DE3021152C2

DE3021152C2 -

Info

Publication number: DE3021152C2
Application number: DE3021152A
Authority: DE
Inventors: Reginald Stanley Buckingham Buckinghamshire Gb Emerson
Original assignee: LESLIE HARTRIDGE Ltd BUCKINGHAM BUCKINGHAMSHIRE GB
Current assignee: Assembly Technology and Test Ltd
Priority date: 1979-05-31
Filing date: 1980-06-02
Publication date: 1991-03-07
Also published as: GB2056090A; DE3021152A1; GB2056090B; US4331033A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen einer strömenden Fluidmenge, bestehend aus zwei räumlich voneinander getrennten Zylindern mit federbelasteten Kolben, in die das Fluid abwechselnd einströmt und dabei die Kolben gegen die Kraft der Federn verschiebt und aus denen das Fluid durch die Federn wieder herausgedrückt wird, aus Anzeigeorganen, die die Bewegungen der Kolben und damit die Fluidmenge anzeigen, und aus Ventilen, die die Fluidströme steuern.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (GB-PS 14 25 167) sind mechanische Anschläge, gegen die die Kolben beim Füllen der Zylinder laufen, nicht vorgesehen. Ferner sind in der Schrift Maßnahmen, die das Ende der jeweiligen Kolbenbewegungen bestimmen, nicht erwähnt. Eine exakte Messung kann mit dieser Vorrichtung nicht erfolgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs erwähnte Vorrichtung derart auszubilden, daß eine exakte Messung möglich ist.

Eine erste Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Kolben beim Füllen der Zylinder gegen einen mechanischen Anschlag laufen, daß für das ausströmende Fluid ein Drei-Wege- Ventil mit zwei Eingängen und einem Ausgang vorgesehen ist, dessen Eingänge mit den Zylindern verbunden sind und dessen Steuerorgan abwechselnd jeweils den einen Eingang mit dem Aus gang verbindet und zugleich den anderen Eingang verschließt, und daß die Anzeige der Kolbenbewegungen bei ausströmendem Fluid erfolgt, wobei das jeweilige Ende einer Kolbenbewegung durch Umsteuern des Steuerorganes des Drei-Wege-Ventils bestimmt ist.

Eine zweite Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Kolben beim Entleeren der Zylinder gegen einen mechanischen Anschlag laufen, daß für das einströmende Fluid ein Drei-Wege- Ventil mit zwei Ausgängen und einem Eingang vorgesehen ist, dessen Ausgänge mit den Zylindern verbunden sind und dessen Steuerorgan abwechselnd jeweils den einen Ausgang mit dem Ein gang verbindet und zugleich den anderen Ausgang verschließt, und daß die Anzeige der Kolbenbewegungen bei einströmendem Fluid erfolgt, wobei das jeweilige Ende einer Kolbenbewegung durch Umsteuern des Steuerorganes des Drei-Wege-Ventils bestimmt ist.

Weil bei beiden Lösungen die beiden Kolben bei dem Meßschritt von einem mechanischen Anschlag starten, werden exakt definier te Grenzmarken für beide Kolben und damit die jeweils zu mes senden Volumina geschaffen (diese entsprechen den Stellungen der Kolben bei Anschlag). Das Drei-Wege-Ventil sorgt dafür, daß abwechselnd ohne Überlappung und praktisch ohne Totzeiten sich die strömenden und gemessenen bzw. zu messenden Fluidmen gen aneinanderreihen. Insofern ist die Messung außerordentlich exakt. Beim Gegenstand der GB-PS 14 25 167 sind weder für die Basiswerte der zu messenden Volumina noch für die Endwerte der artige oder ähnliche Bedingungen gegeben. Es können sich inso fern Überlappungen der Meßwerte wie auch Totzeiten zwischen den gemessenen Bereichen ergeben, was ungünstig ist.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung im folgenden näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform der Erfindung im Schnitt;

Fig. 1a eine Abwandlung dieser Ausführungsform;

Fig. 2 ein Zeitdiagramm und

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines elektronischen Steuerkreises.

