DE2439971C3 - DurchfluBmesser für Flüssigkeiten - Google Patents

Description

OS 17 73 632 ist ein

Durchflußmesser für Flüssigkeiten bekanntgeworden, der als induktiver Impulsaufnehmer eine Hall-Platte verwendet und als induktive Impulsgeber an den Enden der Flügel des Flügelrades angeordnete Permanentmagnete zeigt. Bei dieser bekannten Anordnung sind die Permanentmagnete in dem Material der Flügel des Flügelrades eingebettet. Auch diese bekannte Anordnung ist nicht zur Messung geringer Durchflußmengen geeignet, da auch hier die Flügel des Flügelrades mcht abdichtend an der Wandung des Curchflußgehäuses anliegen. Geringe Durchflußmengen werden deshalb durch den Spalt zwischen den Enden der Flügel des Flügelrades und der zugeordneten Wandung des Durchflußgehauses fließen, ohne dabei das Flügelrad zu drehen Ebenso besteht bei dieser bekannten Anordnung die Gefahr, daß sich das Flügelrad durch Erschütterungen selbsttätig dreht, ohne daß ein entsprechender Durchfluß vorhanden wäre.

Aus der DT-OS 23 37 948 ist es bekannt, den Spa.t zwischen den Enden der Flügel des Flügelrades und der Innenwandung des Durchflußgehauses relativ eng zu gestalten, um die Leckverluste des Durchflußmessers klein zu halten. Bei dieser bekannten Anordnung sind aber - trotz des relativ engen Spaltes Leckverluste vorhanden, so daß auch diese Anordnung nicht zur Messung geringer Durchflußmengen geeignet

Schließlich ist es beispielsweise aus der GB-PS 803069 bekannt, einer geraden Zahl von induktiven Impulsgebern eine ungerade Zahl von induktiven Impulsnehmern gegenüberzustellen, um die Anzahl der Ausgangsimpulse bei einer Umdrehung des Flügelrades zu erhöhen, um damit die Genauigkeit des nachfolgenden Ereigniszählers zu verbessern.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Durchflußmesser für Flüssigkeiten der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß die 1 .eckstromverluste vernachlässigbar klein sind und der Durchflußmesser zur Messung geringer Durchflußmengen geeignet ist. Die vorliegende Erfindung hat die zusätzliche Aufgabe den Durchflußmesser so auszubilden, daß eine Fehlanzeige, d. h. eine ungewollte Drehung des Flügelrades, bei Erschütterungen und Vibrationen ausgeschlossen ist. Schließlich soll der — den magnetischen Kreis Schwächende — Luftspalt vernachlässigbar klein sein, so daß das im induktiven Impulsaufnehmer induzierte Spannungssignal groß wird und deshalb der elektrische Aufwand zur nachfolgenden Impulsverstärkung klein gehalten werden kann.

Die Aufgabe wird durch einen Durchflußmesser für Flüssigkeiten der eingangs genannten Art gelöst, der dadurch gekennzeichnet, ist, daß das Flügelrad elastische Flügel aufweist, die von dem Flüssigkeitsstrom angetrieben sind und sich im Durchflußgehäuse abdichtend drehen, wobei die induktiven Impulsgeber an den äußeren Enden der Flügel angeordnet sind und eine Abschlußkante bilden, die sich mit den Abschlußkanten der gehäusefesten Impulsaufnehmer überschneidet und eine Rastung bildet.

Diese Ausführung gewährleistet, daß durch auftretende Erschütterungen das Flügelrad nicht gedreht wird, da eine Rastung zwischen den Abschlußkanten der gehäusefesten Impulsaufnehmer und den Abschlußkanten der an den Enden der elastischen Flügel angeordneten induktiven Impulsgeber vorhanden ist.

Es ist günstig, wenn die Flügel des Flügelrades tangential vom Flüssigkeitsstrom angeströmt sind, so daß eine hohe Antriebsleistung erzielt wird.

