DE19615857C1 - Vorrichtung zur Erzeugung eines definierten Luftmengenstroms - Google Patents

Description

In der modernen Technik gibt es eine ganze Reihe von Prozessen, bei denen genau definierte Fluidmengenströme, beispielsweise Gasmengenströme, verwendet werden. Diese genaue Einstellung der Gasmengenströme geschieht entweder durch Verwendung entsprechender Stelleinrichtungen oder durch Verwendung von exakt kalibrierten Stromventilen. Ein Beispiel für die Anwendung genauer Strommengenmeßgeräte sind beispielsweise die Luftmengenmesser, wie sie in modernen Kraftfahrzeugen verwendet werden, um das exakte stöchiometrische Verhältnis von Luft zu Kraftstoff ein­ zustellen, damit keine unnötigen Schadstoffe ausgestoßen werden.

In allen Fällen ist es für den Hersteller erforder­ lich, die von ihm produzierten Luftmengenmesser oder die Stromventile exakt zu kalibrieren, damit die Fehler, also entweder der Meßfehler bei den Geräten der ersten Art oder der Dosierungsfehler bei den Vorrichtungen der zweiten Art so klein wie möglich gehalten werden.

Bei der Kalibrierung von Fluidmeßgeräten oder Strom­ ventilen treten nicht unbeachtliche technische Probleme auf, die von dem Kalibriergerät selbst herrühren, mit dem beispielsweise definierte Fluidmengenströme erzeugt werden sollen. Diese Schwierigkeiten nehmen wegen der Forderung zu, nicht nur eine Fluidstrommenge, sondern einen ganzen Bereich von Fluidstrommengen, bereitstellen zu müssen. Für gewöhnlich müssen beispielsweise Luftmengenmeßfühler an mehreren Punkten ihres Arbeitsbereichs kalibriert werden.

Hierzu ist es aus der US-5 442 957 bekannt, in einem Prüfstand eine kalibrierte Luftmenge für den zu prüfenden Sensor zur Verfügung zu stellen. Die kalibrierte Luftmenge wird erzeugt, indem aus dem Satz von kalibrierten Düsen jeweils eine in dem Einlaß einer Unterdruck- oder Saug­ pumpe angeordnet wird. Sobald eine andere Luftmenge benö­ tigt wird, wird die Düse herausgenommen und durch eine andere ersetzt.

Die verwendeten Düsen sind sogenannte "sonic nozzles", die im Bereich mit kritischer Strömung betrieben werden. Hierdurch wird eine sehr genaue Luftströmung erzeugt. Die Luftmenge ist nicht stufenlos veränderbar.

Die US-4 063 449 beschreibt einen Prüfstand zur Untersuchung der Luftströmung an Leitschaufeln von Axial­ verdichtern. Der Prüfstand ist eher eine Art Windkanal, bei dem die durch den Prüfling strömende Luftmenge mit Hilfe eines verstellbaren Stromventils und einer Druck­ meßeinrichtung einreguliert wird. Die Anordnung ist nicht geeignet, Luftmengensensoren zu kalibrieren, da sie hier­ für zu ungenau arbeitet.

Aufgabe der Erfindung ist es deswegen, eine Vorrich­ tung zur Erzeugung eines Fluidstroms mit einem vorgebbaren Mengenstrom zu schaffen, die bei vergleichsweise geringem apparativem Aufwand eine sehr genaue Bemessung des Mengen­ stroms gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vor­ richtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird von dem Umstand Gebrauch gemacht, daß nicht verstellbare, also feste Stromventile, bei ordnungsgemäßem Einbau eine sehr exakte Fluidmengenstrombegrenzung gewährleisten, solange sie im richtigen Betriebsbereich betrieben werden. Die Hinzunahme der verstellbaren Mengenstromdosiereinrichtung erweitert den Meßbereich, indem ausgehend von dem Mengenstrom, der durch das fixe Stromventil festgelegt ist, zusätzliche Mengenströme fein einstellbar hinzuaddierbar sind.

