DE2611935A1

DE2611935A1 - Druckdifferenz-anzeigevorrichtung einer hydraulischen messbruecke und messkolben hierfuer

Info

Publication number: DE2611935A1
Application number: DE19762611935
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Phys Dr Handtmann; Gotthold Raabe
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1976-03-20
Filing date: 1976-03-20
Publication date: 1977-09-22
Also published as: US4134293A; JPS5937454B2; JPS52114385A; DE2611935C2; FR2344823A1; GB1575723A; FR2344823B1

Description

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19.2.1976 Ks/Ht

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH₃ 7 Stuttgart

Druckdifferenz-Anzeigevorrichtung einer-hydraulischen- Meßbrücke und Meßkolben hierfür

Die Erfindung betrifft eine Druckdifferenz-Anzeigevorrichtung und einen Meßkolben einer hydraulischen Meßbrücke — insbesondere für eine Durchflußmengenmeß- oder -einstelleinrichtung — mit einer zwischen einem die zu messende oder einzustellende Durchflußmenge abgebenden Prüfling und einem Durchflußmengengeber angeordneten Meßkammer, an die ein Druckdifferenzgeber angeschlossen ist, der eine das Volumen der Meßkammer begrenzende und beidseitig von einem im Mittelwert gleichen und mit geringen Druckdifferenzen pulsierenden Meßmediumdruck beaufschlagte bewegliche Wand aufweist und mit einem Signalgeber zur Steuerung des Meßkammervolumens versehen ist.

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Hydraulische Meßbrücken arbeiten auf dem Vergleichsprinzip, in dem die von einem Prüfling abgegebene Durchflußmenge mit der eines als Meister dienenden Durchflußmengengebers verglichen wird. Bei Anwendung dieser Meßbrücke in einer Durchflußmengen-Meßeinrichtung wird der geeichte Durchflußmengengeber so lange nachgeregelt, bis das Volumen der Meßkammer konstant bleibt ₃ also eine glexche Durchflußmenge auch vom Durchflußmengengetfer gefördert wird. Bei der Anwendung dieser hydraulischen Meßbrücke bei einer Durchflußmengen-Einstelleinrichtung arbeitet die Einrichtung umgekehrt, d. h. der Durchflußmengengeber wird auf einen festen Wert eingestellt und der Prüfling wird entweder von Hand oder automatisch so lange verstellt, bis seine Durchflußmenge der des Durchflußmengengebers entspricht, dieser Punkt ist -dann erreicht, wenn das Meßkammervolumen konstant bleibt. Die Genauigkeit und Funktionsfähigkeit solcher Meßgeräte hängt von der Genauigkeit und Punktionsfahigke.lt des an die Meßkammer angeschlossenen Druckdifferenzgebers ab; so geht eine eventuell vorhandene Reibung direkt in das Meßergebnis ein und Leckverluste verfälschen ebenso das Ergebnis.

.Es ist eine Druckdifferenz-Anzeigevorrichtung einer hydraulischen Meßbrücke bekannt, die als bewegliche Wand einen sogenannten schwimmenden Meßkolben aufweist, der mit einem Spiel von wenigen Tausendstel Millimetern in einem Meßzylinder eingepaßt ist und vom Meßmedium bewegt ohne zusätzliche Dichtmittel die Volumen- oder Druckänderung durch seine optisch gemessene Lageänderung anzeigt. Ein solcher Meßkolben hat den Nachteil, sehr empfindlich auf Schmutz im Meßmedium zu reagieren und eine direkte Anlenkung eines berührungsfrei arbeitenden elektrischen Weggebers ist hier nicht möglich, so daß der Einsatz, der zugehörigen Druckdifferenz-Anzeigevorrichtung überwiegend auf den Laborbetrieb beschränkt bleibt und eine Anwendung in der Serienfertigung zur Durchflußmengenmessung oder Durchflußmengeneinstellung sehr erschwert ist.

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Es ist weiterhin eine Druckdifferenz-Anzeigevorrichtung einer hydraulischen Meßbrücke der eingangs genannten Bauart bekannt, in der als Druckdifferenzgeber ein mit zwei Membranen ausgestattes Durchflußregelventil dient, das den Flüssigkeitsstrom zum Antrieb eines Hydraulikmotors regelt, welcher eine als Durchflußmengengeber dienende Pumpe antreibt. Hier wird die Drehzahl des hydraulischen Motors so lange nachgeregelt, bis die Fördermenge der als Durchflußmengengeber dienenden Hydraulikpumpe gleich der Fördermenge des Prüflings ist. Bei dieser rein hydraulisch-mechanisch arbeitenden Vorrichtung arbeitet das Doppelmembranventil nur in seiner Nullstellung einigermaßen zufriedenstellend, bei größeren Auslenkungen jedoch tritt eine verstärkte Reibung auf, deren Größe unkontrolliert hoch werden kann und somit nicht durch entsprechende Eichung des Gerätes kompensiert werden kann. Schnellen-und größeren Volumenänderungen kann eine solche Vorrichtung nicht folgen und ist somit für die meisten Anwendungsfälle nicht brauchbar.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Druckdifferenz-Anzeigevorrichtung einer hydraulischen Meßbrücke für den Einsatz in Durchflußmengenmeß- oder -einStelleinrichtungen so zu verbessern, daß die obengenannten Nachteile der bekannten Vorrichtungen nicht auftreten und die Vorrichtung für eine schnelle und genaue Messung der Durchflußmenge in der Serienfertigung verwendbar ist, wobei der die Druckdifferenz anzeigende Weg der beweglichen Wand elektrisch gemessen und in ein Steuersignal zur Steuerung des Meßkammervolumens umgewandelt werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als bewegliche Wand ein in einem Meßzylinder axial beweglich geführter, auf einer Kolbenstange befestigter doppeltwirkender Meßkolben mit einer.elastischen Doppellippendichtung dient,.deren beide Dichtlippen zueinanderweisend angeordnet sind, aus dem zur Längsachse des Meßkolbens hin abgebogenen Rand je einer

