DE2400502A1

DE2400502A1 - Durchflussmesser fuer fluessigkeiten

Info

Publication number: DE2400502A1
Application number: DE2400502A
Authority: DE
Inventors: Hans Prof Dr Ing Wilde
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-01-05
Filing date: 1974-01-05
Publication date: 1975-07-10

Description

í Durchflußmesser für Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft eine Einrichtung-zur fortlaufenden Messung einer Flüssigkeitsmenge, die von einem Vorratsbehälter zu einem Verbraucher strömt.
Die genaue Überwachung des Kraftstoffverbrauchs in Kraftfahrzeugen oder der verbrauchten Ölmenge in Heizungen der Fabriken und privaten Haushalte ist bei der zunehmenden Verknappung und Verteuerung der Mineralölprodukte eine Voraussetzung zur Rationalisierung des Verbrauchs und zur Vermeidung einer unbewußten Verschwendung.
Dazu werden Durchflußmesser benötigt, die die Flüssigkeitsmenge bei einem sehr geringen Verbrauch noch genau anzeigen und schon bei kleinem hydraulischen Differenzdruck zwischen Eingang und Ausgang ansprechen. Als Richtwerte für die benötigte Beistungsfähigkeit ist als zu messende Durchflußmenge etwa 1 Liter pro Stunde bei einem Ansprechdruck von etwa 30 cm Wassersäule und einer Meßgenauigkeit von mindestens + 2 % zu nennen.
Es sind eine Reihe von turchflußmessern bekannt, die auf verschiedenen Prinzipien beruhen. Sie erfüllen jedoch nicht die o. g. Anforderungen bezüglich Anlaufdruck, Meßgenauigkeit und meßbarer Mindestmenge.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Durchflußmesser zu schaffen, der diese Lücke schließt.
Sie geht dabei von einer Ausbildung des Durchflußmessers mit hin- und herbewegtem Meßkolben, einem Umsteuerorgan für den Meßkolben und einer Zählvorrichtung für die Kolbenhübe aus.
Die hohe Präzision der Messung wird nach der Erfindung in erster -Linie durch eine hohe Genauigkeit bei der Umschaltung des-Meßkolbens am Ende seines Hubes erreicht. Das Umsteuerorgan wird zu diesem Zweck mit einer HalSvorrichtung versehen, welche es in seiner Endlage bis zum Rubende des Meßkolbens festhält und dann schlagartig freigibt, so daß es sofort in die Gegenlage übergehen kann. Zufluß und Abfluß der Meßflüssigkeit sind während des Umschaltvorganges gesperrt.
Die Haltevorrichtung kann mechanisch durch eine Verriegelung mit Gestänge, durch eine elektrisch betätigte Sperre, vorzugsweise aber durch Magneten gebildet werden.
Eine in bezug auf Einfachheit, Zuverlässigkeit und Haltbarkeit besonders günstige Lösung stellt der Einbau von Dauermagneten als Haltevorrichtung am Umsteuerorgan dar.
Nach der weiteren Erfindung wird zur Auslösung der Haltevorrichtung des Steuerorganes und Betätigung der Umsteuerung eine Einrichtung zur Ansammlung potentieller Energie gegen Ende des Meßkolbenhubes eingebaut. Sie besteht vorzugsweise aus Federn, gegen welche der Meßkolben oder ein mit ihm verbundener Teil am Ende seines Hubweges läuft und sie dadurch spannt bis er an einen Anschlag stößt. Dadurch baut sich in der jeweils aktiv wirksamen Kammer des Meßzylinders ein Staudruck auf, der bei Anlaufen des Meßkolbens gegen einen Anschlag steil ansteigt, auf die festgehaltene Seite des Umsteuerorgans wirkt und dadurch die Haltekraft, z. B.