Andererseits wird der Kalibrierungsfehler klein gehalten, weil wegen der Zumischung durch das feste Strom­ ventil die veränderbare Mengenstromdosiereinrichtung keinen großen zusätzlichen Meßfehler erzeugen kann. Ins­ besondere ermöglicht es die Aufteilung des Gesamtmengen­ stroms auf das feste Stromventil und die einstellbare Mengenstromdosiereinrichtung, die einstellbare Mengen­ stromdosiereinrichtung bei niedrigen Mengendurchsätzen zu betreiben, was der Genauigkeit wesentlich zugute kommt. Außerdem kann ihr Verstellhub klein gehalten werden, denn der fehlende Bereich kann mittels des festen Stromventils ergänzt werden.

Die Genauigkeit läßt sich verbessern, wenn in dem Strömungsweg der einstellbaren Mengenstromdosiereinrich­ tung eine Mengenstrommeßeinrichtung angeordnet ist. Da diese Mengenstrommeßeinrichtung im unteren Mengenstrombe­ reich arbeitet, kann sie für kleine Mengenströme dimensio­ niert werden und damit mit einer sehr hohen Meßgenauigkeit arbeiten.

Mengenstrommeßeinrichtungen, die mit hoher Genau­ igkeit arbeiten, verwenden ein Laminarflow-Element, bei dem der Druckabfall dem Mengenstrom proportional ist. Solche Meßeinrichtungen sind hochgenau, jedoch in ihrem Meßbereich eingeschränkt, was bei der vorgegebenen Auf­ teilung des bereitzustellenden Mengenstroms jedoch keine Einschränkung mehr darstellt.

Wenn beispielsweise der Einstellhub der einstellbaren Mengenstromdosiereinrichtung genauso groß ist wie der Mengenstrom, der mit Hilfe des festen Stromventils bereit­ gestellt wird, läßt sich ein Meßbereich überdecken, der von fast null bis zum doppelten des Mengenstroms reicht, der durch das fixe Stromventil vorgebbar ist. Gleichzeitig ist bei dem maximal möglichen Mengenstrom, der sich zu­ sammensetzt aus dem Mengenstrom aus dem fixen Stromventil und dem maximalen Mengenstrom von der einstellbaren Men­ genstromdosiereinrichtung, der auftretende Dosierungs­ fehler kleiner als derjenige Dosierungsfehler, der sich ergibt, wenn derselbe Mengenstrom nur von einer einstell­ baren Mengenstromdosiereinrichtung kommt. Dies gilt unter der Annahme, das fixe Stromventil hat einen relativen Dosierungsfehler, der kleiner ist als der relative Dosie­ rungsfehler der einstellbaren Mengenstromdosiereinrich­ tung.

Um dies zu verdeutlichen, sei ein Zahlenbeispiel angenommen: Der Dosierungsfehler der einstellbaren Mengen­ stromdosierungseinrichtung sei bei Maximaleinstellung ca. 5%, während der Dosierungsfehler des festen Stromventils bei 1% liegt. Wenn beide Mengenströme gleich groß sind, wird bei maximalem Gesamtmengenstrom ein Dosierungsfehler von 3% erreicht.

Der zu überdeckende Arbeitsbereich der neuen Vor­ richtung läßt sich erweitern, wenn zusätzlich zu dem einen festen, d. h. unverstellbaren Stromventil noch wenigstens ein weiteres unverstellbares Stromventil hinzukommt. Die Mengenströme der festen Stromventile können binär geteilt sein, womit sich durch Zu- und Abschalten der festen nicht verstellbaren Stromventile beliebige Mengenströme in einem sehr großen Bereich einstellen lassen. Der kleinste Men­ genstrombereich, der von null bis eins reicht oder dem kleinsten Sprung zwischen den festen Stromventilen ent­ spricht, wird dabei zweckmäßigerweise von der einstell­ baren Mengenstromdosiereinrichtung überdeckt.

