DE2549576C3 - Kolbenzähler - Google Patents

Description

Es handelt sich im folgenden um einen Kolbenzähler zur Messung des Flusses kleiner Mengen von Flüssigkeiten, mit einem unter der Einwirkung der Flüssigkeit in einem Meßzylinder hin- und hergehenden, beidseitig beaufschlagten Meßkolben, dessen Kolbenstange einen Umsteuerkolben durchsetzt und hin und her verschiebt, und mit einem Sprungschaltwerk.

Dieser Kolbenzähler findet insbesondere Anwendung zur Ermittlung des Kraftstoffverbrauches von Heizungen oder Brennkraftmaschinen, beispielsweise von Kraftfahrzeugen.

An die zur Messung der Durchflußmengen wertvoller Flüssigkeiten, beispielsweise von Kraftstoffen, durch Rohrleitungen eingesetzten Kolbenzähler werden hohe Anforderungen an die Meßgenauigkeit die Funktionssicherheit und die Druckunabhängigkeit gestellt, und unabhängig davon sollen deren Herstellungskosten niedrig sein.

Es ist ein Kolbenzähler mit einem beidseitig beaufschlagten Meßkolben bekannt, bei welchem die Umsteuerung der Flüssigkeit in die beiden Meßräume oberhalb und unterhalb des Meßkolbens mit Hilfe eines von der Kolbenstange geführten HilfsSteuerschiebers sowie eines vom Druck der Flüssigkeit direkt betätigten Hauptsteuerschiebers, zwischen welchen ein feststehender Schieberspiegel angeordnet ist, bewerkstellig wird. Zur Registrierung der Meßhübe wird die Verschiebung der Kolbenstange durch zwei Seile auf ein gegenläufiges Rollenpaar und von dort über ein Gesperre an einen Kupplungsmagneten übertragen. Infolge der am Ende der Meßkolbenbewegung langsam sich vollziehenden Umsteuervorgänge, für welche zwei getrennte Schieber verantwortlich sind, läßt die Meßgenauigkeit dieses Gerätes zu wünschen, und seine aufwendige Bauart hat beträchtliche Herstellkosten zur Folge (DT-PS 10 17 806).

Es ist auch ein Kolbenzähler bekanntgeworden, bei welchem der Meßkolben und ein Ringnut-Steuerkolben ausschließlich vom Druck der Meßflüssigkeit bewegt werden, doch ist dieses Prinzip nicht lageunabhängig und gegenüber Beschleunigungen, wie sie beispielsweise beim fahrenden Kraftfahrzeug auftreten, nicht unempfindlich (DT-OS 24 00 502).

Bei einem anderen bekannten Kolbenzähler wird vom Meßkolben ein Kippspannwerk betätigt, welches mit einem die Umsteuerung bewirkenden, doppelten Drehschieber gekuppelt ist. Zwar läßt sich mit diesem Zähler eine gute Meßgenauigkeit erzielen, doch bedingt seine aufwendige Bauart mit einer großen Anzahl von beweglichen Teilen so hohe Herstellungskosten, daß dessen Anwendbarkeit auf wenige Sonderfälle beschränkt bleibt (DT-OS 23 20 568).