Für die genaue Anzeige kleiner Durchflußmengen (Verminderung der Leckstromverluste) ist es ferner wichtig, daß sich die induktiven Impulsgeber des ^₅ Flügelrades an den Enden der elastischen Flügel befinden und gleichzeitig deren Abschlußkante bilden. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Abschlußkante, die zweckmäßig dichtend am Durchflußgehäuse anliegt, Leckverluste vermeidet. Bei dieser Anordnung wird vorausgesetzt, daß eine Pumpe, z. B. die Kraftstoffpumpe eines Motors, vor dem Eingang zum Durchflußmesser angeordnet ist. Der Flüssigkeitsdruck überwindet dabei den Dichtungsdruck, den die elastischen Flügel mit den umgebenden Gehäuseflächen des Durchflußgehäuses erzeugen. Dabei ist es möglich, daß sich die Flügel unter diesem Flüssigkeitsdruck elastisch verformen. Leckverluste sind dadurch ausgeschlossen. Auch die geringste Durchflußniengc pro Zeiteinheit wird dadurch richtig angezeigt. &,

Für die Dichtung der Flügel im Durchflußgehäuse können alle an sich bekannten Maßnahmen angewandt werden, z. B. federnde Dichtungsscheiben, die sich mitdrehen, Labyrinthdichtungen u. ä. Dabei ist die Lagerreibung nur ein Bruchteil dieser kraftscl.lüssigen Verbindung zwischen den Umrissen des Flügelrades und dem Durchflußgehäuse, so daß dieser Durchflußmesser billig und einfach gebaut werden kann. Die Lagerreibung ist dabei vei nachlässigbar klein im Vergleich gegenüber der Reibung der Dichtungen der elastischen Flügel an den zugeordneten Wandungen des Durchflußgehäuses.

Wesentlich bei der vorliegenden Erfindung ist es. daß sich die Abschlußkanten der beweglichen Impulsgeber an den Enden der Flügel des Flügelrades mit den Abschlußkanten der gehäusefesten Impulsaufnehmer überschneiden, so daß eine Rastung vorhanden ist und der Luftspalt zwischen Impulsgeber und Impulsaufnehmer geringstmöglich klein gehalten wird.

Durch die Rastung soll erreicht werden, daß neben dem Dichtungsdruck bzw. der Reibung aufgrund dieser Dichtung, vom Flüssigkeitsdruck noch eine Rastung übe-»vunden werden muß. Dabei ist die Rastung so angeordnet, daß wenn der Flüssigkeitsdruck diese Rastung überwindet, der bewegliche Impulsgeber am festen Impulsaufnehmer vorbeischnellt. Durch diese hohe Geschwindigkeit wird ein ausreichend großer Induktionsstoß erzeugt, so daß eine exakte Anzeige gewährleistet ist Da das ganze Durchflußgehäuse unter Flüssigkeitsdruck steht und der Motor eines Kraftfahrzeuges die von ihm benötigte Benzinmenge absaugt, ist immer gewährleistet, daß bei Verwendung als Kraftstoff-Durchflußmesser der Kraftstoff luftblasenfrei zugeführt wird und auch bei geringstem Durchfluß des Kraftstoffes eine einwandfreie Anzeige erfolgt.

Derartige Rastungen können verschiedenartig ausgebildet sein, unter »Rastung« sind z. B. Maßnahmen zu verstehen, die einen Kraftschluß zwischen den festen und beweglichen Induktionsgebern und -aufnehmern hervorgerufen, der erst durch die Erhöhung des Flüssigkeitsdruckes aufgehoben wird. Diese Erhöhung des Flüssigkeitsdruckes tritt auf, wenn auf der einen Seite des Flügels der Motor Kraftstoff absaugt, während auf der anderen Seite des Flügels die Flüssigkeitspumpe wirkt.

Bei der Verwendung induktiver Impulsgeber und -aufnehmer ist es zweckmäßig, daß die gehäusefesten Impulsaufnehmer einen offenen magnetischen Kreis bilden, deren Anker die beweglichen Impulsgeber bilden. Dabei sind die gehäusefesten Impulsaufnehmer vorzugsweise aus Permanentmagneten mit Induktionswicklung gebildet, während die beweglichen Impulsgeber an den Enden des Flügelrades aus im Kunststoff eingebetteten Eisen bzw. Eisenpulver gebildet sind. Eine derartige Anordnung gestattet eine billige Massenproduktion dieser Meßgeräte.

Das Flügelrad kann aus einem Kunstoff-Speichenrad mit einem umlaufenden Dichtungsring bestehen, an dem die elastischen Flügel mit den beweglichen Impulsgebern befestigt sind. An dem starren Kunststoff-Speichenrad sind demnach elastische Flügel befestigt, die unter dem Dichtungsdruck verformbar sind und dadurch jeglichen Leckverlust vermeiden.

