DE278200C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Erfindung betrifft die weitere Ausbildung der im Patent 243214 beschriebenen Einrichtung. Sie besteht darin, daß einer der auf beiden Seiten der Expansionswand gelegenen Räume durch eine Zweigleitung mit einem von der Meßöffnung entfernt gelegenen Punkte der Hauptleitung verbunden werden kann. Hierdurch besteht die Möglichkeit, zwischen der Meßöffnung und der mit der Zweigleitung versehenen Seite der Expansionswand eine Strömung des Meßmittels hervorzurufen, die zwischen Meßöffnung und Expansionswand einen Druckabfall hervorruft, derart, daß die Expansionswand auf einer Seite nicht mehr unter dem auf einer Seite der Meßöffnung herrschenden Drucke, sondern unter einem geringeren Druck steht. Da jedoch die Gewichts- oder Federbelastung der Expansionswand unverändert geblieben ist, muß die Ex- pansionswand eine andere Stellung einnehmen, damit ihre Belastung dem auf beiden Seiten wirkenden Flüssigkeits- oder Gasdruck das Gleichgewicht hält.

Die Zweigleitung kann je nach der Durchführung des Erfindungsgedankens für verschiedene Zwecke nutzbar gemacht werden. Beispielsweise kann sie dazu verwendet werden, die Höchstmenge der durch die Hauptleitung strömenden Gas- oder Flüssigkeitsmenge festzustellen. Die zwischen der Meßöffnung und der Einmündung der Zweigleitung strömende Gas- oder Flüssigkeitsmenge erfährt infolge der Bewegungswiderstände einen gewissen Druckabfall, der von der Menge des durchströmenden Arbeitsmittels abhängig ist. Wenn man nun in die Zweigleitung ein federbelastetes Ventil legt, welches sich nur bei einem bestimmten Druckabfall zwischen der Meßöffnung und der Mündung der Zweigleitung öffnet, so wird sich die Expansionswand plötzlich verschieben, wenn die gewünschte Höchstmenge erreicht ist. Die Verstellung der Expansionswand wird dazu verwendet, die Hauptleitung vorübergehend durch ein Abschlußorgan abzusperren.

Diese Wirkung wird beispielsweise eintreten, wenn in einer Dampfleitung das Dampfventil geöffnet wird. In einem solchen Falle expandiert der durch das Dampfventil strömende Dampf sehr stark, so daß eine sehr große Dampfmenge durch die Leitung fließt. Diese Dampfmenge gibt bekanntlich zu Rohrschlägen Veranlassung. Infolge der erheblichen Spannungsunterschiede zwischen der Meßöffnung und der Mündung der Zweigleitung öffnet sich das in dieser liegende Ventil. Die hierdurch eintretende Verschiebung der Expansionswand wird dazu benutzt, die Hauptleitung vorübergehend abzusperren. Die Einrichtung bildet also eine Rohrbruchsicherung.

Außerdem läßt sich die Einrichtung dazu

*) Frühere Zusatzpatente: 252803, 256311 und 256313.

verwenden, das Mischungsverhältnis beispiels\veise von Brennstoff und Luft, die einer Verbrennungskraftmaschine zugeführt werden, zu verändern. Ferner kann man die Zweigleitung an eine Fernleitung anschließen, die nach Bedarf geöffnet werden kann. Wenn dies geschieht, wird durch die entstehende Nebenströmung die Hauptleitung abgesperrt. Als Expansionswand findet eine Scheibe

ίο Verwendung, die gleichzeitig der Meßöffnung dient. In einer Ausführungsform ist diese Scheibe winkelförmig ausgebildet und auf einer unter Federdruck stehenden Stange angeordnet. Sie ragt mit einem Schenkel in die Leitung, durch die das zu messende Mittel hindurchströmt. Durch den auf beiden Seiten dieses Schenkels entstehenden Spannungsabfall wird sie mit dem zweiten Schenkel an die Wandung des sie einschließenden Gehäuses angelegt. Dieser Schenkel verschiebt infolge des auf seinen beiden Seiten herrschenden Druckunterschiedes die Expansionswand mit der Stange entgegen dem Druck der Feder derart, daß die Expansionswand auf ein größeres oder geringeres Maß in die Leitung des zu messenden Mittels hineinragt. Die Stellung der Expansionswand wird aufgezeichnet und gibt die Menge des durchströmenden flüssigen oder gasförmigen Mittels an.

