DE2855292C2 - Ringkolben-Durchflußmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen nach dem Ringkolbenprinzip arbeitenden Durchflußmesser.

Der Ringkolbenzähler oder Ringkolbendurchflußmesser besteht im Prinzip aus einer zylindrischen Meßkammer oder Verdrängerkammer, die durch einen äußeren und einen inneren Zylinder gebildet wird. Beide Zylinder sind durch einen Steg verbunden, so daß die Verdrängerkammer unterteilt ist. In der Verdrängerkammer befindet sich ein geschlitzter Ringkolben oder Verdränger, dessen Schlitz den Verbindutigssteg umfaßt. Der Durchmesser des Ringkolbens ist so bestimmt, daß er bei Anliegen an der Innenwandung des äußeren Zylinders gleichzeitig an der gegenüberliegenden Außenwand des Innenzylinders anliegt, und zwar jeweils längs einer Mantellinie, so daß drei gegeneinander abgedichtete Räume entstehen,

Da der Ringkolben an sich frei beweglich ist, wird er durch das in den einen Außenraum einströmende Medium in eine kreisende Schwingbewegung {Taumelbewegung) versetzt Der Ringkolben ist mit metjiani- sehen Mitteln ausgestattet, die eine Übertragung seiner Bewegung auf ein Meßwerk gestatten.

Derartige Durchflußmesser sind seit langem bekannt (DE-PS 713 163) und werden z.B. als Wasserzähler hoher Genauigkeit eingesetzt Wie vorstehend dargelegt, findet hierbei eine rein mechanische Führung des Ringkolbens statt, nämlich die translatorische Führung des Ringkolbenschlitzes durch den Trennungssteg in der Meßkammer und die kreisförmige Führung des Ringkolbens, dessen Mittelpunkt an der Symmetrieachse des Ringkolbenzählers angeordnet sein muß, da nur dort sich die Bewegung des Ringkolbens als Kreisbewegung projiziert (vgl. z.B. DE-OS 27 03 549). Die mechanisch starre Verbindung zwischen Ringkolben und Meßwerk bereitet zusätzliche Dichtungsschwierigkeiten und stellt, abgesehen von einer komplexen Konstruktion, die das Gewicht des Ringkolbens erheblich vergrößert, erhebliche Anforderungen an die Genauigkeit der Ausführung. Außerdem ist die vom Ringkolben abgeleitete Drehbewegung zum mechanisehen Antrieb eines Arbeitszyklus nicht genau der durchströmenden Flüssigkeitsmenge proportional, sondern schwankt periodisch um einen Mittelwert (vgl. DE-PS7 13 163).
Diese Eigenschaften der bekannten Durchflußmesser wirken sich besonders nachteilig aus bzw. machen ihren Einsatz unmöglich, wenn eine Messung bei sehr geringen Strömungsgeschwindigkeiten, z. B. 1 l/h und geringem Druck (z. B. <0,05 bar) durchgeführt werden soll, wie es beispielsweise bei der Kraf'stoffverbrauchsmessung von Kraftfahrzeugen erforderlich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ringkolbenzähler zu schaffen, der einen einfachen Aufbau aufweist und der die sichere und genaue Messung auch von geringen Durchflußmengen gestattet

Gegenstand der Erfindung ist nun ein Ringkolben-Durchflußmesser mit einer durch zwei konzentrische Zylinder gebildeten Meßkammer (Verdrängerkammer), die durch einen Boden und einen Deckel abgerichtet ist, sowie einem den Innenzylinder umfassenden ringförmigen Kolben (Verdränger), wobei der Verdränger geschlitzt ist, um den die beiden Zylinder verbindenden und damit die Verdrängerkammer unterteilenden Steg zu ermöglichen.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Verdränger als frei beweglicher Ring ausgebildet ist und daß der ringförmige Verdränger magnetisch so geführt ist, daß er jeweils längs einer Mantellinie an der Innenwandung des äußeren Zylinders und längs einer um 180° versetzten Mantellinie der Außenwandung des Innenzylinders anliegt, und daß schließlich mindestens ein in die Verdrängerkammer hineinragender Sensor vorgesehen ist, der mittels eines geeigneten Wandlers das Vorbeigleiten des Verdrängers in einen Zählimpuls umwandelt.

Das erfinderische Lösungsprinzip besteht also darin, die rein mechanische Führung durch eine magnetische Führung zu ersetzen.

Die magnetische Führung kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dadurch bewirkt werden, daß der Verdränger aus weichmagnetischem Material besteht und im Innenzylinder ein ringförmiger Permanentmagnet angeordnet ist Der Permanentmagnet kann hierbei auch durch einen Elektromagneten ersetzt werden.

Der Ringmagnet kann auch so ausgebildet sein, daß er nur in einem Segment von ca. 90° Öffnungswinkel magnetisiert und um seine Mittelachse drehbar gelagert to ist.