Das in Fig. 1 dargestellte Gerät besitzt eine Pumpe 6, die Flüssigkeit, z. B. Öl, aus einem Tank 7 durch ein nicht dar gestelltes feines Saugfilter zieht und sie zu Eingangsöffnun gen 8 und 9 von solenoidbetätigbaren Ventilen 10 und 11 drückt. Diese Ventile öffnen abwechselnd und ermöglichen es der unter Druck stehenden Flüssigkeit, in Meßkammern 12 und 13 einzu strömen, die von Zylindern gebildet werden, wobei Kolben 14 und 15 in den Zylindern 12 und 13 gegen die Kräfte von Federn 40 und 41 nach unten gedrückt werden, bis Schultern 16 und 17 der Kolben 14 und 15 die unteren Flächen von Federkammern 18 und 19 in den Zylindern berühren. Die Kolben laufen durch ring förmige steife Dichtlippen, die nach oben weisen. Außerdem strömt die Flüssigkeit über ein Ventil 20 und Leitungen 21 zurück in den Tank 7. Das Ventil 20 hält den Druck der Flüssig keit in der Leitung konstant. Ein Fuß 22 eines Anzeigeinstru mentes 23 berührt zwei justierbare Anschläge 24 und 25, die an zwei Armen 42 und 43 sitzen, welche ihrerseits mit den Kolben 40 und 41 verbunden sind. Ein Reibungsfuß 27 wird gegen eine Stange 28 des Instrumentes 23 durch eine Feder 44 gedrückt, so daß die jeweils eingestellten Werte stehenbleiben. Volumen fehler aufgrund von Druckunterschieden können durch die Einstel lung der Anschläge 24 und 25 eliminiert werden. Das Instrument 23 hat einen Zeiger 26.

Ein elektronischer Programmkreis zur Steuerung der erfindungs gemäßen Vorrichtung ist in Fig. 3 dargestellt. Dieser wirkt auf Windungen 1, 2, 3, 4 und 5, und zwar in der Folge, die in Fig. 2 veranschaulicht ist. Die Windungen 1 und 2 beeinflussen ein Drei- Wege-Ventil 31, das zwei Kerne und drei Öffnungen hat. Die Win dungen 3 und 4 wirken auf die Ventile 10 und 11, welche jeweils einen Kern und zwei Öffnungen haben. Die Windung 5 wirkt auf den Reibungsfuß 27.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung der verschiedenen Teile liegt in dem Zeitpunkt vor, der in Fig. 2 mit "1 Sekunde" be zeichnet ist. Zur Zeit "0" wird die Windung 1 des Ventils 31 und die Windung 5 des Reibungsfußes 27 beaufschlagt. Etwa 0,1 Sek. lang bewegt sich der Kern 32 des Ventils 31 in die in Fig. 1 dargestellte Lage aus einer weiter rechts befindlichen Lage. Zugleich wird der Fuß 27 zurückgezogen von der Stange 28. Nun fließt ein konstanter Flüssigkeitsstrom über die Öffnung 30 des Ventils 31, und zwar ergibt sich dieser Strom aufgrund des Druckes der Feder 41 gegen den Kolben 15, der sich nach oben bewegt und die Flüssigkeit aus der Kammer 13 herausdrückt. Der Anschlag 25 verstellt die Stange 28 und den Zeiger 26. Nach 0,1 Sek. wird die Windung 5 nicht mehr strombeaufschlagt, so daß der Fuß 27 sich bremsend gegen die Stange 28 legt, weil er durch die Feder 44 entsprechend beaufschlagt wird. Die Stange 28 setzt aber trotzdem ihre Bewegung fort, weil die Feder 41 ent sprechend schwach ist. Nach weiteren 0,1 Sek., also im Zeitpunkt "0,2 Sek.", wird die Windung 3 strombeaufschlagt, so daß nun mehr die Kammer 12 mit dem Flüssigkeitszustrom verbunden ist. Der Kolben 14 wird nach unten bewegt, bis die Schulter 16 unten anschlägt. Die Schulter 16 bleibt dann in Kontakt mit der unte ren Fläche des Zylinders. Im Zeitpunkt "1 Sek." sind dann die einzelnen Teile in der Stellung, die in Fig. 1 dargestellt ist. Im Zeitpunkt "1,9 Sek." wird die Windung 3 abgeschaltet, so daß der Kern 45 des Ventils 10 den Flüssigkeitsstrom, der in die Kammer 12 fließt, blockiert. 0,1 Sek. später, also im Zeit punkt "2 Sek." (genau), wird die Windung 1 abgeschaltet und die Windung 2 angeschaltet. Ungefähr 0,1 Sek. später (das ist die Zeit, die der Kern 32 benötigt, um von links nach rechts zu gleiten) steht die Kammer 12 in Verbindung mit der Öffnung 30. Der Kolben 14 wird nunmehr von der Feder 40 nach oben be wegt, so daß die Flüssigkeit, die sich in der Kammer 12 befindet, aus der Öffnung 30 austritt. Die Kolben arbeiten also abwechselnd praktisch ohne Totzeit.

