DE2554466B2

DE2554466B2 - Durchflußmengenmeßgerät

Info

Publication number: DE2554466B2
Application number: DE19752554466
Authority: DE
Inventors: Hans 5980 Werdohl Schumacher
Original assignee: Kracht Pumpen und Motorenfabrik GmbH and Co KG
Current assignee: Kracht GmbH
Priority date: 1975-12-04
Filing date: 1975-12-04
Publication date: 1978-05-03
Also published as: DE2554466C3; DE2554466A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Durchflußmengenmeßgerät mit zwei nach Art eines Zahnradmotors miteinander kämmenden Zahnrädern, die auf feststehenden Achszapfen gelagert sind, bei dem im Bereich der Zähne wenigstens eines der Zahnräder ein berührungslos arbeitender Abtaster angeordnet ist, dessen Ausgangsimpulse durch eine Einrichtung summierbar sind.

Bei einem bekannten Durchflußmengenmeßgerät der genannten Art (DT-GM 66 09 610) wird besonders gefordert, daß die Zahnräder an den ebenen Seitenflächen gegen die Stirnwände der Kammer abgedichtet sind. Die damit zwangläufig verbundene Reibung führt dazu, daß die bekannten Durchflußmengenmeßgeräte nur zur Messung von Medien höherer Viskosität geeignet sind und nur bei solchen Medien eine hinreichende Meßgenauigkeit haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Durchflußmengenmeßgerät der genannten Art so auszubilden, daß bei niedrig viskosen Flüssigkeiten über große Durchflußbereiche kleine Meßfehlertoleranzen eingehalten werden können, so daß es möglich wird, derartige Durchflußmengenmeßgeräte z. B. auch im eichpflichtigen Verkehr einzusetzen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Zahnräder so gelagert sind, daß sie allseitig ohne Berührung mit dem Gehäuse umlaufen und daß der Einlaß und der Auslaß im wesentlichen achsparallel zu den Drehachsen der Zahnräder angeordnet sind.

Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder auf Kugellagern gelagert sind.

Bei Verwendung von Kugellagern zur Lagerung der Zahnräder auf den feststehenden Achszapfen wird neben der reibungsarmen Lagerung der Vorteil erzielt, daß die umlaufende Masse klein gehalten wird.

Bekannt ist weiter ein Durchflußmengenmeßgerät mit zwei nach Art eines Zahnradmotors miteinander kämmenden Zahnrädern (ATZ, Automobiltechnische Zeitschrift, 1974, 2, Seiten 44 bis 47), bei dem zur Erzielung einer hohen Meßgenauigkeit die Zahnräder mit einem Fremdantrieb versehen sind, über den in die Zahnräder ein Drehmoment von einer solchen Größe eingeleitet wird, daß die Druckdifferenz zwischen Ein- und Auslaß des Zahnradmotors möglichst Null wird. Die erzielte Meßgenauigkeit erfordert hier einen hohen Aufwand an Antriebs- und Regelmitteln.

Ein erfindungsgemäß gestaltetes Gerät ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und irn nachstehenden beschrieben.

F i g. 1 zeigt das Gerät im Längsschnitt.
Fig.2 zeigt einen Schnitt längs der Linie H-Il in Fig. 1.

Das in der Zeichnung dargestellte Gerät weist zwei nach Art eines Zahnradmotors miteinander kämmende Zahnräder 2,4 auf, die um feststehende Achsbolzen 6,8 drehbar und in einer Gehäusekammer 10 angeordnet sind, die in einer Gehäuseplatte 12 ausgebildet ist. Die Gehäusekammer 10 wird oben durch eine Deckelplatte 14 dichtend abgeschlossen. In der Gehäuseplatte 12 ist eine Zulaufbohrung 16 und eine Auslaufbohrung 18 vorgesehen, die jeweils parallel zur Drehachse der Zahnräder angeordnet sind und mit entsprechenden Bohrungen 20 in einer Sockelplatte 22 in Verbindung stehen.

-'<> Die Zahnräder 2 und 4 sind möglichst reibungsarm auf den Achszapfen 6 und 8 gelagert. Die Lagerung kann beispielsweise über Kugellager erfolgen. Die Zahnräder sind weiter vorzugsweise so ausgebildet, daß sie sowohl auf ihrem Umfang als auch an ihren gegenüberliegenden

-'") Flächen ohne Berührung mit dem Umfang der Gehäusekammer 10 und deren beiden ebenen Begrenzungsflächen liegen, jedoch mit möglichst geringen Spaltabmessungen.