die eines Dauermagneten, überwindet oder eine sonstige Haltesperre löst, wobei das Umsteuerorgan in Verbindung mit der angesammelten potentiellen Energie in seine andere Endlage bewegt und in dieser Lage wiederum festgehalten wird.
An die Stelle der Federn kann auch ein kleiner Druckspeicher mit Luftkissen oder dergleichen treten. Eine ähnliche Wirkung läßt sich ferner dadurch erreichen, daß die Federn durch gegengepolte permanente-oder elektrische Magnete ersetzt werden, wobei z. B. äe zwei entgegengesetzt gepolte Dauermagnete an den Stirnseiten von Meßkolben und Neßzylinder einzubauen sind.
Ein strömungstechnisch besonders günstiger Aufbau des Umsteuerorganges ergibt sich, wenn der Steuerschieber als zylindrischer Kolben mit Ringnuten ausgebildet ist, der in einem Zylinder mit ringförmig angeordneten Ein- und Ausiaßschlitzen gleitet. Ein koftzentrisch angeordneter ringförmiger Haltemagnet in einer Stirnfläche des Steuerschiebers, der auf dieser Seite mit einem Sackloch versehen ist, erlaubt es, daß ein konzentrisch in den Steuerschieberzylinder hineinragender Kontakt beim Steuerschieberhub magnetisch betätigt wird, wodurch die Zahl der Kolbenhübe, z. B. über ein elektromagnetisches Zählwerk, registriert werden kann.
Der besondere Vorteil der hydraulischen Umsteuerung des Steuerschiebers besteht darin, daß bei der Einleitung der Schieberbewegung die Zu- und Abflußkanäle geschlossen-werden und damit im weiteren Verlauf der Umsteuerung keine Leckströmung auftreten kann, wodurch eine hohe Meßgenauigkeit auch bei geringen Durchflußmengen gewährleistet ist. Außerdem brauchen Steuerteil und Meßteil nur hydraulisch miteinander verbunden zu sein, wobei ihre geometrische Zuordnung zueinander dem Verwendungszweck entsprechend beliebig gewählt werden kann.
Bevorzugt wird eine Anordnung, in welcher Meßzylinder und Steuerorgan auf der gleichen ideellen Achse angeordnet sind, wodurch sich eine kompakte, in vielen Fällen günstig in die Gesamtanordnung einfügbare Bauart ergibt.
Die gewünschten Hubvolumina lassen sich durch eine zentral in den Meßzylinder einragende, den Hub des Meßkolbens begrenzende Justiereinrichtung während des Betriebes einfach und sehr genau einstellen. Damit erübrigt es sich, Länge und Durchmesser des Meßzylinders mit höchster Präzision herzustellen.
Die neue Ausbildung bietet auch die Möglichkeit, Teilmengen des Hubvolumens zu messen. Zu diesem Zweck werden am Hubweg des Kolbens Schalteinrichtungen,wie z. B. Kontakte, Strahlungsgänge, Fühler oder dergleichen, angebracht, welche beim Vorübergang des Kolbens auf bestimmte Teile desselben, z. B. Kanten, Magnetstifte, Lichtdurchlässe oder dergleichen, ansprechen und entsprechende Registriervorrichtungen betätigen.
Weitere Abwandlungen und Ausbildungsmöglichkeiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels erörtert. Die Figuren 1 und 2 zeigen im rechten Winkel zueinander stehende Längsschnitte durch das Gerät.
Dieses umfaßt den Meßkolben 1 im Meßzylinder 2, die Federn 3, die Justiervorrichtung 4, das Steuerschiebergehäuse 5, den Ringnut-Steuerschieber 6, die Dauermagnete 7 und die ferromagnetischen Ankerplatten 8 sowie den Schutzrohrkontakt 9.