Es ist aber gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung auch möglich, die magnetische Führung dadurch zu bewirken, daß der Verdränger als Permanentmagnet aus hartmagnetischem Material ausgebildet ist und daß der Innen- und/oder Außenzylinder der Verdrängerkammer aus weichmagnetischem Material besteht Es kann aber auch vorteilhaft sein, bei als Permanentmagneten ausgebildetem Verdränger im Innenzylinder ein als Ringsegment ausgebildetes Joch aus weichmagnetischem Material vorzusehen, das um seine Mittelachse drehbar gelagert ist

Die Erfindung hat einmal den Vorteil des einfachen Aufbaus; da keine Verbindung bewegter Teile zwischen dem Verdränger und der kreisförmigen Exzenterführung besteht, treten praktisch keine Dichtungsprobleme auf. Außerdem ist die Meßeinrichtung wegen des leicht beweglichen Verdrängers so feinfühlig, daß auch eine genaue Messung bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten und kleinem Druckabfall möglich ist Wenn die Auflösung der Anzeige verfeinert werden soll, kann man gemäß einer Weiterbildung der Erfindung am Umfang des äußeren Zylinders mehrere Sensoren in äquidistanten Abständen vorsehen.

Wie man erkennt, berührt der Verdränger, bedingt durch die magnetische Anziehungskraft die zylindrische Innenwand und Außenwand der Verdrängerkammer jeweils längs einer Mantellinie. Die magnetische Feldstärke kann so gewählt werden, daß die Kraftwirkung des strömenden inkompressiblen Mediums auf den Verdränger die Magnetkraft erst bei der höchsten gewünschten Durchflußgeschwindigkeit überwindet. In diesem Zustand hebt der Verdränger von den zylindrischen Wänden der Verdrängerkammer ab und kommt zum Stillstand. Damit ist ein Schutz gegen Überlastung des Durchflußmessers gegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1—4 beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch den neuen Durchflußmesser, F i g. 2 einen Schnitt längs der Ebene A-B,

F i g. 3 einen Schnitt längs der Ebene C-D,

F i g. 4 die Verdrängerbewegungen in 4 ausgewählten Stellungen.

Bei dem in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Ausführungsbetspiel handelt es sich um einen Durchflußmesser für Kraftstoff (z. B. Benzin). Er weist ein dreiteiliges Gehäuse auf, bestehend aus dem Unterteil 1, dem Mittelstück 2 und dem Oberteil 3. Diese Teile sind unter Zwischenlage der Dichtungsringe 4, 5 und 6 mittels der Schrauben 7,8 und 9 druckdicht zusammen* gepreßt.

Im Unterteil 1 befinden sich die Bohrungen 10 und 10' für Zu- und Abfluß, in welche Anschluß-Stutzen für Schlauchleitungen (nicht dargestellt) eingeschraubt es werden können. Die Anschlüsse für Zu- und Abfluß sind miteinander vertauschbai'. Das Mittelstück 2 bildet durch seinen Innenzylinder 18 und seinen Außenzylinder 19 die Verdrängerkammer ti mit einem entsprechenden Trennsteg 16, In ihrer Mittelbohning 17 ist ein permanenter Ringmagnet 12 aus z, B, Ferrit angeordnet Eine seitliche Bohrung 13 in der Außenwand dient zur Aufnahme eines geeigneten Sensors 14 (z.B. Näherungsindikator oder Schleifkontakt), Der Verdränger 15 ist ein geschlitzter zylindrischer Ring aus weichmagnetischem Stahl, Sein Innen- und Außendurchmesser ist so bemessen, daß bei Berührung der Innenwand der Verdrängerkammer 11 auch die diametral entgegengesetzte Mantellinie ihrer Außenwand gerade noch berührt wird. Das Oberteil 3 bildet die obere Stirnfläche der Verdrängerkammer 11 und enthält nur die Nute für die Dichtungsringe 4 und 5 sowie die Durchgangslöcher für die Schrauben 7 und 8.

Die Wirkungsweise ist wie folgt: Im Ruhezustand befindet sich der Verdränger 15 in irgendeinem Zustand seines möglichen Bewegungsablaufes, da er durch den Permanentmagneten 12 stets an die Innenwand der Verdrängerkammer 11 gezogen wird. Dabei dichtet der Verdränger 15 Zufluß und Abfluß gegeneinander ab und teilt die Kammer in 4 Räume A, Λ'und B, B'ab, die je nach Stellung zu der Einfluß- oder Abfluß-Seite offen sind, wie es in F i g. 4.1 dargestellt ist. Das in die Räume A und B' einströmende Medium drückt den Verdränger 15 in die in Fig.4.2 gezeigte Stellung und damit den Inhalt von Raum B in den Abfluß. Dabei hat der Raum A sein größtes Volumen erreicht und ist von weiterem Zufluß abgeschlossen. Der Druck der Strömung wirkt jetzt ausschließlich in Raum B' und treibt den Verdränger zu der in Fig.43 gezeichneten Stellung. Dabei öffnet sich Raum A zum Abfluß 10' und das darin enthaltene Medium wird herausgedrückt.

