DE2234680C2 - Durchflußmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchflußmesser, insbesondere einen Flügelzähler oder Turbinenzähler für Flüssigkeiten, entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem bekannten Durchflußmesser dieser Art sind abgewinkelte Oberflächenteile in Form von Nischen oder Taschen in der den Umfang der Durchflußkammer begrenzenden Wand vorgesehen, um das Flügelrad hemmende Unstetigkeiten in der Strömung entlang der Wand der Durchflußkammer zu erzeugen. Bei diesem bekannten Vorschlag wird eine Erhöhung der Meßgenauigkeit in erster Linie dadurch angestrebt, daß die durch den tangentialen Einlaß eingeleitete Flüssigkeit die Durchflußkammer derart durchfließt, daß das Flügelrad über volle 360° seines Umfangs berührt wird und durch einen tangentialen Auslaß die Durchflußkammer in der gleichen Richtung verläßt (DE-OS 14 98 357). Durchgeführte Versuche haben jedoch gezeigt, daß durch die als notwendig erachtete Kombination der genannten Maßnahmen keine wesentliche Erhöhung der Meßgenauigkeit erzielbar ist. Bei diesem bekannten Durchflußmesser wird ferner als nachteilig angesehen, daß in der Flüssigkeit gegebenenfalls auftretende Dampfblasen die Meßgenauigkeit verringern.

Es ist ferner bereits ein Durchflußmesser für die Kraftstoffmessung von Kraftfahrzeugen bekannt, bei dem eine übliche optische Drehzahlabtastung vorgesehen ist und bei dem an der Innenseite des Deckels der Durchflußkammer ein Luftsammeikanal vorgesehen ist, um eventuell vorhandene Luftblasen abzufangen und sie zum Vergaser abzuführen (DE-GM 67 50 198). Bei diesem bekannten Durchflußmesser ist ferner ein tangenüaler Einlaß und ein axialer Auslaß vorgesehen, der mit einer Randzone der Durchflußkammer in Verbindung steht und geneigt zu der Rotationsebene des Flügelrads angeordnet ist Im Vergleich zu diesem Durchflußmesser konnte ebenfalls eine wesentliche Verbesserung der Meßgenauigkeit durch Maßnahmen zur Kompensation der Nichtlinearität der Durchflußcharakteristik erzielt werden.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Durchflußmesser der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß eine erhöhte Meßgenauigkeit durch eine weitergehende Kompensation von Nichtlinearitäten der Charakteristik des Durchflußmessers erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Durchflußmesser der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der abgewinkelte Oberflächenteil ein einen dreieckförmigen Querschnitt aufweisender Vorsprung ist

Vorzugsweise werden mehrere dreieckförmige Vorsprünge entlang dem Umfang der Durchflußkammer vorgesehen, während der an den Einlaß angrenzende Wandbereich der Durchflußkammer eine zylindrische Wandfläche aufweist

Mindestens einer der dreieckförmigen Vorsprünge kann durch eine in der Wand der Durchflußkammer verschiebbar angeordnete Platte gebildet sein, so daß das Ausmaß der erzeugten Turbulenz durch Verschieben dieser Platte ein justierbar ist

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird ferner ein gewundener Strömungsweg über die mit den dreieckförmigen Vorsprüngen versehene Wand vorgesehen, welcher von dem tangentialen Einlaß zu einem axialen Auslaß führt, dessen Mittellinie mit der Rotationsachse des Flügelrads zusammenfällt

Durchgeführte Versuche haben gezeigt, daß dreieckförmige Vorsprünge dieser Art überraschenderweise im Vergleich zu den bekannten Nischen oder Taschen eine erhebliche Verbesserung der Meßgenauigkeit ermöglichen, die beispielsweise bei Durchflußraten von 10 oder mehr Litern pro Stunde eine Verringerung des auf die Volumeneinheit bezogenen Meßfehlers um mehr als 50% ermöglicht

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen

F i g. 1 eine isometrische, auseinandergezogene und teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht eines Durchflußmessers;