Hieraus ergab sich die Aufgabe zur Konzeption eines Kolbenzählers, welcher hohe Meßgenauigkeit, weitgehende Druck-, Beschleunigungs- und Lageunabhängigkeit mit geringen Herstellküsten verbindet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist von einem Kolbenzähler der eingangs erläuterten Art ausgegangen worden, und gelöst wurde die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß der einen Zentralkanal aufweisende Umsteuerkolben an beiden Seiten einen mit einer öffnung für die Kolbenstange versehenen Kolbenboden besitzt, daß innerhalb des Zentralkanals auf der Kolbenstange zwei verschiebliche Lochscheiben vorgesehen sind, die zwischen zwei an der Kolbenstange befestigten Mitnehmern angeordnet sind, daß zwischen den Lochscheiben eine Druckfeder auf die Kolbenstange aufgesetzt ist und daß der Umsteuerkolben zwei Rasten trägt, denen ein verschiebbar angeordneter, von einer Feder gegen die Rasten gedrückter Raststift gegenübersteht. Die im Innern des Umsteuerkolbens zwischen die Mitnehmer auf der Kolbenstange mit den Lochscheiben eingesetzte Druckfeder bildet im Zusammenwirken mit dem federbelasteten Raststift einen Mechanismus, welcher bewirkt, daß der Umsteuerkolben bis an das Ende der Hübe des Meßkolbens in seiner jeweiligen Lage verharrt, dann aber unter der Kraft der durch den Meßkolben gespannten Zugfeder in seine neue Lage geschnellt w ird. Dadurch werden sehr kurze Umschaltzeiten erzielt, was hohe Meßgenauigkeiten zur Folge hat. Der vorgeschlagene Kolbenzähler läßt eine kompakte Bauweise zu; er besteht bis auf die Zugfeder sschließlich aus wenigen zu drehenden bzw. zu lrenden Teilen, so daß seine Herstellung Vergleichs-

weise billig ist. Eine hohe Funktionssicherheit ist die Folge davon, daß nur zwei bewegliche Teile, der Meßkolben und der Umsteuerkolben, vorhanden sind. Das Gerät ist aufgrund seiner Konzeption weitgehend unempfindlich gegen Einflüsse von außen wie Lage. Druck der Flüssigkeit oder Beschleunigung.

Nach einem weiteren vorteilhafter. Merkmal des Kolbenzählers trägt die Kolbenstange zwei Anschlagmuffen, die beiderseits und außerhalb des Umsteuerkolbens liegen. Diese, mit den beiden Kolbenböden des Umsteuerkolbens zusammenwirkenden Anschlagmuffen bewirken die Auslösung der Verschiebung des Umsteuerkolbens zu einem von der Spannung der Druckfeder unabhängigen Zeitpunkt, was eine weitere Erhöhung der Meßgenauigkeit sowie der Unempfindüchkeit des Kolbenzählers gegen Außeneinflüsse zur Folge hat

Zur Einstellung des Auslösezeitpunktes der Verschiebungen des Umsteuerkolbens ist wenigstens eine der beiden Anschlagmuffen längs der Kolbenstange verstellbar vorgesehen.

Aus konstruktiven Gründen und zur Ermöglichung eines einfachen Zusammenbaues sind in die Kolbenboden Büchsen eingesetzt.

Vorteilhaft sind die Mitnehmer an Hülsen angeordnet, die die Kolbenstange umgeben und gegenüber der Kolbenstange verschiebbar sind.

Ein weiteres ausgestaltetes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Raststift eine Quernut trägt, in die ein Schwenkhebel eingreift. Dieser Schwenkhebel dient zur Übertragung der bei jeder Richtungsänderung dej Umsteuerkolbens stattfindenden Längsverschiebung des Raststiftes auf ein Schaltorgan einer die Hübe des Meßkolbens registrierenden Zähleinrichtung.

Zweckmäßig ist der Schwenkhebel mit Hilfe eines gummielastischen, in einer Ringnut sitzenden Dichtungsringes schwenkbar gelagert.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäß ausgestalteten Kolbenzähler ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Kolbenzähler in einem Längsschnitt, geschnitten in der Ebene von Eingang und Ausgang, der Meßkolben nahezu in oberer, der Umsteuerkolben in oberer Stellung, in etwa doppelter Vergrößerung,

F i g. 2 den Kolbenzähler in einem gegenüber F i g. 1 um 90 Grad gedreht liegenden Längsschnitt, der Meßkolben nahezu in unterer Stellung, die Druckfeder gespannt, der Umsteuerkolben noch in oberer Stellung,

Fig.3 den Kolbenzähler wie in Fig. 1, Meßkolben und Umsteuerkolben in unterer Stellung, so

F i g. 4 den Kolbenzähler entsprechend F i g. 2, der Meßkolben in einer mittleren Stellung, die Druckfeder gespannt, der Umsteuerkolben noch in unterer Stellung.