Im Bereich der Zähne 24 des Zahnrades 4 ist im

ι» Gehäusedeckel ein druckfestes durchsichtiges Fenster 26 eingesetzt. Über diesem Fenster ist in einer konischen Senkbohrung 28 ein opto-elektronischer Abtaster 30 angeordnet, der von einem Haltewinkel 32 getragen ist. Der opto-elektrische Abtaster kann von

r> bekannter Bauart sein. Es läßt sich beispielsweise ein Abtaster verwenden, wie er in elektronischen Lesegeräten Verwendung findet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel enthält der Abtaster eine Lichtquelle, deren Lichtstrahl durch die Endfläche eines unter das

■"· Fenster 26 gelangenden Zahnes reflektiert wird. Der reflektierte Strahl erzeugt dann einen elektrischen Impuls, der zur Verarbeitung weitergeleitet wird. Statt eines einseitigen Abtasters, der mit reflektiertem Lichtstrahl arbeitet, könnte auch ein geteilter Abtaster

ι ^ri vorgesehen werden. I η diesem Fall wäre gegenüber dem Fenster 26 im Boden der Gehäusekammer 10 ein weiteres Fenster vorzusehen, unter dem dann beispielsweise die Lichtquelle anzuordnen v/äre. Wenn die Bohrung 16 der Zufluß und die Bohrung 18 der Ablauf

^r><> ist, werden die Zahnräder unter dem Druck der einströmenden Flüssigkeit so gedreht, daß das Zahnrad 4 im Uhrzeigersinn und das Zahnrad 2 entgegengesetzt umläuft. Von den Zahnrädern werden dabei jeweils dem Zahnlückenvolumen entsprechende Teilmengen geför-

^r>'> dert. Bei jedem Durchgang eines Zahnes unter dem Fenster 26 wird damit für jeweils zwei Zahnlückenvolumen ein elektrischer Impuls abgegeben. Da somit umgekehrt jedem elektrischen Impuls ein bestimmtes bekanntes Teilvolumen entspricht, brauchen zur VoIu-

Wi menanzeige die abgegebenen elektrischen Impulse jeweils nur addiert und mit dem Teilvolumen als Konstanter multipliziert zu werden, um zur Volumenbestimmung zu kommen. Das Volumen kann dann angezeigt und/oder in einem Druckwerk ausgedruckt

hi werden. Das Volumen kann dann mit einem Preis multipliziert werden, so daß weiter der Gesamtabgabepreis angezeigt und/oder ausgedrückt werden kann. Das Meßgerät arbeitet mit digitalen Meßimpulsen. Die

gesamte Messung und MeQwertverarbeitung kann damit digital durchgeführt werden. Aus den digitalen Meßwerten können selbstverständlich auch über einen D/A-Wandler Anaüogwerte abgeleitet werden, die dann analog zur Anzeige gebracht, beispielsweise auf einem Schreiber festgehalten werden können.

In der Zeichnung ist für den opto-elektronischen Abtaster 30 auf der Oberseite der Deckelplatte 14 ein Schutzgehäuse 34 mit einem Anschlußkasten 36 vorgesehen. Die Verarbeitung der Meßimpulse ist in F i g. 1 als Blockschaltbild dargestellt mit einem Summierer und Multiplizierer 38, dessen Ausgangswert in einem Volumenanzeiger oder -schreiber 40 wiedergegeben wird. Sofern das Gerät für den Verkauf von Einzelmengen vorgesehen ist, wird das gemessene Volumen mit einem gegebenen Preis pro Volumeneinheit multipliziert. Der Abgabepreis kann dann in einer Anzeigevorrichtung 42 angezeigt und/oder ausgedruckt werden. Die visuelle Anzeige und das Ausdrucken kann dabei mit den Mitteln vorgenommen werden, die bei handelsüblichen druckenden Rechnern verwendet werden.

Solche volumetrischen Mengenmesser zeichnen sich durch einen besonders niedrigen Durchflußwiderstand aus, der unter tOcm WS liegt. Aus dem geringen Druckabfall resultieren dann wiederum geringe Spaltverluste. Die Geräte sind weiter für Drücke bis über 200 bar einsetzbar. Das Auflösungsvermögen entspricht der Größe des jeweils gemessenen Teilvolumens, das zwei Zahnlückenvolumen entspricht. Durch entsprechende Ausbildung der Zahnräder läßt sich das Teilvolumen in der gewünschten Größe festlegen.

Bei schnellen Durchflußänderungen hängt die Meßgenauigkeit auch von der Masse der Zahnräder ab. Zur Erzielung einer möglichst großen Meßgenauigkeit sollten die Zahnräder daher aus einem Materia! mit möglichst geringem spezifischen Gewicht bestehen — beispielsweise aus Aluminium oder einer Magnesiumlegierung. Die Oberfläche derartiger Räder ist zur Reibungsminderung zweckmäßig eloxiert.

Die Zahnräder könnten weiter auch aus einem Kunststoff bestehen und dann beispielsweise gespritzt werden.

