DE2650297C2

DE2650297C2 - Durchflußmesser

Info

Publication number: DE2650297C2
Application number: DE2650297A
Authority: DE
Inventors: Robert N. Boring Oreg. Draper
Original assignee: AAR WESTERN SKYWAYS Inc TROUTDALE OREG US; Aar Western Skyways Inc Troutdale Oreg
Current assignee: AAR WESTERN SKYWAYS Inc TROUTDALE OREG US
Priority date: 1976-07-22
Filing date: 1976-11-02
Publication date: 1982-09-30
Also published as: FR2366548A1; DE2650297A1; JPS579007B2; GB1578035A; US4073189A; IT1079354B; JPS5313944A

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchflußmesser zur Anzeige der Menge eines Fluidstromes mit einem abgeschlossenen Gehäuse, das mindestens eine Durchflußkammer und eine Ankerkammer aufweist, wobei die Durchflußkammer einen Einlaß und einen Auslaß aufweist, einen halbkreisförmigen Querschnitt besitzt und einen einstückigen, schwenkbar an einer Welle befestigten Flügel aufweist, wobei die Achse der Welle exzentrisch zum Mittelpunkt der Durchflußkammer angeordnet ist. so daß ein Hauptfluidflußweg zwischen dem Flügel und der Wandung der Durchflußkammer von einer nahezu den Fluidstrom absperrenden Größe zu einer der Fluidslrom nahezu nicht behindernden Größe entsprechend der Verschwenkung des Flügels vorhanden ist, wobei die Welle durch eine die Durchflußkammer und die Ankerkammer trennende Wand hindurchragt und in der Ankerkammer einen schwenkbaren Anker trägt und wobei eine im Bewegungsbereich des Ankers liegende Umformeranordnung vorgesehen ist, die fluiddicht mit einer elektrischen Energiequelle verbunden ist und ein der Ankerstellung proportionales elektrisches Ausgähgssignal abgibt.

Ein derartiger Durchflußmesser ist aus der FR-PS 96 535 bekanntgeworden. Generell wird bei einer Vielzahl bekannter Durchflußmesscr ein schwenkbarer Flügel dem Fluidstrom ausgesetzt, wobei das Maß der Verschwenkung des Flügels ein Maß für das durchfließende Volumen des Fluids ist (vgl. US 35 59 197, US 31 47 620, US 3] 64018). Die Welle des schwenkbaren Flügels ist hierbei in der Regel mit einem e|ektro-mechanischen Meßwertumwandler kapazitiver oder induktiver Art verbunden, der ein von der Stellung des Flügels und damit von der Durchflußmenge abhängiges elektrisches Signal ausgibt. Ein entsprechender induktiver Meßwandler ist auch aus der DE-OS 19 33 975 bekannt.

Bei dem Durchflußmesser der eingangs genannten

ίο Art tritt in der Praxis das Problem auf, daß die bewegten Teile und insbesondere der Flügel klemmen können, beispielsweise durch Verunreinigungen in dem Fluidstrom, die sich zwischen dem Flügel und den Wänden der Durchflußkammer festklemmen. Hierdurch wird nicht nur der Durchflußmesser außer Betrieb gesetzt sondern es wird auch der Hauptfluidflußweg unterbrochen bzw. behindert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Durchflußmesser der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß bei einer Störung des Durchflußmessers und insbesondere bei einem Klemmen des Flügels der Fluidstrom weiterfließen kann. Selbstverständlich soll bei intaktem Durchflußmesser die Meßgenauigkeit hierdurch nicht beeinträchtigt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Gehäuse zusätzlich ein Bypass-Flußweg vorhanden ist, der den Einlaß mit dem Auslaß verbindet und den Hauptfluidflußweg und den Flügel überbrückt und daß ein federbelastetes Ventil vorgesehen ist, das das Ende des Bypass-Flußweges, das mit dem Einlaß in Verbindung steht, abschließt, so daß unter normalen Bedingungen ein Fluidstrom durch den Bypaß-Flußweg hindurch unterbunden ist.