In der Kammer 13 verbleibt eine bestimmte Flüssigkeitsmenge, und der Kolben 15 hat eine entsprechende Stellung, die vom Zeiger 26 angezeigt wird. Diese Menge entspricht der Menge, die aus der Kammer 13 innerhalb von exakt 2 Sek. ausgeflossen ist. Im Zeitpunkt "2,2 Sek." (ungefähr) wird die Windung 4 strombeauf schlagt, was zur Folge hat, daß die Kammer 13 mit der Pumpe 6 verbunden wird und nunmehr Flüssigkeit so lange erhält, bis die Schulter 17 in Kontakt tritt mit der Unterseite der Kammer 19. Etwa im Zeitpunkt "3,9 Sek." wird die Windung 4 abgeschaltet. Genau im Zeitpunkt "4 Sek." (der identisch ist mit dem Zeitpunkt "0 Sek.") wird die Windung 2 abgeschaltet und die Windung 1 an geschaltet. Die Kammer 13 kann sich nunmehr über die Öffnung 30 entleeren. Dabei nähert sich der Anschlag 25 dem Fuß 22. Wenn sich der Kolben 14 etwas weiter als der Kolben 15 bewegt, dann drückt der Anschlag 24 den Fuß 22 entsprechend etwas nach oben. Wird nun die Windung 5 kurzzeitig mit Strom beaufschlagt, er folgt keine weitere Bewegung des Fußes 22. Wenn jedoch der Kolben 14 sich nicht ganz so weit nach oben bewegt wie der Kol ben 13, bleibt der Anschlag 24 ein kurzes Stück unterhalb des Fußes 22 stehen. Wird nun der Bremsfuß 27 von der Stange 28 für 0,1 Sek. entfernt (z. B. zwischen der Zeit "0" und der Zeit "0,1"), fällt der Fuß 22 auf den Anschlag 24 nach unten.

Der ganze Vorgang wiederholt sich alle vier Sekunden, und der Zeiger 26 zeigt kontinuierlich die mittlere Flußrate an. Wich tig ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß stets die Menge gemessen wird, die innerhalb zweier Sekunden ausströmt, wobei die Kolben jeweils von einer ganz bestimmten Stelle an fangen sich zu bewegen, wobei diese Stelle durch das Anliegen der Schultern 16 bzw. 17 an den unteren Flächen der Räume 18 und 19 bestimmt ist. Die ausgeströmte Menge ist variabel.

