DE3147208C2 - Volumenstromsensor nach Art eines Zahnradmotors - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Volumenstromsensor nach Art eines Zahnradmotors mit einem Paar runder Zahnräder, die in einem Gehäuse auf feststehenden Achsen über Kugellager ohne Wandberührung frei drehbar gelagert sind. In einem Gehäusedeckel ist im Bereich der Zähne des Zahnrades wenigstens ein amagnetischer Einsatz vorgesehen, der mit zwei den Einsatz durchdringenden Polen aus einem magnetisch gut leitenden Material versehen ist, deren innere Enden im wesentlichen auf dem gleichen Zahnraddurchmesser liegen und über deren äußeren Enden ein Feldplattendifferentialfühler mit seinen Feldplatten angeordnet ist. Um auch bei breiten Zähnen, insbesondere Zähnen mit einem Modul größer 3, brauchbare Signale zu erzielen, aus denen Zählimpulse zuverlässig abgeleitet werden können, sind die Pole in dem Einsatz mit ihren inneren Enden gespreizt angeordnet, und zwar dadurch, daß sie von ihren, die Außenfläche des Einsatzes durchdringenden Enden ausgehend in gegeneinander versetzten Ebenen so im Einsatz angeordnet sind, daß die die Innenfläche des Einsatzes durchdringenden Enden der Pole in einem größeren Abstand voneinander liegen als die äußeren Enden, über denen die Platten des Feldplattendif ferentialfühlers liegen. Die Polstifte können dabei von der Außenseite des Einsatzes ausgehend entgegengesetzt ge neigt durch den Einsatz geführt sein. Es ist aber auch mög lich, die Pole aus mehreren Polelementen zusammenzusetzen, von denen die inneren Polelemente Polstifte sind, die in ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Volumenstromsensor nach Art eines Zahnradmotors mit einem Paar runder Zahnräder, die in einem Gehäuse auf feststehenden Achsen über Kugellager ohne Wandberührung frei drehbar gelagert sind und bei dem in einem Gehäusedeckel achsparallel zu den Achsen im Bereich der Zähne des Zahnrades wenigstens ein zylindrischer Einsatz aus einem nicht ferromagnetischen Material vorgesehen ist, der mit zwei den Einsatz durchdringenden Polen aus einem ferromagnetischen Material versehen ist, deren den Zahnrädern zugewandte innere Enden mit der Polmitte im wesentlichen auf dem gleichen Zahnraddurchmesser liegen und über deren äußeren Enden ein Feldplattendifferentialfühler mit seinen Feldplatten angeordnet ist.

Von dem Feldplattendifferentialfühler werden beim Vorbeilaufen eines Zahnes jeweils Signale in Form eines Sinussignales mit einer positiven und einer negativen Periode abgegeben, aus denen jeweils Impulssignale abgeleitet werden, die dann in einem Impulszähler registriert werden. Jeder Impuls entspricht dabei einer Flüssigkeitsmenge von der Größe des geometrischen Zahnvolumens.

Serienmäßige Feldplattendifferentialfühler haben zwei Feldplatten mit einer Plattenfläche von jeweils 1 mm · 2 mm. Diese Feldplatten liegen mit ihren langen Seiten parallel zueinander in einem Abstand von

. 0,7 mm.

Die als Polstifte mit rundem Querschnitt ausgebildeten Pole im Einsatz liegen bei einem bekannten VoIumenstromsensor der genannten Art parallel zueinander. Die Polstifte sind dabei mit einer Schulter versehen, um auch hohen Innendrücken bis 400 bar standhalten zu können. Sie haben dabei einen inneren Endabschnitt mit einem Durchmesser von 2,2 mm und einen äußeren Abschnitt mit einem Durchmesser von 1,9 mm bei einem Mittenabstand von 2,2 mm.