Die variable Mengenstromdosiereinrichtung kann entwe­ der durch ein verstellbares Stromventil oder eine Leckage­ einrichtung gebildet sein, mit der eine Bypassströmung zum Prüfling eingestellt werden kann. Hierbei liegt zweckmäßi­ gerweise die Mengenstrommeßeinrichtung zwischen dem Prüf­ ling und der Leckageeinrichtung.

Um den gewünschten Druckabfall an den Stromventilen bzw. der einstellbaren Mengenstromdosiereinrichtung zu erzeugen, wird eine Pumpe verwendet, die je nachdem, ob sie stromauf- oder stromabwärts des Prüflings angeordnet ist, als Saug- oder als Druckpumpe ausgestaltet sein kann. Es ist aber auch denkbar, die ganze Anordnung in einem ge­ schlossenen Kreis arbeiten zu lassen, was dann von Vorteil ist, wenn Verunreinigungen möglichst vermieden werden sollen oder definierte Fluidparameter eingehalten werden müssen, um die Messung nicht zu verfälschen oder den Arbeitsbereich ausdehnen zu können.

Eine technisch sehr einfache Ausführung der neuen Vorrichtung wird erreicht, wenn sie zwischen zwei Sammlern mehrere an die Sammler angeschlossene Rohrleitungen ent­ hält. Jede der Rohrleitungen ist entweder mit einem der festen Stromventile oder mit der einstellbaren Mengen­ stromdosiereinrichtung versehen.

Im übrigen sind Weiterbildungen der Erfindung Gegen­ stand von Unteransprüchen.

In der einzigen Figur der Zeichnung ist ein Ausfüh­ rungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung schematisiert veranschaulicht.

Die Figur zeigt in stark schematisierter Form und teilweise aufgebrochen eine Vorrichtung 1 zum Erzeugen eines genau bemessenen Fluidstroms, wobei das Fluid von Luft gebildet ist. Die Vorrichtung 1 weist zwei kastenför­ mige Sammler 2 und 3 auf, zwischen denen sich mehrere Rohrleitungen 4a, 4b, 4c und 4d erstrecken. Diese Rohrlei­ tungen 4 sind endseitig strömungsmäßig mit den kastenför­ migen Sammlern 2 und 3 verbunden.

Wie in dem aufgebrochenen Abschnitt des Rohrleitung 4a zu erkennen ist, sitzt in der Rohrleitung 4a ein zu­ gehöriges Stromventil 5a, das in Form einer Laval-Düse ausgebildet ist. Die Lavaldüse 5a ist in Richtung zu dem Sammler 3 hin verschoben und an ihr sind im wesentlichen drei Abschnitte zu erkennen, nämlich ein Einlaufabschnitt 6a, eine Einschnürung 7a sowie ein trichterförmiger Aus­ laßabschnitt 8a. Der Einlaßabschnitt 6a ist, wie bei Laval-Düsen üblich, sehr viel kürzer als der Auslaßab­ schnitt 8a. Außerdem gehen diese erwähnten Abschnitte glatt und verrundet ohne Sprünge ineinander über. Auf diese Weise kann an der schmalsten Stelle der Laval-Düse 5a, nämlich bei der Einschnürung 7a, eine Überschallströ­ mung erzeugt werden.

Aufgrund der oben gegebenen Erläuterung zu der Laval-Düse 5a ergibt sich die Strömungsrichtung durch die Rohr­ leitung 4a, nämlich von dem Sammler 2 zu dem Sammler 3.

In Strömungsrichtung hinter der Laval-Düse 5a befin­ det sich ein Absperrventil 9a, das beispielsweise von einer in der Rohrleitung 4a drehbaren Drosselklappe 11a gebildet ist, die mittels einer Welle 12a in der Rohrlei­ tung 4a schwenkbar gelagert ist. Die Betätigung des Ab­ sperrventils 9a erfolgt durch einen nicht gezeigten Stell­ antrieb.