Fig. 3 zeigt den elektronischen Kreis, welcher den Betrieb der Solenoide steuert. Ein Quarzkristalloszillator 47 erzeugt ein Signal mit einer Frequenz von 2²² Hz. Dieses wird einem Teiler 48 zugeleitet. In diesem wird die Frequenz aufgrund eines Faktors D_R geteilt. Der Ausgang ist verbunden mit einem weite ren Teiler 49, der das Signal weiter aufgrund eines Faktors d_T teilt. Der Wert des Teilers d_T wird mittels der Einstellschal ter 54 eingestellt, die mit einem Steuereingang des Teilers 49 verbunden sind. Der Teiler ist d_T, wenn der Einstellschalter auf 40,0°C steht. Er wird verzögert um 1 bei einer Abnahme von 0,1°C der Temperatur. Er erniedrigt sich um 1 bei einem Anstieg der Temperatur um 0,1°C. Das Ausgangssignal des Teilers 49 ist 10 Hz bzw. ungefähr 10 Hz. Dieses wird einem logischen Divisions- und Dekodierkreis 50 zugeführt, der vier Ausgänge hat. Einer von diesen führt ein Signal mit ¹/₂₀ der Eingangsfrequenz (also 0,5 Hz oder annähernd 0,5 Hz). Er ist mit einem Teil 51 verbun den, der das Signal weiter durch 2 dividiert. Das Teil 51 hat zwei Ausgänge, die mit Steuereingängen einer Deko dierlogik 52 verbunden sind. Ein weiterer Ausgang der Einheit 50 ist den Solenoiden 1 und 2 zugeordnet und führt zu der De kodierlogik 52. Ein dritter Ausgang der Einheit 50, der den Solenoiden 3 und 4 zugeordnet ist, führt ebenfalls zu der Deko dierlogik 52. Der fünfte Ausgang der Einheit 50 läuft direkt zu einem Kreis 53; er ist dem Solenoid 5 zugeordnet. Die Solenoide 1 bis 4 werden über die Dekodierlogik 52 und den Antriebskreis 53 geschaltet. Die Kreise 50, 51 und 52 bewirken die Arbeits folge der Solenoide, die in Fig. 2 veranschaulicht ist.

Die Taktfolgen der Solenoide werden durch den Quarzkristall gesteuert. Alle Schritte jeweils nach zwei Sekunden sind ein Vielfaches von ¹/₁₀ Sekunde. Die Resonanzfrequenz des Kristalls ist also ein Vielfaches von ¹/₁₀ Sekunde.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist so dimensioniert, daß sie zunächst einwandfrei bei einer bestimmten Temperatur, z. B. 40°C, arbeitet. Wenn das Öl, welches durch die Vorrichtung strömt, eine höhere Temperatur, z. B. 43,1°C hat, dann hat es ein größeres Volumen, und die Ablesung wird entsprechend höher, z. B. um 0,25%. Um diesen Fehler zu kompensieren, wird das Grund zeitintervall im umgekehrten Verhältnis geändert. Das ist mit Hilfe der Einstellvorrichtung 54 möglich.

Ferner ist es sinnvoll, wenn (a) die Einstellvorrichtung nach dem Dezimalsystem arbeitet und wenn (b) die eingestellten Werte der herrschenden Temperatur entsprechen.

Wenn ein Flüssigkeitskreis verwendet wird, dessen Ausgang einen positiven Druck aufweist, kann eine leicht veränderte Ausfüh rungsform verwendet werden, siehe Fig. 1a. Folgende Änderungen liegen vor:

1. Der Ausgang des Flüssigkeitskreises ist mit dem Analogen zur Öffnung 30 (Fig. 1) verbun den.
2. Die Pumpe 6 fehlt, jedoch bleiben die beiden Leitungen, die von dem Tank wegführen und zu dem Tank hinführen.
3. Die Vorrichtung zur Messung der Strömungs menge ist etwas verändert (s. Fig. 1a): Die Stange 28 ist derart verlängert, daß der Fuß 22a die Anschläge 24a und 25a auf der Außenseite berührt. Ferner ist eine Zugfeder 29a vorgesehen, welche die Stange 28a nach oben zieht. Schließlich ist noch ein Anschlag an dem Anzeigeelement 23 vor gesehen, der verhindert, daß der Zeiger 26 in der falschen Richtung gedreht wird.