Auch bei kleinen Fertigungstoleranzen werden auf Grund der Forderung nach möglichst reibungsarmer Bewegung der Zahnräder Spaltverluste unvermeidlich sein. Der Einfluß solcher Spaltverluste läßt sich dadurch korrigieren, daß bei der Errechnung des Volumens der Spaltverlust als eine Korrekturkonstante berücksichtigt wird. Ein eventueller durchflußabhängiger Fehler kann dadurch berücksichtigt werden, daß für unterschiedliche Durchflüsse unterschiedliche Korrekturkonstanten bei der Errechnung des Volumens berücksichtigt werden. Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Frequenz der Meßimpulse mit dem Durchsatz steigt, kann die Änderung der Korrekturkonstanten leicht frequenzabhängig durchgeführt werden. Zu diesem Zweck brauchen lediglich entsprechende Frequenzfilter vorgesehen werden, denen jeweils entsprechende Korrekturkonstanten zugeordnet sind.

Solche volumetrischen Msngenmeßgeräte sind insbesondere für Flüssigkeiten mit geringer Zähigkeit anwendbar, unter anderem auch für die Messung von Benzin in Benzinzapfsäulen.

Der opto-elektronische Abtaster arbeitet mit Spannungen unter 10 Volt und damit elektrisch eigensicher. Das Gerät ist daher für den Einsatz in explosionsgefährdeter Atmosphäre geeignet.

Um einen Rückfluß von Flüssigkeit durch das Gerät zu vermeiden, kann in der Zu- bzw. Ablaufleitung ein Rückschlagventil vorgesehen werden. Es ist auch möglich, mit geringem Aufwand auch einen Rückfluß meßtechnisch zu erfassen und bei der Volumenerrechnung und -anzeige zu berücksichtigen. Zu diesem Zweck kann ein zweiter opto-elektronischer Abtaster vorgesehen werden, der relativ zum Abtaster 30 um weniger als eine halbe Zahnteilung versetzt angeordnet ist. Ein zweiter Abtaster könnte beispielsweise analog dem Abtaster 30 über den Zähnen des Zahnrades 2 angeordnet werden, und zwar wie erwähnt um weniger als eine halbe Zahnteilung versetzt. Ist dieser zweite Abtaster beispielsweise gegenüber dem Abtaster 30 voreilend angeordnet, wird durch den zweiten Abtaster ein elektrisches Signal abgegeben, bevor der Abtaster 30 ein elektrisches Signal abgibt. Durch dieses Vorsignal könnte der Rechner 38 für das vom Abtaster 30 abgegebene Signal auf Addition geschaltet werden. Beim Rückstrom von Flüssigkeit würden die Zahnräder in entgegengesetzter Richtung gedreht Es würde dann von dem Abtaster 30 ein Signal abgeben werden, ohne daß ein durch den zweiten Abtaster abgegebenes Signal vorliegt. Das Signal würde dann in dem Rechner 38 subtrahiert und damit auch ein entsprechend geringeres Volumen angezeigt werden.

Eine Vergrößerung des Auflösungsvermögens kann auch durch zusätzliche Abtaster erzielt werden. So kann beispielsweise eine Verdoppelung des Auflösungsvermögens dadurch erreicht werden, daß ein weiterer Abtaster vorgesehen ist, der relativ zum ersten Abtaster soweit versetzt ist, daß er jeweils nach Durchgang eines halben Zahnlückenvolumens anspricht. Auch hier könnte dann gleichzeitig ein vorzeichenbestimmender Abtaster vorgesehen werden, der dann nur in Abhängigkeit von einem der die volumenabhängigen Impulse gebenden Abtaster geschaltet zu werden brauchte. Im Gegensatz zu der Anordnung mit einem Abtaster, der einen volumenabhängigen Iripuls abgibt und dessen Einstellung auch in Kombination mit einem die Durchflußrichtung ermittelnden Abtaster unkritisch ist, muß bei Anordnung eines zusätzlichen volumenabhängige Impulse abgebenden Abtasters für eine genaue Einstellung der beiden Abtaster relativ zueinander gesorgt werden.

Zur Erfassung der Zahnbewegungen sind außer der beschriebenen opto-elektronischen Abtastvorrichtung auch andere berührungslose Abtasteinrichtungen einsetzbar, die — je nach der Art der für die Herstellung der Zahnräder bzw. des Gehäuses verwendeten Materials — auf kapazitiver oder induktiver Basis arbeiten können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Durchflußmengenmeßgerät mit zwei nach Art eines Zahnradmotors miteinander kämmenden Zahnrädern, die auf feststehenden Achszapfen gelagert sind, bei dem im Bereich der Zähne wenigstens eines der Zahnräder ein berührungslos arbeitender Abtaster angeordnet ist, dessen Ausgangsimpulse durch eine Einrichtung summierbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (2, 4) so gelagert sind, daß sie allseitig ohne Berührung mit dem Gehäuse (12,14) umlaufen, und daß der Einlaß (16) und der Auslaß (18) im wesentlichen achsparallel zu den Drehachsen der Zahnräder angeordnet sind.

2. Durchflußmengenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (2, 4) auf Kugellagern gelagert sind.