Zweckmäßig ist es ferner, wenn das Durchflußgehäuse aus Kunststoff besteht, in dem die gehäusefesten Impulsaufnehmer mit ihren Induktionswicklungen und Verbindungsleitungen eingebettet sind. Auch durch diese Maßnahme ist eine billige Massenfertigung gewährleistet.

Die Umformung der Spannungsimpulsc des Impulsaufnehmers in ablesbare Meßwerte kann durch die verschiedenartigsten an sich bekannten Schaltungen erfolgen. Die Schaltungen müssen dabei beispielsweise die Anzahl der Impulse anzeigen, d.h. die Durchflußmenge und ferner die Anzahl der Impulse pro Zeiteinheit, d. h. die Durchflußgeschwindigkeit. Bei

diesen Schaltungen können auch Möglichkeiten vorgesehen werden, um die Geschwindigkeit pro Zeiteinheit, d. h. die Beschleunigung und Verzögerung des Durchflusses anzuzeigen, falls diese Anzeige, z. B. für eine wirtschaftliche Arbeitsweise des Motors, erforderlich wäre.

Eine bevorzugte Anordnung zur Umwandlung der Zählimpulse in ablesbare Anzeigen besteht darin, daß die Impulse als Spannungsimpulse über ein Mono-Flop zum Anzeigegerät gelangen. Durch nachfolgende Integration kann die Durchflußmenge ermittelt werden. Ebenso kann durch Differentiation die Änderung der Durchflußmenge bestimmt werden.

Für die Anzeige der Durchflußmenge ist es wesentlich, daß die der Durchflußgeschwindigkeit proportionalen Geschwindigkeitssignale einem integrierenden OP-Verstärker zugeführten werden, vor dessen Eingang ein Widerstand und als Gegenkopplung ein Kondensator geschaltet ist.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigt

Fig. 1 schematisch den Durchtlußmengenmesser im Schnitt 1-1 der F i g. 2, in der Vorderansicht,

F i g. 2 die Draufsicht auf die F i g. 1 längs de« Schnittes H-Il der F ig. 1,

F i g. 3 eine mögliche Ausführung der Verrastung, F i g. 4 eine mögliche Schaltung, Fig.5 eine Möglichkeit der Umwandlung der Zählimpulse zur Anzeige der Durchflußgeschwindigkeit und

Fig.6 eine mögliche Schaltungsanordnung zur Integration der geschwindigkeitsabhängigen Impulse, d. h. zur Umwandlung der Durchflußgeschwindigkeit in die Durchflußmenge,

In der F i g. 1 ist das Meßgerät 1 mit einer Zuleitung 2 und einer Ableitung 3 versehen. In die Zuleitung fördert eine nicht dargestellte Kraftstoffpumpe in Pfeilrichtung 4. In Pfeilrichtung 5 saugt der Motor die benötigte Kraftstoffmenge an. Daß Meßgerät wird von einem Durchflußgehäuse 6 und von einem Flügelrad 7 gebildet. Das Flügelrad 7 besteht wiederum aus dem Speichenrad 8 und dem Dichtungsring 9. Eine Nabe 10 mit Welle 11 des Flügelrades und dem Lager 12 im Durchriußgehäuse 6 gewährleisten die mechanische Festigkeit der Anordnung, wenn der Flüssigkeitsdruck im eigentlichen Druckflußkanal 13 auftritt. Das Speichen — bzw. Flügelrad 8, 7 bewegt sich in Pfeilrichtung 14, wenn die zu messende Flüssigkeit in Pfeilrichtung 4, 5 den Durchflußkanal 13 durchströmt. Im Durchflußkanal 13 sind die Flügel 15 angeordnet

Es kann eine größere oder kleiner Anzahl von Flügeln 15 als Speichen 8 vorhanden sein. Die Flügel haben eine Abschlußkante 16, sie wird im Ausführungsbeispiel von den beweglichen Impulsgebern 17 gebildet. Diese beweglichen Impulsgeber 17 sind als Anker ausgebildet, d. h_v sie sind magnetisch leitend. Dieser Anker schließt den magnetischen Stromkreis der gehäusefesten Impulsaufnehmer 18. Dabei kann dieser magnetische Stromkreis sowohl von permanenten Magneten als auch von Elektromagneten gebildet werden. Zweckmäßig sind diese Anker U-förmig ausgebildet und mit einer Induktionswicklung 19 versehen. Die ganzen Induktionswicklungen 19 sind, wie die F i g. 4 zeigt, in einem parallel geschalteten Stromkreis 20 zusammengefaßt mit den Anschlüssen a, b.

