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Durchflußmesser
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Die Erfindung betrifft einen Durchflußmesser, mit dem die Durchflußmenge
eines Strömungsmittels in einer Leitung, z.B.
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einer Treibstoffleitung, durch ein elektrisches Signal dargestellt
und gemessen werden kann. Unter einem Strömungsmittel wird nicht nur eine Flüssigkeit,
sondern auch ein Dampf oder ein Gas verstanden.
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Bei den bekannten Durchflußmessern ergeben sich gewisse Probleme,
wenn die Durchflußmenge in weiten Grenzen schwankt; inshesondere ist es schwierig,
eine zuverlässige reproduzierbare Anzeige bei geringen Durchflußmengen zu erzielen.
Außerdem beeinflussen Temperaturänderun4endie Viskosität des Strömunqsmittels und
die Abmessungen des Strömungskanals, wodurch weitere Schwankungen erzeugt werden.
Strömungsmesser in Kraft- oder Wasserfahrzeugen müssen ferner in langen Zeiträumen
zuverlässig und genau arbeiten und gegen Korrosionsangriffe durch den Treibstoff
und dessen Zusätze widerstandsfällig sein. Die bisher bekannten Strömungsmesser
haben sich
für die tlessung des Treibstoffverbrauchs in Fahrzeugen
als unzuverlässig erwiesen.
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Der im Kennzeichen des AnsFruchs 1 angegebenen Erfindung liegt die
Auf gabe zugrunde, einen korrosionsfesten Durchflußmesser zur Verfügung zu stellen,
der auch bei geringen t)urchflußmengen ein elektrisches Signal abgibt, dessen Frequenz
proportional zur Durchflußmenge ist und nur wenig von Temperaturänderungen beeinflußt
wird.
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Erfindungsgemäß sind eine Lichtquelle und ein lichtelektrischer Wandler
so irn Gehäuse des axial anqestromten Flügelrades angeordnet, daß der Lichtweg zwischen
ihnen periodisch durch die umlaufenden Flügel unterbrochen wird. Arn Ausqang des
Wandlers kann eine elektrisches Signal abqenonmen werden,dessen Freauenz proportional
zur Umlaufgeschwindigkeit des Flügelrades und damit zur Durchflußmenge des Strömungsinittels
ist.
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Zur Messung des Treibstoffverbrauchs eines Kraftfahrzeugs kann man
so vorgehen, daß ein zur Fahrgeschwindigkeit proportionales Signal und ein zum Treibstoffverbrauch
je Zeiteinheit proportionales Signal elektrisch zu einem dritten Signal verarbeitet
werden, das den auf die Wegeinheit bezogenen Treibstoffverbrauch (Liter je 100 km)
in jeden Augenblick angibt. Das zur Fahrgeschwindigkeit proportionale Signal kann
vom Tachometer abgeleitet werden. Das den Treibstoffverbrauch, d.h. die Durchflußmenge
des Treibstoffs darstellende Signal kann aus Impulsen bestehen, die von dem oben
erwähnten lichtelektrischen Wandler abgeleitet sind. Der lichtelektrische Wandler
besteht z.B.
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in bekannter Weise aus einer Photozelle, einem Photowiderstand oder
einem Phototransistor; es ist nur darauf zu achten, daß die Ansprechgeschwindigkeit
des Wandlers hoch genug ist, um die höchste im Betrieb zu erwartende Freauenz verarbeiten
zu können.
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Das Gehäuse des Flügelrades ist vorzugsweise durchsichticr oder durchscheinend
ausgebildet. Auf der einen Seite desselben ist die Lichtquelle und auf der anderen
Seite der lichtelektrische Wandler angeordnet. Die Flügel unterbrechen mindestens
teilweise den Lichtweg zwischen der Lichtguelle und den Wandler periodisch.
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Vorzugsweise sind zwei hintereinandergeschaltete Flügelräder mit einem
dazwischen befindlichen feststehenden Leitrad vorhanden. Der geradlinige Kanal,
in dem sich die Flüelräder befinden, besteht z.E. aus einen Glasrohr, das in ein
undurchsichtiges Gehäuse mit Durchlaßöffnungen an der Stelle der Lichtquelle und
des l*andlers eingelassen ist.
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Dank der schraubenförmig verlaufenden Flügel und der geringen Reibung
des axialen Flügelrades hat der erfindungsgemäße Durchflußmesser eine hohe Empfindlichkeit
und das Glasrohr läßt sich mit Präzision auf einen bestimmten Durchmesser bringen
und ist weitgehend frei von Korrosionswirkungen und Temperatureinflüssen.
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Einige Ausführungsbeispiele der Frfinduna werden nachstehend anhand
der Zeichnung beschrieben. hierin sind Fig. 1 ein Längsschnitt durch eine erste
Ausführungsform, Fig. 2 ein Schnitt längs der Linie X - X in Fig. 1, Fig. 3 ein
Lcxngsschnitt durch eine zweite Ausführungsform, Fig. 4 eine Einzelheit der Flügelradlagerung
und Fig. 5 eine weitere Flügelradlagerung.
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Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Durchflußmesser besitzt ein Gehäuse
10, beispielsweise aus Polyamid, mit einem axialen Durchströmungskanal 11. Das Strömungsmittel
tritt durch eine mit den Gehause 10 verschraubte Armatur 12 ein, die gleichzeitz
zur Halterung eines Filters 13 aus Sinterbronze, eines Dichtungsrings 14 aus syntheotischem
Gummi und eines Einsatzes 15 dient. Der Einsatz trägt einen axial angeordneten Leitkörper
15a, in dessen Stirnflache ein Lager 16 einqelassen ist. Ein stromabwärts gelegener
zweiter Einsatz 17 trägt ein etJen,solches Lager 18. Zwischen den beiden Lagern
ist ein Flügelrad 19 frei drehbar angeordnet.