F i g. 2 einen Längsschnitt durch den Durchflußmesser entsprechend Fig. 1, welcher durch den zusammengesetzten Durchflußmesser teilweise in einer axialen Ebene und teilweise in der Ebene der Anzeigeeinrichtung verläuft;

Fig.3 einen Teilschnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2; und

F i g. 4 eine Teilansicht der axialen Auslaßöffnung des Durchflußmessers entlang der Linie 4-4 in F i g. 2.
Mit dem in der Zeichnung dargestellten Durchflußmesser kann eine Linearität erzielt werden, die bisher nur mit verhältnismäßig komplizierten Durchflußrnessern erzielbar war. Neben der Linearität und der einfa-

chen Konstruktion sind besondere Vorteile des Durchflußmessers in der Zuverlässigkeit und der wartungsfreien Arbeitsweise zu sehen.

Das Gehäuse 10 besteht aus einem rechteckigen Gußstück aus einer Zinklegierung oder dergleichen, in dem die Durchflußkammer und verschiedene Kanäle und Öffnungen ausgebildet sind. Vier Löcher 12 an den Ecken des Gehäuses sind zur Befestigung der Einheit an einem Träger unter der Motorhaube eines Kraftwagens oder in einem Schiff vorgesehen, oder an irgendeiner anderen Stelle, an der eine Kraftstoffleitung 14 und ein elektrischer Anschluß vorgesehen werden können. Das Gehäuse 10 ist rechteckförmig ausgebildet und in Fig.2 im Querschnitt dargestellt Die Durchflußkammer 16 in dem Zentium des Gehäuses ist im wesentlichen kreisförmig ausgebildet. Der Kraftstoff tritt durch einen tangentialen Einlaßkanal 18 ein, so daß in der Kammer die in Fig.2 angedeutete kreisförmige Strömung auftritt Das Gehäuse umfaßt einen Ansatz 22 mit einer Gewindebohrung, in die eine Verbiniungsstufe 24 eingeschraubt werden kann, um die Eingangsleitung 14 mit dem Einlaßkanal 18 zu verbinden. Der Kraftstoff wird von der Durchflußkammer 16 zu der axial gerichteten Auslaßleitung 20 durch Öffnungen in Fittings geleitet, die später noch erläutert werden sollen. Die axiale Anordnung der Auslaßöffnung verursacht zusammen mit der kreisförmigen Strömung eine spiralförmige Strömungsverteilung. Die Strömungsverteilung wird durch eine Turbulenz bewirkende Vorsprünge 17 (17a... 17/) beeinflußt, welche entlang der Kammer angeordnet sind, wie später noch näher erläutert werden soll.

Der Hohlraum in dem Gehäuse 10, welcher die zylindrische Kammer 16 bildet, umfaßt eine größere zylindrische Öffnung 26 über der Schulter 28, in welcher das Anschlußstück 30 aufgenommen wird. Das Anschlußstück 30 hat einen unteren Flanschteil 32, der bei der Montage auf die Schulter 28 des Gehäuses aufgesetzt wird und darin durch einen Haltering 34 und einen dazwischenliegenden O-Ring 36 gehaltert wird. Der Haltering 34 hat eine winkelige Lippe, die gegen das Gehäuse durch einen ringförmigen Flansch 38 gedrückt wird, der an dem Gehäuse um den Hohlraum 26 ausgebildet ist Um den Haltering anordnen zu können, wird der Flansch 38 dagegen umgebördelt, wie in F i g. 2 dargestellt ist

Die gesamte Durchflußkammer besteht aus einem ersten Teil 16, der durch das Gehäuse 10 und die untere ebene Fläche sK> des Anschlußstücks 30 begrenzt ist, und aus einem zweiten Teil 42, der durch die Innenstruktur des Anschlußstücks 30 begrenzt ist und axial zu dem ersten Teil 16 der Kammer versetzt ist Obwohl der zweite Teil bei diesem Beispiel oben vorgesehen ist, kann der Strömungsmesser auch in irgendeiner anderen Lage angeordnet werden, ohne daß dadurch im allgemeinen seine Wirkungsweise beeinträchtigt wird. Ein Stegteil 44 des Anschlußstücks hat vier Auslaßöffnungen 46 (F i g. 4), die darin als Bohrungen vorgesehen sind, trägt einen zentral angeordneten Lagerbock 48, in dem ein Axiallager 50 angeordnet ist Über dem Stegteil 44 ist ein mit einem Innengewinde versehener axialer Hohlraum 52 vorgesehen, in den das Anschlußstück 54 eingeschraubt ist, um die Auslaßleitung 20 mit der Durchflußkammer zu verbinden.