Im weiteren Verlauf erreicht das Volumen in Raum B' sein Maximum, wird vom weiteren Zufluß abgedichtet und beginnt sich entsprechend Fig.4.4 zum Abfluß zu öffnen. Dieses Spiel wiederholt sich zyklisch. Bedingt durch den symmetrischen Aufbau ist die Strömungsrichtung umkehrbar. Über den F i g. 4.1 bis 4.4 ist jeweils der Ringmagnet 12 und Verdränger 15 schematisch dargestellt. Die gestrichelt eingezeichneten magnetischen Feldlinien geben durch ihre Dichte die Kraftverhältnisse wieder.

Die Bewegung des Verdrängers 15 wird durch geeignete Sensoren 14, die bei einer bestimmten Stellung des Verdrängers ansprechen, in elektrische Impulse umgewandelt, die ihrerseits ein elektronisches oder elektromechanisches Zählwerk, das hier nicht näher beschrieben ist, betätigen. In der vorliegenden Ausführung ist ein elektrischer Schleifkontakt verwendet, der isoliert in der Außenwand der Verdrängerkammer 11 angeordnet ist und etwas in diese hineinragt. Der Stromkreis zwischen dem elektrisch leitenden Mittelstück und dem als Schleifkontakt ausgebildeten Sensor 14 wird geschlossen, wenn der Verdränger an diesem vorbeigleitet. Durch mehrere gleichmäßig am Gehäuseumfang verteilte Sensoren läßt sich der Arbeitszyklus des Verdrängers in Einzelschritte unterteilen und damit die Auflösung der Anzeige erheblich verfeinern. Die einzelnen Kontakte können dabei nach Art einer logischen Und-Schaltung miteinander parallel geschaltet werden. Es entsteht auf diese Weise eine kontinuierliche Impulsfolge, die sich ohne erhöhten Aufwand mit einem Einkanal-Zählgerät registrieren läßt.

Die Erfindung wurde anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, bei dem ein ringförmiger Magnet Vorgesehen ist und der Verdränger aus weichmagneti-

schem Material besteht.

Im Rahmen des Erfindungsprinzips, nämlich magnetische Führung des Verdrängers, ist es auch möglich und manchmal zweckmäßig bzw. vorteilhaft, den Verdränger als Permanentmagneten und die zylindrischen Wände aus weichmagnetischem Material auszubilden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche;

1. Ringkolben-Durchflußmesser^mit einer durch zwei konzentrische Zylinder gebildeten Meßkammer (Verdrängerkammer), die durch einen Boden und einen Deckel abgedichtet ist, sowie einem den Innenzylinder umfassenden ringförmigen Kolben (Verdränger), wobei der Verdränger geschlitzt ist, um den die beiden Zylinder verbindenden und damit die Verdrängerkammer unterteilenden Steg zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdränger (15) als frei beweglicher Ring ausgebildet ist und daß der ringförmige Verdränger magnetisch so geführt ist, daß er jeweils längs einer Mantellinie an der Innenwandung des äußeren Zylinders (19) und längs einer um 180° versetzten Mantellinie der Außenwandung des Innenzylinders (18) anliegt und daß schließlich mindestens ein in die Verdrängerkammer (11) hineinragender Sensor (14) vorgesehen is^ der mittels eines geeigneten Wandlers das Vorbeigleiten des Verdrängers in einen Zählimpuls umwandelt

2. Durchflußmesser nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, daß der Verdränger (15) aus weichmagnetischem Material besteht und im Innenzylinder (18) ein ringförmiger Permanentmagnet (12) vorgesehen ist.

3. Durchflußmesser nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetkraft des Ringmagneten (12) durch einen Elektromagneten erzeugbar ist

4. Durchflußmesser nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringmagnet (12) um seine Mittelachse drehbar gelagert und nur in einem Segment von ca. 90° Öffnungswinkel magnetisiert ist.

5. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdränger (15) als Permanentmagnet aus hartmagnetischem Material ausgebildet ist und daß der Innen- (18) und/oder Außenzylinder (19) aus weichmagnetischem Material besteht.

6. Durchilußmesser nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdränger (15) als Permanentmagnet ausgebildet und daß im Innenzylinder (18) ein als Ringsegment ausgebildetes, um seine Mittelachse drehbar gelagertes Joch aus weichmagnetischem Material vorgesehen ist.

7. Durchflußmesser nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang der Verdrängerkammer (11) zwei oder mehrere äquidistant angeordnete Sensoren angeordnet sind.