Die abgewandelte Ausführungsform funktioniert folgendermaßen:

Der Kern 32 des Ventils 31 kann in beiden Richtungen bewegt werden, so daß die Meßkammern 12 und 13 abwechselnd über die Öffnung 30 gefüllt werden können. Die Anschläge 24a und 25a werden so justiert, daß sie beide in Kontakt mit dem Fuß 22a treten. Das Instrument 23 zeigt Null in den höchsten Stellungen der Kolben 14 bzw. 15.

Die Flüssigkeit tritt in die Vorrichtung durch die Öffnung 30 ein, wenn der Kern 32 des Ventils 31 auf der linken Seite sich befindet. Die Strömung verläuft entgegengesetzt zu den Pfeilen, die in den Fig. 1 eingezeichnet sind. Die Flüssigkeit strömt in die Kammer 13 und bewirkt eine Abwärtsbewegung des Kolbens 15 gegen die Kraft der Feder 41. Der Fuß 22a wird zugleich verscho ben, weil er durch den Hebel 43 nach unten gedrückt wird. Der Zeiger des Instrumentes schlägt entsprechend aus.

Nach 0,2 Sek., gerechnet vom ersten Eintritt der Flüssigkeit durch das Ventil 31, wird die Spule 3 mit Strom beaufschlagt (s. Fig. 2). Das hat zur Folge, daß der Kolben 14 in seiner obersten Lage verharrt, in die er durch die Feder 40 gedrückt worden ist. Im Zeitpunkt "1,9 Sek." wird die Windung 3 abgeschal tet, was zur Folge hat, daß sich das Ventil 45 schließt und die Meßkammer 12 geschlossen ist. Im Zeitpunkt "2,0 Sek." wird die Windung 1 nicht mehr mit Strom beaufschlagt, und die Windung 2 wird mit Strom beaufschlagt. Der Kern 32 bewegt sich in die andere Lage und die hereinfließende Flüssigkeit strömt nun durch die Öffnung 30 in die Kammer 12. Dadurch wird der Kolben 14 ge gen die Kraft der Feder 40 nach unten gedrückt.

Zur gleichen Zeit bleibt der Kolben 15 in einer bestimmten Stellung stehen, und der Zeiger 26 zeigt die Stellung des Kol bens 15 an, nachdem die Spule 5 nicht mehr mit Strom beauf schlagt worden ist. Auf diese Weise wird die Menge an Flüssig keit angezeigt, die in der ersten Stufe von 2 Sek. durchge strömt ist. Im Zeitpunkt "2,2 Sek." wird die Windung 4 mit Strom beaufschlagt, und die Feder 41 drückt die Flüssigkeit der Kammer 13 durch das Ventil 46 zurück in den Tank.

Mittlerweise wird der Kolben 14 verschoben, bis im Zeitpunkt "4 Sek." der Kern 32 des Ventils 31 in seine erste Stellung zu rückkehrt. Der Kolben 14 hat sich dann entweder weniger oder mehr als der Kolben 15 bewegt, und das Anzeigeelement 23 zeigt diesen Sachverhalt an, wie es im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform bereits beschrieben ist.

Eine Vorrichtung zum Messen der Strömungsmenge, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, kann mit einem Zusatzaggregat versehen werden, so daß sie leicht in eine Vorrichtung gemäß Fig. 1a umgewandelt werden kann. Anstelle der Einheit gemäß Fig. 3 kann ein Mikroprozessor vorgesehen sein. Anstelle des Anzeigeinstru mentes 23 kann ein Digitaltransducer vorgesehen sein. Die Ein heiten zur Messung der Mengen und die Empfindlichkeit der Vor richtung können dann entsprechend variiert werden, so daß man auch eine Langzeit-Durchschnittsmessung durchführen kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zum Testen von Einspritz aggregaten für Einspritzmotoren dienen.