In einzelnen Fällen empfiehlt es sich, auf derselben Stange zwei symmetrisch aufeinander liegende Expansionswände zu verwenden. In diesem Falle läßt sich die Einrichtung zum Messen bei verschiedenen Strömungs-

richtungen benutzen. .

In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist die als Expansionswand dienende Scheibe drehbar ausgeführt. Dementsprechend muß der die Meßöffnung regelnde Teil der Scheibe nach einem Kreisbogen gekrümmt sein, also einen Hohlzylinder bilden, damit er die in einer entsprechend gekrümmten Wand vorgesehene Meßöffnung einstellen kann. In den Zeichnungen ist Fig. 1 ein Schnitt. durch ein Ausführungsbeispiel, Fig. 2 ein Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel, Fig. 3 ein Querschnitt nach der Linie 3-3 von Fig. 2 und Fig. 4 ein Querschnitt nach der Linie 4-4 von Fig. 2.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist an die Hauptleitung 2 ein Gehäuse ι angeschlossen, in dem z\vei auf einer Stange· 6 drehbare winkelförmige Expansionswände 4, 7 und 10, 14 angeordnet sind. Die Stange 6 ist nach außen aus dem Gehäuse und der Leitung" 2 herausgeführt und steht unter der Belastung einer Feder 5. Außerdem ist die Stange an irgendeine geeignete Meßvorrichtung 11 angeschlossen. .

Auf der Rückseite des Gehäuses 1 hinter den Teilen 7 und 14 der Expansionswände ist eine Leitung 16 abgezweigt, die an einer von der Meßvorrichtung entfernt liegenden Stelle 17 bzw. 22 der Hauptleitung 2 mündet. Diese Hilfsleitung wird im allgemeinen durch ein federbelastetes Ventil 18 bzw. 23 geschlossen gehalten. Außerdem ist die Zweigleitung an irgendeine geeignete Fernleitung 21 angeschlossen. In der Meßvorrichtung liegen zwei Klappen 19 und 24, die durch zwei auf der Stange 6 sitzende Arme 12, 13 bewegt werden und die Hauptleitung 2 abschließen können.

Das beispielsweise mit einer Bewegungsrichtung von unten nach oben in Fig. 1 durch die Leitung 2 und an der Expansionswand 4, 7 vorbeiströmende, zu messende Mittel dreht die Expansionswand 4, 7 in die in der Zeichnung dargestellte Lage, in der der Teil 7 der Ex- ' pansionswand auf der Gehäusewand aufliegt. Es erfährt an der Stelle 8 einen Spannungsabfall, der auf die rechte Seite der Wand 7 übertragen wird und die Expansionswand 4, 7 entgegen der Spannung der Feder 5 mehr oder weniger aus der Leitung 2 herausdrängt. Bei gleichbleibender Geschwindigkeit des Meßmittels nimmt die Expansionswand eine bestimmte Lage ein, die durch die Meßvorrichtung aufgezeichnet wird und ein Maß für die Menge des durch die Hauptleitung strömenden Meßmittels bildet. Wenn die Menge des durchströmenden Meßmittels zunimmt, so wird infolge der Geschwindigkeitszunahme an der Meßöffnung 8 ein stärkerer Spannungsabfall eintreten, vermöge dessen die Expansinonswand 7 weiter nach rechts gedrängt wird, bis der Gleichgewichtszustand wieder hergestellt ist, und die Geschwindigkeit in der Meßöffnung 8 das ursprüngliche Maß erreicht hat. Die neue Stellung der Expansionswand wird durch die Meßvorrichtung wiedergegeben.