Das Flügelrad 56 ist in dem ersten Teil der Kammer 16 angeordnet und hat drei Flügel 58, die an den Enden abgerundet sind und sich von einem Nabenteil 60 120° treeeneinander versetzt erstrecken. Die gekrümmten Steckteile 62 gewährleisten eine größere Festigkeit und Steifheit für die Flügel. Das Rügelrad ist an einer axialen Welle 64 angeordnet, derer, angespitzte Enden zwischen oberen und unteren Lagerelementen 50 und 66 gehaltert werden. Die Lager und die Welle, die vorzugsweise aus einem hochwertigen Stahl oder einem anderen geeignet harten Material besteht, gewährleisten eine praktisch reibungsfreie Lagerung des Flügelrads. Das Flügelrad besteht vorzugsweise aus einem leichten Material, so

ίο daß die Flügelradanordnung, die auch die Welle enthält, ein spezifisches Gewicht hat, das praktisch gleich demjenigen der Flüssigkeit ist, so daß die Einrichtung gewichtslos in der Flüssigkeit suspendiert ist, um frei ohne axiale Belastung der Lagerflächen rotieren zu können.

Das spezifische Gewicht von Benzin ist beispielsweise 0,94. Materialien zur Herstellung des Flügelrads, die ein geeignetes spezifisches Gewicht haben, und für eine Durchflußmessung von Benzin geeignet sind, umfassen beispielsweise Polyäthylen mit hoher Dichte, das mit

Glasfasern oder anderen inerten Füllstoffen versehen ist, damit das spezifische Gewicht des Flügelrads genau an dasjenige von Benzin angepaßt werden kann. Andere Materialien wie Polypropylen oder Methylpenten, mit oder ohne Zusatzstoffe, können verwandt werden, falls das Flügelrad damit eine ausreichende Steifheit und Dauerhaftigkeit erhält und einen ausreichenden Widerstand gegen Korrosion durch Kraftstoffe oder andere Flüssigkeiten aufweist
Die Drehbewegung des Flügelrads wird in einem Signal zur Anzeige der Durchflußrate mit Hilfe eines fotoelektrischen Meßwertgebers bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel umgewandelt. Auf gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 10 sind praktisch identische Anschlußstücke 66 und 68 ausgerichtet angeordnet, welche in entsprechenden Bohrungen 70 und 72 in dem Gehäuse eingeschraubt sind. In diese Bohrungen sind Fenster 74 und 76 aus Polytetrafluoräthylen oder anderen geeigneten Materialien eingepaßt, durch die ein Lichtbündel oder eine andere Strahlung übertragen werden kann. Diese Fenster sind vorzugsweise weich genug, um eine Dichtung zu bilden, wenn die Anschlußstücke gegen diese angezogen werden. Kreisförmige Rippen 78 und 80 sind an jeder der Bohrungen 70 und 72 vorgesehen, die in die Fenster einge-

bettet werden, wenn diese gegen die Rippen durch das betreffende Anschlußstück angedrückt werden.

