DE3010282C2 - Schwebekörperdurchflußmesser für flüssige und gasförmige Medien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwebekörper-Durchflußmengenmesser der mit dem Oberbegriff des Hauptanspruchs bezeichneten Art.

Derartige Durchflußmengenmesser arbeiten nach dem Schwebekörperprinzip, nach welchem der senkrecht in einem konischen Rohr im strömenden Medium angeordnete Schwebekörper in Abhängigkeit von der Durchflußmenge unter der Wirkung von Auftriebskräften eine bestimmte Position einnimmt. Hierbei wirkt der Auftriebskraft die Schwerkraft, eine Federkraft oder eine von beiden Kräften gebildete Kraftsumme entgegen. Die von der Durchflußmenge abhängige Lage des Schwebekörpers kann hierbei mittels einer stationären, also gehäusefesten. Induktionsspule in bekannter Weise ermittelt werden

Nath dem Schwebekcrperprinzip arbeitende Durchflußmesser sind beispielsweise aus den deutschen Offenlegungsschriften 17 98 333, 22 57 582, 24 38 091 und 25 09 447 bekannt.

Ein wesentlicher Vorteil der nach dem Schwebekörperprinzip arbeitenden Durchflußmengenmesser be= steht darin, daß diese bei Messung von flüssigen Medien derart dimensioniert Und eingeeicht werden können, daß der in den Flüssigkeiten in Form von Blasen enthaltende Gasanteil anders als bei mit Rotoren arbeitenden Meßmethoden nicht oder nur in vernach» lässigbarer Weise in den Meßwert eingeht.

Aus diesem Grund und wegen des relativ einfachen

mechanischen Aufbaues wurde in Erwägung gezogen, nach dem Schwebekörperprinzip arbeitende Durchflußmengenmesser zur Ermittlung des Treibstoffbedarfs in Kraftfahrzeugen einzusetzen.

Bei dieser Anwendungsart treten zusätzliche Probleme auf, da das Meßgerät infolge der Fahrzeugbewegung sehr unterschiedlichen und wechselnden Bewegungen und Lageänderungen ausgesetzt ist.

Weitgehend unabhängig von der Lage arbeiten Durchflußmengenmesser nach den DE-OS 22 57 582 bzw. 25 09 447. bei welchen der auf den Schwebekörper wirkenden Antriebskraft anstelle eines Gegengewicht ies, wie dieses noch aus DE-OS 17 98 333 hervorgeht, eine Federkraft entgegenwirkt.

Es ist ferner ein Mengenmesser dieser Art bekannt geworden, bei welcher sowohl ein Gewicht als auch eine Rückstellfeder die Gegenkraft liefern. Eine derartige Anordnung reagiert besonders empfindlich auf Änderungen bei relativ kleinen Durchflußmengen, wie diese beim Treibstoffverbrauch von Kraftfahrzeugmotoren zur Anzeige gebracht werden sollen=

Ein weiteres bisher noch ungelöstes Problem tritt bei dieser Anweridurigsäfl dadurch auf, daß dem Flüssigkeitsstrom des zu messenden Mediums 2. B, infolge der Bewegung des gesamten Systems, durch die Treibstoffpumpe oder auch durch auf Temperaturerhöhungen zurückzuführende Gasblasenbildungen Stoßwellen überlagert sind, die eine Auslenkung des Schwebekör-

pers bewirken und damit die Anzeige verfälschen.

Aus der DE-AS 12 12 310 ist schließlich ein Durchflußmesser der gattungsgemäßen Art bekannt, bei welchem Vertikalschwingungen des Schwebekörpers mittels eines scheibenförmigen Dämpfungskolbens, der auf der Verbindungsstange zwischen Schwebekörper und Gewichtskörper verschiebbar angeordnet ist, und durch eine spezielle Ausbildung und Dimensionierung der Kammer reduziert werden sollen.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, am Schwebekörper selbst eine unmittelbare Kompensation solcher auf den Schwebekörper einwirkenden Kräfte zu bewirken, die durch schnelle Pulsationen der Strömung bedingt sind.

Diese Aufgabe wird bei einem Durchflußmengenmesser der gattungsgemäßen Art mit den nach dem Hauptanspruch gekennzeichneten Merkmalen gelöst.

Nach dieser Lösung werden alle diejenigen Einflüsse kompensiert, welche zu Stößen oder Pulsationen des zu messenden Mediums führen. Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Dämpfungskolben ist hierbei so dimensioniert und angeordnet, daß er unter der Wirkung des dem Medium erteilten Stoßes oder der .'Hilsation in gleichem Maße, jedoch in entgegengesetzte·· Richtung wie der Schwebekörper ausgelenkt wird. Hierdurch wird die von der Feder erzeugte Rückstellkraft impulsartig erhöht, so daß der Schwebekörper nicht dem ihm mitgeteilten Stoß folgen kann.