Erfolgt die Bewegung des Meßmittels durch die Leitung 2 in der entgegengesetzten Richtung, so gelangt, die Expansionswand 10, 14 an Stelle der Expansionswand 4, 7 in Wirksamkeit.

Wenn das durch die Leitung 2 beispielsweise in der Richtung von unten nach oben strömende Gas oder die Flüssigkeit eine bestimmte Menge erreicht, so öffnet sich infolge der Steigerung des Spannungsabfalles von der Stelle 8 zur Stelle 17 das Ventil 18, so daß das Gas oder die Flüssigkeit durch die Kammer 1 und die Leitung 16 strömt. Hierdurch entsteht an der Drosselstelle 14, die nur klein ist, ein starker Spannungsabfall, so daß die Expansionswand infolge der auf ihrer rechten Seite stattfindenden Druckverminderung nach rechts geschleudert wird und mittels der Arme 12, 13 die Klappen 19, 24 mehr oder weniger schließt. Hierdurch wird die Bewegung der Flüssigkeit oder des Gases durch die

Leitung 2 unterbrochen. Die Expansionswand bewegt sich infolgedessen allmählich wieder in die in der Zeichnung dargestellte Lage, in der die Klappen 19, 24 wieder geöffnet werden können.

Wird die Fernleitung 21 geöffnet, dann wird das Gleichgewicht zwischen dem Druckunterschied vor und hinter der Expansionswand und der Belastung derselben sofort ge- stört. Es findet ein sofortiger Abschluß der Leitung statt.

Wenn die Flüssigkeit oder das Gas in der Richtung von oben nach unten in Fig. 1 strömt, so tritt an Stelle des Ventiles 18 das Ventil 23 in Wirksamkeit.

Bei der Beschreibung des Ausführungsbeispieles nach Fig. 2 bis 4 ist im Interesse eines besseren Verständnisses auf ein bestimmtes Anwendungsgebiet Bezug genommen. Es ist angenommen, daß die Meßvorrichtung vor einem Explosionsmotor geschaltet ist, dem verschiedene Arten von Brennstoff zugeführt werden. Im besonderen ist angenommen, daß der Motor bei geringer Umlaufzahl und geringer Belastung einen leichten Brennstoff zugeführt erhält, während er bei voller Belastung einen schweren Brennstoff erhält. Dementsprechend ist die Meßvorrichtung auch mit zwei Einlassen versehen, von denen jeder zur Zufuhr eines bestimmten Brennstoffes dient.

Die Einrichtung besteht aus einem im

wesentlichen zylindrischen Gehäuse 50 mit sektorähnlicher Kammer 53. Das Gehäuse besitzt zwei Einlaßstutzen 27 und 28. Der

■35 Einlaßstutzen 27 mündet im unteren Teil des Gehäuses und dient zur Zufuhr von Luft und leichtem Brennstoff, während der Einlaßstutzen 28 weiter oben mündet und für die Zufuhr von Luft und schwerem Brennstoff herangezogen wird. Im Inneren des zylindrischen Gehäuses befindet sich ein Flohlschieber

31, der'auf einer Spindel 57 sitzt. Die Spindel 57 besitzt unten eine Feder 49, die sie zusammen mit dem Hohlschieber 31 in einer bestimmten Richtung zu drehen sucht. Am Hohlschieber 31 sitzt eine Expansionswand

32, die in die Kammer 53 hineinragt. Gegenüber dem Einlaßstutzen 27 besitzt der Schieber 31 eine Öffnung 60, und gegenüber dem Einlaßstutzen 28 besitzt er eine Einlaßöffnung 63.