Die Fenster 74 und 76 dichten deshalb zwei kleine Kanäle 82 und 84 ab, die eine Verbindung mit der Kammer 16 herstellen. Diese Kanäle sind zueinander und mit den Bohrungen 70 und 72 entlang eines Wegs ausgerichtet, der in der Drehebene des Flügelrads 56 liegt, aber gegen dessen Drehachse versetzt ist, wie aus F i g. 3 ersichtlich ist, so daß die Flügel 58 nur intermittierend diese Bahn schneiden. Jeder Flügel blockiert den Strahlengang zwischen den Kanälen vollständig, wobei jedoch jeweils nur ein Flügel den Strahlengang unterbricht

In dem rechten Anschlußstück 68 ist eine Lampe 86 in einem flexiblen Klemmsockel 88 angeordnet In dem gegenüberliegenden Anschlußstück 66 ist eine Nachweiseinheit 90 in einem einschnappenden Halter 92 angeordnet Obwohl anstelle der Energiequelle und der Nachweiseinheit bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auch andere Einrichtungen Verwendung finden

könnten, findet vorzugsweise eine Lampe in Verbindung mit einem Fotowiderstand oder einem Fototransistor Verwendung. Deshalb liefert die Nachweiseinheit 90 ein elektrisches Signal, dessen Frequenz die Dreh-

zahl des Flügelrads 56 anzeigt

Aus den obigen Ausführungen ist ersichtlich, daß die spiralförmige Flußverteilung durch den Eintritt von Flüssigkeit aus dem Kanal 18 verursacht wird, wodurch eine kreisförmige Strömung in der Kammer 16 bewirkt wird. Die abgerundeten Enden der Flügel 58 sind direkt in dieser peripheren Strömung angeordnet, im wesentlichen begrenzt auf den ringförmigen Bereich unter der ebenen Stirnfläche 40 des Anschlußstücks 30. Das Flügelrad (F i g. 2 und 3) nimmt einen sehr kleinen Teil des gesamten Raums in der Kammer ein und hat einen vernachlässigbaren Einfluß auf die Strömungsverteilung in der Kammer. Die resultierende Verwirbelung nach oben zu den Ausgangsöffnungen 46 in der Oberseite des zweiten Teils 42 der Kammer verursacht ein Druck- !5 gefälle, welches von dem Umfang der Kammer zu dem Zentrum und zu dem Auslaß abnimmt Irgendwelche in die Kammer eindringende Blasen bleiben nicht in der peripheren Strömung, sondern werden sofort zu dem Zentium und spiralförmig nach oben zu dem Auslaß gezogen. Der zweite Teil der Kammer dient deshalb zur Sammlung der Blasen, wobei ein gewisser periodischer Aufbau im Falle eines größeren Dampfgehalts ermöglicht ist, ohne daß jedoch eine Wechselwirkung mit den Flügeln des Flügelrads erfolgt Die Flügel selbst sind so ausgebildet, daß sie stärker durch die periphere Strömung als durch diejenige in dem zentralen Bereich der Kammer beeinflußt werden.

Deshalb kann der Durchflußmesser trotz der Anwesenheit beträchtlicher Dampfmengen in der Flüssigkeit arbeiten, deren Durchflußrate gemessen werden soll. Dies ist besonders vorteilhaft bei Kraftstoffen aus Kohlenwasserstoff, da derartige Mischungen bei den auftretenden Temperaturen zur Blasenerzeugung in den Kraftstoffleitungen führen können, in denen der Durchflußmesser angeordnet ist

In der Durchflußkammer sind Unregelmäßigkeiten vorgesehen, welche die laminare Strömung entlang deren Umfang stören, um eine sonst nicht lineare Charakteristik des Durchflußmessers zu kompensieren. Die Unregelmäßigkeiten sind durch Vorsprünge gebildet, um die laminare Strömung entlang dem Umfang der Kammer zu stören. Es kann eine unterschiedliche Anzahl derartiger Unregelmäßigkeiten Verwendung finden, um unterschiedliche Abweichungen von der Linearität zu kompensieren. Die dargestellte Anordnung hat sich jedoch als besonders vorteilhaft hinsichtlich der Erzielung sehr gut linearer Ergebnisse erwiesen. Die prismenförmigen Vorsprünge 17 (17a... 17/), die entlang dem Umfang der Kammer 16 angeordnet sind, verursachen eine Turbulenz in dem Umfangsbereich der Kammer. Der hervorgerufene Effekt ist nichtlinear und steigt mit der Durchflußrate derart an, daß die Nichtlinearität eines Durchflußmessers derart kompensiert wird und eine Linearität innerhalb + oder —2% in einem Bereich von etwa 4—110 Liter pro Stunde bei dem Durchfluß von Benzin erzielt werden kann.