Der dargestellte Kolbenzähler besteht (vergleiche F i g. 1) im wesentlichen aus einem Meßzylinder 1, einem beidseitig beaufschlagten Meßkolben 2, einem Umsteuerzylinder 3, einem Umsteuerkolben 4 sowie einem Meßzylinderkopf 5 und einem Umsteuerzylinderkopf 6; Meßzylinder 1 und Umsteuerzylinder 3 sind koaxial zueinander angeordnet.

Am Meßkolben 2 ist eine Kolbenstange 7 befestigt, die den einen Zentralkanal 8 aufweisenden Umsteuerkolben 4 durchsetzt. Der Umsteuerkolben 4 besitzt an seinen beiden Seiten je einen den Zeniralkanal 8 abschließenden Kolbenboden 9 bzw. 10, deren jeder eine zylindrische öffnung Il bzw. 12 für die Kolbenstange 7 besitzt. In die Kolbenboden 9 und 10 sind mit Hilfe von Schraubengewinden Büchsen 13 und 14 eingesetzt

Auf der Kolbenstange 7 sitzen (vergleiche F i g. 2) innerhalb des Zentralkanals 8 zwei verschiebliche Lochscheiben 15 und 16, die zwischen zwei an der Kolbenstange 7 befestigten Mitnehmern 17 und 18 angeordnet sind. Zwischen den beiden Lochscheiben 15 und 16 sitzt eine zylinderförrnige Druckfeder 19 verschiebbar auf der Kolbenstange 7. Die Länge dieser Druckfeder 19 ist so bemessen, daß, wie F i g. 1 zeigt, die beiden Lochscheiben 15 und 16 nahe am Kolbenboden 9 anstehen bzw. an jenem (10) anliegen. Die Druckfeder 19 kann auch mit Vorspannung eingesetzt sein: dann liegen beide Lochscheiben 15 und 16 an den die Kolbenböden 9,10 bildenden Büchsen 13,14 satt an.

Die Kolbenstange 7 trägt (vergleiche F i g. 2) außerhalb und zu beiden Seiten des Umsteuerkolbens 4 zwei Anschlagmuffen 20 und 21 in Gestalt einer auf der Kolbenstange 7 anschließend an den Meßkolben 2 sitzenden Schraubenmutter (20) bzw. einer auf den Kopf der Kolbenstange 7 mittels eines Gewindes aufgeschraubten und dadurch längsverstellbaren Kopfmutter (21), die durch eine Konterschraube 22 gesichert ist.

Das Ende der Anschlagmuffe 21 — die (Gewinde-)-Hülse 23 der Kopfmutter (21) — bildet den Mitnehmer 18, während der zweite Mitnehmer 17 das Ende einer die Kolbenstange 7 umgebenden und gegenüber dieser verschiebbaren Hülse 23' ist.

Der Umsteuerkolben 4 trägt (F i g. 2) außen an seinem Mantel zwei Rasten 24 und 24' in Gestalt von zylindrischen Sackbohrungen, und diesen Rasten 24, 24' steht ein in einer Bohrung in der Wand des Umsteuerzylinders 3 verschiebbar angeordneter Raststift 25 gegenüber, welcher von einer Feder 26 gegen die Rasten 24, 24' gedrückt wird. Als Rastorgan dient eine vor dem Raststift 25 sitzende Kugel 27, deren Durchmesser größer ist als die lichte Weite der beiden Sackbohrungen.

Der Raststift 25 trägt (siehe F i g. 4) eine ringförmige Quernut 28. In diese Quernut 28 greift das Ende eines geraden Schwenkhebels 29 ein, welcher mit Hilfe eines gummielastischen Dichtringes 30 in einer Längsbohrung 31 des Umsteuerzylinders 3 schwenkbar gelagert ist. Der Dichtungsring 30 sitzt in einer Ringnut 32 des Schwenkhebels 29 und wird von einer Ringmutter 33 gegen einen Absatz in der Längsbohrung 31 gedrückt. Dem freien Ende des Schwenkhebels 29 steht ein Mikroschalter 34 gegenüber, der mit einer die Kolbenhübe des Meßkolbens 2 registrierenden Zähleinrichtung in Verbindung steht.

