
Das entgegengesetzte Ende der Armaturenwelle, des Schrittmotors ist mittels der Kupplung 64 an einem Kodiergerät 65 befestigt.
Der Schrittmotor 63 ist ein Gleichstrommotor und seine Armaturenwelle
führt eine bestimmte Anzahl, wie etwa 200 genaue Schritte je Drehung, aus. Somit bedeutet jeder Schritt eine Drehung
von 1,8°. Schrittmotoren und Kodiergeräte dieser Art sind gut geeignet zur Verwendung in Computern, pneumatisch gesteuerten
Maschinen, automatischen oder Zusammenbaugeräten, Prüf- und Inspektionsapparaturen und in ähnlichen Vorgängen. Dementsprechend
kann die Anzahl der vom Motor durchgeführten Schritte genau gesteuert werden und seine Armatur stoppt, nachdem die vorgesehene
Anzahl von Schritten durchgeführt ist, und sie verbleibt
stationär, bis der nächste Befehl gegeben ist. Die von dem Motor genommenen Schritte und somit die Drehung der den Kontrollkonus
53 betätigenden Schraubenstange 60 wird genau durch das Kodiergerät angezeigt, das eine geeignete digitale Anzeige
abgibt, die die Stellung des Kontrollkonus identifiziert oder den
entsprechenden Wert der Sas- oder luftmassenströmungsgeschwindigkeit
repräsentiert, die durch die durch den Kontrollkonus in dessen gegebener Stellung bestimmte Fläche stattfindet.
Fig. 8 veranschaulicht eine Abänderung der Konstruktion der Fig. 6 und 7 unter Schaffung einer kompakteren Form der Vorrichtung.
Ähnlich der Konstruktionen der Fig. 6 und 7 verwendet die Konstruktion der Fig. 8 auch einen Schrittmotor 66 und ein Kodiergerät
67, jedoch sind diese auf einer zur Achse des Venturi parallelen und im Abstand von derselben angeordneten Achse angeordnet anstelle wie bei der Konstruktion der Fig. β und 7, in
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Fortsetzung jener Achse. Die Armaturenwelle des Schrittmotors
ist an der mit Gewinde versehenen schraubenförmigen Stange 68
befestigt, die mit dem mit Innengewinde versehenen Ende 69 des Teiles 70 zusammenwirkt, wobei das entgegengesetzte Ende 71 des
Teiles 70 an der rückseitigen Verlängerung 72 des Kontrollkonus befestigt ist. Der kolbenartige Flansch 74 gleitet innerhalb
des Auslaßrohres 75 und sein verkleinerter Teil 74a kann am Ende seines Ausdehnungshubes in Berührung mit der Dichtung 76 treten,
um die Strömung des Fluidums durch den Venturi zu unterbrechen. Die Welle des Schrittmotors setzt die Schraubenstange 68 in Drehung
und verursacht dadurch längsbewegung des Teiles 70, wodurch der Kontrollkonus 73 axial zur Kontrolle der Einschnürung des
Venturi betätigt wird. Betätigung der in Fig. 8 veranschaulichten Einrichtung ist im wesentlichen gleich der der Konstruktion
der Fig. 7, abgesehen von den oben auseinandergesetzten mechanischen
Unterschieden der Verbindung zwischen dem Kontrollkonus und der Welle des Schrittmotorsβ
Fig. 9 veranschaulicht eine kritische Venturimetervorrichtung mit veränderlicher Fläche, die im wesentlichen ähnlich der
in. Fig. 6 veranschaulichten ist und die Kontrollvorrichtungen zur Erzeugung und zur Kontrolle, entweder von Hand oder automatisch, einer gewünschten Gasströmung aufweist. Bei der in Fig.
veranschaulichten Anordnung stellt das System eine in sich geschlossene
Einrichtung dar, die verwendet werden kann zum Messen, zum Erzeugen und zur Kontrolle von Gasströmung für verschiedene
Anwendungen wie die Lieferung von Gas, die Erzeugung von genau proportionierten Mischungen von zwei oder mehr Gasen,
die Kalibrierung von Meßeinrichtungen für Gase und für verschiedene
Produktions- und Inspektionsverfahren, in denen das Messen und die Erzeugung von Gasströmungsgeschwindigkeiten ein wichtiger
oder kritischer Schritt ist.