Bei intaktem Durchflußmesser fließt das Fluid vollständig durch die Durchflußkammer. wodurch eine hohe Meßgenauigkeit erzielt wird. Der Bypassflußweg ist in diesem Falle durch das federbelastete Ventil abgesperrt. Ist der Hauptfluidflußweg durch die Durchflußkammer dagegen behindert, beispielsweise durch ein Klemmen des Flügels, so wird sich in dem zwischen Einlaß und Flügel liegenden Teil der Durchflußkammer ein Druck aufbauen, der das federbelastete Ventil öffnet, wodurch der Bypass-Flußweg freigegeben wird. Sobald die Durchflußkammer wieder durchgängig ist, schließt das federbelastete Ventil selbsttätig den Bypass-Flußweg ab und der Durchflußmesser arbeitet wieder in gewünschter Weise.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines

5C Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt des Durchflußmessers;

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt des Durchflußmessers längs der Linie 2-2 von F i g. 1;

F i g. 3 einen teilweisen Schnitt des Durchflußmessers entlang der Linie 3-3 von F i g. 2;

Fig.4 ein Schaltschcma einer bei der Erfindung verwendeten Schaltung;

F i g. 5 eine teilweise geschnittene Schrägansicht des Durchflußmessers:

Fig. 6 eine teilweise geschnittene Schrägansicht der gegenüberliegenden Seite des Durchflußmessers.
In Fig. I und 2 ist ein abgeschlossenes hohles Gehäuse 8 mit einem Einlaß 10 und einem Auslaß 12 zu erkennen, die in Reihe über eine zugehörige Fluidleitung, etwa eine Brennstoff von einer Brennstoffquelle liefernde Brennstoffleitung, an einen zugehörigen

Motor eines Fahrzeugs angeschlossen werden können.

Das Gehäuse 8 enthält einen Deckel und einen becherförmigen Körper 16, die durch Schrauben 18 miteinander befestigt sind. Die Teile 14 und 16 sind aus Gußaluminium oder einem ähnlichen starren, kräftigen und leichten Material. Der Deckel 14 weist eine verrippte Seitenwand 20 und eine Seitenwand 22 auf, die sich senkrecht von der Seitenwand 20 zum Körper 16 hin erstreckt. Der Körper weist einen plattenähnlichen Hauptteil 26 urti einen zylindrischen Flansch 27 auf. Der Flansch ist innen von der äußeren Umfangskante des Hauptkörperteils 26 im Abstand angeordnet und bildet einen Sitz für eine Dichtung 19. Wenn das Gehäuse zusammengebaut ist, paßt der Flansch 27 eng in die Seitenwand 22. Das Gehäuse 8 wird durch eine Trennwand 36 in eine Durchflußkammer 32 und in eine Wandlerkammer 34 getrennt, wobei der Umfang der Trennwand 36 zwischen dem Ende des Flansches 27 und einer an der Seitenwand 22 ausgebildeten Lippen 30 eingeklemmt ist Die Trennwand 36 kann aus glasfaserverstärktem Nylon oder einem ähnlichen Material hergestellt sein. Eine Dichtung 40 ist zwischen dem Ende des Flansches 17 und der Trennwai-J 36 zur Abdichtung des Gehäuses vorgesehen. Der Deckel 14 weist auch eine Wand 44 auf, die sich von der Seitenwand 22 zur Trennwand und über den Deckel erstreckt und die Durchflußkammer ~>2 in einen unteren Hauptfluidflußweg 46 und einen oberen Bypass-Flußweg 48 trennt. Der Hauptfluidflußweg 46 hat etwa die Form eines Zylindersegments mit einer Achse 50. Einlaß und Auslaß 10 bzw. 20 stehen in Verbindung mit dem Hauptfluidflußweg 46, so daß das Fluid normalerweise von dem Einlaß 10 durch den Hauptfluidflußweg 46 zum Auslaß 12 strömt, wie durch die Pfeile in Fi g. 1 gezeigt.