Nach einem weiteren Vorschlag zur Ausgestaltung der Erfindung ist die vorzugsweise als Schraubenfeder ausgebildete Rückstellfeder derart dimensioniert, daß sie den Dämpfungskolben in der Ausgangslage des Schwebekörpers gerade gegen den gehäusefesten Anschlag drückt, ihn also trägt. Bei Auslenkung des Schwebekörpers infolge einer Erhöhung der Durchflußmenge wirkt der Bewegungsänderung nur die Trägheitsmasse mit Federkraft des gesamten Schwebekörpersystems besteht aus Schwebekörper, Verbindungsstange und Gegengewicht mit Federkraft, entgegen. Erfährt dagegen das System einen Stoß, so wird die der Bewegung des Schwebekörpers entgegenwirkende Trägheitsmasse durch die vom Dämpfungskolben gebildete Masse vergrößert. Diese Maßnahme führt aus folgendem Grund zu einer Stabilisierung des Schwebekörpers. Wird dem Durchflußmengenmesser ζ. Β. bedingt durch die Fahrzeugbewegung in Durchflußrichtung ein Stoß erteilt, so vermindert sich der Durchtrittsquerschnitt zwischen Schwebekörper und dem Konus des Durchflußmengenmesser-Gehäuses. Infolg; dieser Einschnürung tritt im Bereich des Schwebekörpers eine stärkere Verwirbelung des Mediums auf, welche zu einer Zunahme der auf den Schwebekörper wirkenden Auftriebskräfte führt. Diese zusätzlichen Auftriebskräfte würden fälschlicherweise zu einer einen größeren Durchfluß vortäuschenden Messung führen. Diese zusätzlichen Auftriebskräfte werden gleichfalls mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dämpfungskolben kompensiert.

Wie schon eingangs erwähnt, führt die Verwendung der Rückstellfeder zur weitgehend lageunabhängigen Funktionsweise des Durchflußmengenmessers. Die Feder erzeugt auch noch in horizontaler Lage eine der Auftriebskraft entgegenwirkende Rückstellkraft. Mit dieser Feder kann ferner das im strömenden Medium gelegene Schwebekörpersystem zentriert werden, wenn nämlich, wie ferner vorgeschlagen wird, der Gewichtskörper und der Dämpfungskolben, zwischen weichet/ die Feder eingespanni ist, diese in ihrer Lage fixierende und zentrierende Aufnahme besitzen. In einfacher Weise wird dieser Vorschlag dadurch realisiert, daß der Dämpfungskolben und der Gewichtskörper wenigstens auf ihren der Feder zugewandten Seite topfartig ausgebildet sind.

Ebenfalls der Lagezentrierung des Systems dient ein weiterer Vorschlag gemäß der Erfindung, nach welchem der Gehäusebund eine den Diimpfungskolben in Ruhelage zentrierende Aufnahme sitzt, wobei die Durchbrüche der Aufnahme und des Dämpfungskolbens, durch welche die Verbindungsstange zwischen Schwebekörper und Gewichtskörper hindurchgeführt sind, größer als der Stangendurchmesser sein müssen, so daß Berührungen zwischen der Verbindungsstange und dem Bund bzw. dem Dämpfungskolben und damit Reibungsverluste vermieden werden.

Der Schwebekörper selbst wird bei rotationssymmetrischer Ausbildung durch das ihn umströmende Medium zentriert. Der wirksame Teil des Schwebekörpers wurde bislang entweder in Form eines kreisförmigen Tellers (DE-OS 24 38 091), ier in Form eines Kegeisturnpfes mit in Strömungsrichtung zunehmendem Querschnitt (DE-OS 17 98 333) ausgebildet.

Untersuchungen haben gezeigt, daß bei beiden Ausbildungsformen Eigenschwingungen auftreten können. Diese werden nach einem weiteren Merkmal vorliegender Erfindung überraschenderweise vermieden, wenn der Schwebekörper in Form eines Kegels ausgebildet ist, dessen den Prallteller bildenden Grundfläche in Strömungsrichtung vorn gelegen ist und der sich in Strömungsrichtung verjüngt. Bei dieser Maßnahme lösen sich die an der Kante des Schwebekörpers entstehenden Randwirbel schneller vom Schwebekörper ab. Eine weitere stabilisierende Wirkung wird erreicht, wenn der kegelförmige Schwebekörper auf der Strömung zugewandten Seite einen zylinderscheibenförmigen Prallteller aufweist. Diese Zylinderscheibe, deren Stärke bei einem Durchmesser von 10 bis 20 :nm in der Größenordnung vor einigen/

■to 10 mm liegen sollte, bewirkt einerseits eine Viskositätsunabhängigkeit im Anfangsmeßbereich und anderer-ί .its eine Anzeigestabilität im Endmeßbereich.