Wie in Fig. 9 veranschaulicht, ist die absolute-Druckaonde
51 in dem Einlaßrohr 50 arbeitsmäßig mit dem absoluten Druckmeß-
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system 80 verbunden unter Erzeugung eines entsprechenden Analogsignals in Leitung 80a und der Übertragung desselben zu einem
gewünschten Hand- oder automatischen Gasströmungssteuersystem, wie es bei 81 veranschaulicht ist. Die Temperatursonde 52 ist
mit dem Temperaturmeßsystera 83 verbunden und erzeugt ein geeignetes
Analog- oder Digitalsignal 83a und überträgt dasselbe zum Kontrollsystem 81 zur Erzeugung einer geeigneten Korrektur, die
auf die Temperatur des eintretenden gasförmigen Mediums basiert ist. Das Kontrollsystem 81 umfaßt geeignete 'Anzeigemittel zur
Hand- oder automatischen Kontrolle des Schrittmotors 63, und automatische Übertragung des geeigneten Signals auf das Kontrollsystem
84 setzt die Stellung des Kontrollkonus 53 fest und betätigt das Kodiergerät 65 zur Erzeugung eines Signals und zur Übertragung
desselben auf das System 85 zum Fühlen der Stellung des Kontrollkonus, und zur Übertragung des Analog- oder Digitalsignals
85a auf das Kontrollsystem 81.
Die vom Kontrollsystem 81 gesteuerte Gasströmung ist proportional .
Absoluter Druck χ (Stellung + Konstante)
Temperatur + Konstante
Es ist ersichtlich, daß das vorangehend beschriebene System
Gasmassenströmungsgeschwindigkeit von gewünschten Y/erten messen oder erzeugen kann. Jedoch kann es, bei Kombination mit einem geeigneten
Zeitabschnitt-Aufzeichnungsgeräte 77 zum Messen der Zeitspanne, während derer eine konstante Strömungsgeschwindigkeit von
gemessenem Gas stattfand, die Werte der Masse oder des Gewichtes des Gases angeben ksHit, das durch den Venturi während jener Zeit- spanne
hindurchströmte. Zusätzlich könnte eine geeignete Zeitmeß- und Reihenfolge-Kontrolleinrichtung 78 verwendet werden, um die
Strömung des Gases mit einer bestimmten und vorherbestimmten Strömungsgeschwindigkeit und bei einer bestimmten und einer vor-
zu
herbestimmten Zeit des Tages in Gang setzen Ääffiff, um solche Strö-
herbestimmten Zeit des Tages in Gang setzen Ääffiff, um solche Strö-
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SAD ORtGiNAL
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mung in vorherbestimmter Weise und zu einer vorherbestimmten
Zeit zu erhöhen oder zu verringern und um das an einer vorbestimmten
Tageszeit durch Leitungen strömende Gas abzuschalten. Solche Systeme können in verschiedenen Anwendungen sehr vorteilhaft verwendet werden.
Die oben beschriebene Zeitschalter umfassenden Komponenten
sind der Fachwelt wohlbekannt, sind im Handel erhältlich und brauchen nicht im einzelnen beschrieben zu werden.
Obgleich einer der.wichtigsten Vorteile des kritischen Venturimessers
mit veränderlicher Fläche seine Fähigkeit ist, an einer unbegrenzten Zahl von Punkten seines Arbeitsbereiches arbeiten
und schnell für die Arbeit an irgendeinem Punkte in äusserst einfacher und schneller Weise eingestellt werden zu können,
und zwar ohne die Betätigung von zahlreichen Ventilen zur Erreichung der gewünschten Kombination, wie dies bei Venturirohren mit
feststehender Fläche der Fall ist, so wurde doch festgestellt, daß die Verwendung der Kombination von zwei Venturimessern mit
veränderlicher Fläche wichtige Vorteile für viele Anwendungen findet, wie.z.B. in Vergasertestsystemen.
Bei solchen Anwendungen sind zwei Venturimesser mit veränderlicher
Fläche, einer von ihnen verhältnismäßig groß und der andere gewöhnlich kleiner, in zwei zueinander parallelen Strömungskreisen
angeordnet, wobei das gasförmige Medium durch beide Venturi fließt. Innerhalb des Arbeitsbereiches des kleineren
Venturi kann der größere Venturi geschlossen sein und alle Einstellungen werden an dem kleineren Venturi vorgenommen. Vex
kleinere Venturi ist genauer in seinen Einstellungen und ist besser geeignet für die Einstellungen zum lesten von "Leerlauf"-,
und "Übergangs"- ("off idling") Punkten der Vergasertätigkeit. Wenn der gewünschte Betätigungepunkt oberhalb der Kapazität des
kleineren Venturi liegt, wird das System dann mit dem offenen
größeren Venturi betätigt. - ■
■■■'.■ : _ ; ■ λ - . '■ -21 ■■-.:.