Volumenstromsensoren der bekannten Art (Zeitschrift »o + p-ölhydraulik und pneumatik«, Jahrg. 24 (1980), Seite 40) ergeben bis zu einer Zahngröße von etwa Modul 3 brauchbare Sinussignale. Bei Volumenstromsensoren mit Zahnrädern mit größerem Modul kommt es zu starken Verzerrungen der Sinuskurve mit unter einem spitzen Winkel zur Nullinie verlaufenden Kurvenabschnitten im Bereich des Nullganges. Aus sol-

b5 chen verzerrten Sinuskurven lassen sich keine sauberen Impulse ableiten. Darüber hinaus kommt es gleichzeitig zu starken Abweichungen vom gewünschten Taktverhältnis 1:1.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Volumenstromsensor der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß auch bei Zahnrädern mit einem Modul > 3 beim Vorbeigang eines Zahnes an dem DifferentiaJfeldplattenfühler ein brauchbares Sinussignal abgegeben wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 herausgestellten Merkmale.

Zweckmäßige Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird die Basisbreite für den Feldplattendifferentialfühler, der vorgegeben ist durch den Abstand der inneren Enden der Pole, wesentlich über den Abstand vergrößert, der bei der bekannten Anordnung der Pole vorgegeben war. Dadurch lassen sich genaue Anpassungen an die Zahnbre^:te vornehmen. Der Mittenabstand der inneren Polenden sollte etwa der Breite des Zahnes auf dem Abtastdurchmesser entsprechen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Pole kann darüber hinaus der Abstand der äußeren Enden der Pole so weit verringert werden, daß er dem Abstand der Feldplatten entspricht. Damit kommt es zu einer wesentlich verbesserten Überdekkung der Feldplatten mit den äußeren Polenden und damit zu einer Steigerung der Empfindlichkeit.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.

F i g. 1 zeigt einen Schnitt längs der Linie I-l in F i g. 2 durch einen Volumenstromsensor in einer ersten Ausführungsform.

F i g. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie H-II in F i g. 1.

Fig.3 zeigt einen Schnitt längs der Linie HI-III in Fig. 4.

Fig.4 zeigt einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3.

Fig.5 zeigt in einem Schnitt längs der Linie III-III in F i g. 4 eine weitere Ausführungsform.

Fig.6 zeigt einen Schnitt längs der Linie VI-VI in Fig.7.

F i g. 7 zeigt eine Draufsicht auf einen nicht magnetischen Einsatz in zwei weiteren Ausführungsformen.

Der in der Zeichnung dargestellte Volumenstromsensor ist nach Art eines Zahnradmotors aufgebaut und weist ein Paar miteinander kämmende Zahnräder 2 auf, die auf feststehenden Achsen 4 über Kugellager 6 in der sie aufnehmenden Kammer 8 ohne Wandberührung frei drehbar gelagert sind. Die Kammer 8 ist bei dem Ausführungsbeispiel in eineih unteren Gehäuseteil 10 ausgebildet. Sie wird verschlossen durch einen Deckel 12. Zwischen den beiden Gehäuseteilen ist eine Dichtung 14 angeordnet. Im Gehäuse 10 sind im Abstand voneinander als Zu- bzw. Ablauf Bohrungen 16 und 18 angeordnet, über die die Flüssigkeit im wesentlichen parallel zu den Drehachsen der Bahnräder stirnseitig ein- und austritt.

Im Deckel 12 ist in einer zu den Achsen der Zahnräder parallelen Senkbohrting 20 ein Feldplattendifferentialfühler 22 bekannter Bauart angeordnet, der an seinem unteren Ende 24 seine beiden Feldplatten trägt. In den Gehäusedeckel is: von der ebenen Kammerwandung 26 ausgehend ei'i Einsatz 28 eingesetzt, der die Form eines flachen Zylinders hat und aus Aluminium oder einem anderen nii'ht magnetischen Material bestehen kann. Dieser Einsi^l'z liegt koaxial mit der Bohrung 20 und seine den Zahnrädern zugewandte Innenseite liegt in der Ebene der Kammerwandung 26.