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aus Dichtungsmaterial hergestellten Ringscheibe bestehen und zusammen mit der Lauffläche des Meßzylinders eine ringförmige Dichtungskammer bilden. Dieser mit einer elastischen Doppellippendichtung versehene doppeltwirkende Kolben arbeitet praktisch leckfrei, wenn er - wie in der erfindungsgemäßen Vorrichtung - auf beiden Seiten von einem im Mittelwert gleichen und mit geringen Druckdifferenzen pulsierenden Meßmediumdruck beaufschlagt ist. Kolben mit einer derartig aufgebauten Doppellippendichtung sind an sich bekannt und werden üblicherweise nur dort eingesetzt, wo sehr große Druckunterschiede auf beiden Seiten des Kolbens herrschen. Der bei diesen Dichtungen in der durch die zueinanderoweisenden Dichtlippen gebildeten ringförmigen Dichtungskammer sich aufbauende Druck preßt die Dichtlippen gegen die Zylinderwand und erzeugt dadurch eine gute Abdichtung bei allerdings gleichzeitig erhöhtem Reibungswiderstand. In vielen Fällen wird ausdrücklich betont, daß der Dichtkammerdruck zu einer Haftwirkung führt, so daß nach Meinung der Fachwelt eine Anwendung bei Meßeinrichtungen nicht'denkbar war.

Eine besonders vorteilhafte und bevorzugte Ausgestaltung des Meßkolbens für die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht darin, daß jede Ringscheibe mindestens im Bereich der Dichtlippe folienartig ausgebildet ist. Dadurch treten praktisch keine Eigenkräfte an der Dichtlippe auf und eine solcherart ausgebildete Abdichtung hat sich trotz großer Vorurteile von Fachleuten in der Praxis bewährt.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, .daß die Dichtlippe etwa 0,1 mm - vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,2 mm dick ist, und eine einfache und genaue Fertigung der Dichtlippe läßt sich dadurch erzielen, daß die folienartige Dichtlippe eine bis zur Dichtkante hin gleichbleibende Dicke aufweist.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Meßkolbens wird dadurch erzielt, daß die Ringscheiben zwischen

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Befestigungsflansche eingespannt sind und jede Ringscheibe aus einer nur etwa 0,1 mm - vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,2 mm dicken Folie mit bis zum äußersten Rand der Dichtkanten hin gleicher Dicke besteht. Eine solcherart hergestellte Ringscheibe ist einfach, billig und funktionssicher herzustellen und die auftretende Reibung wird auf einen vernachlässigbar kleinen Wert vermindert, wenn die Ringscheiben aus einem Material mit äußerst geringem Reibungskoeffizienten, vorzugsweise Polytetrafluräthylen (PTFE) bestehen.

Zusätzliche vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind aus den weiteren Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung zu entnehmen.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. i eine Durchflußmengen-Meßeinrichtung mit, hydraulischer Meßbrücke und der erfindungsgemäßen Druckdifferenz-Anzeigevorrichtung in vereinfachter Darstellung;

Fig. 2 eine Durchflußmengen-Einstelleinrichtung mit der erfindungsgemäßen Druckdifferenz-Anzeigevorrichtung in ebenfalls vereinfachter Darstellung;

Fig. 3 den in einem Meßzylinder eingebauten Meßkolben im Längsschnitt mit den dazugehörigen Lagern in vergrößertem Maßstab und

Fig. k einen Ausschnitt aus Fig. 3 im Bereich der Dichtlippen in noch größerem Maßstab; sowie

Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktion der Einrichtungen nach den Figuren 1 und 2.

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Die in Pig. 1 dargestellte. Durchflußmengen-Meßeinrichtung enthält als wichtigste Baugruppe eine Druckdifferenz-Anzeigevorrichtung 1 einer hydraulischen Meßbrücke, die nach dem Vergleichsprinzip arbeitet (die Punktion wird weiter hinten näher erläutert). Die Vorrichtung 1 besteht im wesentlichen aus einer Meßkammer 2, einem an diese Kammer angeschlossen Prüfling 3 und einem Durchflußmengegeber 4, der den als Meßmedium dienenden von einer Druckquelle 5 geförderten Kraftstoff in die Meßkammer 2 zuführt. Der Prüfling 3 und der als Meister der hydraulischen Meßbrücke dienende Durchflußmengengeber 4 sind im vorliegenden Beispiel Magneteinspritzventxle der gleichen Bauart, was den Vorteil hat, daß ihr hydraulisches Verhalten praktisch gleich ist und damit Systemfehler ausgeschlossen sind, was die Genauigkeit der Durchflußmengenmessung wesentlich erhöht und die Anwendung der Vorrichtung in der Fertigung erleichtert. Beide Magnetventile 3 und 4 werden von einer elektrischen Steuerschaltung 6 angesteuert, die zusammen mit der Druckquelle 5 in ihren Einzelheiten weiter hinten näher beschrieben ist.

