DE2255327A1 - Durchflussmesser - Google Patents

Description

• D u r c h f l u ß m e s s e r.
• Für die Mengenmessung von Flüssigkeiten und Gasen, welche durch Rohleitungen strömen, sind verschiedene Arten von Meßgeräten bekannt. Für geringe Durchflußmengen werden in der Regel durchsichtige Meßrohre, welche nach oben erweitert sind und in deren Öffnungen Schwebekörper die Strömungsgeschwindigkeit anzeiten, verwendet. Die Höheneinstellung des Schwebekörpera entspricht der jeweiligen Durchflußmenge; diese kann an einer am Meßrohr angebrachten Skala abgeles en werden.
• Es sind auch Meßgeräte zur Durchflußmessung bekannt, die nach Art von Kolbenpumpen arbeiten, wobei sich die Durchflußmenge aus dem Zylinderinhalt der Pumpe und der Häufigkeit der Kolbenhübe ergibt.. Ferner werden als Zählelemente Zahnradpumpen oder Ovalradzähler verwendet, bei denen die Drehzahl proportional der Durchflußmenge ist. Bei diesen Meßgeräten ist es auch bekannt, durch zusätzliche Einrichtungen die Meßwerte zu registrieren und/oder mittels Fernübertragungsmitteln weiterzuleiten. Die Meßwertgeber solcher Geräte liefern primär Zeitsignale. Ihre Umwandlung in digitale Meßgrößen erfordert erheblichen baulichen Aufwand.
• Für die laufende Durchfluß-Mengenmessung von Kraftstoffen in Fahrzeugen sind deratige Geräte nicht geeignet. Bei den einfachen Meßrohern mit Schwebekörpern ohne Fernübartragung muß das Gerät zur Ablesung beim Fahrersitz angebracht werden.
• Dies erfordert lange Kraftsforrleitungen vom Motor zum Fahrerraum, meist aus flexiblen Schläuchen, was unerwünscht ist.
• Die bekannten Gerätebauarten eignen sich bevorzugt für die Ermittlung genauer Verbrauchswerte bei stationäten Maschinen und zur Aufstellung von Verhrauchsdiagrammen und bei Fahrzeugen nur zum vorübergehenden Einbau. Für die laufende Kraftfahzeug-Betriebsüberwachung sind sie zu kompliziert, aufwendig und empfindlich.
• Der Durchflußmesser nach der vorliegenden Erfindung ist den besonderen, erschwerten Bedingungen bei der Verbrauchsüberwachung von Fahrzeugen angepasst. Hier handelt es sich neben den stetig wechselnden Schwankungen des Kraftstoffverbrauches zusätzlich um rhytmische Pendelbewegungen, die dem Kraftstofffluß von der motorgetriebenen Kraftstoffpumpe aufgezwungen werden. Daher ist die Anzeige von genauen Verbrauchswerten in Form einer Digitalanzeige, z.B. Litern pro Stunde nicht zweckmäßig.
• äs gnügt vielmehr1 dem Fahrer anzuzeigen. in welchen Verbrauchsbereichen größerer Unterteilung er sein Fahrzeug steuert. Dadurch kommt er bereits in die Lage, seine Fahrweise auf das jeweils mögliche Minimum an Kraftstoffverbrauch einzurichten.
• Parallel hierzu ergeben sich dann sekundäre Folgen in Richtung einer verminderten Beanspruchung bestimmter Fahrzeugteile wie Motoren, Reifen, Bremsen usw.. und letzlich auch eine @@@dung der Verkehrssicherheit als Folge gemäßigter Fahrweise.
• Nach der vorliegenden Erfindung können als solche Verbrauchsbereiche " Unternormalverbrauch", "Normalverbrauch" und "Übernormalverbrauch" gelten. Al " Normalverbrauch" könne hierbei die vom Lieferer des Fahrzeuges für bestimmte Typen angegebenen Werte angenommen werden.
• Der Durchflußmesser nach der vorliegenden Erfindung ist nachfolgend beschrieben und in Zeichnungen dargesstellt.
• Bs bedeuten: Fig. 1 .... eine schematische Darstellung für den Einbau eines Durchflußmessers in ein Kraftfahrzeug, Fig. 2 .... eine Vorderansicht des Durchflußmessers in eienr beispielsweise Ausführungsform, Fig. 3 .... desgleichen mit in der Höhe verschobenen Schwebekörper, Fig. 4 .... ein senkrechter Querschnitt, Fig. 5 .... ein waagerechter Querschnitt1 Fig. 6 .... die Grundbestanteile eines Durchflußmessers in perspektivisch auseiandergezogener Darstellung, Fig. 7 .... Ansichten und Querschnitte verschiedener Schwebekörper.