Die oben erwähnte Überschallströmung in der Laval-Düse 5a stellt sich nur dann ein, wenn an der Laval-Düse 8 ein vorgegebener Mindestdruckabfall auftritt. Dieser Mindestdruckabfall wird mit Hilfe zweier Druckaufnehmer 13a und 14a gemessen, die so gestaltet sind, daß sie den statischen Druck der Luftströmung vor oder hinter der Laval-Düse 5a erfassen. Die Druckaufnehmer 13a und 14a sind mechanisch elektrische Wandler, so daß ihre Ausgangs­ größe ein dem Druck proportionales elektrisches Signal ist, das in eine schematisch angedeutete Steuereinrichtung 15 eingespeist wird. Die elektrischen Verbindungen zwi­ schen den Druckaufnehmern 13a und 14a einerseits und der Steuereinrichtung 15 andererseits sind aus Übersichtlich­ keitsgründen nicht mit veranschaulicht. An die Steuer­ einrichtung 15 ist auch der Stellantrieb des Absperrven­ tils 9a angeschlossen.

Die Rohrleitungen 4b, 4c und 4d sind in der gleichen Weise ausgerüstet wie die Rohrleitung 4a, weshalb die dort befindlichen Bauelemente mit derselben Dezimalzahl und einem der Kennzeichnung der betreffenden Rohrleitung entsprechenden Buchstaben als Bezugszeichen bezeichnet sind. Der wesentliche Unterschied zwischen den verschiede­ nen Laval-Düsen 5a . . . 5d besteht in der Luftmenge, die durch die betreffende Einschnürung 7 durchströmen muß, damit in der Einschnürung 7 sich die Überschallströmung einstellt. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind die gezeigten Laval-Düsen 5 derart dimensioniert, daß sich die Luftmengenströme wie 1 : 2 : 4 : 8 verhalten, d. h. die Laval-Düse 4d gestattet den einfachen Luftdurchsatz, während die Laval-Düse 5c den doppelten, die Laval-Düse 5b den vierfa­ chen und die Laval-Düse 5a den 8fachen Durchsatz hat.

Wie zu erkennen ist, sind die Rohrleitungen 4a . . . 4d mit Hilfe der kastenförmigen Sammler 2 und 3 strömungs­ technisch parallelgeschaltet. Durch Öffnen oder Schließen der Absperrventile 9a . . . 9d lassen sich entsprechend Strom­ ventile zu- oder abschalten und damit in Stufen alle beliebigen Mengenströme zwischen dem ein- und dem fünf­ zehnfachen des Mengenstroms einstellen, den das Stromven­ til in Gestalt der Laval-Düse 5d gestattet.

Um zusätzlich zu der stufenförmigen Einstellung des Mengenstroms noch eine kontinuierliche Einstellung zu ermöglichen, ist eine weitere Rohrleitung 16 zwischen die beiden Sammler 2 und 3 gelegt. Diese zusätzliche Rohrlei­ tung 16 enthält, wie in dem aufgebrochenen Teil zu erken­ nen ist, ein sogenanntes "Laminarflow-Element" 17. Ein Laminarflow-Element ist ein Strömungswiderstand für ein Fluid, das konstruktiv so gestaltet ist, daß in dem Laminarflow-Element innerhalb des zulässigen Betriebsbereiches eine laminare Strömung auftritt. Bei einer laminaren Strömung in dem Laminarflow-Element ist der Druckabfall dem Mengenstrom strikt proportional. Oberhalb des zulässi­ gen Mengenstroms würde die Strömung in dem Laminarflow-Element turbulent werden, weshalb derartige Laminarflow-Elemente einen verhältnismäßig eingeschränkten Meßbereich haben.