In dem Einsatz 28 sind, wie aus den Fig.3 und 4 ersichtlich, im Abstand voneinander zwei Polstifte 30,32 aus einem ferromagnetischen Material unter einem Winkel χ gegen die Achse des Einsatzes 28 so entgegengesetzt geneigt angeordnet, daß der Abstand der Polmitten der Polstifte an der Innenseite des Einsatzes größer ist als an dessen Außenseite. Der Neigungswinkel λ kann z. B. 45° betragen. Die Mittenachsen der Polstifte 30 und 32 sind in zwei in einem Abstand a voneinander liegenden Ebenen 36, 38 so angeordnet, daß sie sich im Einsatz nicht kreuzen. Diese Ebenen liegen hier im wesentlichen parallel zueinander. Die Polstifte durchdringen bei einer solchen Anordnung die Innen- und Außenseite des Einsatzes 28 mit elliptischen Querschnitten, wobei am oberen, den Feldplatten gegenüberliegenden Ende der Polstifte die Ellipsen mit ihren langen Achsen parallel zueinander liegen, wobei die Mittelpunkte der Ellipsen auf einer Linie 40 liegen, die im wesentlichen senkrecht zu den Ebenen 36 und 38 verläuft bzw. die kurzen Achsen der Ellipsen miteinander fluchten. Die Polstifte 30 und 32 können in bekannter Weise mit einer Schulter versehen sein, um den Innendruck des Volumenstromsensors auf den Einsatz 28 zu übertragen. Ein solcher abgesetzter Abschnitt ist in der Zeichnung nicht dargestellt.

Bei der beschriebenen Anordnung kann der Mittenabstand a der Polstifte an den inneren, den Feldplatten gegenüberliegenden Enden, dem Mittenabstand der Feldplatten des Feldplattendifferentialfühlers weitgehend angepaßt werden. Bei einem Polstiftdurchmesser in diesem Bereich von 1,5 bis 1,6 mm läßt sich ein Mittenabstand entsprechend dem Mittenabstand handelsüblicher Feldplattendifferentialfühler von 1,7 mm exakt anpassen. Die Durchdringungsellipse der Polstifte 30 und 32 am oberen Ende des Einsatzes 28 überdeckt dabei weitgehend die Feldplattenfläche, so daß der magnetische Fluß mit hohem Wirkungsgrad aus dem Feldplattendifferentialfühler in die Polstifte übertretenkann.

Bei der bisher beschriebenen Anordnung der Polstifte liegt die Verbindungslinie 40 zwischen den Mitten der Polstifte an deren oberem Ende gegen die Verbindungslinie 42 durch die Mitten der Polstifte an den unteren Polenden unter einem Winkel β versetzt (Fig.4). Der Einsatz 28 ist daher so in den Genäusedeckel 12 einzusetzen, daß die beiden Polstifte im wesentlichen auf dem gleichen Durchmesser des Zahnrades 2 im Bereich seiner Zähne liegen, vorzugsweise auf dem Teilkreis der Zahnräder. Hierbei tritt eine gewisse Asymmetrie auf, die noch zu einer geringfügigen Verzerrung der angegebenen Sinussignale führen kann. Symmetrische Verhältnisse sind erreichbar, wenn die Ebenen, in denen die Polstifte liegen, gegenüber deren paralleler Lage so gegeneinander geneigt angeordnet werden, daß an den unteren Polstiftenden die langen Achsen der Ellipsen miteinander fluchten, wie in Fig.4 gestrichelt dargestellt. Bei dem runden Einsatz liegen die Ellipsen an den unteren Polstiftenden dann mit ihren langen Achsen auf einem Durchmesser und die Ellipsen der oberen PoI-stiftenden mit ihren kurzen Achsen auf einem unter einem Winkel/?von 90° dagegen verdrehten Durchmesser.