• Fig. 8 .... die Vorderansicht eines Durchflußmesser mit Einstellvorrichtung für verschiedene Meßbereiche, fig. 9 .... desgleichen eines Seitenansicht, Fig. 10 ... desgleichen einen senkrechten Schnitt, Fig. 11 ... desgleichen einen Grundriß, Fig 12 ... desgleichen einen waagerechten Schnitt, Fig. 13 ... ein senkrechter Schnitt durch einen Durchflußmesser mit Dämpfungsmitteln für den Flüssigkeitsstrom, Fig0 14 ... einen Durchflußmesser mit mehreren Fernanzeigeleitungen im senkrechten Sclmitt.
• Nach dem schematischen Darstellung in Fig. 1 wird der Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe 4, welche am Motor 3 angeflanscht und von diesem angetrieben ist, aus dem Kraftstofftank 1 durch die Rohrleitung 2 in den Kraftstoffmesser (5) gefördert. wi weiter unten genauer beschrieben, sendet eine Lichtquelle, die eine normale Glühlampe sein kann,einen Lichtstrahl durch den Kraftstoffmesser, falls der Schwegekörper 19 (Fig.3) den Weg hierfür freigegeben hat. Das Lichtsignal wird mit ITilfe der Fernübertragungsleitung 7, vorzugsweise eine Lichtleitfaser, dem Fahrer zugeleitet. Für das Ende der Lichtleitung eignet sich ein Platz, der für den Fahrer gut sichtbar ist, z.
• -B. außerhalb des Fahrersitzes an der Windschutz-scheibe, oder inrerhp.lb' am Armaturenbrett ( 8,9). Da, der Faserstrang der Lichtleitung flexibel ist, bereitet seine Verlegung keine Schwierig keit.
• Der in den Zeichnungen dargestellte Durchflußmesser ist,.wie insbesondere aus Fig. 6 ersichtlich ist, in einfacher Weise aus einzelnen Platten zusammengesetzt. Der eigentliche Meßwertgeber besteht aus den Platten. 16, 17 und 18 (Fig. 4,5,6), wobei die platte 17 eine Ausparung als Meßkanal besitzt und die Platten 16 und 17 als Abdeckplatten dienen.Der Meßkanal 17a ist in bekannter Weise nach oben erweitert und nirimt der Schwebekörper 19 auf. Diese drei Platten werden mittels der Schrauben ( mit Muttern) 24 und den durchgehenden Löchern 25 fest mit dem tragkörper 11 verbunden (Fig.6). Der Tragkörner 11 ist unten mit dem Zuflußstutzen 12-und oben mit dem A bflußstutzen 13 versehen. Der Kraftastoff tritt unten beim Stutzen 12 in den Durchflußmesser ein, gelangt durch die Kreuzbohrung 14 und die Deckplatte 16 in den Meßkanal 17a der Platte 17, wo er den Schwebekbrper 19 betätigt, und tritt danach oben durch die Kreuzbohrung 15 und den Abflußstutzen 13 in Richtung Rotor wieder aus. In Fig. 4 ist de,r Weg des Kraftstoffes durch eine strichpunktierte Linie angegeben, Damit die Lichtquelle 20 einen Lichtstrahl durch den Durchflußmesser senden kann, bestehen im vorliegenden Beispiel die Platten 16, 17 und 18 des eigentlichen Meßwertgebers aus durchsichtigem Werkstoff. Der Targkörper 11 ist undurchsichtig und Kann aus Kunststoff oder Metall bestehen, wobei dessen Form auch dem gewählten Herstellungsverfahren, e.B: : Spritzguß, angepasst wer den kann Natürlich kann der Meßwertgeber auch aus undurchsichtigem Werkstoff bestehen, wobei dann durchsichtige Öffnungen fUr den Lichtstrahl einzusetzen sind.
• Die Lichtquelle 20 befindet sich in einer rtlckwärtigen Öffnung des Tragkdrpers 11 (Fig.4 u.5) Das von ihr ausgestrahlte Licht passier die Öffnung 21 und die durchsichtige Platte 16 ungehindert. Der weitere Weg des Lichtstrahles hängt von der jeweiligen Htshenstellung des Schwebekörpers 19 ab. Insofern hat dieser die Wirkung eines Absperrachiebers der bei größeren Durchflußmengen die Lichtöffnung 21 freigibt und bei Kleineren verdeckt.
• Bei freier Lichtbffnung 21 wird der Lichtstrahl vom Lichtfaser-Strang 7 an den Fahrersitz weitergeleitet. Im Erfindungsbeispiel ist der Querschnitt des Seßkanales rechteckig ausgebildet, damit der Lichtstrahl den Meßwertgeber ohne optische Verzerrung passieren kann.