Zur Erfassung des Mengenstroms durch das Laminarflow-Element 17 sind zwei weitere zugehörige Drucksensoren 18 und 19 vorhanden, mit denen der Druckabfall über das Laminarflow-Element 17 erfaßt wird. Auch diese Drucksen­ soren 18, 19 sind an die zentrale Steuerung 15 angeschlos­ sen und berechnen aufgrund des erfaßten Differenzdrucks in Verbindung mit der Kenngröße des Laminarflow-Elementes 17 den durch dieses hindurchfließenden Mengenstrom. Anstelle des Laminarflow-Elements 17 in Verbindung mit den beiden Drucksensoren 18, 19 kann auch ein anderes genaues Mengen/Massenstrommeßsystem verwendet werden.

Stromabwärts des Laminarflow-Elementes 17, d. h. zwischen dem Laminarflow-Element 17 und dem Sammler 3 mündet in die Rohrleitung 16 eine Abzweigleitung 20, in der ein verstellbares Absperrventil 21 angeordnet und zur Atmosphäre hin offen ist. Das Absperrventil 21 ist wieder­ um schematisch als Drosselklappenventil veranschaulicht, bestehend aus einer Drosselklappe 22, die auf einer in der Abzweigleitung 20 gelagerten Welle 23 sitzt. Mittels eines nicht veranschaulichten Stellantriebs kann die Drossel­ klappe 22 in jede beliebige Stellung zwischen der Absperr­ stellung und der vollständigen Offenstellung gebracht werden. Die Betätigung des Stellantriebs geschieht von der zentralen Steuerung 15 aus. Hierdurch kann in der Rohrlei­ tung 16 eine gezielte Leckage erzeugt werden, die den Durchsatz durch die Rohrleitung 16 bzw. das Laminarflow-Element regelt.

Um die gewünschte Luftströmung in den Rohrleitungen 4a . . . 4d und 16 zu erzeugen, geht von dem Sammler 3 eine Rohrleitung 24 weg, die an die Saugseite eines entspre­ chend leistungsfähigen Gebläses 25 angeschlossen ist. Dieses Gebläse kann von einem Seitenkanalverdichter, einem Radialverdichter oder einer anderen Einrichtung gebildet sein. Zweckmäßigerweise wird für das Gebläse 24 eine Bauart gewählt, die einen verstellbaren Mengendurchsatz hat, um unnötige Leistungsverluste auf der Antriebsseite des Gebläses 25 zu vermeiden.

Von dem Sammler 2 geht eine Anschlußleitung 26 weg, die an ihrem von dem Sammler 2 abliegenden Ende mit An­ schlußeinrichtungen zum Anschließen eines Prüflings 27 versehen ist. Der Prüfling 27 ist beispielsweise ein Luftmassenmeßsystem, wie es heute in elektronisch geregel­ ten Benzineinspritzsystemen verwendet wird. Die Saugseite dieses Prüflings 27 ist über ein Rohr 28 mit einem Filter 29 verbunden, durch das hindurch Außenluft aus der freien Atmosphäre angesaugt wird.

Die Arbeitsweise der gezeigten Dosiereinrichtung ist wie folgt:
Wenn die Wandlerkennlinie des Prüflings 27 aufgenom­ men werden soll, werden mit Hilfe der Vorrichtung 1 exakt definierte Luftmengenströme erzeugt. Zum Erzeugen dieser Luftmengenströme werden je nach Größe des Mengenstroms mehr oder weniger viele der Rohrleitungen 4a . . . 4d geöffnet oder geschlossen, indem über den zugehörigen Stellantrieb die betreffende Drosselklappe 11a . . . 11d in die vollständig geöffnete oder in die geschlossene Stellung gebracht wird. Angenommen, es soll der 11,5fache Mengenstrom erzeugt werden, den die Laval-Düse 5d zuläßt, dann muß hierzu die Laval-Düse, die den 8fachen Strom zuläßt, die Laval-Düse, die den 2fachen Strom zuläßt und die Laval-Düse, die den 1fachen Strom zuläßt, aktiviert werden, d. h. es werden die Laval-Düsen 5a, 5c und 5d in den Luftstrom geschaltet, indem von der zentralen Steuerung 16 die Stellantriebe der Drosselklappen 11a, 11c und 11d in die vollständige Offen­ stellung überführt werden. Die Drosselklappe 11b wird durch den Stellantrieb in der vollständigen Geschlossen­ stellung gehalten, so daß keine Luft durch die Laval-Düse 5b strömen kann.