An die Meßkammer 2 ist ein Druckdifferenzgeber 7 angeschlossen, der im wesentlichen aus einem Meßkoiben 12 und einem mit diesem verbundenen induktiven Weggeber 8 besteht, der als Signalgeber für die Lage des Meßkolbens 12 dient. Der Meßkolben 12 dient als bewegliche Wand zur Begrenzung des in der Meßkammer 2 vorhandenen Volumens; und die gesamte Einrichtung ist so ausgebildet, daß der Meßkolben 12 beidseitig von einem im Mittelwert gleichen und mit geringen Druckdifferenzen pulsierenden Kraftstoffdruck beaufschlagt ist. Nähere Einzelheiten des Meßkolbens 12 werden weiter hinten zu Figur 3 und 4 ausführlich beschrieben und erläutert.

Die in Figur 2 dargestellte Durchflußmengen-Einstelleinriehtung ist nahezu gleich wie die Durchflußmengen-Meßeinrichtung nach Fig. 1 aufgebaut und die gleichen Teile sind auch mit den gleichen Bezugsziffern versehen. So enthält die Durchflußmengen-Einstell-

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einrichtung nach Pig. 2 eine Druckdifferenz-Anzeigevorrichtung la, die im wesentlichen wie die entsprechende Vorrichtung 1 in Figur 1 aus einer Meßkammer 2a besteht, an die sowohl die beiden als Prüfling und Dürchflußmengengeber dienenden Magnetventile 3 und 4 als auch der aus dem Meßkolben 12 und dem Signalgeber bestehende Druckdifferenzgeber 7 angeschlossen sind. An die Meßkammer 2a ist jedoch zusätzlich ein als elektromagnetisch betätigtes 3/3-Wegeventil ausgebildetes Steuerventil 9 angeschlossen, das - wie der Durchflußmengengeber 4 - mit der Druckquelle 5 verbunden ist'. Das Steuerventil 9 dient zur automatischen Korrektur des in der Meßkammer 2a befindlichen Volumens, und zwar dann, wenn das als Prüfling dienende Magnetventil 3 nicht die gleiche Durchflußmenge fördert wie das fest eingestellte und'als Meister dienende Magnetventil 4. Das Steuerventil 9 tritt immer dann in Tätigkeit, wenn der Meßkolben 12 sich um einen bestimmten Betrag aus seiner Mittellage weg bewegt hat. Sowohl das Steuerventil 9 als auch der Meßkolben 12 stehen dann in ihrer gezeichneten Ruhelage, wenn die Einstellung des Magnetventils 3 gleich der des die Solldurchflußmenge fördernden Magnetventils 4 ist. Beide Magnetventile 3 und 4 und das Steuerventil 9 werden von einer elektrischen Steuerschaltung 6a betätigt, die wie die Druckquelle 5 in ihrem Aufbau weiter hinten näher erläutert ist. Nachstehend wird der bei beiden Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 und 2 verwendete Meßkolben 12 anhand der Figuren 3 und 4 ausführlich beschrieben.

In einem Zylinder 10 (siehe Fig. 3j eines nur teilweise dargestellten Gehäuses 11 des Druckdifferenzgebers 7 ist der als Meßkolben dienende doppeltwirkende Kolben 12 geführt, der auf einer Kolbenstange 13 befestigt und mit einer elastischen Doppellippendichtung 14 versehen ist, Diese Doppellippendichtung l4 ist weiter hinten zur Fig. 4 noch ausführlicher und näher beschrieben und arbeitet mit der mit 15 bezeichneten Lauffläche des Zylinders 10 zusammen. Der Kolben 12 teilt den Zylinder in zwei durch die Doppellippendichtung 14 gegeneinander abge-

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dichtete Kammern 16 und 17, die beide von einem im Mittelwert gleichen und mit geringen Druckdifferenzen pulsierenden Flüssigkeitsdruck beaufschlagt sind. So wird die rechte Kammer 17 über eine Anschlußbohrung 18, eine ein Lager 19 für die Kolbenstange 13 aufnehmende Kammer 21 und mehrere am Umfang gleichmäßig verteilte Durchgangsbohrungen 22 innerhalb einer Lagerplatte 23 des Lagers 19 mit der Meßkammer 2 (siehe dazu Fig. und 2) verbunden, in der sich der als Druckflüssigkeit dienende Kraftstoff befindet. Der in der linken Kammer 16 anstehende Kraftstoff, der über Bohrungen 24 in einer Lagerplatte 25 eines zweiten Lagers 26 für die Kolbenstange 13 zugeführt wird, wird - wie in der Beschreibung der Druokquelle 5 für die Einrichtungen nach Fig. 1 bzw. 2 weiter hinten noch näher erläutert - auf den Druck geregelt, der im ausgeregelten Zustand in der Meßkammer herrscht.