• Die HÖhenstellung des Schwebekörpers 19 im Meßwertgeber hängt in bekannter Weisevon einer Anzahl Faktoren ab, und zwar von der Durchflußmenge selbst, ferner den Daten des Meßwertgebers, dh.
• seinem Querschnitt, der Konizität des Meßkanals, dem Spiel zwischen Schwebekörper und Meßkanal, seinem Gewicht usw. Diese Daten des Meßwertgebers sind eo aufeinander abzustimmen, daß beim Zustand "Normalverbrauch" der untere Rand des Schwebekörpers 19 sich im Bereich der Lichtöffnung 21 befindet. Die Abstimmung dieses Zustandes ist Gegenstand der Eichung des Durchflußmessers.
• Für den Fahrer kann eine gewisse toleranzbreite des Bereiches Normalverbrauch" erwünscht sein, um bei der stetig schwankenden Verbrauchsanzeige die Messung nicht überempfindlich zu gestalten. Eine solche Toleranzbreite ist durch die Höhenausdehnung der Lichtöffnung konstruktiv wählbar. Ein waagerecht ter Schlitz entspricht größerer, ein senkrechter, geringerer Anzeigeempfindlichkeit. Das Gleiche kann wie weiter unten es klärt, durch geeignete Formgebung des Schwebekörpers bewirkt werden.
• Fiir größere Änderungen im Meßbereich des Durchflußmessers ist es lediglich erforderlich, die Meßplatte 17 gen eine solche mit anderen Abmessungen des Meßkanals 17a auszutauschen, wobei deren Einbaumaße unverändert bleiben können. Der Meßbereich kann auch durch Austausch des Schwebekörpers 19 gegen einen solchen mit anderem Gewicht oder auch mit geändertem freien Spalt gegenüber dem Meßkanal geändert werden.
• In Fig. 7 sind einige Ausführungsformen von Schwebekörpern dargestellt. Teil 26 ist ein Schwebekörper normaler Form. Der Schwehekörper 27 ist am unteren Ende konisch verjüngt, wodurch er die Lichtöffnung 21 innerhalb einer größeren Verbrauchstoleranz öffnet und schließt und das Lichtbündel in seinen Zwischenstellungen teilweise abblendet. Die daraus entstehenden Helligkeitsabstufungen des Lichsignals könnten den Fahrer als Anhaltpunkt dafür dienen, ob er sich im oberen oder unteren Toleranzbereich des Normverbrauches befindet. Bei den Schwebekörpern 28 (Querschnitt 28 a) und 29 (Querschnitt 29 a) sind Aussparungen angebracht, welche das spezifische Gewicht des Schwebekörpers und damit dem Meßbereich ändern. Einweiteres Beispiel hierfür ist 29b.
• In den Fig. 8 - 12 ist eine Ausführungsform des Durchflußmessers dargestellt, bei dem der Grenzpunkt "Normalverbrauch" eins stellbar ist. Dies kann sowohl zur Änderung des Meßbereiches in größeren Intervallen als auch zur Eichung auf einen bestiten Durchfluß verwendet werden.
• Nach den Fig. 8-12 ist vorne seitlich am Durchflußmesser parallel zu,m Meßkanal 17a di-e Gewindespindel 31 drehbar gelagerte welche den Halter 30 für den Lichtfaserstrang bei einer Drehung in der Höhe verschiebt. Am oberen Ende der Gewindespindel 31 ist dem Drehknopf 32 mit einer Zahlenskala befestigt. Zu Nullstellung der Skala dient die Marke 33 am Tragkörper 11.
• Mittels dieser Einrichtung kann der Durchflußmesser auf einen Normalverbrauch in Lt/St geeicht werden. Nach der Eichung kann die Stellung "Normalverbrauch" für eine bestimmte Maschinentype plombiert werden. Alternativ kann es aber auch dem Fahrer überlassen bleiben, den Normalbereich nach eigenem Gutdünken im Fahrbetrieb zu korrigieren.
• Nach Fie, 10 u.ll ist für das einstellbare Gerät anstelle einer normalen kugelförmigen Glühbirne t20) eine Stoffittenlampe (20a) vorgesehen, deren Glühfaden eine größere Länge hat, so daß auch bei einer Höhenverstellung der Lichtquelle durch den Halter 30 die Stirnfläche der Lichtleitfaser 7 ausgeleuchtet wird. Dadurch erAbrigt sich die Höhenverschiebung der Lichtquelle zugleich mit der Lichtleitfaaber, was die Ausführung vereinfacht. In diesem Falle ist die Lichtöffnung 21a (J?ig. 10 u.12) als senkrechter Schlitz in der Länge des Glüsfadens der Stoffittenlampe ausgebildet.