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Eine Anordnung der vorangehend beschriebenen Art ist in Fig. 10 veranschaulicht, die ein für die Verwendung in einer
Vergasertesteinrichtung beabsichtigtes Luftströmungskontrollsystem
zeigt. Wie in Mg. 10 dargestellt, umfaßt das System eine Kammer 86, die an seinem Kopf einen Prüfvergaser 87 aufnehmen
kann. Der Prüfvergaser erhält Luft durch die Kopföffnung 88 und
Brennstoff bei 89 von einem geeigneten (nicht dargestellten) Brennstofflieferungssystem. Die Kammer 86 ist mit zwei Luftleitungen
90 und 91 verbunden, die beide ihrerseits durch Leitungen 92 und 93 an eine Vakuumquelle, wie eine (nicht dargestellte )
Vakuumpumpe angeschlossen sind. In die Leitungen 90 und 91 sind Brennstoffabscheidungseinrichtungen 94 und 95 eingeschaltet, die
soviel Brennstoff wie möglich aus der Luft, die durch den Vergaser
hindurchgetreten ist, abscheiden sollen und die den Brennstoff durch die von geeigneten Ventilen V beherrschte Ableitungsrohre
94a und 95a zur Wiederverwendung und aus Sicherheitsüberlegungen über Leitung 94b einem (nicht dargestellten) Gefäß zuleiten
sollen.
In die Leitungen 90 und 91 sind Venturimesser 96 und 97
eingeschaltet. Bei dieser Ausführungsform sind die Venturimesser von der in den Pig. 6 und 7 veranschaulichten Type und jeder derselben
ist mit einem in ähnlicher Weise arbeitenden Schrittmotor
b3 bzw. Kodiergerät 65 versehen. Je eine Drucksonde 51 und eine
Temperatursonde 52 sind in jedem Zuleitungsrohr 90 bzw. 91 der Venturimesser 96 bzw. 97 vorgesehen. Die DruQksonden 51 sind an
das absolute Druck-Meßsystem 98 und die Temperatursonden 52 sind an das Temperaturmeßsystem 99 angeschlossen. Das absolute Druck-Meßsystem
98 ist auch mit einem Druckfühlring 100 verbunden, um den absoluten Druck auf der Stromabwärtsseite der Vergaserdrossel
zu messen. Die Schrittmotoren aer Venturimesser.96 und 97 werden
durch die Steuereinrichtung 101 kontrolliert, an das sie beidet
wie dargestellt, angeschlossen sind. In ähnlicher Weise sind die Kodiergeräte 65 mit dem System 102 zum Fühlen und Anzeigen der
Stellung der Kontrollkonen angeschlossen. Bin Abschlußventil 103
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ist am Boden der Kammer 86 vorgesehen, um die Luftströmung von
der Leitung 91 und dem größeren Venturimesser 97 abzuschalten.
Ein Luftströmungsprogrammkontrollsystem irgendeiner geeigneten Form, wie es durch die Ziffer 104 angegeben ist, wird vorgesehen,
um das Programm in der gewünschten Reihenfolge der vielen Testpunkte des Vergaserarbeitsbereiches zu programmieren.
Das vorangehend beschriebene System der Pig. 10 veranschaulicht nicht ein vollkommenes Vergasertestsystem, sondern nur das
Luftströmungskontrollsystem, das in einer Vergasertestinstallation verwendet werden kann. Bin vollständiges System zum Testen
von Vergasern ist in Fig. 11 veranschaulicht.
Das System der Fig. 11 ist im wesentlichen gleich dem in
Fig. 15 der erwähnten früheren Anmeldung P 17 76 063.3 (unsere
Akte DA-K369) veranschaulichten System, abgesehen von der Verwendung
von zwei Venturimessern mit veränderlicher Fläche anstelle der drei in verschiedenen Kombinationen in der in der
früheren Anmeldung angegebenen Weise verwendeten Venturimesser mit konstanter Fläche. In Anbetracht des vorangehend Dargelegten,
ist nun ersiohtlich, daß das in der vorliegenden Fig. 11 veranschaulichte System schnell auf irgendeinen gewünschten
Punkt des Arbeitsbereiches des PrüfVergasers, um irgendeine gewünschte
Luftströmungsgeschwindigkeit zu erzeugen, eingestellt werden kann; das System der Fig. 15 der früheren Anmeldung ist
dahingegen auf die Punkte beschränkt, an denen die Luftströmung so ist, wie sie durch die Kombination von drei Venturimessern
mit konstanter Fläche erzeugt werden kann.