Der Kolben 12 ist aus mehreren scheibenförmigen Teilen aufgebaut und besteht aus einem mit einem·ersten Befestigungsflansch 27 versehenen Trägerteil 28, das einen mit einem Gewinde versehenen Zapfen 29 aufweist, auf dem zwei weitere Befestigungsflansche 31 und 32 zentriert sind und durch eine Mutter 33 in der Einbaulage gehalten werden. Zwischen je zwei der Befestigungsflansche 27 und 31, bzw. 31 und 32 sind je eine Ringscheibe 34 eingespannt, die aus einer nur etwa 0,1 mm - vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,2 mm - dicken Folie aus Dichtungsmaterial mit äußerst geringem Reibungskoeffizienten bestehen. Jede der durch die Befestigungsflansche 27 oder 32 gegen den mittleren Befestigungsflansch 31 gespannten Ringscheiben 34 weist einen zur Längsachse des auf der Kolbenstange 13 befestigten Kolbens 12 hin abgebogenen Rand 35 auf (siehe dazu besonders Fig. 4), der als Dichtlippe 35 dient und entsprechend dem Material der Ringscheibe ebenfalls folienartig ausgebildet ist und deshalb eine bis zu der mit 36 bezeichneten Dichtkante hin gleichbleibende Dicke aufweist. Die beiden Ringscheiben 34 sind spiegelbildlich mit zueinanderweisenden Dichtlippen 35 eingebaut, welche zusammen mit der

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Lauffläche 15 des Zylinders 10 und der äußeren Mantelfläche des Befestigungsflansches 3-L eine ringförmige Dicntungskammer 37 bilden. Die beiden die elastische D.oppellippendxchtung 14 bildenden Dichtlippen 35 sind unter einem extrem spitzen Winkel PC (siehe Fig. 4) zur Lauffläche 15 des Zylinders 10 geneigt, so daß durch die topfförmige Ausgestaltung der Ringscheibe 34 der folienartige die Dichtlippe 35 bildende Rand entsprechend formsteif wird und sich bei den geringen auftretenden Druckdifferenzen nicht aufstülpt oder umknickt. Zur Gewährleistung einer einwandfreien Abdichtung darf immer nur die eine mit 36 bezeichnete Dichtkante mit der Lauffläche 15 zusammenarbeiten, d. h. der WinkelcC darf nicht zu liull werden. Sehr gute Ergebnisse werden mit einem WinkelcC von etwa 5 ° bis 10 ° erreicht, wobei als Dichtkante 36 die äußere Kante der als Schnittfläche ausgebildeten Mantelstirnfläche 38 der Ringscheiben 34 dient.

Die Mantelstirnfläche 38 wird in vorteihafter Weise nicht im noch planen sondern im verformten, d. h. topfförmigen Zustand der Ringscheibe 34 durch Schneiden des Randes hergestellt, wodurch die Dichtkante 36 einwandfrei glatt wird. Kaum meßbare Reibungswerte werden mit Ringscheiben 34 erzielt, die aus 0,07 dicken Folien aus Polytetrafluorathylen (PTFE) hergestellt, d. h. in einem entsprechenden Werkzeug in die topfförmige Form gedrückt und dann beschnitten werden.

Selbstverständlich können die Ringscheiben 34, vor allem bei Massenfertigung, jede andere gewünschte Form und Dicke erhalten, nur .muß der Bereich der Dichtlippen 35 folienartig ausgebildet sein, da bei größeren Materialstärken in diesem Bereich durch Eigenspannung Reibung erzeugt wird und die Wirkung der Doppellippendichtung dann- der der bekannten Lippendichtungen gleicht und so nicht für Meßgerätekolben anwendbar wäre.

Obwohl durch die dargestellte Form der Dichtlippen 35 eine gewisse Formsteifigkeit erreicht wird, sind zur Verhinderung

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von Schäden an den Dichtlippen 35 bei ungewollt oder plötzlich auftretenden Druckspitzen die Außendurchmesser D der der Dichtungsknnraier 37 abgewandten Befestigungsflansche 27 und 32 bis unmittelbar an die Lauffläche. 15 des Zylinders 10 heranreichend ausgebildet. Das Spiel zwischen den durch den Außendurchmesser D begrenzten Mantelflächen der Befestigungsflansche 27 und 32 und der Lauffläche 15 ist gerade so groß bemessen, daß die Befestigungsflansche 27 und 32 bei Längsbewegungen des Kolbens 12 nicht an der Lauffläche 15 streifen.