Ein Flügel 51 (Fig.5) ist schwenkbar im Hauptfluidflußweg 46 an einer Welle befestigt, die einen verbreiterten Mittelteil 52 aufweist, der sich zwischen der Seitenwand 20 und der Trennwand 36 erstreckt. Der Wellenabschnitt 52 ist in einer halbkreisförmigen Ausnehmung 54 (F i g. 1) angeordnet, die in der unteren Fläche der //and 44 ausgebildet ist. Ein reduzierter Endabschnitt 56 (Fi g. 2) der Welle ist in einer Bohrung 58 in der Seitenwand 20 gelagert. Die Welle v/eist einen Lagerabschnitt 60 auf, der in eine Öffnung 61 in der Trennwand 36 eingesetzt ist. Die Achse der Welle verläuft parallel und im Abstand von der Achse 50 des Hauptfiuidfiußwegs 46 zum Einlaß 10. Der Flügel 51 und die Welle bestehen zweckmäßig aus einer einteiligen Konstruktion und sind aus glasfaserverstärktem Nylon hergestellt. Der Flügel ist im allgemeinen rechteckig ausgebildet, wobei seine Breite etwas kleiner als die Breite des Fluidkanals 46 und dessen Länge so bemessen ist, daß, wenn der Flügel sich in seiner dem Einlaß am nächsten gelegenen Stelle befindet, der Abstand zwischen seiner Außenkante 68 und der Innenfläche 69 der Seitenwand 22 ein Minimum ist und der Flügel im wesentlichen den Hauptfluidflußweg 46 zwischen Einlaß und Auslaß blockiert.

Wird bei dieser Konstruktion der Flügel 51 aus seiner der Einlaßöffnung am nächsten gelegenen Stellung zur Auslaßöffnung geschwenkt, so wird hierdurch der Abstand zwischen seiner Außenkante 68 und der Innenfläche 69 zunehmend erhöht, was in F i g. I gestrichelt gezeigt ist und eine vergrößerte Fläche ergibt, durch die das Fluid strömen kann. Die Kraft des auf den Flügel auftreffenden Fluids schwenkt den Flügel zum Auslaß hin in eine Stellung, in der diese Kraft von einer vom Flügel ausgeübten Gegenkraft ausgeglichen wird. Diese Gegenkraft kann bedingt sein durch das Gewicht des Flügels oder durch einen unten beschriebenen Vorspannmechanismus. Daher schwenkt der Flügel beim normalen Betrieb durch einen Winkel, der dem zwischen den Öffnungen strömenden Fluiddurchsatz entspricht.

In der Wandlerkammer 34 ist ein vorzugsweise aus Weicheisen bestehender Anker angeordnet Dieser Anker ist etwa oval, plattenähnlich und durch eine Schraube 72 exzentrisch am Ende des die Welle lagernden Teils 60 befestigt. Dieser Teil 60 ragt hierzu in die Wandlerkammer 34. Folglich bewirkt eine Bewegung des Flügels, daß der Anker schwenkt und die Lagebeziehung zum Flügel aufrecht erhält.

In Fig.2 ist ein Umformer 74 mittels Schrauben am Hauptkörperteil 26 befestigt und weist einen in unmittelbarer Nähe zum Anker 70 angeordneten Kern 76 auf. Dieser Kern ist vorzugsweise dreischenkelig, insbesondere E-förmig, und weist einen mittleren Schenkel 78 und zwei äußere Schenkel 80, 82 auf. Der Kern ist so angeordnet, daß sich das Ende jedes Schenkels zum Anker erstreckt, jedoch kurz davor endet. Daher ist zwischen dem Ende jedes Schenkels und des Ankers ein Spalt 83 von normalerweise 0,64 bis 0,76 mm vorhanden.