In der tatsächlichen Praxis des Produktionstestens ist die
Verwendung einer unbegrenzten Zahl von Testpunkten selten erforderlich,
und das System der Fig. 11, das als ein Produktionsinspektionssystem
angesehen werden kann, läßt sich tatsächlich mit nur acht oder weniger Punkten verwenden. Für solche Zahl von
Punkten kann die Verwendung eines pneumatischen Einstellera mit
vier veränderlichen Druckregulatoren 200 zum Einsteilen der DrQa-
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sei in die richtige Stellung für solche Punkte ohne Einführung
eines nennenswerten Irrtums vollkommen ausreichend sein.
Ähnlich der Konstruktion der Pig. 15 der genannten früheren
Anmeldung umfaßt die Konstruktion der Fig. 11 der vorliegenden
Anmeldung einen pneumatischen Drosseleinsteller JO>
der die Vergaserdrossel in eine Stellung bringen kann, in der der Druck innerhalb
der Kammer 86, d.h. auf der Stromabtfärtsseite der ■Vergaserdrossel
dem Druck im Ansaugrohr eines Motors entsprechen würde, dessen Vergaser an dem betreffenden Punkt seines Arbeitsbereiches
arbeitet und die gleiche Luftströmung aufweist. Die Luftströmungsgeschwindigkeit
wird durch ein Luftströmungsanalysiersystem 106 gemessen, das aus verschiedenen Komponenten besteht,
die den absoluten Druck und die Temperatur auf der Stromaufwärtsseite des Venturi fühlen, sowie unmittelbar auf der Stromabwärtsseite
der Vergaserdrossel, und um das pneumatische sich daraus
ergebende Signa}, umzuwandeln mit Hilfe von Wandlern in ein elektrisches
Signal, das auf der elektrischen Anzeigeeinrichtung 107als
auf die Luftströmungsgeschwindigkeit bezogen angezeigt wird. Das System 106 bildet nicht selbst einen Teil der vorliegenden Erfindung,
es ist im Handel erhältlich und braucht daher im einzelnen
hier nicht beschrieben zu werden. Es sei nur kurz aufgezählt v/as einige der in Fig. 11 gezeigten Elemente bedeuten, soweit dies
nicht durch Verwendung der gleichen Ziffern wie in ITg. 10 ersichtlich
ist. 201a und 201b sind die Verbindungen der Drucksonden, und 202a und 202b die Verbindungen der Temperatursonden des
kleinen Venturi 96 bzw. des großen Venturi 97 mit dem Analysiersystem
106. Leitung 203 überträgt das Ansaugvakuum. 204 ist der Analogrechner, 205 der Elektrische/Pneumatik Wandler, 206 das
Spannungsteiler-Netzwerk, 207 die Druckluftzufuhr, und 208 die
Brennstoffzuleitung.
Die Brennstoffströmung, die im Vergaser durch die Luftströmung
induziert wird, wird auf der Vorrichtung in der gleichen
Weise wie bei dem System der Fig. 15 der früheren Anmeldung ange-
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zeigt. Dasselbe trifft zu in Bezug auf die Anzeige des sich ergebenden Mischungsverhältnisses auf der Vorrichtung 109. Somit
wird ins Einzelne gehende Beschreibung solcher Betätigung hier als nicht notwendig angesehen.
-4-2 veranschaulicht die Tatsache, daß gleiche Inkremente
der Bewegung des Kontrollkonus innerhalb seines Bewegungsbereiches nicht gleiche Änderungen im wirksamen Bereich der Einschnürung des Venturi erzeugen, da die Änderung in solcher Fläche größer ist bei Annäherung des Kontrollkonus an seine vollkommenen
geschlossenen Stellung und abnimmt bei Bewegung von dieser Stellung weg. Es muß verstanden werden, daß in Anbetracht
des vorangehend Dargelegten, die solche Beziehungen veranschaulichende und in einem Koordinatensystem aufgetragenen Linie Prozente
der Flächenvergrößerung zu Luftströmung nicht eine gerade Linie, sondern eine Kurve bildet. Dies ist wichtig bei der Erzeugung
unter der Verwendung grafischer Repräsentation der obigen Beziehung, insbesondere für Zwecke der Projektion der fraglichen
Werte.
Fig. 12 ist eine grafische Darstellung der prozentualen Änderung der wirksamen Fläche der Venturieinschnürung pro
Schritt oder Inkrement der Bewegung des Kontrollkonus und Luftströmungsgeschwindigkeit
bei 381 mm Hg-Säule absolutem Stromaufwärtsdruck.