Außerdem besitzt der Schieber gegenüber einem Auslaß 29 einen Meßschlitz 34, der mit der Einlaßöffnung 60 am Einlaßkanal 27 zusammenarbeitet. Ferner besitzt er oben gegenüber einem zweiten Auslaßkanal 30 einen Meßschlitz 33, der mit dem oberen Ein- ^: laßstutzen 28 und der Einlaßöffnung 63 zusammenarbeitet. Schließlich steht das Innere des Hohlschiebers durch eine kleine Öffnung 36 mit dem Raum vor bzw. unterhalb der Expansionswand 32 in Verbindung, und durch einen Zweigkanal 44 steht der Auslaßkanal 30 mit dem Raum hinter der Expansionswand in Verbindung. Infolgedessen wird der innerhalb des Hohlschiebers herrschende Druck auf die Kammer 53 vor der Expansionswand 32 übertragen, der während der im Auslaß herrschende Druck auf den Teil der Kammer 53 übertragen wird, der hinter der Expansionswand 32 liegt.

Oben auf der Spindel sitzt ein Daumen 47, mittels dessen ein unter Federdruck stehendes Nadelventil 46 bewegt werden kann. Dieses Nadelventil dient zur Regelung des Ausflusses des schweren Brennstoffes aus einem Behälter 62, in dem sich der Brennstoff beständig in gleicher Höhe befindet. Aus dem Behälter 62 gelangt der Brennstoff in einen \^ergaser 66 und zweckmäßig an einer Drosselklappe 48 vorbei zu dem Auslaßkanal 54 zum Motor.

Im Einlaßstutzen 27 sitzt eine Brennstoffdüse 43 für leichten Brennstoff. Diese Düse kann mittels eines Nadelventiles 67 abgesperrt werden, das von einem Daumen 45 gesteuert wird, der auf der Spindel 57 des Hohlschiebers sitzt. Die durch den Stutzen 27 einströmende Luft wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel noch gedrosselt, um die Füllung des Motorzylinders und damit auch die Kompression zu verringern. Zur Drosselung findet ein Drosselventil 39 Verwendung, das unter der Einwirkung einer Feder 61 und eines Kolbens 40 steht. In der Leitung liegt ferner eine Drosselklappe 38, die derart verstellt werden kann, daß durch Vorschaltung eines Luftreglers immer die gleiche gewünschte Luftmenge mehr oder weniger verdünnt zuströmt. Zur Regelung dient eine als Membran ausgebildete Expansionswand 37, die unter dem Druck vor und hinter dem Ventil 39 steht. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß immer die gleichen Luftmengen durch den Stutzen 27 strömen. Diese Luftmengen entsprechen bekanntlich der Stellung des Ventiles 39, dessen Stellung mittels Schreibvorrichtung auf einer Trommel 42 aufgezeichnet wird.

Die Wirkungsweise der Einrichtung ist wie folgt: Solange die Einrichtung unbenutzt ist. herrscht auf beiden Seiten der Expansionswand 32 derselbe Druck. Infolgedessen nimmt die Expansionswand die in Fig. 3 gezeichnete Lage ein. In dieser Stellung ist der Einlaßstutzen 27 durch die Öffnung 60 geöffnet, und ebenso stellt der Meßschlitz 34 eine Verbindung nach dem Auslaß 29 her. Der Einlaßstutzen 28 ist jedoch geschlossen, da die Einlaßöffnung 63 des Hohlschiebers ihm nicht gegenüberliegt. Die Luft strömt also bei dem Anlassen des Motors durch den Einlaßstutzen

27 und die Einlaßöffnung 63 im Hohlschieber und verläßt diesen durch den Meßschlitz 34. An der Stelle 34 erfährt sie einen Druckabfall. Der auf beiden Seiten des Meß-Schlitzes 34 herrschende Druck wird auf die Kammer 53 auf gegenüberliegenden Seiten der Expansionswand 32 übertragen. Infolgedessen stellt sich die Expansionswand in bestimmter Weise ein. Die Lage der Expansionswand entspricht der durchgehenden Menge. Durch die Spindel 57 des Hohlschiebers wird der Daumen 45 derart eingestellt, daß das Nadelventil 67 mehr oder .weniger geöffnet wird. Es strömt demnach eine