Zweckmäßigerweise ist jedwede Luft entfernt worden. Die Tempe ratur ist zweckmäßigerweise stabilisiert und liegt z. B. zwi schen 30° und 50°C mit ±0,5°C.

Claims

1. Vorrichtung zum Messen einer strömenden Fluidmenge, be stehend aus zwei räumlich voneinander getrennten Zylindern mit federbelasteten Kolben, in die das Fluid abwechselnd einströmt und dabei die Kolben gegen die Kraft der Federn verschiebt und aus denen das Fluid durch die Federn wieder herausgedrückt wird, aus Anzeigeorganen, die die Bewegungen der Kolben und damit die Fluidmenge anzeigen, und aus Ventilen, die die Fluidströme steuern, dadurch gekennzeich net, daß die Kolben (14, 15) beim Füllen der Zylinder (12, 13) gegen einen mechanischen Anschlag laufen, daß für das ausströ mende Fluid ein Drei-Wege-Ventil (31) mit zwei Eingängen und einem Ausgang (30) vorgesehen ist, dessen Eingänge mit den Zylindern (12, 13) verbunden sind und dessen Steuerorgan (32) abwechselnd jeweils den einen Eingang mit dem Ausgang (30) verbindet und zugleich den anderen Eingang verschließt, und daß die Anzeige der Kolbenbewegungen bei ausströmendem Fluid erfolgt, wobei das jeweilige Ende einer Kolbenbewegung durch Umsteuern des Steuerorgans (32) des Drei-Wege-Ventils (31) be stimmt ist.

2. Vorrichtung zum Messen einer strömenden Fluidmenge, be stehend aus zwei räumlich voneinander getrennten Zylindern mit federbelasteten Kolben, in die das Fluid abwechselnd einströmt und dabei die Kolben gegen die Kraft der Federn verschiebt und aus denen das Fluid durch die Federn wieder herausgedrückt wird, aus Anzeigeorganen, die die Bewegungen der Kolben und damit die Fluidmenge anzeigen, und aus Ventilen, die die Fluidströme steuern, dadurch gekennzeich net, daß die Kolben beim Entleeren der Zylinder gegen einen mechanischen Anschlag laufen, daß für das einströmende Fluid ein Drei-Wege-Ventil mit zwei Ausgängen und einem Eingang vor gesehen ist, dessen Ausgänge mit den Zylindern verbunden sind und dessen Steuerorgan abwechselnd jeweils den einen Ausgang mit dem Eingang verbindet und zugleich den anderen Ausgang ver schließt, und daß die Anzeige der Kolbenbewegungen bei ein strömendem Fluid erfolgt, wobei das jeweilige Ende einer Kolben bewegung durch Umsteuern des Steuerorgans des Drei-Wege-Ventils bestimmt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Anzeigeorgan (23) eine Stange (28; 28a), deren Bewegung von dem Instrument (23) angezeigt wird, aufweist, daß die Stange (28; 28a) einerseits durch eine Feder (29; 29a) in die eine Richtung gedrückt wird und andererseits durch An schläge (24, 25; 24a, 25a), die mit den Kolben (14, 15) verbunden sind, in die andere Richtung gedrückt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß die Kolben (14, 15) mit Armen (42, 43) verbunden sind, an denen die Anschläge (24, 25; 24a, 25a) sitzen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn zeichnet, daß ein solenoidbetätigbarer Bremsfuß (27) vorgesehen ist, der eine Verrückung der Stange (28; 28a) in der einen Richtung verhindert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Feder (40, 41), welche das Fluid aus dem Zylinder herausdrückt, die Bremskraft des Bremsfußes (27) überwinden kann.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn zeichnet, daß beim Umschalten von einem Zylinder auf den anderen der Bremsfuß (27) die Stange (28; 28a) kurzzeitig freigibt, so daß diese von dem anderen Anschlag (24, 25) mitge nommen werden kann.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß für jeden Zylinder (12, 13) die Fluid-Aus- bzw. -Einströmbewegung auf eine feste Zeit, z. B. 2 sek, festgelegt ist.