Die zu messende Flüssigkeit, z. B. Benzin, Ö1 -oder dergleichen, strömt, von der Pumpe kommend, durch den Stutzen 10 in die Bohrung 11 und von dieser über die Kanäle bzw. Ringnuten 12, 13 und 14 in die Bohrung 15 (Figur 2) und von dort durch den Kanal 16 in die rechte Kammer 22 des Meßzylinders 2. Der Kolben 1 wird daher nach links getrieben. Die Bohrungen und Kanäle 11, 15, 21 und 18 liegen, in der Achsrichtung des Zylinders 2 gesehen, jeweils um 90 Grad versetzt zueinander.
Während der Kolben 1 nach links geht, strömt die Meßflüssigkeit aus der linken Zylinderkammer 23 über den Weg 34, 18, 19, 33, 20 und 21 dem Abfluß 25 zu.
Gegen Ende seines Weges nach links trifft der Meßkolben 1 auf die linke Feder 3 und spannt sie, bis er gegen einen Anschlag 40 stößt. Dadurch entsteht zuerst allmählich, dann plötzlich ansteigend ein Staudruck in der Kammer 22. Er wirkt sich u. a. auch im Kanal 17 aus, der Staudruck auf der linken Endlfäche des Steuerschiebers 6 wirkt der Haltekraft yw ischen dem linken Magnet 7 und seiner Ankerplatte 8 entgegen. Überschreitet dieser Druck die Haltekraft des Magneten, so reißt er den Schieber 6 los, dieser wird in der Richtung zurtentgegengesetzten Endlage bewegt. Auf seinem Wege sperrt der Steuerschieber 6 die Verbindung zwischen Nut 13 und Kanal 14 einerseits und dem Abfluß 33, 20 andererseits.
Die linke Feder 3 drückt den Meßkolben 1 nach rechts, wobei auch der Steuerschieber 6 weiter hydraulisch in die rechte Endlage getrieben wird. Hier wird er erneut magnetisch festgehalten. Der Zufluß und Abfluß zu und von den Zylinderkammern ist wieder geöffnet, und zwar geht der Zustrom nun über den Weg 10, 11, 12; 13, 30, 18 und 34 in die Kammer 23, wobei sich der Rückstau bei 31 bildet. Der Abfluß verfolgt den Weg aus der Kammer 22 über 16, 15, 14, 33, 20 und 21 zum Stutzen 25. Gelangt auch der Meßkolben 1 in die rechte Endstellung, so wiederholt sich sinngemäß der Vorgang des Anstiegs der Federspannung und des hydraulischen Druckes, des Losreißens der magnetischen Verbindung und der Umsteuerung.
Der Hub des Meßkolbens 1 kann durch die Stellschraube 4 praktisch beliebig fein und genau eingestellt werden.
Der Dauermagnet 7 erfüllt noch eine zweite Funktion: er kann zur Betätigung eines Zählkontaktes benutzt werden. Zu diesem Zweck ragt der Schutzrohrkontakt 9 in das Innere des Steuerschiebers 6 durch den Magnet 7 hindurch ein, so daß beim äedesmaligen Vorübergang des Magneten der Kontakt betätigt wird. Die Zahl der Kontaktbetätigungen ist ein genaues Maß für die durch den Meßzylinder durchgelaufene Flüssigkeitsmenge.
Will man Teilmengen des Kolben-Hubvolumens messen, so können am Hubweg des Meßkolbens Ablesemarken, Kontakte, Durchbrüche für Strahlengänge, Impulsgeber oder dergleichen angebracht werden, wie bei 28 angedeutet ist, die von einer Kante des Kolbens, Kontaktstiften oder dergleichen wirksam gemacht werden.
Der hin- und hergehende Meßkolben kann auch als Membrankolben ausgebildet werden. Die Membran teilt dann den Zylinder in zwei Kammern, sie wirkt beim Ausschlag aus der Mittelstellung wie der hin- und hergehende Kolben.