Gemäß F i g. 4 weist der Umformer 74 eine Primärwicklung 84 auf, die um den mittleren Schenkel 78 gewickelt und an eine Wechselstromquelle 86 durch Primärdrähte von Leitern 87 angeschlossen ist, die durch ein kleines Loch 87a im Flansch 27 und zwischen dem Ende der Seitenwand 82 und dem Hauptkörperteil 26 hindurchgeführt werden. Die Wechselstromquelle 86 liefert ein geregeltes sinusförmiges Erregungssignal von 10 Volt bei einer Frequenz, die normalerweise im Bereich von 0,4 bis 4 kHz liegt. Um den äußeren Schenkel 80 ist eine Sekundärwicklung 88 gewickelt und in Reihe mit einer hiermit in Eingriff stehenden Sekundärwicklung 90 geschaltet, die um den äußeren Schenkel 82 gewickelt ist. Die relativen Polungi-n der Wicklungen 88,90 sind, wie durch die Polungspunkte 91 gezeigt, entgegengesetzt. Diese Windungen müssen nich·. um den Teil ihrer zugehörigen Schenkel gewickelt sein, der sich zum Anker hin erstreckt.

Der in den Wicklungen 88 und 90 induzierte Spannungsabfall erscheint an einem Kondensator 92, der parallel zu den Wicklungen 88, 90 geschaltet ist. Dieser Spannungsabfall bildet ein reines Umformerausgangssignal, das zu einem Verstärker 94 geliefert wird. Das verstärkte Signal wird seinerseits zu einer Anzeige geliefert, etwa einem Voltmeter oder einem Meßgerät 96. Dieses Meßgerät kann eine geeichte Skala haben, die eine sichtbare Anzeige des Strömungsdurchsatzes in beispielsweise Litern od^r Kilogramm je Stunde gibt. Das Meßgerät kann offensichtlich im Fahrerhaus eines Fahrzeugs angebracht werden, während gleichzeitig das Gehäuse an einem entfernten Ort, etwa in einer Brennstoffleitung unter der Haube des Fahrzeugs eingebaut werden kann.

Wie in F i g. 3 gezeigt, verändert das Schwenken des Ankers 70 von einer ersten ausgezogen gezeigten Stellung in eine zweite gestrichelt gezeigte Stellung zunehmend den relativen Betrag, um den der Anker die äußeren Schenkel 80, 82 des Kerns überdeckt. Somit wird ein vorher bedeckter Teil des Endes des Schenkels

b5 80 abgedeckt, d. h. er befindet sich nicht langer unmittelbar unter dem Anker, während gleichzeitig das Ende des Schenkels 82 weitgehend bedeckt bleibt. Der durch den äußeren Schenkel 80 hinclurchtretendc und

clic Wicklung 88 mit der Primärwicklung 84 verbindende Magnetfluß nimmt ab. wenn das Ende des Schenkels 80 abgedeckt wird und ergibt eine Abnahme der in die Wicklung 88 induzierten Spannung. Andererseits bleibt der durch den äußeren Schenkel 82 hindurchtretende und die Wicklung 90 mit der Primärwicklung 84 verbindende Magnetfluß im wesentlichen konstant und ergibt eine in die Wicklung 90 induzierte im wesentlichen konstante Spannung. Folglich ändert das Schwenken des Ankers 70 den mit der Wicklung 88 verbundenen Magnetfluß gegenüber dem mit der Wicklung 90 verbundenen Magnetfluß, um hierdurch das reine Umforrnerausgangssignal zu beeinflussen. Wenn sich der Anker 70 in der ersten oder Bezugsstellung befindet, sich beide äußeren Schenkeln 80 und 82 beinahe völlig bedeckt und der Flügel 51 befindet sich in seiner der Einlaßöffnung am nächsten gelegenen Stellung. An dieser Stellung des Ankers und ues riugciS giciCncn SiOn uiC in uCil »»iCrxt'.ingCn «i 'jn~ 82 induzierten Spannungen im wesentlichen aus und erzeugen ein reines Umformerausgangssignal, das ein Minimum oder gleich Null ist. Wenn der Flügel in eine andere Stellung geschwenkt wird, sind die Ausgänge aus den Wicklungen 88 und 90 unausgeglichen und erzeugen ein reines Umformerausgangssignal, das vom Null-Ausgangssignal abweicht. Auf diese Weise kann das reine Umformerausgangssignal zum Verändern gebracht werden mit jeder Stellung des Ankers und des Flügels und folglich mit jedem Fluiddurchsatz zwischen den Öffnungen.