In Fig. 12 bedeuten: X·= Luftströmung in 0,454 kg/min bei 381 mm Hg absolutem Druck,· X = $ Änderung in der wirksamen Fläche
der Venturieinschnürungj 209 = kleiner Venturi mit 2,54 cm
Durchmesser und 25»4 cm Hub} 210 = Beginn der zweiten Düse;
211 = großer Venturi mit 5,08 cm Durchmesser und 31»8 cm Hubj
212 = großer Venturi mit 5»36 cm Durchmesser und 31,8 cm Hub.
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In Pig. 12 sollte beachtet werden, daß die im Bereich einer
Luftströmung von 0 bis 3,4 kg pro Minute aufgetragene Kurve 209 den kleineren Venturi betrifft.
Die innerhalb des Luftströmungsbereiches von 3,4 kg pro Minute
bis 17,7 kg pro Minute aufgetragenen Kurven sind für zwei
Venturi, wobei die obere Kurve 212 für den Venturi mit 5,36 cm Einschnürungsdurchmesser und 31,8 cm Hub des Kontrollkonus zutrifft;
die untere Kurve 211 ist für den Venturi mit 5,08 om Einschnürungsdurchmesser
und 31,8 cm Hub des Kontrollkonus.
]?ig. 13 zeigt den bzw. die kritischen Venturimesser mit veränderlicher
Fläche, der in Kombination mit anderer Instrumentation verwendet werden kann zum Messen und Anzeigen von Luftströ—
mungsgeschwindigkeiten in einem Vergasertestsystem zur Lieferung von tatsächlichen Werten desselben statt der Prozentabweichung
vom Arbeiten eines Mustervergasers wie in der genannten früheren
Anmeldung. Somit repräsentiert dies System tatsächlich ein Laboratoriumstestsystem
anstelle eines Produktionsinspektionssystems.
Das in lig. 13 veranschaulichte System umfaßt allgemein drei
Untersysteme: das BrennstoffZuführungssystem, das Vergasersystem
und das Luftströmungssystem. Das Brennstoffsystem«,umfaßt Brennstoff
Zuführungsmittel 213, die Brennstoff durch einen Brennstoffdruckregulator 115 und danach durch eine lineare Massenströmungsmeßvorrichtung
116 liefern. Beiderseits der Strömungsmeßvorriohtung 116 sind zwei Wandler 117 und 118 verbunden, die Information
über die Brennstoffströmungsgeschwindigkeit der Computer-Interface
119 und von dort dem Computer 120 zuleiten.
Da der Ausdruck "Computer-Interface" an verschiedenen Stellen benutzt werden wird, so sei verstanden ι daß eine Computer-Interface
nur die Signale, die in einer Form von dem Wandler oder
einer anderen Vorrichtung empfangen werden, in Signale ändert, die in den Computer eingeführt werden können. Sie führt auch die
umgekehrte Punktion aus, Indem Signale, die vom Computer kommen,
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durch die Computer-Interface gehen und von Computersprache in
Signale geändert werden, die andere Vorrichtungen, wie elektrische Motoren, betätigen können.
Nachdem der Brennstoff durch den Flußmesser 116 hindurchtritt, wird sein Druck durch einen Brennstoffdruckanzeiger 121
gemessen, worauf es in den Prüfvergaser 87 eintritt. Solche Betätigung
des BrennstoffZuführungssystems wird induziert durch
das Luftströmungssystem, das zur Erzeugung und zum Messen irgendeiner
gewünschten Luftströmung durch den Prüfvergaser dient.
Dies geschieht mittels zweier Venturimesser 96 und 97 mit veränderlicher Fläche, die einzeln oder in Kombination in Abhängigkeit
von der gewünschten Luftströmung arbeiten.
Die Betätigung der Venturimeter mit veränderlicher Fläche
und ihrer Temperatur- und Drucksonden 51 und 52, ihrer Schrittmotoren
63 und Kodiergeräte 65 bleibt im wesentlichen die gleiche wie sie oben in Bezug auf Fig. 10 und 11 auseinandergesetzt
worden ist. Für dieses System brauch nur noch erwähnt zu werden, daß die Signale von der Temperatur- und der Drucksonde sowie das
•Kodiersignal, in die Computer-Interface 119 eingeführt und von dort dem Computer 120 zugeleitet werden. Von all diesen Signalen
sowie von, was in dem Computer programmiert ist, kann der Computer
dem Schrittmotor 63 ein richtiges Ausgangssignal geben. Als Ergebnis werden die Stellungen der Kontrollkonen der Venturimeter mit veränderlicher Fläche sowie die Vergasereinstellungen,
einschließlich der Drosseleinstellung, auf irgendeinen programmierten Testpunkt eingestellt. Außerdem kann der Computer 120,
wenn er so programmiert ist, Informationen und Anzeigen bezüglich
der Brennstoffströmung bei 214» des Ansaugvakuums bei 215, des
Zündfunkenvakuums bei 216, der Luftströmungsgesohwindigkeit bei ^
217» des Brennstoff-zu-Luftverhältnisses bei 218 und andere gewünschte
Informationen liefern.