Die Funktion des dargestellten Kolbenzählers ist folgende.

Die zu messende Flüssigkeit tritt (vergleiche Fig. 1) unter Druck durch den Eingang 35 in den Umsteuerzylinder 3 ein, gelangt in Richtung der Pfeile a durch den Umsteuerkolben 4 hindurch (nämlich durch die Querbohrung 36, den Zentralkanal 8 und die beiden Kopfbohrungen 37) und strömt durch das Mittelloch der Scheibe 38 in den oberen Teil des Meßzylinders 1 und schiebt den Meßkolben 2 in Richtung des Pfeiles b abwärts. Gleichzeitig wird (vergleiche Fig. 2) die im unteren Teil des Meßzylinders befindliche Flüssigkeit in Richtung der Pfeile c über einen in der Wand von Meßzylinder I und Umsteuerzylinder 3 liegenden Kanal 39 einem Ringkanal 40 des Umsteuerkolbens 4 zugeführt, der sie (siehe Fig. 1) über die Bohrung 41 dem Ausgang 42 zuleitet.

Bei der Abwärtsbewegung des Meßkolbens 2 in Richtung des Pfeiles b wird die am Ende der

Kolbenstange 7 sitzende Anschlagmuffe 21 (die Kopfmutter) nach unten bewegt, wobei der durch das Ende der Anschlagmuffe 21 (nämlich der (Gewinde-)-Hülse 23 der Kopfmutter) gebildete Mitnehmer 18 die Lochscheibe 16 mitnimmt; hierdurch wird die Druckfeder 19 so lange gespannt, bis die Anschlagmuffe 21 am Kolbenboden 10 (bzw. der Büchse 14) anschlägt. Daraufhin rastet die Kugel 27 des Raststiftes 25 aus der Rast 24 aus und gibt den Umsteuerkolben 4 frei, so daß dieser unter der Einwirkung der sich jetzt entspannenden Druckfeder 19 in seine untere Endstellung schnellt (Pfeil d), bei welcher der Kolbenboden 9 an der Scheibe 38 anliegt. Diese Endstellung hat eine Umsteuerung zur Folge, bei welcher die Flüssigkeit den nachfolgend beschriebenen Weg nimmt.

Die Γ!üssigkeit gelangt (vergleiche F i g. 3) in unterer Stellung des Umsteuerkolbens 4 durch den Eingang 35 in Richtung der Pfeile e in einen (vergleiche Fig. 4) Ringkanal 40 und eine Längsnut 43 des Umsteuerkolbens 4 sowie durch den Kanal 39 in den unteren Teil des Meßzylinders 1. Gleichzeitig wird die im oberen Teil des Meßzylinders 1 befindliche Flüssigkeit (vergleiche F i g. 3) in Richtung der Pfeile /'durch die Kopfbohrung 37, den Zentralkanal 8 und die gegenüberliegenden Kopfbohrungen 37 des Umsteuerkolbens 4 hindurch zum Ausgang 42 geleitet.

Während der Aufwärtsbewegung des Meßkolbens 1 (Pfeil g in F i g. 3) wird der durch das Ende der Hülse 23' gebildete Mitnehmer 17 nach oben bewegt, wobei er die Lochscheibe 15 mitnimmt, so daß die Druckfeder 19 in zunehmendem Maße gespannt wird, bis die Anschlagmuffe 20 (nämlich die Schraubenmutter) am Kolbenboden 9 (bzw. der Büchse 13) anstößt. Infolgedessen rastet die Kugel 27 aus der Rast 24' aus, dadurch wird der Umsteuerkolben 4 frei, welcher unter der Einwirkun der sich entspannenden Druckfeder 19 in seine ober Endstellung schnellt (Pfeil h in Fig. 4), in welcher de Kolbenboden 10 am Umsteuerzylinderkopf 6 anliegt.