• Wie eingangs erwähnt, handelt es sich im Kraftfahrzeugbetrieb um einen ungleichmäßigen und unruhigen Durchfluß des Xraftstoffes. Es kann daher zweckmäßig sein, Beruhigungsglieder in der Kraftstoffleitung vorzusehen. Sie können auch im' Durchflußmesser selbst angeordnet werden. Hierfür sind Luftpolster nicht geeignet, da ihr Inhalt bei längerem Stillstand des Fahrzeuges verloren gehen kann und das Wiederauffüllen beim Anlassen eine längere Betätigung des Anlassers erfordert.
• In Fig. 13 ist eine Einrichtung zur Dämpfung von Schwingungen in der Kraftstoffsäule, insbesondere derjenigen höhere Frequenz, welche von der Kraftstoffpumpe ausgehen, dargestellt Hierbei wurde auf die Darw Stellung der Platten 14 und 15 verzichtet, weil der Durchflußmesser baulich den vorausgehenden Zeichnungen entspricht. Der Tragkörper 11 weist auf der Zuflußseite des Kraftstoffes zwischen Kreuzkanal 14 und Platte 16 eine Kammer 41 auf, in der sich ein Rückschlagventil, bestehend aus einer leichten membran 39 und einer Druckfeder 41 befindet. Das 8 gleiche Ventil kann auch auf der Abflußseite oder beidseitig angeordnet werden (Kammer 38, Itasbrsn 40, Druckfeder 42). Diese Rückschlagventile verhindern Rückpendelungen des Kraftstofftromes sowohl in absoluter als auch in relativer Beziehung zum Kraftstofflfuß, sie wirken daher als Halbgleichricht ter dämpfend auf Schwingungen in der Kraftstoffsäule.
• Die Funktion des vorausgehend beschriebenen Durchflußmessers ist einfach und sinnfällig. Befindet sich das Fahrzeug in dem Bereich des unternormalen Kraftstoffverbrauches, so erfolgt kiene Anzeige an den Fahrer. Im Normalbereich leuchtet das Signal zweitweise auf, bedingt durch die iinmer vorhandenen Schwankungen des Kraftstoff-Durchflusses. Darüber hinausgehender Kraftstoffverbrauch wird durch stetiges Aufleuchten des Signals als Überberbrauch angezeigt.
• Es ist möglich, die Anzeigebereiche mttela mehrerer Lichtlettfasern weiter zu unterteilen. Auch können die einzelnen AnzeigeMe° reiche mit Lichtleitfasern in verschiedenen Farben dem Fahrer gemeldet werden. Hierfür ist in Fig. 14 ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Hier sind zwei Beleuchtungsquellen 20 und 20 a sowie zwei Lichtleitfasern 23 und 23 a vorgesehen, die in verschiedenen Höhen des Meßrohres angebracht sind. Ist z.B. in diesem Falle die obere Lichtleitfaser für grünes, die untere füpr rotes Licht vorgesehen ( z.B. durch Vor- oder Nachschalten farbiger Filter), so entstehen bei der Höhenverstellung des Schwebekörpers 19 für die unterschiedlichen Durchflüsse folgende Lichtsignale: Unterverbrauchsbereich entsprechend Stellung L des Schwebekörpers .......... grrnes Signal Normverbrauchsbereich entsprechend Stellung II des Schwebekörpers .......... grünes plus rotes Signal Überverbrauchsbereich entsprechend Stellung III des Schwebekörpers .......... rotes Signal Der erfindungsgemäße Durchflußmesser ist in, Sonderheit für die Kraftstoff- Verbrauchsmessung in Fahrzeugen geeignet, wo er eine erzieherische Wirkung auf den Fahrer ausüben kann, indem er diesen zu einer kraftstoffsparenden Fahrweise anleitet. Bei entsprechender Eichung läßt er sich sowohl für Vergaser als auch für Dieselkraftstoffe verwenden. Hierüberhinaus kann er auch zur Justage von Motoren im Fahrbetrieb selbst dienen.
• Jedoch ist die Verwendung aes rohflußmessers nicht nur auf Fahr zeuge beschränkt. Auch für stationäre Antriebe, Bootsmotoren, Ölheizungen usw. ist er Vorteilhaft. -