Die beiden Lager 19 und 26 bestehen aus je drei sternförmig um die Achse der Kolbenstange 13 herum angeordneten Kugellagern 39 (siehe dazu Fig. 3), deren Außenringe 41 an drei Punkten am Umfang der Kolbenstange 13 druckfrei anliegen und deshalb mit geringem Spiel montiert sind, so daß bei dem oder den jeweils im Einbauzustand entlasteten Kugellagern 39 ein geringes Spiel a von wenigen Hundertstel Millimetern bis zu etwa 0,1 mm entsteht. Die mit 42 bezeichneten stiftförmigen Achsen der Kugellager 39 sind in Lagerböcke 43 eingepreßt, welche ihrerseits in Radialnuten 44 der Lagerplatten 23 und 25 eingesetzt und durch Schrauben 45 befestigt sind. Die Radialnuten 44 und das Durchmesserspiel zwischen den Schrauben 45 und den abgestuften, diese Schrauben 45 aufnehmenden Bohrungen 46 in den Lagerplatten 23 und 25 ermöglicht das funktionsnotwendige Ausrichten der Kugellager 39 in Bezug auf die Lage der Kolbenstange 13, so daß das Spiel a eingestellt werden kann. Das eine aus drei Kugellagern 39 bestehende Lager 19 ist gegenüber dem ebenfalls aus drei Kugellagern 39 bestehenden Lager 26 um 60 ° verdreht eingebaut, so daß in der in Fig. 3 darge-. stellten Einbaulage beim rechten Lager 19 ein Kugellager oben und beim linken Lager 26 ein Kugellager unten liegt. Damit wird erreicht, daß bei einseitiger außermittiger Belastung der Kolbenstange 13 durch einen Meßwertgeber jeweils nur ein Kugellager die von der Kolbenstange 13 ausgehenden Druckkräfte aufnimmt, während die anderen beiden Lager lediglich der Lagesi-

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cherung dienen. Eine ähnliche äußerst geringe Reibung der Lageranordnung ergibt sich auch, wenn anstelle des einen Lagers zwei Lager bei einseitiger Belastung der Kolbenstange 13 die Druckkräfte aufnehmen.

Die bei beiden Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 und 2 verwendete Druckquelle 5 besteht im wesentlichen aus einer an sich bekannten Kraftstofförderpumpe 50, die mittels einer Saugleitung 51 über ein Filter 52 Kraftstoff aus einem Tank 53 ansaugt und über eine Druckleitung 54 zu dem als Durchflußmengengeber dienenden Magnetventil 4 fördert. An die Druckleitung 54 sind außerdem zwei Druckregtlventile 55, 56 angeschlossen, von denen das erste ein Druckgefälleventil 55 ist, das den in der Druckleitung 54 herrschenden Druck um einen festgelegten Betrag vermindert, welcher der vorgegebenen Druckdifferenz an den Magnetventilen 3 und 4 entspricht; und das zweite Ventil ist ein Druckbegrenzungsventil 56> das den in der Kammer 16 des Druckdifferenzgebers 7 herrschenden Druck begrenzt. Überschüssiger Kraftstoff wird über eine Rücklaufleitung 57 zum Tank 53 zurückgeführt. Bei den Ausführupgsbexspxelen nach Figur 1 und 2 sind die Ventile 55 und 56 wie folgt ausgelegt: Das Druckbegrenzungsventil 56 begrenzt den Druck in der Kammer 16 auf 2 bar und das Druckgefälleventil 55 bewirkt, daß bei einer eingestellten Druckdifferenz von 2 bar in der Druckleitung 54 vier bar herrschen. Die vom Druckgefälleventil 55 gesteuerte Druckdifferenz wurde demnach gleich der Druckdifferenz am Ventil 56 gemacht und es herrschen in der Meßkammer 2 und in der über die Bohrung l8 mit letzterer verbundenem Kammer 17 des Druckdifferenzgebers 7 eben- * falls 2 bar wie in der Kammer l6, da der Kolben 12 als bewegliche und den Druck übertragende Wand zwischen die beiden Kammern 16 und 17 eingefügt ist. In beiden Kammern herrscht immer ein im Mittelwert gleicher Druck, da der Kolben 12 praktisch reibungsfrei arbeitet, was für die Funktion der Vorrichtung auch von ausschlaggebender Bedeutung ist.

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Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Pig. 2 wird darüber hinaus der in der Druckleitung 54 befindliche Flüssigkeitsdruck über eine Zweigleitung 5¹Ja zum Eingang des Steuerventils 9 geleitet, das über eine weitere Zweigleitung 54b an die Meßkammer 2a angeschlossen ist. Über eine zweite Rücklaufleitung 58 kann die Meßkammer 2a mit dem Tank 53 verbunden werden. In der gezeichneten Stellung des als 3/3-Wegeventil ausgebildeten Steuerventils 9 sind alle Leitungen 54a, 5^b und 58 gesperrt. In einer zweiten von einem doppeltwirkenden Magneten 59 des Steuerventils 9 gesteuerten Schaltstellung sind die Leitungen 54a und 54b mit der Meßkammer 2a verbunden, so daß Kraftstoff zugeführt wird und in der dritten Schaltstellung des Ventils 9 werden die Leitungen 54b und 58 miteinander verbunden, so daß Kraftstoff aus der Meßkammer 2a abfliessen kann.