Im Ausführungsbeispiel liegen neun bewegliche Impulsgeber 17 sechs festen Impulsaufnehmern 18 gegenüber, so daß jeweils immer nur ein Impulsaufnehmer einen Zählimpuls angibt und mechanisch diese ίο ganzen Impulsaufnehmer hintereinander geschaltet liegen. Um auch bei sehr kleinen Durchflußmengen, d. h. einem sehr kleinen Literverbrauch in der Zeiteinheit eine genaue Anzeige zu haben, ist die Zuordnung zwischen Aufnehmer und Geber z. B. nach F i g. 3 so ausgebildet, daß sie eine Verrastung bilden. Dabei sind die Abschlußkanten 21, 22 so zueinander abgeschrägt, daß sie dichtend aufeinanderliegen. Erst unter dem Flüssigkeitsdruck in Pfeilrichtung 14 erfolgt ein Durchbiegen der Flügel 15, wie die F i g. 3 zeigt, und bei höher werdendem Flüssigkeitsdruck schnappt dann die keilförmige Fläche 16 des Impulsgebers 17, die gleichzeitig den Anker des Impulsaufnehmers 18 bildet, von der Abschlußkante 21 des Impulsaufnehmers 18 ab und gewährleistet dadurch einen ausreichend großen Spannungsimpuls.

Die Wicklungsanschlüsse a, b werden in umlaufenden Verbindungsleitungen 23, 24 zusammengefaßt, wobei sowohl die Induktionswicklungen 19 der gehäusefesten Impulsaufnehmer 18 als auch deren Anschlüsse a, b sowie die umlaufenden Verbindungsleitungen 23,24 mit dem Durchflußgehäuse 6 vergossen sind, so daß sie eine Einheit bilden und aus dem Durchflußgehäuse 6 nur die Anschlußenden a, b ragen.

Fig.5 zeigt eine an sich von der elektronischen Drehzahlmessung bekannte Schaltung, um die bei den Anschlußklemmen 25 eintreffenden Zählimpulse in eine geschwindigkeitsabhängige Anzeige am Anzeigegerät 26 umzuwandeln. Dabei kann eine an sich bekannten Eingangsschaltung 27 verwandt werden, mit Spannungsteiler RX, R2 für die Justierung und der Zenerdiode ZX. Eine weiterhin bekannte Mono-Flop-Schaltung wandelt dann die Zählimpulse um, um sie in der Anzeigeschaltung 29 am Meßgerät 26 sichtbar zu machen. Die Schaltungsbereiche 27,28,29 können auch beliebig anders ausgebildet sein.

In der Fig.6 ist eine an sich bekannte Integrationsschaltung dargestellt, dabei ist der Operationsverstärker 30 als integrierte Schaltung dargestellt mit einem Eingangswiderstand 31 und einem Kondenator 32 als Gegenkopplung. Im Schaltungsbereich 33 ist dann das Durchflußmengenanzeigegeräte 34 angeordnet, welches z. B. mittels einer Rückstellung 35 von Hand auf Null zurückgestellt werden kann. Ein Regelwiderstand 36 dient der Anpassung.

Die Schaltungsbereiche 27,28,29,30,33,34 sind zwar an einem Ausführungsbebpiel besonders zweckmäßig für eine bestimmte Art von Durchflußmengenmessern, es können aber auch alle anderen Schaltungen verwandt werden, sofern das für eine andere Anordnung, z. B. der Impulsaufnehmer, oder eine andere Ausbildung der Impulsgeber erforderlich erscheint.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Durchflußmesser für Flüssigkeiten insbesondere für Kraftstoff in Kraftfahrzeugen mit einer Kraftstoff-Förderpumpe, gebildet aus einem sich im S Flüssigkeitsstrom drehenden und Zählimpulse abgebenden Flügelrad, das in einem Durchflußgehäuse drehbar angeordnet ist, in dem gehäusefest induktive Impulsaufnehmer angeordnet sind, denen auf den Enden der Flügel des Flügelrades angeordnete, bewegliche, induktive Impulsgeber zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelrad (7) elastische Flügel (15) aufweist, die von dem Flüssigkeitsstrom angetrieben sind und sich im Durchflußgehäuse (6) abdichtend drehen, wobei die induktiven Impulsgeber (17) an den äußeren Enden der Flügel (16) angeordnet sind und eine Abschlußkante (22) bilden, die sich mit Abschlußkanten (21) der gehäusefesten Impulsaufnehmer (19) überschneidet und eine Rastung bildet

2. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (15) des Flügelrades (7) tangential vom Flüssigkeitsstrom angeströmt sind.

3. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelrad (7) einen umfanggeschlossenen Dichtungsring (9) aufweist, an dem radial am Umfang verteilt elastische Flügel (15) ansetzen.

4. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Durchflußgehäuse (6) eine gerade Anzah! von Impulsaufnehmern (18) angeordnet ist, denen eine ungerade Anzahl von Impulsgebern (17) an den Enden der Flügel (15) des Flügelrades (7) zugeordnet sind.

5. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gehäusefesten Impulsaufnehmer (18) mit magnetisierbaren Jochen einen magnetischen Kreis bilden, deren Anker die beweglichen Impulsgeber (17) sind.

6. Durchflußmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gehäusefesten Impulsaufnehmer (18) aus Permanent-Magneten mit Induktionswicklung gebildet sind.

7. Durchflußmesser nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Impulsgeber (17) aus im Material der Flügel (15) eingebettetem Eisen bzw. Eisenpulver gebildet sind.

8. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchfiußgehäuse (6) aus Kunststoff besteht, in dem die Impulsaufnehmer (18) mit den Induktionswicklungen (19) und den Verbindungsleitungen (23,24) eingebettet sind.

9. Durchflußmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionswicklungen (19) parallel geschaltet sind.

10. Durchflußmesser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Induktionswicklungen (19) induzierten Spannungsimpulse über eine Mono-Flop-Schaltung &> zum Anzeigegerät gelangen.

11. Durchflußmesser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Induktionswicklungen (19) induzierten Spannungsimpulse in eine der Durchflußgeschwin- (.5 digkeit proportionales Signal umgewandelt werden, das in einer nachfolgenden Integrationsstufe aufintegriert wird.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Durchflußmesser ηFlüssigkeiten, insbesondere fur Kraftstoff m ErfSÄS^»* ^einer Kraftstoff-Förderpumpe

WMrtSs einem sich im Flüssigkeitsstrom drehenden und ShHmpuTse abgebenden Flügelrad, das in einem Durchflußgehäuse drehbar angeordnet .st, .n dem

halfest induktive Impulsaufnehmer angeordnet f_m ^hd, deten auf den Enden der Flügel des Flügelrades angeordnete, bewegliche, induktive Pulsgeber zugeord-

Zwetk der vorliegenden Erfindung ist die Entwick-1 «t Pines K-raftstoff-Durchflußmengenmessers, der

Ldere zur Verwendung mit Kraftfahrzeugen SgTt ist, wobei eine Kraftstoff-Förderpumpe den Sr Drehung des Flügelrades notwendigen Fluss.gke.ts-

strom erzeugen soll. rvr _η<: or* ^ 418 ;« ,.;„

Beispielsweise mit der DT-OS 2055 458 ist ein Durchflußmesser der eingangs genannten Art bekanntgeworden. Bei dieser Anordnung dreht sich das Flügelrad frei im Flüssigkeitsstrom, wobei em Permanentmagnet mit dem Flügelrad verbunden ist und am äußeren Umfang des Durchflußgehauses zugeordnete induktive ImpuLufnehmer (magnetis.erbare Joche) angeordnet sind. Diese bekannte Anordnung zeigt große Leckflüssigkeitsverluste, da sich die Hügel des Flügelrades nicht abdichtend an der Wandung des Durchflußgehauses anlegen. Diese bekannte Anordnung ist deshalb nicht zur Messung gennger Kraftstoffmengen geeignet. Auch würden die wahrend des Betriebes von Kraftfahrzeugen auftretenden Erschütterungen und Vibrationen zu einer Fehlanzeige eines solchen bekannten Durchflußmessers fuhren da das fre. bewegliche Flügelrad sich auch be. Erschütterungen drehen könnte. Schließlich ist der - den magnetischen Kreis schwächende - Luftspalt zwischen dem induktiven Impulsgeber (Permanentmagnet) und dem induktiven Impulsaufnehmer (magnetisierbare Joche) beträchtlich, so daß das Ausgangsssignal dieser bekannten Schaltung gering ist und mit einein dementsprechenden elektrischen Autwand (und erhöhte