Auf diese Weise ist es möglich, den 11fachen Luft­ strom, verglichen mit der Laval-Düse 5d, zu erzeugen. Der restliche Anteil von 0,5 wird über die Rohrleitung 16 erzeugt, indem durch entsprechendes Öffnen oder Schließen des Ventils 21 mehr oder weniger Leckluft zugeleitet wird, solange, bis über das Laminarflow-Element 17 und die zugehörigen Drucksensoren 18 und 19 ein Mengenstrom gemes­ sen wird, der dem 0,5fachen der Laval-Düse 5d entspricht.

Mit Hilfe der zentralen Steuerung 16 wird das Gebläse 25 so weit hochgefahren, bis der dadurch erzeugte Luft­ strom an allen aktiven Laval-Düsen einen Druckabfall erzeugt, der an der Einschnürstelle 7 eine Überschall­ strömung hervorruft. Diese Bedingung wird bei jeder Laval-Düse mit den zugeordneten Drucksensoren 13 und 14 ermit­ telt. Es wird nun der 11,5fache Durchsatz der Laval-Düse 5d durch den Prüfling 27 hindurchgesaugt. Durch Umstellen der Absperrventile 9 und Ändern der Stellung der Drossel­ klappe 21 kann letztlich stufenlos jeder Luftmengenstrom zwischen fast 0 und dem 17fachen des Durchsatzes der im kritischen Zustand betriebenen Laval-Düse 5d für den Prüfling 27 erzeugt werden. Durch Ändern der Bemessung der Laval-Düsen 5a . . . 5d lassen sich auch andere Luftmengen­ ströme erzeugen.

Der sich einstellende Verdichtungsstöße im Bereich der Laval-Düsen 5 hat die für die Vorrichtung wesentliche Eigenschaft, als Entkopplungseinrichtung zu wirken, in dem Sinne, daß Druckschwankungen, die auf der Stromabseite der Laval-Düse 5 auftreten, sich nicht meßbar auf den Men­ genstrom vor der Laval-Düse 5 auswirken. Jede Bauform von Gebläsen erzeugt keinen vollständig gleichmäßigen Luft­ strom. Vielmehr ist der Luftstrom mehr oder weniger stark pulsierend bzw. wellig. Aufgrund der Entkopplungswirkung der Verdichtungsstöße in den Laval-Düsen 5 wird diese Schwingung im Luftstrom quasi herausgefiltert und ist auf der Druck- oder Anströmseite der Laval-Düsen 5 nicht zu messen. Somit hat nur noch jener kleine Anteil, der durch die Rohrleitung 16 hindurchströmt, unter Umständen eine gewisse Welligkeit in der Amplitude, die aber ohne weite­ res durch Dämpfer herausgefiltert werden kann. Dadurch ist mit der neuen Vorrichtung über einen sehr großen, und im Endeffekt stufenlos verstellbaren Bereich ein Luftstrom zu erzeugen, der frei von Welligkeiten ist, die durch die Unterdruck erzeugende Vorrichtung hervorgerufen werden kann. Auch Einschwingvorgänge auf der Saugseite können den Meßvorgang nicht negativ beeinflussen, so daß sich die Meßzeit wesentlich verkürzt. Es muß nicht unbedingt abge­ wartet werden, bis auf der Saugseite das System, das sich ähnlich wie eine Orgelpfeife verhält, eingeschwungen ist. Die Entkopplungswirkung der Laval-Düsen läßt die Ein­ schwingvorgänge nicht bis zum Prüfling 27 vordringen.