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Soweit nicht für entsprechende Elemente die gleichen Ziffern
wie in Fig. 10 und 11 verwendet sind, sei kurz erwähnt, daß in Fig. 13 bedeutet: 219 = verschiedene Wandler, 220 = Drossel-Einstellung,
221 = zur Drosseleinstellungsschraube.
Das vorangehend, besonders in Fig. 12 und 13, beschriebene Vergasertestsystem ist bei Herstellung und Zusammenbau in ihrer
physikalischen Form mit den notwendigen strukturellen und sekundären funktioneilen Zusätzen in den Fig. 1 und 2 veranschaulicht.
Fig. 1 zeigt ein Vergasertestsystem mit einer Haube 125, die ein Fenster 126 aufweist und auf Führungen 12? bewegbar ist,
so daß sie angehoben oder auf einen Prüfvergaser 87 herabgesenkt werden kann, um die Umgebungszustände, die die Testergebnisse beeinflussen
können, zu kontrollieren. Die Wand des Sockels ist teilweise fortgebrochen, um den Körper 15 des kritischen Venturimessers
mit veränderlicher Fläche sichtbar zu machen.
Die Einrichtung der Fig. 2 ist eine abgeänderte Konstruktion,
die bestimmt ist für Aufstellung in einem kontrollierten Raum mit stabilisierten Umgebungszuständen, die die Vorsehung
der mit Fenster versehenen Haube unnötig machen. Die mit 130 bezeichnete
Vorrichtung ist eine tragbare Steuereinrichtung, die einen Computer 120 mit Computer-Interface 121 aufweist. Diese
Einrichtung ist zwecks Verwendung mit verschiedenen Einrichtungen
beweglich und kann mit letzteren durch ein elektrisches Kabel 132 verbunden werden.
Somit Bind ein verbesserter Venturimesser und ein Kontrollsystem
für gasförmige Media geschaffen, durch die die eingangs aufgeführten Ziele und zahlreiche weitere zusätzliche Vorteile
erreicht werden.
Ansprüche - 28 -
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*/»■·■
Claims (1)
- DA-K508 - 28 -Ansprüche1. Venturimesser mit einem einen Venturidurchlaß und eine Einschnürung aufweisenden Körper, dadurch gekennz., daß ein Kontrollkonus (25) beweglich in dem Durchlaß und gleichaxig zu demselben angeordnet ist, wobei die Spitze des Konus (25) gegen den Strom des Fluidums gerichtet und wahlweise längs des Venturi in die Einschnürung (19) herein und aus derselben herausbewegbardie ist, um die Fläche des Durchlasses und infolgedessen Fluidumströmung durch dieselbe zu verkleinern bzw. zu vergrößern.2. Venturimesser nach Anspruch 1, dad. gek.', daß der Kontrollkonus (25) eine gradlinige Erzeugende und einen vorbestimmten Konuswinkel hat, so daß die Fluidumströmung durch die Einschnürung (19) in genau gradliniger Proportionalität zu den Abständen zwischen den Längsbewegungen des Kontrollkonus (25) verkleinert bzw. vergrößert wird.3. Venturimesser nach Anspruch 1 oder 2, gek. durch Mittel (26, 27, 30 und 38, 46), um den Kontrollkonus (25) an einer vorbestimmten ausgewählten Stellung zu halten zwecks kontinuierlicher Erzeugung einer vorbestimmten Fluidumströmung.4. Venturimesser nach Anspruch 3» dad. gek., daß ein selbstfeststellender Schrauben- und'Mutternmechanismus (30,40, 60,68) zur Bewegung des Konus (.25) und zum Halten desselben in Stellung dient.5· Venturimesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dünnste Teil des Kontrollkonus (25) in die Ebene der Einschnürung (19) zwecks maximaler Fluidumströmung bringbar ist und daß der Kontrollkonus (25) an seinem dicksten Teil einen kolbenartigen Flansch (33»56,74a) aufweist, der den sich erweiternden Teil des Venturi schließen und somit Fluidumströmung durch den Venturi unterbrechen kann.0 0 9818/ 1 181 - 29 -DA-K508 ■ - 29 -6. Venturimesser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dad. gek., daß der eingeschlossene Winkel des Kontrollkonus (25) ungefähr 3° beträgt unter Schaffung eines Kontrollkonus, dessen Länge wesentlich größer als die Länge des Venturidurchlasses (16) ist, wodurch der Weg des Kontrollkonus (25) und die Genauigkeit des Messens seiner Bewegung und somit der Pluidumströmung erhöht werden.7. Venturimesser nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dad. gek., daß ein elektrischer in gleichförmigen Winkelschritten steuerbarer Schrittmotor (63) mit dem Schrauben- und Mutternmechanismus (60,61) verbunden ist, und daß ein Kodiermechanismus (65) durch den Motor (63) betätigt wird und die Schritte des Motors (63) auf Längsstellung des Kontrollkonus (25) im Venturi (16) und somit auf die 3?lüssigkeitsmassenströmungsgesehwindigkeit bezieht.8. Venturimesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche» dad. gek., daß der Kontrollkonus (25) an seiner Spitze einen zylinderischen Endteil (25a) aufweist, der sich in der voll ausgezogenen Stellung des Konus in den sich verjüngenden Teil (17) des Venturi (16) erstreckt.9ο Venturimesser nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dad. gek., daß der Verjüngungswinkel des sich verjüngenden Teils (18)des Venturi ungefähr 12° beträgt. .10. System, vorzugsweise unter Verwendung eines Venturimessers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, um wahlweise eine Gasmassenströmungsgesohifindigkeit zu messen, zu erzeugen und zu kontrollieren, dad. gek., daß das System einen Venturimesser aufweist, der an allen Punkten seines Arbeitsbereiches kritisch betätigbar ist} daß Mittel (2.5) vorgesehen sind, um die wirksame Fläche der Einschnürung (19) des Venturimessera zu verkleinern oder zu vergrößern| daß ein Schrittmotor (63) vorgesehen ist, zur Betätigung der vorgenannten Mittel (25) j daß Kontrollmittel (84)0098 18/1181DA-K508 - 30 - ■■■■■.." ■für den Schrittmotor (63) vorgesehen sind, um die Drehung des letzteren zu veranlassen und zwar wahlweise durch eine bestimmte Zahl von Drehschritten; daß aine Kodiereinrichtung (65) ein auf die Zahl der Drehschritte des Motors (63) bezogenes Signal erzeugt} daß eine Drucksonde (51) und eine Temperatursonde (52) auf der Stromaufwärtsseite (50) des Venturi eingebaut sind; daß ein Meßsystem (80) für die Drucksonde (51) und ein Meßsystetn (83) für die Temperatursonde (52) vorgesehen sind zur Erzeugung von Signalen, die auf den absoluten Druck bzw. die Temperatur des einströmenden gasförmigen Pluidums bezogen sind; daß ein Kontrollsyatem (81) Korrekturen für den Druck und die Temperatur des einströmenden gasförmigen Fluidums durchführen kann unter Abgabe eines Signals, das die gasförmige Fluidummassenströmungsgeschwin- -digkeit durch den Venturi anzeigt; und daß Mittel (80a, 83a) vorgesehen sind zum Übertragen der auf den absoluten Druck und die Temperatur bezogenen Signale des einströmenden gasförmigen Fluidums auf das Kontrollsystem (81).11. System nach Anspruch 9» dad. gek., daß es ein Zeitabschnittaufzeichner (77) aufweist, der den Zeitabschnitt aufzeichnet, währenddessen eine gleichförmige Strömungsgeschwindigkeit stattfand, und der somit die gesamte Masse gasförmigen Fluidums, die durch den Venturi während dieses Zeitabschnittes hindurchgetreten ist, anzeigt.12. System nach Anspruch 11, gek. durch einen Zeitgeber (.78) zum Einleiten und Anhalten der Gasströmung an vorherbestimmter Zeit.13. Apparat zum Testen von Vergasern an einer Mehrzahl von Punkten seines Arbeitsbereiches, vorzugsweise unter Verwendung eines Venturimeters nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder vorzugsweisezur Durchführung des Systems nach einem der Ansprüche. 