Claims

Patentansprüche .

fK Durchflußmesser für Flüssigkeiten, mit einem vom Meßmedium hin- und herbewegten Meßkolben, einem Umsteuerorgan für diesen und einer Zählvorrichtung für die Kolbenhübe, dadurch gekennzeichnet, daß das Umsteuerorgan (6) in seinen Endstellungen durch eine in Abhängigkeit von der MeBkolbenstellung gesteuerte Haltevorrichtung (7,8) bis zur schnellen Freigabe zur Überführung in die entgegengesetzte Endstellung an der Bewegung gehindert ist.
2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Haltevorrichtung aus Dauermagneten (7) und ferromagnetischen Ankerplatten (8), wobei je einer dieser beiden Teile, z. B. der Magnet, am bewegten Steuerorgan (6) (6) und der andere am festen Gehäuse (5) angeordnet ist.
3. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (Feder, Druckspeicher) zur Ansammlung von potentieller Energie gegen Ende des Meßkolbenhubes in der jeweiligen Druckkammer (22) des'MeBzylinders (2) und vom Steuerorgan (6) gesteuerte Kanäle, durch welche sich in diesem Stadium auch an der festgehaltenen Seite des Steuerorganes (6) ein entsprechender Staudruck aufbaut, mit welchem die Haltekraft der Haltevorrichtung (7,8) überwunden wird.
4. Gerät nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den inneren Stirnseiten des Meßzylinders (2) vom Meßkolben (1) gegen Ende seines Hubes als Speicher potentieller Energie Federn (3) angeordnet sind, mit deren Hilfe der unter Druckspannung stehende Meßkolben das Steuerorgan (6) in seine neue Endlage weiterdrückt, sobald die Haltevorrichtung (7,8) im Sinne der Breigabe ausgelöst ist.
5. Gerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die die Anordnung eines hydraulischen Steuerorganes (6) und seiner Kanäle (21 bis 33) derart, daß während seines schnellen Überganges von der einen Endstellung in die andere der Zufluß zum und der Abfluß vom Meßzylinder (2) abgesperrt ist.
6. Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (6) aus einem Kolbennutschieber besteht, der an seinen beiden Enden als Haltevorrichtung je einen Dauermagneten (7) trägt, dem je eine ferro-magnetische Ankerplatte (8) am Gehäuse (5) gegenübersteht.
7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (6) und der Meßzylinder (2) hintereinander auf der gleichen ideellen Achse angeordnet sind.
8. Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Steuerorgan (6) bewegte Dauermagnet (7) als Ringmagnet ausgebildet ist, in dessen Weg ein in der Achsmitte angeordneter Zählkontakt (Schutzrohrkontakt 9) einragt.
9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stirnseiten des Schiebergehäuses (5) Einlaßkanäle vorgesehen sind, die mit entsprechenden Zuleitungen zum Meßzylinder (2) verbunden sind, dergestalt, daß der hydraulische Druck auf der rechten Seite des Meßkolbens (1) sich auf die linke Stirnseite des Schiebers (6) und der hydraulische Druck auf der linken Sitze des MeSkolbens (1) sich auf die rechte Stirnseite des des Schiebers auswirkt, wodurch bei entsprechendem Druckanstieg die magnetische Haftkraft des Schiebers (6) an einer der Platten (8) überwunden wird.
10. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Stirnseite des Meßzylinders (2) eine Justiereinrichtung, z. B. eine Stellschraube (4), angeordnet ist, mit deren Hilfe sich der Kolbenhub von außen während des Betriebes auf einen vorgegebenen Wert einstellen läßt.
11. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung durch Elektromagnete gebildet ist, welche in Abhängigkeit von der Meßkolbenstellung, z. B. durch Gestänge, Kontakte oder dergleichen, geschaltet sind.
12. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Hubweg des Meßkolbens Schalteinrichtungen (Kontakte, Strahlschranken) oder Abtastvorrichtungen (28) angebracht sind, welche beim Vorübergang des Kolbens ansprechen und dadurch die Ablesung von Teilmengen gestatten.