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Die Lager 16 und 18 bestehen z.E. aus Saphirringen 20 und 21, in denen
ein Achsstummel aus gehärtetem Stahl am betreffenden Winde des Flügelrades luft.
Druckflächen 22 und 23 aus Sarhir dienen zur Fixierung des Flügelrades in Längsrichtung.
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Das Flügelrad besteht aus einer Nabe, in die die Achsstummel aus Stahl
eingesetzt sind, und zwei gegeneinander versetzten Gulppen von schraubenförmigen
Flügeln 24 und 25. Jede Gruppe besteht aus zwei Flügeln. Die Flügel sind zu dem
Zweck axial versetzt, um die Kopplung mit der Materialströmung zu verbessern.
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Das Gehäuse 10 oder mindestens sein mittlerer Teil 26 besteht aus
durchsichtigem oder lichtdurchlässigem Wirkstoff. Im Bereich 26 trägt das Gehäuse
10 einen Sattel 27, der auf der einen Seite eine Lichtquelle 78 (z.B. eine Glühlampe)
und auf der anderen Seite einen photoelektrischen Wandler 29 (z.B. einen Phototransistor)
aufweist. Der Sattel besteht aus einem undurchsichtigen Kunststoff und besitzt einen
Durchlaß 30 (Fig. 2) zur Bildung eines Lichtweges zwischen der Glühlampe 28 und
dem Phototransistor 29. Der Durchlaß 30 ist so angelegt, daß der Lichtweg periodisch
von den Flügeln 25 unterbrochen wird, wenn das Flügelrad umläuft. Diese Unterbrechungen
können von dem Phototransistor 29 wahrgenommen werden.
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Der Phototransistor 29 ist in den Sattel 27 eingebettet und kann mittels
eines Stopfens 31, durch den die Zuleitungen gehen, an Ort und Stelle gehalten werden.
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Es wurde gefunden, daß schon genügend Licht auf den Phototransistor
gelangt, wenn das Gehäuse 10 aus einem für Licht
halbdurchlässigen
Werkstoff besteht, z.B. aus Nylon mit dem Hanuelsnamen Maranyl B-100 der Firma I.C.I.
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Wenn das Strömungsmittel eine Flüssigkeit ist, wirkt deren abweichender
Brechunasindex wie eine bikonvexe Linse, wenn ein Lichtstrahl das Gehause durchsetzt.
Diese Eigenschaft kann vorteilhaft ausgenutzt werden, um durch passende Anordnung
der Lichtquelle und des Wandlers den Lichtstrahl auf den letzteren zu fokussieren,
so daß sich ein intensiveres Signal ergibt. In diesem Falle kann eine mit Unter
spannung betriebene Wolfrarü-f adenlampe oder eine Leuchtdiode Verwendung finden.
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Beim Zusammenbau des beschriebenen Strömungsmessers werden die Innenteile
von links in Fig. 1 eingesetzt und die Einsätze 15a und 17 erhalten ihre richtige
Lage durch Anschlag gegen Schultern 32 und 33 im Kanal 11. Der Abstand zwischen
den Schultern 32 und 33 bestimmt den Abstand zwischen den Lagern des Flügelrades.
Die Einsätze passen mit Schiebesitz in das Gehäuse 10.
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Der Strömungsmesser nach Fig. 3 ist im allgemeinen ebenso aufgebaut
wie derjenige nach Fig. 1 und 2, jedoch wird der Strömungskanal von einem Präzisionsglasrohr
36 aus Bor-Silikatglas gebildet, das im Gehause 10 mittels einer mutter 37
und
zweier O-Ringe 34 und 35 gehalten wird. Das Gehause 10 ist hier ganz undurchsichtig
und beruht z.B. aus glasfaserverstärktern Nylon oder Acetal mit geringem Ausdehnungskoeffizienten.
Zwischen den beiden auf einer gemeinsamen Achse sitzenden Flügelrädern 19 sind feste
Leitschaufeln 38 angeordnet. Der Anstellwinkel der Leitschaufeln 38 ist so gewählt,
daß ir durch das anströmseitige Flügelrad auf das Strömungsmittel übertragene Drall
wieder rückgängig gemacht wird. So kann das zweite Flügelrad auch bei sehr niedrigen
Strömungsgeschwindigkeiten die in dem Strömungsmittel verfügbare Energie besser
ausnutzen.
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In dieser Ausführungsform braucht kein Sattel verwendet werden, denn
die Aussparungen für die Lampe 28 und den Phototransistor 29 können in dem Gehäuse
10 vorgesehen sein.
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Fig. 4 und 5 zeigen abgewandelte Lagerungen für das Flügelrad bzw.
die Flügelräder 19. In Fig. 4 ist ein abstromseitiger Einsatz 40 mit einer Achse
41 aus gehärtetem Stahl vorgesehen und das Flügelrad trägt Saphirringe 42 und ein
Drucklager 43 In aus Saphir>tFig. 5 sind zwei Einsatzkörper 40 und 41 mit Achsen
44 vorhanden. Das Flügelrad 19 ist mit Lagerringen 42 aus Saphir und Drucklagerplatten
43 für beide Achsen versehen. In diesem Falle können beide Strömungsrichtungen verwendet
werden.
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Die Lager können auch aus einem reibungsarmen Kunststoff bestehen,
z.B. einen Copolymer oder Homopolymer von Acetal.
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