Eine weitere Stabilisierung kann schließlich dadurch erzielt werden, daß der oben erläuterte kegelförmige Schwebekörper auf seiner in Strömungsrichtung vorn gelegene Seite einen auf der Verbindungsstange vorgesehene Zylinder aufweist, dessen Länge wesentlich größer als sein Durchmesser ist.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Durchflußmengenmessers ist nachstehend anhand der schematischen Zeichnung erläutert. Die Zeichnung entspricht ungefähr den natürlichen Abmessungen.

r^g- in der Zeichnung dargestellte Durchflußmengenmesser besteht aus einem Gehäuse 11, in welchem das zu messende Mciium bei einem Gerät dta dargestellten Aufbaus und der angegebenen Abmessungen ein flüssiger Treibstoff, vorzugsweise Benzin, über den Einlaß 12, die Kammer findender Messung dienenden Konus 14 und zjm Auslaß 15 geführt wird. Gegenüber der Meßätrecke verschiebbar ist der Schwebekörper vorgesehen, welcher aus einem länglichen zylindrischen Ansatz 8, einem flachen zylinderseheibenförmigen Prallteller 9 und einem sich in Strömungsrichtung verjüngenden Kegel 10 besteht. Dieser Schwebekörper 8,9,10 ist über eine Stange 7 mit dem Gewichtskörper 2 verbunden, der in dem unteren zylindrischen Teil 16 des Gehäuses gelegen ist und gleichfalls vom Medium

umströmt wird. Das untere Ende des Gehäuses ist mittels einer abdichtenden Schraube 1 verschlossen.

Der Gewichtskörper 2 liefert die Gegenkraft gegen die am Gewichtskörper 8, 9, 10 angreifende Auftriebskraft. Diese Gegenkraft wird noch durch die Rückslellkraft der Schraubenfeder 4 unterstützt, welche zwischen dem Gegengewicht 2 und dem Dämpfungskolben 5 eingespannt ist, welcher seinerseits an einem ringförmigen, gehäusefesten Bund 6 anliegt. Der Ringbund 6 besitzt auf seiner dem Dämpfungskolban 5 zugewandten Seite eine Aufnahme 6a. mit welcher der Dämpfungskolben 5 in Ruhelage zentriert wird. Die Schraubenfeder 4 ihrerseits wird einerseits mittels der topfförmigen Aufnahme 5a des Dämpfungskolbens 5 und andererseits der Eindrehung 2a des Gewichtskörpers 2 zentriert. Da der Schwebekörper &, 9, 10 selbst von der Strömung zentriert wird, behällt das gesamte Gebilde mit den Bauelementen 2 und 7 bis 10 auch bei Ne!2ür!!I'¹n ^*"¹ fiphäucp«: 11 spinn Mittr.llilue mit nur geringfügigen Abweichungen bei. Um Arretierungen öder Blockierungen zu verhindern, sindf die Durchbrüche Sb im Dämpfungskolben 5 und 6b im Bund 6 deutlich größer bemessen als der Querschnitt der Verbindungsstange 7.

Der Gewichtskörper 2 besteht aus ferromagnetischem Material und bildet innerhalb deir gehäusefesten induktionsspule 3 einen verschiebbaren Kern. Die Induktivitätsänderung infolge der Veirschiebung des Gewichtskörpers 2 stellt ein Maß für die am Schwebekörper 8, 9, 10 angreifenden Antriebskräfte und damit für die Durchflußmenge dar. Die Messung der induktivitätsänderung erfolgt mit an sich bekannten Schaltungen, beispielsweise mittels einer wechselstromgespeisten Meßbrücke, in deren einem Zweig die Induktionsspule 3 angeordnet ist.

Das wesentliche Element nach vorliegender Erfindung ist der Dämpfungskolben 5, dessen Wirkungsweise in der Beschreibungseinleitung ausführlich erläutert und hier darum nur kurz erwähnt ist.

Bei in der Kammer 13 z. B. durch Pulsationen 40 auftretenden Druckstößen erfährt der !Schwebekörper 8,9,10 in StrömungsrichtunK eine zusätzliche Kraft, so daß die hierdurch verursachte Venschiebung des Schwebekörpers einen höheren Durchfluß vortäuscht. Da jedoch auch auf den Dämpfungskolben, dessen Querschnitt etwa dem Querschnitt des Schwebekörpers entspricht eine Kraft in entgegengesetzter Richtung wirkt, wird auch dieser ausgelenkt, wodurch die Rückstellkraft der nunmehr stärker vorgespannten Feder 4 erhöht wird. Diese Erhöhung der Rückstellkraft kompensiert die stoßbedingte Erhöhung der am Schwebekörper angreifende Auftriebskraft.