*5 größere oder geringere Menge leichten Brennstoffes durch die Düse 43. Die Menge des .verbrauchten Brennstoffes gibt gleichzeitig ein Maß für die durchgehende Luftmenge.
Wenn die durch die Einrichtung durchströmende Luftmenge steigt, so gelangt der Hohlschieber durch die Verstellung der Expansionswand schließlich in eine Lage, in der der Einlaßstutzen 27 abgesperrt und der Einlaßstutzen 28 geöffnet wird. Diese Lage ist in Fig. 4 dargestellt. Die Expansionswand stellt sich in eine Mittellage ein. Der Daumen 45 ist derart eingestellt, daß das Nadelventil 67 die Düse 43 abschließt, und der Daumen 47 ist so eingestellt, daß der Behälter 62 durch das Nadelventil 46 geöffnet wird. Der aus dem Behälter 62 kommende schwere Brennstoff wird im Vergaser 66 vergast und dem Motor zugeführt. Damit das Nadelventil 46 nicht zu fein zu sein braucht, empfiehlt es sich, auf der Spindel 57 eine Drosselscheibe 48 anzuordnen. Nach der Füllung des Kolbens hat die Expansionswand das Bestreben, wieder zurückzugehen und den Einlaßstutzen 27 wieder mit dem Hohlschieber zu verbinden, derart, daß der leichte Brennstoff, zurückgeführt wird. Dies wird dadurch vermieden, daß die kleine öffnung 36 wie ein Katarakt wirkt, und- die Luft vor der Expansionswand keine Zeit hat, zu entweichen.

Die Menge der durchgehenden Luft wird mittels eines Zahnradgetriebes, das mit der Spindel 57 verbunden ist, auf einer Trommel 52 aufgezeichnet.

Eine weitere Regelung der Brennstoff- und Luftzufuhr läßt sich zwecks einer vollständigen Verbrennung des Brennstoffes dadurch erreichen, daß man die Kammer 53 vor und hinter der Expansionswand 32 durch Zweigleitungen 55, 56 und einen Dreiweghahn 58 mit einer Leitung 59 verbindet, die im Einlaßrohr 54 zum Motor hinter einer Düse 69 mündet. Hinter dieser Düse herrscht ein geringerer Druck als in dem Rohr 30, und zwar ist diese Druckverminderung dem Quadrat der Durchgangsmenge proportional. Wenn der Motor beispielsweise als Motor eines Automobils Verwendung findet, so verbindet man bei Bergfahrten das Rohr 54 mit dem Rohr 56 und dem Teil der Kammer 53 hinter der Expansionswand. Mithin herrscht vor dem Meßschieber 31 ein geringerer Druck als vorher, wo die Kammer 53 nur durch den Kanal 44 mit dem Auslaßkanal 30 in Verbindung stand. Es tritt infolgedessen im. Verhältnis zu der Luftmenge eine größere Brennstoffmenge zum Motor. Bei Talfahrten wird die Kammer 53 vor der Expansionswand 32 durch das Rohr 56 mit dem Rohr 54 verbunden. Da nun vor dem Meßschieber 31 ein höherer Druck herrscht als vorher, tritt im Verhältnis zur Luft weniger Brennstoff zum Motor. Auch kann man einen vollständigen Abschluß dadurch herbeiführen, daß man die Leitungen 55 und 56, also die beiden Räume vor und hinter der Expansionswand unmittelbar miteinander verbindet. Durch Aufzeich-* nen der Lage des Dreiweghahnes 53 auf der Trommel 64 läßt sich eine genaue Kontrolle erreichen. In der praktischen Ausführung der Einrichtung werden nicht mehrere Trommein zum Aufzeichnen der Wirkungsart und Leistung des Motors verwendet, sondern eine einzige.

Findet statt des Drehkolbens eine drehbare Scheibe nach Patent 256312 als Expansionswand Verwendung, so können die Daumen 45 und 47 so angeordnet werden, daß sie durch besondere Nocken betätigt werden und stoßweise wirken. Hierdurch kann man die Öffnungen der Nadelventile von Schmutz rein halten. Auch empfiehlt sich eine Membran statt eines Drehkolbens deswegen, weil sie Schwingungen gegenüber unempfindlich ist.