Claims (10)

P a t e n t a n s p r ü c h e.

1.) Durchflußmesser für Flüssigkeiten oder Gase, insbesondere für Momentanmessung des Kraftstoff-Verbrauches in Kraftfahrzeugen, mit einem in der Krafststoffleitung angeordneten Meßrohr mit Schwebekörper als Meßwertgeber, dadurch gekennzeichnet, dass am Meßrohr eine oder mehrere Lichtquellen zur Durchleuchtung vorgesehen sind, welche vom Schwebekörper in Höhenstellungen, welche voravabestimmten Durchflußmengen entsprechen, verdeckt oder freigegeben werden.

2.) Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Falle ihrer Freigabe durch den Schwebekörper durch daß meßrohr tretenden Lichtstrahlen mit Fernübertragungsmitteln, vorzugsweise Lichtleitfasern, dem Kontroliplatz für die Maschinenbedienung zugeleitet werden.

3.) Durchflußmesser nach Anspruch 1 und 22 gekennzeichnet durch eine derartige Abstimmung der Höhenstellung der Lichtstrahlen auf die Höhenstellungen des Schwebekörpers (19), daß das Freigeben und Absperren der Lichtstrahlen durch den Schwebekörper Signale für die Bereiche eines unternormalen, normalen und übernormalen Kraftstoffverbrauches ergibt.

4.) Durchflußmesser nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Meßrohr nur eine Lichtdurchtrittsö.f?nung (21,Fig.4) vorgesehen ist, welche vom Schwebekörper (t9) im unternvrnalen Bereich des Kraftstoffverbrauches verdeckt und im übernirmalen Bereich freigegeben wird.

5.) Durchflußmesser nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkanal (17a) in der Meßplatte (17) des Meßwertgebers sowie der darin bewegliche Schwebekörper (19) Querschnitte aufweisen, die einen optisch ungestörten Durchtritt der Lichtstrahlen ermöglichen, zum Beispiel von rechteckiger Form.

6.) Durchflußmesser nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dan die Lichtleitfaser bzw. ihre Halterung ( 23,30, Fig. 8-12) zur Verschiebung der Verbrauchsbereiche in Fahrer H öhe gegenüber dem meßrohr (17) verschiebbar angebracht ist (30,31,32).

.) Durchflußmesser nach Anspruch 1 bis 6, durch gekennzeichnet, daß am Meßrohr mehrere Lichtdurchtrittsöffnungen angeordnet sind ( 21, Fig. 14), die durch den Schwebekörper (19) ver deckt oder freigegeben werden, sowie mehrere Lichtleitfasern, 23, Fig. 14), welche Lichtsignals von unterschiedlicher Farbe senden.

8.) Durchflußmesser'nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine derartige Gestaltung des Schwebekörpers (19) und/oder der Lichtdurchtrittsöffnungen (34), daß die Lichtsignale bei Verschiebung des Schwebekörpers (19) allmählich freigegeben oder verdeckt werden, zu dem Zwecke, die Lichtintensität allmählich zu verändern, beispielsweise durch eine ganz oder teilweise konische Form.

9.) Durchflußmesser nach Anspruch 1 bis 8, dadruch gekennzeichnet, daß ur Änderung des Meßbereiches die Meßkanalplatte 817) gegen eine solche mit anderen Kanalabmessungen ohne Änderung der übrigen Einbaumaße austauschbar ist.

10.) Durchflußmesser nach Anspruch 1 bis 9, gekennzeichnet durch ein oder mehrere vor oder hinter dem Meßrohr angeordnete Dämpfungsglieder, z.B. Rückschlagventile (37,42, Fig. 13) zu dem Zecke, Schwingungen im Kraftstoff-Fluß gleichzurichten.

L e e r s e i t e