Ferner läßt sich der Luftmengenstrom (Masse oder Volumen) extrem genau einjustieren, weil bei den Laval-Düsen 5 der Durchsatz vom Druckabfall an der Laval-Düse unabhängig ist, sobald sich einmal die Überschallströmung an der Einschnürstelle 7 ausgebildet hat. Die stufenlos verstellbare Dosiereinrichtung, die durch die Leckluftein­ richtung, bestehend aus der Abzweigleitung 20 und dem Ventil 21, gebildet ist, braucht nur einen sehr kleinen Bereich des gesamten Bereichs des Luftmengenstroms ab­ zudecken, der mit der Gesamtvorrichtung 1 erzeugt werden kann. Entsprechend genau kann die verstellbare Leckage- oder Dosiereinrichtung arbeiten. Es ist gewährleistet, daß das Laminarflow-Element immer nur in seinem zulässigen Mengenstrombereich betrieben wird.

Für den Fall, daß bei sehr großen Leistungen unter Umständen übermäßige Strömungen in der Rohrleitung 16 erzeugt werden, selbst dann, wenn das Ventil 21 vollstän­ dig geöffnet ist, kann es zweckmäßig sein, stromab von der Abzweigleitung 20 ein weiteres Stromventil 31 in Gestalt einer Lochblende unterzubringen, die wahlweise in dem Luftstrom eingeschaltet oder hergeschaltet wird. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn auch das Stromventil 31 als Laval-Düse ausgebildet wird, die im kritischen Be­ triebsbereich, also mit Überschallströmung, betrieben wird. Das hat den Vorteil, daß die stufenlos verstellbare Dosiereinrichtung auf der Saug- oder Abluftseite immer mit einem genauen Luftbedarf betrieben wird.

Ferner kann die Leckageeinrichtung 20, 21 zusammen mit den Drucksensoren 18, 19 und dem Laminarflow-Element 17 durch eine verstellbare Laval-Düse ersetzt werden, die ebenfalls im kritischen/überkritischen Bereich betrieben wird.

Schließlich ist es auch möglich, das System in einem geschlossenen Kreislauf zu betreiben, indem die Druckseite des Gebläses 24 mit der Saugseite des Prüflings verbunden wird.

Eine Vorrichtung dient dazu, einen genau dosierten Luftmengenstrom zu erzeugen, um beispielsweise die Wand­ lerkennlinie von Luftmassenmessern aufzunehmen. Die Vor­ richtung enthält hierzu mehrere, strömungstechnisch par­ allelgeschaltete Stromventile, die im kritischen Betriebs­ zustand betrieben werden. Diese Stromventile können durch Absperrventile wahlweise ein- oder ausgeschaltet werden. Zusätzlich zu diesen einen festen Mengenstrom erzeugenden Ventilen ist eine stufenlos verstellbare Dosiereinrichtung vorgesehen, die einen stufenlos verstellbaren Mengenstrom liefert. Diese verstellbare Einrichtung arbeitet im unte­ ren Mengenstrombereich.

Claims (21)