Bei jeder Umsteuerung macht der Raststift 25 beir Ausrasten der Kugel 27 aus einer der beiden Rasten 2A 24' eine Hubbewegung, die mit Hilfe des Schwenkhebel 29 auf den Mikroschalter 34 übertragen wird. De Dichtungsring 30 gewährleistet hierbei sowohl ein schwenkbare wie eine flüssigkeitsdichte Lagerung de Schwenkhebels 29.

Die Justierung des Kolbenzählers erfolgt über dei Hub des Meßkolbens 2, indem die Stellung de Anschlagmuffe 21 auf der Kolbenstange 7 veränder wird, d. h. also durch Verdrehen der Kopfmutter; di gewählte Stellung wird mittels der Konierschraube 2: fixiert.

Um zu verhindern, daß die Verschiebung de Umsteuerkolbens 4 durch Druckstöße der Flüssigkei am Eingang 35 gestört wird, befindet sich (vergleich F i g. 3) in der Wand des Umsteuerzylinders 3 gegenübe dem Eingang 35 eine Sackbohrung 44, in welcher sie über eine am Umsteuerkolben 4 vorgesehene, ringför mige Ausgleichsnut 45 der Eingangsdruck ausgleiche kann.

Eine am Umsteuerkolben 4 vorgesehene Ausneh mung 46 (vergleiche Fig.4) auf der Gegenseite de beiden Rasten 24, 24' verhindert wirksam einei unkontrollierten Druckaufbau in diesen Rasten 24, 24 welche über eine Aussparung 47 am Umsteuerkolben · miteinander in Verbindung stehen. Aunehmungen 3( und Aussparungen 47 sind durch eine Verbindungsnu 46 (vergleiche F i g. 3) verbunden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Kolbenzähler zur Messung des Flusses kleiner Mengen von Flüssigkeiten, mit einem unter der Einwirkung der Flüssigkeit in einem Meßzylinder hin- und hergehenden, beidseitig beaufschlagten Meßkolben, dessen Kolbenstange einen Umsteuerkolben durchsetzt und hin und her verschiebt, und mit einem Sprungschaltwerk, dadurch ge- "> kennzeichnet, daß der einen Zentralkanal (8) aufweisende Umsteuerkolben (4) an beiden Seiten einen mit einer öffnung (11 und 12) für die Kolbenstange (7) versehenen Kolbenboden (9 und 10) besitzt, daß innerhalb des Zentralkanals (S) auf >S der Kolbenstange (7) zwei verschiebliche Lochscheiben (15 und 16) vorgesehen sind, die zwischen zwei an der Kolbenstange (7) befestigten Mitnehmern (17 und 18) angeordnet sind, daß zwischen den Lochscheiben (15) und 16) eine Druckfeder (19) auf *> die Kolbenstange (7) aufgesetzt ist, und daG< der Umsteuerkolben (4) zwei Rasten (24 und 24') trägt, denen ein verschiebbar angeordneter, von einer Feder (26) gegen die Rasten (24 und 24') gedrückter Raststift (25) gegenübersteh t.

2. Kolbenzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (7) zwei Anschlagmuffen (20 und 21) trägt, die beiderseits und außerhalb des Umsteuerkolbens (4) liegen.

3. Kolbenzähler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der beiden Anschlagmuffen (20 und 21) längs der Kolbenstange (7) verstellbar ist.

4. Kolbenzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kolbenboden (9 und 10) Büchsen (13 und 14) eingesetzt sind.

5. Kolbenzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmer (17 und 18) an die Kolbenstange (7) umgebenden und gegenüber der Kolbenstange (7) verschiebbaren Hülsen (23 und 23') angeordnet sind.

6. Kolbenzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raststift (25) eine Quernut trägt, in die ein Schwenkhebel (29) eingreift.

7. Kolbenzähler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkhebel (29) mit Hilfe eines gummielastischen, in einer Ringnut (32) sitzenden Dichtungsringes (30) schwenkbar gelagert ist.

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