Ferner kompensiert der Dämpfungskolben zusammen mit dem gemäß vorliegender Erfindung kegelförmig ausgebildeten Schwebekörperabschnitt 10 am Schwebekörper angreifende Wirbelkräfte, welche durch auf das Gehäuse 11 übertragende Stöße auftreten.

Diese Maßnahmen tragen also dazu bei, daß ein an sich erschUtterungsempfindliches Meßsystem zur Messung des Kraftstoffverbrauches eines bewegten Kraftfahrzeuges geeignet wird.

Figufciiicgcfidc

Verschlußschraube
Gewichtskörper

2a Federaufnahme

induktionsspule

Rückstellfeder

Dämpfungskolben

Jopfförmige Aufnahme im Dämpfungskolben

5 b Al" Bohrung ausgebildeter Durchbruch

6 Ringförmiger Anschlagbund im Gehäuse
6a Aufnahme für Dämpfungskolben 5

6b Als Bohrung ausgebildeter Durchbruch
Verbindungsstange

Zylindrischer Ansatz des Schwebekörpers
Zylinderscheibenförmiger Prallteller des Schwebekörpers

Kegel des Schwebekörpers
Gehäuse

Flüssigkeitseinlaß
Kammer
Konus

Zylindrischer Auslaß
Flüssigkeitsgefüllte untere Kammer des Gehäuses

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Schwebekörperdurchflußmesser mit einem Dämpfungskolben, der innerhalb des im wesentlichen zylindrischen Gehäuses längs einer starren Verbindungsstange zwischen dem Schwebekörper und einem Gewichtskörper verschiebbar angeordnet ist und dessen wirksamer Querschnitt dem des Schwebekörpers annähernd gleich ist, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Verbindungsstange (7) befestigte Gewichtskörper (2) unter dem Schwebekörper angeordnet ist und in eine mit dem Meßmedium gefüllte untere Dämpfungskammer (16) ragt, daß am oberen Ende der Dämpfungskammer ein nach innen springender gehäusefester Bund (6) als oberer Anschlag für den über dem Gewichtskörper in der Dämpfungskammer liegenden Dämpfungskolben (5) vorgesehen ist, der eine Durchgangsöffnung für den Medienaustausch zwischen der Schwebekörperkammer und der Dämpfungskammer freilü!*!, daß der Medienzufluß zwischen dem Schwebekörper und dem Anschiagbund in die Schwebekörperkammer mündet und daß zwischen dem in der Ruhelage an dem Anschlagbund (6) anliegenden Dämpfungskolben und dem Gewichtskörper eine der Auftriebskraft des Schwebekörpers entgegenwirkende Rückstellfeder (4) eingespannt ist.

2. Durchflußmengenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise als Schraubenfeder ausgebildete Rückstellfeder (4) derart dinu.isioniert ist, daß die von ihr in der Ausgangslage des Sch wet: "körpers (8, 9, 10) erzeugte Kraft dem Ge-vicht des Dämpfungskolbens (5) entspricht.

3. Durchflußmengenmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtskörper (2) und der Dämpfungskolben (5) die Rückstellfeder (4) zentrierende Aufnahmen (5a. 2a^aufweisen.

4. Durchflußmengenmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtskörper (2) und/oder der Dämpfungskolben (5) tnpfförmig ausgebildet sind,

5. Durchflußmengenmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusebund (6) eine den Dämpfungskolben (5) in Ruhelage zentrierende Aufnahme (6a) besitzt und die Durchmesser der von der Verbindungsstange (7) durchsetzten Durchbrüche (5£>, 6b) wesentlich größer als der Durchmesser der Verbindungsstange (7) sind.

6. Durchflußmengenmesser insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwebekörper in Form eines Kegels (10) ausgebildet ist, dessen einen Prailtelier bildende Grundfläche in Strömungsrichtung vorn gelegen ist und der sich in Strömungsrichtung verjüngt.

7. Durchflußmengenmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwebekörper aus einem zylinderscheibenförmig^n Prallteller (9) und einem sich diesem anschließenden Kegel (10) besteht.

8. Durchflußmengenmesser nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge^nnzeichnet, daß der Schwebekörper (10) in Strömungsrichtung vorn einen auf der Verbindungsstange (7) vorgesehenen Zylinder (8) aufweist, dessen Länge wesentlich größer als sein Durchmesser ist.