Die elektrische Regelschaltung 6 der Durchflußmengen-Meßeinrichtung nach Fig. 1 und die elektrische Steuerschaltung 6a der Durchflußmengen-Einstelleinrichtung nach Fig. 2 haben als gemeinsame Bauteile einen das Wegsignal des induktiven Weggebers 8 verarbeitenden Modulator-Demo&ilator 60, einen das Wegsignal des Weggebers 8 in ein Geschwindigkeitssignal umwandelndes Differenzierglied 61 mit einem Geschwindigkeitsanzeiger 62, ein .Steuergerät 63 für die Magnetventile 3 und 4 und eine Sollwerteingabe 64 sowie eine Meßwertanzeige 65.

Bei der Regelschaltung 6 nach Fig. 1 sind die Schaltungsteile 60. 61 und 63 miteinander verbunden und die Geschwindigkeitsanzeige 62 ist nur strichpunktiert angedeutet, da sie bei einer vollautomatischen Anlage entfallen kann.

Bei der elektrischen Steuerschaltung 6a ist, wenn die Einstellung des Prüflings 3 von Hand erfolgt, keine Verbindung zwischen dem Differenzierglied 6l und dem Steuergerät 63 vorhanden. Die Geschwindigkeitsanzeige 62 zeigt dem Einsteller Bewegungen des Kolbens 12 an, die dann aufhören, wenn durch Verstellen einer Einstelleinrichtung am Prüfling 3, dessen Durchfluß gleich dem

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des Durchflußmengengebers 4 ist. Von der Sollwerteingabe 64 werden in einem solchen Fall die Impulslängen für die Magnetventile 3 und 4 eingegeben, die Anzeige 65 könnte entfallen oder zeigt den Istwert der eingestellten Impulse oder der am Durchflußmengengeber 4 eingestellten und geförderten Durchflußmenge an. Erfolgt die Einstellung des Magnetventils 3 vollautomatisch, so wird ein gestrichelt dargestellter Stellmotor 66 vom Steuergerät 63 angesteuert und in das Steuergerät 63 wird ebenfalls das Geschwindigkeitssignal des Differenzierglieds· 6l, wie gestrichelt dargestellt, eingegeben. An die das Wegsignal des Signalgebers 8 enthaltende Verbindung zwischen dem Modulator-Demodulator 60 und dem Differenzierglied 61 ist eine Triggerschaltung 67 angeschlossen, über die der doppeltwirkende Magnet 59 des Steuerventils 9 angesteuert wird, wenn der Steuerkolben 12 um einen bestimmten Betrag aus seiner Mittelläge abgewichen ist.

Das Diagramm nach Fig. 5 zeigt zwei Kurven, die den Durchfluß q in cm^min über der Impulslänge I in Millisekunden für ein zu messendes Magnetventil anzeigen, wobei als Parameter die Frequenz f dient, wodurch sich verschieden steile Kurven für die Frequenz f.. und f„ ergeben. Bei einer festgelegten !Impulslänge I₁ fördert das Magnetventil z. B. eine Durchflußmenge q bei der Frequenz f^ und q₂ bei der Frequenz f_o. Diese durch Eichen des Durchflußmengengebers gewonnenen Kurven dienen als Grundlage sowohl bei der Durchflußmengenmessung als auch bei der Durchflußmengeneinstellung des Prüflings. Im folgenden wird kurz die Funktion beider Einrichtungen nach Fig. 1 und 2 beschrieben unter besonderer Berücksichtigung der Funktion der Druckdifferenz-Anzeigevorrichtung 7·

Die als Prüfling und Durchflußmengengeber an die Meßkammer 2 angeschlossenen Magnetventile 3 und 4 werden nur beispielhaft beschrieben, es können auch andere Erzeugnisse eingesetzt werden, deren Durchfluß einzustellen oder zu messen ist. Die Ein-

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richtungen nach den Figuren 1 und "2 sind bevorzugt bei solchen Erzeugnissen anwendbar, die eine festgelegte Druckdifferenz zwischen Ein- und Ausgang haben.

Bei der Durchflußmengen-Meßeinrichtüng nach Fig. 1 wird über die Sollwerteingabe 64 die Impulslänge für die Magnetventile 3 und 4 eingegeben, die wie bereits zu Fig. 5 beschrieben, beim Durchflußmengengeber 4 einem festgelegten geeichten Durchfluß entspricht. Stimmt die vom Magnetventil 4 in die Meßkammer 2 geförderte Kraftstoffmenge nicht mit der vom Magnetventil 3 entnommenen Menge überein, so führt der Kolben 12 eine Ausweichbewegung aus, die über den Signalgeber 8, den Modulator-Demodulator 60 und das Differenzierglied 6l zu einem Geschwindigkeitssignal umgwandelt wird, das im Steuergerät 63 zu einer Korrektur des den Durchflußmengegeber 4 steuernden Signals führt, bis der Kolben 12 keine Bewegung mehr ausführt. Auf der Meßwertanzeige 65 kann dann, vorzugsweise digital, die gemessene Durchflußmenge direkt abgelesen werden.