10 bis 12, dadurch gek., daß der Apparat eine abgedichtete Kammer (86) zur abgedichteten Aufnahme eines PrUfvergasers (87) auf seiner Außenseite und zum Halten desselben während der Prüfung0098 18/1181 - 31 -DA-K508 " ' - .31 - 'aufweist; daß ein mit einer Einschnürung versehener Venturimeter (96) mit der Kammer auf der Stromabwärtsseite der Vergaserdrossel abgedichtet verbunden ist; daß Mittel zur Erzeugung eines Vakuums auf der Stromabwärtsseite des Venturis vorgesehen sind; daß ein Eontrollkonus (53) innerhalb des Venturis so angeordnet ist, daß seine Spitze gegen die Strömung gerichtet und der Konus innerhalb des Venturi (96) bewegbar ist, um wahlweise die wirksame Fläche der Venturieinschnürung und damit entsprechend die Luftmassenströmungsgeschwindigkeit entsprechend zu verändern; und daß Meßvorrichtungen die Stellung des beweglichen Kontrollkonus (53) auf die Luftmassenströmungsgeschwindigkeiten über den gesamten Arbeitsbereich des Venturimeters beziehen.14. Apparat nach Anspruch 13»~gek.. durch Mittel zum Bewegen des Kontrollkonus in die Venturieinschnürung herein und aus derselben heraus in Form eines sich selbst feststellenden Schrauben- und Mutternmechanismus; einen diesen Mechanismus kontrollierenden elektrischen Schrittmotor (63); und Meßmittel in Gestalt eines von dem Motor (63) betätigten Kodiergerätes (65), das Anzeigen der Konusstellungen auf der Basis der Anzahl von Drehschritten des Schrittmotors (63) liefert.15. Apparat nach Anspruch 13 oder 14» gek. durch Druck- und Temperatursonden (51 bzw. 52) auf der Stromaufwärtsseite des Venturimessers (96) zwecks Durchführung"von Korrekturen in der Luftströmungsgeschwindigkeit für den Druck und die Temperatur der einströmenden Luft; und durch ein Kontrollsystem (104), das die Signale von den Sonden (51 bzw. 52) empfängt und solche Korrektur durch Kontrolle der Bewegungen des Kontrollkonus (53) durch-" führt. :16. Apparat nach Anspruch 15, gek. durch einen Brennstoffabscheider (94 und 95) auf der Stromaufwärtsseite der Druck- und Temperaturaonden (51 und 52).- 32 009818/1181DA-K508 - 3.2 -17o Apparat nach Anspruch 15 oder 16, gek. durch ein absoluten Druck messendes System (9-8), das mit der Drucksonde (51) verbunden ist, und ein Temperaturmeßsystem (99), das mit der Temperatursonde (52) verbunden ist018. Apparat nach Anspruch 17» gek. durch eine Druckfühleinrichtung (100), die unmittelbar auf der Stromabwärtsseite der Vergaserdrossel angeordnet und mit dem den absoluten Druck messenden System (98) verbunden ist.19. Apparat nach Anspruch 18, gek.' durch ein Luftströmungsprogrammkontrollsystem (104)· ■20. Apparat, vorzugsweise unter Verwendung eines Venturimeters nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder vorzugsweise zur Durchführung des Systems nach einem der Ansprüche 10 bis 12 oder vorzugsweise unter Verwendung eines Apparates nach einem der Ansprüche 13 bis 19, zur Erzeugung und zum Messen einer Massenströmung von gasförmigen Medien mit vorDestimmten Geschwindigkeiten, dadurch gek., daß der Apparat eine Leitung (20) aufweist, durch die ein gasförmiges Medium strömen kann; daß ein Venturimesser mit einer Einschnürung (19) in diese Leitung eingefügt ist; daß Mittel zur Erzeugung von Gasströmung durch die Leitung und den Venturimeter vorgesehen sind; daß ein Kontrollkonus (25, 42), der eine gradlinige Erzewgende hat und einen Winkel von weniger als 10 einschließt, in der Leitung so angebracht ist, daß die Spitze des Konus gegen die Strömung gerichtet und gleichachsig in der Leitung in die Einschnürung (19) des Venturis herein bzw. aus derselben heraus beweglich ist zwecks Verringerung und Vergrößerung der wirksamen Fläche des Venturi und somit der Massengasströmungsgeschwindigkeit durch den Venturimesser; daß von Hand betätigte Mittel (31, 43) vorgesehen sind zur Bewegung des Kontrollkonus (25,42); daß lineare Meßeinrichtungen (28,44) die Stellung des Kontrollkonus (25,42) in Bezug auf die Einschnürung. (19) identifizieren zwecks Inbeziehungbringens solcher Stellungen zu den Gasströmungsgeschwindigkeiten bei verschiedenen Stellungendes Kontrollkonus (25*423 ^1BU. UJBJL-ORiGJNAL INSPECTED
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