In der Leitung 59 kann ein federbelastetes Ventil 70 angeordnet werden, das in der Zeichnung in punktierten Linien angegeben ist. Durch dieses Ventil wird erreicht, daß der Dreiweghahn nur bei bestimmten Höchstgeschwindigkeiten des Motors in Tätigkeit tritt. Wenn die Leitung 59 mit dem Raum vor der Expansionswand verbunden ist und die Luft und der leichtere Brennstoff durch die Stutzen 27 eintritt, so wird das belastete Ventil bei geringeren Geschwindigkeiten nicht geöffnet werden. Tritt jedoch die Geschwindigkeit der Maschine so weit, daß das belastete Ventil infolge des stärkeren Druckabfalles in der Hauptleitung geöffnet wird, dann geht die Expansionswand zurück. Infolgedessen nimmt die Brennstoffzufuhr ab. Die Mischung stellt sich selbsttätig bei gleichbleibendem Luftverbrauch und bei gleicher Geschwindigkeit des Motors im Verhältnis des Kraftbedarfes ein.

Wird eine der Zweigleitungen 55, 56 geöffnet, so tritt eine Veränderung der Druckverhältnisse der Expansionswand 32 eini

Dieser muß durch Einstellung der Meßvorrichtung Rechnung getragen werden.

Wird der Raum hinter der Expansionswand 32 mit der Leitung 59 verbunden, so hört der Gleichgewichtszustand auf, sobald . der Druckunterschied in der Leitung zwischen den Stellen 30 und 54 so groß wird, daß sich das belastete Ventil 70 öffnet. Die Expansionswand bewegt sich so lange, bis zwischen den Punkten 32 und 33 eine der Durchgangsmenge entsprechende Drosselung stattfindet. Das in Fig. 2 bis 4 dargestellte Ausführungsbeispiel der Anordnung läßt sich natürlich auch für andere Zwecke anwenden, in denen es sich darum handelt, Dämpfe, Gase und' Flüssigkeiten miteinander zu mischen. Die Wirkungsweise wird hierdurch nicht geändert.

Statt der Nadelventile 46 und 39 kann ein anderes Drosselmittel Verwendung finden, mittels dessen die Durchflußmenge durch die Meßschlitze 33 und 34 aufgezeichnet wird. Der Dreiweghahn 58 kann auch unter anderen Verhältnissen verwendet werden, in denen es sich darum handelt, die Durchlaßmenge durch die Einrichtung entsprechend verschiedenen Betriebsbedingungen zu ändern.

Claims (5)

1. Pate nt-Ansprüche:

   i. Vorrichtung zum Messen von Dämpfen, Gasen und Flüssigkeiten nach dem Patent 243214, dadurch gekennzeichnet, daß der auf einer Seite der Expansionswand liegende, mit einer Seite der Meß öffnung in Verbindung stehende Raum durch eine Zweigleitung mit einem in einem gewissen Abstand von der Meßöffnung gelegenen Punkte der Hauptleitung verbindbar ist.
2. 2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zweigleitung ein federbelastetes Ventil (18,23, 70) liegt, durch welches die Zweigleitung sich dann selbsttätig öffnet, wenn der Druckabfall in der Hauptleitung zwischen der Meßöffnung und der Mündung der Zweigleitung bestimmte Höhe erreicht.
3. 3. Meßeinrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Expansionswand die Hauptleitung durch ein Verschlußorgan (19,24) vorübergehend absperrt, wenn das Ventil die Zweigleitung öffnet.
4. 4. Meßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweigleitung mit einer Fernleitung verbunden ist, die nach der Atmosphäre hin geöffnet werden kann, derart, daß die Hauptleitung aus der Ferne abgesperrt werden kann.
5. 5. Meßvorrichtung - nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den, Räumen vor und hinter der Expansionswand eine Zweigleitung (55, 56) angeordnet ist, in der sich ein Dreiweghahn (58) befindet, durch den entweder eine Verbindung zwischen den Räumen vor und hinter der Expansionswand, oder eine Verbindung eines dieser beiden Räume mit der Hauptleitung hergestellt werden kann.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.