Bei der Durchflußmengen-Einstelleinrichtung nach Fig." 2 wird entweder ein fest eingestelltes als Meister dienendes Magnetventil 4 an die Meßkammer 2a angeschlossen oder das als Durchflußmengengeber dienende Magnetventil 4 wird über die Sollwertei'ngabe 64 entsprechend einer am Prüfling 3 einzustellenden Durchflußmenge vom Steuergerät 63 durch entsprechend große Impulse I angesteuert. Die gleichen Impulse werden dem als Prüfling dienenden Magnetventil 3 vom Steuergerät 63 zugeführt und solange eine Durchflußmengendxfferenz auftritt, ändert sich das Volumen in der Meßkammer 2a und wird durch Bewegungen des Meßkolbens 12 und des Signalgebers 8 als Wegsignal in den Modulator-Demodulator 60 eingegeben. Das Wegsignal wird dann im Differenzierglied 61 zu einem Geschwindigkeitssignal umgeformt und an der Geschwxndxgkeitsanzeige 62 angezeigt. Aufgrur. dieser. Anzeige verstellt der Einsteller den Prüfling 3 solange, bis die Gesehwxndigkeitsanzeige 62 Null angibt, dann stimmt die

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Einstellung des als Prüfling dienenden Magnetventils 3· Ist die Volumenabweichung in der Meßkammer 2a so groß, daß der Meßkolben 12 in die Nähe einer seiner Endlagen gelagt, dann wird automatisch von der Triggersehaltung 67 das Steuerventil 9, wie bereits beschrieben, angesteuert, so daß der Meßkolben 12 in seine Mittellage zurückgeführt wird.

Eine vollautomatische Einstellung des Prüflings'3 kann dadurch erfolgen, daß durch den Stellmotor 66 - vom Steuergerät 63 gesteuert - die Einstellung des als Prüfling dienenden Magnetventils 3 erfolgt.

Der in den Figuren 1 bis 4 dargestellte und der Anzeige von Volumenänderungen in der Meßkammer 2 bzw. 2a dienende Meßkolben 12 des Druckdxffererizgebers 7 ist in erfindungsgemäßer Weise so aufgebaut, daß seine eigene Reibung vernachlässigbar klein ist und nur äußerst geringe, kaum meßbare Leckverluste auftreten. Dies ist dadurch erreicht, daß in den beiden Kammern 16 und 17 ein im Mittelwert gleicher und nur mit geringen Druckdifferenzen pulsierender Flüssigkeitsdruck auf den Kolben 12 einwirkt. Vergrößert sich z. B. das Volumen in der mit der Meßkammer 2 bzw. 2a verbundenen rechten Kammer 17, so weicht der Kolben 12 aufgrund seiner bauartbedingten geringen Reibung in Richtung auf die Kammer 16 hin aus, wobei durch die geringe dabei auftretende Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern 16 und 17 Druckflüssigkeit in die Dichtungskammer 37 (siehe dazu besonders Fig. 3 und 4) entlang der Dichtlippe 35 der zur Kammer 16 hin montierten Ringscheibe 34 eintritt und die Dichtlippe 35 der zur Kammer 17 hin montierten Ringscheibe 34 gegen die Lauffläche 15 anlegt, wodurch ein Leckmengentransport verhindert wird. Die folienartige Ausbildung der Dichtlippe 35, die Wahl des reibungsarmen Dichtungsmaterials und der sofort praktisch ohne Reibungswiderstand ausweichende Kolbe.n 12 verhindern einen Druckanstieg in der Dichtungskammer 37 auf eine Druckhöhe, die zur vergrösserten Eigenreibung der Kolben-Zylindereinheit führen würde. Da

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der Kolben 12 als Meßkolben nur geringe Hübe in beide Richtungen ausführt und in beiden Kammern 16 und 17 im Mittelwert gleiche Drücke herrschen, tritt praktisch kein Leckmengenverlust auf, so daß der Kolben 12 bei geringster Eigenreibung einwandfrei abdichtet und außerdem in der Lage ist, die trotz Filterung in jeder Flüssigkeit enthaltenen Schmutsteilchen durchzulassen bzw. an den Dichtkanten 36 abzustreifen, so daß diese Schmutzteilchen weder zur Blockierung des Kolbens noch zur Zerstörung oder zeitweisen Unterbrechung der Dichtwirkung der Doppellippenabdichtung lh führen können. Durch die zueinanderweisende Anordnung der Dichtlippen 35 findet in der Dichtangskammer 37 nach kurzzeitig auftretenden Druckspitzen ein langsamer Abbau des Dichtdruckes statt, so daß die Reibung dynamisch großen und kleinen Druckdifferenzen nachläuft, und da die Druckspitzen abwechselnd in den Kammern l6 oder 17 auftreten, werden die Leckmengen um Größenordnungen gegenüber anderen bekannten Abdichtungen herabgesetzt, während die Reibungskraft nur unmerklich erhöht wird. Die Verwendung von PTFE mit seinem extrem kleinen Reibbeiwert verhindert sowohl im" ruhenden als auch im bewegten Zustand ein Festsetzen des Kolbens 12.

Der erfindungsgemäße Kolben 12 hat sich besonders gut bei Drükken bis 10 bar bewährt, wobei allerdings Druckdifferenzen < 0,1 bar bei Normalbetrieb auftraten. Druckspitzen von ä 3 bar und größer beeinträchtigen die Haltbarkeit des Kolbens aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung der Dichtlippen 35 und ihrer Abstützung durch die Flansche 27 und 32 nicht.