Es ist zweckmäßig, keinen Turbulenz erzeugenden Vorsprung angrenzend an die Einlaßöffnung 18 vorzusehen. Die kreisförmige oder spiralförmige Strömung sollte in der Kammer vor einer Stelle mit einem ersten Vorsprung 17a zur Erzeugung einer Turbulenz hergestellt werden, um lineare Ergebnisse erzielen zu können.

Eine oder mehrere der Unregelmäßigkeiten sind ferner so ausgebildet, daß eine Verstellung möglich ist, um den Durchflußmesser eichen oder abstimmen zu können. In Fig.3 ist ein Vorsprung 17Z> dargestellt, der durch eine rechteckförmige Platte 17ßgebildet wird, die in einem Schlitz 94 durch eine Stellschraube 96 in einer Bohrung 98 in dem Gehäuse 10 gehaltert ist Die Platte i7B kann aus der Kammer 16 herausgezogen oder in diese hineingeschoben werden, solange der Vorsprung 17Ä nicht in den Bewegungsweg der Flügel gelangt Auf diese Weise kann die Turbulenz erniedrigt oder erhöht werden, um damit die Reaktion des Flügelrads auf die Strömung zu ändern. Auf diese Weise können Herstellungstoleranzen kompensiert werden, oder bei einer speziellen Verwendung kann eine geeignete Feineinstellung erfolgen.

Auch die Konstruktion des Flügelrads selbst kann unterschiedlich sein, um ein verschiedenes Ausmaß der Linearität zu erzielen, und um unterschiedliche Ergebnisse bei unterschiedlichen Durchflußraten zu erzielen. Beispielsweise ist ein Flügelrad mit quadratischen Flügeln einem solchen mit abgerundeten Flügeln vorzuziehen, wenn höhere Durchflußraten zwischen 4 und 190 Liter pro Stunde vorhanden sind, obwohl dann eine gewisse Nichtlinearität bei Durchflußraten unterhalb etwa 11 Liter pro Stunde auftreten kann, wo an sich abgerundete Flügel bessere Ergebnisse gewährleisten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Durchflußmesser, insbesondere Flügelzähler oder Turbinenzähler für Flüssigkeiten, mit einer Durchflußkammer (16), die von einer Wand (23) mit einem kreisförmigen Querschnitt umgeben ist, entlang der die Flüssigkeit zwischen einem tangentialen Einlaß (14) und einem Auslaß strömt, mit einem in der Durchflußkammer angeordneten Flügelrad (56), das durch die Flüssigkeitsströmung entlang der Wand drehbar ist, mit einer Einrichtung zum Nachweis der Drehzahl des Flügelrads, sowie mit mindestens einem abgewinkelten Oberflächenteil in der Wand angrenzend an das Ende der Flügel des Flügelrads, um eine das Flügelrad hemmende Turbulenz in der Flüssigkeitsströmung entlang der Wand zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß der abgewinkelte Oberflächenteil ein einen dreieckförmigen Querschnitt aufweisender Vorsprung

(17) ist

2. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere an der Wand (23) angeordnete dreieckförmige Vorsprünge (17a, 176—17/) entlang dem Umfang der Durchflußkammer (16) vorgesehen sind, und daß der an den Einlaß

(18) angrenzende Wandbereich der Durchflußkammer (16) eine zylindrische Wandfläche aufweist

3. Durchflußmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der dreieckförmigen Vorsprünge (176) durch eine in der Wand der Durchflußkammer (16) verschiebbar angeordnete Platte (175) gebildet ist

4. Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsweg durch die Durchflußkammer (16) von dem tangentialen Einlaß (18) über die mit dreieckförmigen Vorsprüngen (17) versehene Wand (23) zu einem axialen Auslaß (20) führt