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines Fluidstroms mit einem vorgebbaren Mengenstrom (Volumen oder Masse), der zum Testen eines Prüflings (27) durch diesen zu leiten ist,
mit wenigstens einer Fluidleiteinrichtung (2, 3, 4, 16), die wenigstens zwei Fluidöffnungen (24, 26) aufweist und zwischen den wenigstens zwei Fluidöffnungen (24, 26) wenig­ stens zwei strömungsmäßig parallele Fluidströmungswege (4, 16) bildet, wobei an eine (26) der Fluidöffnungen (24, 26) der Prüfling (27) anschließbar ist,
mit wenigstens einem ersten nicht verstellbaren Stromventil (5), das in einem dem Fluidströmungswege (4) angeordnet ist,
mit Abschaltmitteln (9), um den das nicht verstell­ bare Stromventil (5) enthaltenden Fluidströmungsweg (4) wahlweise abzusperren,
mit wenigstens einer im wesentlichen kontinuierlich einstellbaren Mengenstromdosiereinrichtung (20, 21), die in dem wenigstens einen anderen Fluidströmungsweg (16) an­ geordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fluidströmungsweg (16) der einstellbaren Men­ genstromdosiereinrichtung (20, 21) eine Mengenstrommeß­ einrichtung (17, 18, 19) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mengenstrommeßeinrichtung (17, 18, 19) von einem Laminarflow-Element (17) und einer Differenzdruckmeßein­ richtung (18, 19) gebildet ist, mit der der Druckabfall an dem Laminarflow-Element (17) meßbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mengenstrommeßeinrichtung (17, 18, 19) von einem thermoelektrischen Luftmassenmesser gebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbare Mengenstromdosiereinrichtung (20, 21) einen Einstellhub aufweist, der als Differenz zwischen einen kleinsten einstellbaren Mengenstrom und einem größ­ ten einstellbaren Mengenstrom definiert ist und der zu­ mindest angenähert gleich dem Mengenstrom ist, den das nicht verstellbare Stromventil (5) durchläßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidleiteinrichtung (2, 3, 4, 16) wenigstens einen weiteren Fluidströmungsweg (4c . . . 4d) enthält, der ein weite­ res nicht verstellbares Stromventil (5c . . . 5d) sowie Ab­ schaltmittel (9c . . . 9d) aufweist, um den das wenigstens eine weitere nicht verstellbare Stromventil (5c . . . 5d) enthalten­ den Fluidströmungsweg (4c . . . 4d) wahlweise abzusperren.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Stromventil (5b . . . 5d) einen anderen Mengen­ strom durchläßt als das erste (5a) nicht herstellbare Stromventil (5).

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbare Mengenstromdosiereinrichtung (20, 21) einen Einstellhub aufweist, der als Differenz zwischen einem kleinsten einstellbaren Mengenstrom und einem größ­ ten einstellbaren Mengenstrom definiert ist und der im wesentliche gleich der Differenz der Mengenströme ist, die die beiden nicht verstellbaren Stromventile (5c . . . 5d) durchlassen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbare Mengenstromdosiereinrichtung (20, 21) von einem einstellbaren Stromventil gebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbare Mengenstromdosiereinrichtung (20, 21) von einer einstellbaren Leckageeinrichtung (20, 21) gebil­ det ist, die dem betreffenden Fluidströmungsweg (16) zugeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die nicht verstellbaren Stromventile (5) derart gestaltet sind, daß sie einen Betriebszustand mit kritischer Strömung ermöglichen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht verstellbare Stromventil (5) das Profil einer Laval-Düse hat.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Pumpe (25) aufweist, die an eine der Fluid­ öffnungen (24) angeschlossen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (25) eine Saugpumpe ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (25) eine Druckpumpe ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Fluidöffnungen (24, 26) über den Prüfling (27) zur Bildung eines geschlossenen Systems miteinander verbunden sind und daß die Pumpe (25) eine Umwälzpumpe ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid von Luft gebildet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfling (27) in Strömungsrichtung vor dem wenig­ sten ersten nicht verstellbaren Stromventil (5) angeordnet ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidströmungswege von Rohrleitungen (4, 16) gebil­ det sind, die endseitig über Sammler (2, 3) strömungsmäßig in Verbindung stehen und von denen die eine (4) das wenig­ stens eine nicht verstellbare Stromventil (5) und die andere (16) die einstellbare Mengenstromdosiereinrichtung (20, 21) enthält.

20. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sammler (2, 3) eine Öffnung (24, 26) aufweist, wobei mit der einen Öffnung (26) der Prüfling (27) und mit der anderen Öffnung (26) die Pumpe (25) in Verbindung steht.

21. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung vor dem Prüfling (27) ein Filter (29) angeordnet ist.