Da die Funktion und Haltbarkeit der Kolbendichtung in erster Linie von den auftretenden geringen Druckdifferenzen und weniger vom Betriebsdruck auf beiden .Seiten des Kolbens 12 abhängen, kann der Kolben auch in Anlagen mit weitaus höheren Drücken eingesetzt werden. .

In den beschriebenen Ausführungsbeispxelen nach den Figuren 1 und 2 wurden als Durchflußmengengeber (Meister) und Prüfling

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jeweils ein Magnetventil bzw. Magneteinspritzventil 3 und 4 verwendet. Die Erfindung beschränkt sich jedoch keineswegs auf die Anwendung bei Magnetventilen sondern es lassen sieh auch andere, insbesondere eine vorgegebene Druckdifferenz zwischen Ein- und Ausgang aufweisende Ventile oder Zumeßorgane sowie Pumpen oder flüssigkeitsfördernde Einheiten in die beschriebene hydraulische Meßbrücke einfügen. Die Druckdifferenz kann^.z. B. bei Pumpen auch Null sein₃ so daß dann das Druckgefälleventil 55 zwischen der Druckleitung 5^ und der Kammer 16 des Druckdifferenzgebers 7 entfallen könnte (Fig. 1 und 2). f\

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Claims

Ansprüche

,·' IJ Druckdifferenz-Anzeigevorrichtung einer hydraulischen M^ßbrükke — insbesondere für eine Durchflußmengenmeß- oder -einstelleinrichtung — mit einer zwischen einem die zu messende oder einzustellende Durchflußmenge abgebenden Prüfling und einem Durchflußmengengeber angeordneten Meßkammer, an die ein Druckdifferenzgeber angeschlossen ist, der eine das Volumen der Meßkammer begrenzende und beidseitig von einem im Mittelwert gleichen und mit geringen Druckdifferenzen pulsierenden Meßmediumdruck beaufschlagte bewegliche Wand aufweist und mit einem Signalgeber zur Steuerung des Meßkammervolumens versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß als bewegliche Wand ein in einem Meßzylinder (10) axial beweglich geführter, auf einer Kolbenstange (13) befestigter doppeltwirkender Meßkolben (12) mit einer elastischen Doppellippendichtung (14) dient, deren beide Dichtlippen (35) sueinanderweisend angeordnet sind, aus dem zur Längsachse des Meßkolbens (12) hin abgebogenen Rand (35) je einer aus Dichtungsmaterial hergestellten Ringscheibe (34) bestehen und zusammen mit der Lauffläche (15) des Meßzylinders (10) eine ringförmige Dichtungskammer (37) bilden.
2. Meßkolben für die Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ringscheibe (34) mindestens im Bereich der Dichtlippe (35) folienartig ausgebildet ist.

3- Meßkolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die

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ORfGJNAL INSPECTED

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Dichtlippe (35) etwa 0,1 mm - vorzugsweise zwischen 0,05 bis 0,2 mm - dick ist.
4. Meßkolben nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die folienartige Dichtlippe (35) eine bis zur Dichtkante (36) hin gleichbleibende Dicke aufweist.
.5. Meßkolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheiben (34) zwischen Befestigungsflansche (27, 32) eingespannt sind und jede Ringscheibe (34) aus einer nur etwa 0,1 mm - vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,2 mm - dicken Folie mit bis zum äußersten Rand der Dichtkanten (36) hin gleicher Dicke besteht.
6. Meßkolben nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheiben (34) aus einem Material mit äußerst geringem Reibungskoeffizienten, vorzugsweise Polytetrafluoräthylen (PTFE) bestehen.
7.. Meßkolben nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch" gekennzeichnet, daß die Mantelfläche der Dichtlippe (35) unter einem extrem spitzen Winkel (c£ ) zur Lauffläche (15) des Zylinders (10) geneigt ist, und als Dichtkante (36) nur eine Kante der als Schnittfläche ausgebildeten Mantelstirnfläche (38) dient.
8. Meßkolben nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Außendurchmesser (D) der der Dichtungs-

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kammer (37) abgewandten Befestigungsflansche (27, 32) bis unmittelbar an die Lauffläche (15) des Zylinders (10) heranreichen.
9. Meßkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht des Meßkolbens (12) durch an der Kolbenstange (13) angreifende Lager (19, 26), vorzugsweise Kugellager (39), aufgenommen ist.
10. Meßkolben nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (13) durch zwei aus je drei sternförmig angeordneten Kugellagern (39) bestehende Lager (19, 26) geführt ist, und die Außenringe (41) der Kugellager (39) jedec Lagers (19, 26) an drei Punkten am Umfang der Kolbenstange (13) druckfrei anliegen, mit geringem Spiel (a) montiert sind und die Achsen (42) der Kugellager (39) rechtwinklig zur Achse der Kolbenstange (13) verlaufen.
11. Meßkolben nach Anspruch 9_%, dadurch gekennzeichnet, daß das eine aus drei Kugellagern (39) bestehende Lager (19) gegenüber dem anderen ebenfalls aus drei Kugellagern (39) bestehenden Lager (26) um 60 ° verdreht eingebaut ist. /t

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