Der Umformer 74 ist hier ein eintauchbarer Umformer. Deswegen müssen die Wandlerkammer 34 und der Hauptfluidfluß 46 nicht fluiddicht gegeneinander sein. Folglich ist eine komplexe und teuere Abdichtung der Zwischenfläche zwischen der Trennwand 36 und dem Wellenlagerteil 60 nicht erforderlich. Statt dessen kann das gemessene Fluid zwischen diesen Gliedern hindurc'isickern und die Lagerfläche 60 schmieren und die Wandlerkammer 34 füllen. Das Fluid in der Wandlerkammcr 34 dient auch zum Dämpfen der Bewegung des Ankers und zu dessen Beruhigung. (Das Prinzip der sog. Naßläufer ist bei Flügelradzählern bekannt, z. B. aus der DE-OS 19 39 160.)

Bei der dargestellten Ausführungsform ist eine Vorspanneinrichtung vorgesehen, die den Flügel gegen die Kraft des darauf auftreffenden Fluids drückt. Diese Vorspanneinrichtung enthält zweckmäßigerweise eine Spiralfeder 97 (F i g. 2). die zwischen dem Anker 70 und der Trennwand 36 angeordnet ist. und deren eines Ende am Wellenlagerteil 60 bei 98 und deren anderes Ende an eine Eichvorrichtung 102 angeschlossen sind.

Die Eichvorrichtung 102 (F i g. 5) ist vorgesehen zum Einstellen der durch die Feder 97 auf den Wellenlagerteil 60 ausgeübten Spannung zum Eichen der Vorrichtung. Die Einstellung der Eichvorrichtung verändert den Widerstand des Flügels gegen die Kraft des darauf auftreffenden Fluids, wodurch die Stellung gesteuert wird, in deren Abhängigkeit der Flügel bei einem gegebenen Fluiddurchsatz schwenkt. Folglich wird das diesem Strömungsdurchsatz entsprechende Umformerausgangssignal ebenfalls geändert.

Die Eichvorrichtung 102 enthält insbesondere eine mit Außengewinde versehene Steuerstange 104, die im Bypasskanal 48 angeordnet ist. Die Steuerstange 104 ist drehbar ar. der Trennwand 36 mittels .Schnappsitzen 106 befestigt von denen jeder ein Ende der Steuerstange aufnimmt. Ein mit Innengewinde \ersehener durchquerender Block 108 wird auf der Sicucrstangc 104 so gehalten, daß eine Drohung der Sleuerslange eine Bewegung des Blocks 108 längs der Längsachse tier •s Struerstangc bewirkt. Ein Ende 110 (F i g. 2) des Blocks 108 erstreckt sich durch einen etwa rechteckigen Einschnitt 112 in der Trennwand J6. Der Einschnitt 112 ist langgestreckt und weist eine Längsachse auf, die etwa parallel zur .Steuerstange 104 verläuft. Das zweite

in Ende der Feder 97 wird in einem Einschnitt 113 im Ende 110 des Blocks 108 gehalten. Daher stellt die Bewegung des durchquerenden Blocks die von der Feder auf den Wellenlagerteil 106 ausgeübte Spannung ein.

Ein mit Außengewinde versehener Verschlußstopfen

r, 114 (Fig. I) wird in einer im Deckel 14 vorgesehenen Gewindebohrung 116 aufgenommen. Der Verschluß-Stopfen 114 kann für einen Zutritt /ur Steuerstange 104 entfernt werden. Der durchquerende Block, die Cknpmniil ia ttf\r\ /li*> ^lPllPriUinDi' ΙίΟηηΡΠ illlS plnSVRT-.,x.,,,.L,yy., w ι...« t~ - o.

2n stärktem Nylon oder einem ähnlichen Material hergestellt sein. Die Betriebssicherheit der Vorrichtung wird erhöht, da die auf die Feder 97 am Block 104 ausgeübte Spannung bestrebt ist. den Block in einer Stellung längs der Steuerstange 4 zu verriegeln und eine Veränderung der Eichung der Vorrichtung während des Gebrauchs zu verhindern.

Die Wand 44 (Fig. 1) ist mit Löchern 118, 120 versehen die über den Bypass-Flußweg 48 und den Hauptfluidflußweg 46 miteinander in Verbindung stehen. Es ist ein federbelastetes Ventil 122 in Form eines Rückschlagventils 122 vorgesehen, das den Bypass-Flußweg von der Einlaßseiie des Flügelglieds 51 über das Loch 120. den Bypass-Flußweg 48 und das Loch 118 zur Auslaßseite des Flügels gegenüber der Einlaßseite blockiert. Das Ventil 122 weist einen Ventilsitz 126 auf. der das Loch 120 während des normalen Betriebs der Vorrichtung schließt. Ein Schaft 128 erstreckt sich vom Ventilsitz 126 aus aufwärts und wird verschiebbar durch eine Bohrung 130 aufgenommen. die in einem mit Außengewinde versehenen Verschlußstopfen 132 in einer Gewindebohrung 134 in der Seitenwand 22 aufgenommen wird. Eine zwischen dem Verschlußstopfen 132 und dem Ventilsitz 126 angeordnete Schraubenfeder 138 drückt den Ventilsitz

zum Loch 120 und verschließt ihn. Die von der Feder 138 auf den Ventilsitz 126 ausgeübte Kraft kann durch Anziehen oder Lösen des Verschlußstopfens 132 eingestellt werden. Ferner kann der Verschlußstopfen 132 entfernt werden zum Vorsehen eines Zugangs zum Rückschlagventil 122 für den Fall, daß ein Warten des Rückschlagventils erforderlich ist.

Wenn die Druckdifferenz von der Einlaßseite des Flügels 51 zur Auslaßseite das Niveau übersteigt, das durch die von der Feder 138 auf den Ventilsitz 126 ausgeübte Kraft gegeben ist. öffnet das Ventil 122 und es kann Fluid durch den Bypass-Flußweg 48 strömen. Dieser Aufbau der Druckdifferenz kann zum Beispiel dann auftreten, wenn der Flügel durch zwischen den Öffnungen strömende Verunreinigungen steckenbleibt.

Somit kann, auch wenn der Flügel geklemmt ist Fluid weiterhin durch den Durchflußmesser fließen. Daher sind anschließende Reparaturen des Durchflußmessers nicht sofort erforderlich, so daß bei einem Einbau in ein Fahrzeug dieses seine Fahrt zum Bestimmungsort fortsetzen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Durchflußmesser zur Anzeige der Menge eines Fluidstromes mit einem abgeschlossenen Gehäuse, das mindestens eine Durchflußkammer und eine Ankerkammer aufweist, wobei die Durchflußkammer einen Einlaß und einen Auslaß aufweist, einen halbkreisförmigen Querschnitt besitzt und einen einstückigen, schwenkbar an einer Welle befestigten Flügel aufweist, wobei die Achse der Welle exzentrisch zum Mittelpunkt der Durchflußkammer angeordnet ist, so daß ein Hauptfluidflußweg zwischen dem Flügel und der Wandung der Durchflußkammer von einer nahezu den Fluidstrom absperrenden Größe zu einer den Fluidstrom nahezu nicht behindernden Größe entsprechend der Verschwenkung des Flügels vorhanden ist, wobei die Welle durch eine die Durchflußkammer und die Ankerkammer trennende Wand hindurchragt und in der Ankerkammer einen schwenkbaren Anker trägt und wobei c/ne im Bewegungsbereich des Ankers liegende Umformeranordnung vorgesehen ist, die fluiddicht mit einer elektrischen Energiequelle verbunden ist und ein der Ankerstellung proportionales elektrisches Ausgangssignal abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (8) zusätzlich ein Bypass-Flußwc'g (48) vorhanden ist, der den Einlaß (10) mit dem Auslaß (12) verbindet und den Hauptfluidflußweg (46) und den Flügel (51) überbrückt, und daß ein federbelastetes Ventil (122) vorgesehen ist, das das Ende des Bypass-Flußweges (48), das mit dem Einlaß (10) in Verbindung steht, abschließt, so daß unte: normten Bedingungen ein Fluidstrom durch den Bypass-Flußweg (48) hindurch unterbunden ist.