Mii einer Poistiftanordnung in der beschriebenen Art werden auch bei breiten Zähnen, beispielsweise Verzah-

M nungcn Modul 7. von dem Feldplattendifferentialfühler gute Sinussignale abgegeben, die eine sichere Impulsbildung ermöglichen. Bei einer Neigung der Polstifte unter einem Winkel λ = 45° läßt sich bei einer Dicke des

Einsatzes von 6 mm eine Spreizung der Polstiftbasis, d. h. ein Mittenabstand der inneren Polstiftenden von 10,5 mm erreichen, ein Abstand, der größer ist als die mittlere Zahnbreite einer Verzahnung Modul 7, die 9,63 mm betagt. Durch Wahl des Neigungswinkels λ läßt sich eine exakte Anpassung der Polstiftbasis an die jeweilige Zahnbreite erreichen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 sind in dem Einsatz 44 zwei entgegengesetzt geneigte Bohrungen 46, 48 angeordnet, die unier einem Winkel β zu deren parallel zur Innenfläche 50 liegenden Außenfläche 52 angeordnet sind, daß sie die Randflächen 54 des Einsatzes durchdringen. In diesen schrägen Bohrungen 46, 48 sind jeweils erste Polstifte 56 angeordnet, die in den Bohrungen verklebt sein können. Die Polstifte können, wie dargestellt, zylindrisch sein, wobei die radial außen liegenden Enden radial einwärts von der Randfläche 54 des Einsatzes liegen. Das die Außenfläche 52 durchdringende Ende 58 der Polstifte wird abgearbeitet, so daß in der Außenfläche eine Durchdringungsellipsc gebildet ist, wie bei der Ausführungsform nach F i g. 3 und 4.

Von der Innenfläche 50 des Einsatzes 44 ausgehend sind symmetrisch zur Achse 60 des Einsatzes Bohrungen 62, 64 vorgesehen, die in die geneigten ersten Polstifte 56 eindringen bzw. diese anschneiden. In diese Bohrungen sind zylindrische zweite Polstifte 66 so eingesetzt und durch Verkleben festgelegt, daß die Polstifte magnetisch leitend verbunden sind. Die überstehenden Enden 68 der Polstifte 66 werden bis auf die Innenfläche 50 des Einsatzes abgearbeitet. Dies kann beispielsweise nach dem Einfügen des Einsatzes in den Gehäusedeckel 12 bei der Bearbeitung von dessen Innenseite 26 erfolgen. Die Polstifte können selbstverständlich auch mit Preßsitz in den Bohrungen festgelegt werden.

Im Gegensatz zu der Ausführungsform nach den F i g. 3 und 4, bei der die Polstifte auch auf der Innenseite des Einsatzes eine Durchdringungsellipse bilden, ist bei der Ausführungsform nach F i g. 5 der Querschnitt der Polstifte 66 auf der Innenfläche 50 des Einsatzes kreisförmig. Für die Fertigung entsteht der Vorteil, daß die geneigten ersten Polstifte 56 immer unter dem gleichen Winkel angeordnet sein können, während der Abstand der inneren Polstifte 66 den jeweiligen Bedürfnissen des Signalabgriffes entsprechend gewählt wird. Da die geneigt angeordneten äußeren Polstifte 56 nicht mehr in Achsrichtung vom Innendruck des Volumenstromsensors beaufschlagt werden, können sie auch bei hohen Innendrücken des Sensors ohne Schulter ausgeführt werden. Die durch den Innendruck beaufschlagten inneren Polstifte 66 sind gegen die ersten Polstifte 56 abgestützt und auf diese Weise gegen Verschieben gesichert.

Es ist weiter eine Ausführungsform möglich, wie sie in den F i g. 6 und 7 dargestellt ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Einsatz 70 mit zwei parallelen Bohrungen 72, 74 versehen, die ihrerseits wieder im wesentlichen parallel zu der inneren Oberfläche 76 bzw. äußeren Oberfläche 78 des Einsatzes verlaufen. Die Bohrungen 72 und 74 können als Sackbohrungen ausgebildet sein. Vorzugsweise erstrecken sie sich jedoch, wie in der Zeichnung dargestellt durch den ganzen Einsatz hindurch. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind in die Bohrungen 72 bzw. 74 von entgegengesetzten Enden jeweils erste Polstifte 80, 82 eingesteckt die durch eine Verklebung in der Bohrung festgelegt sind. Von der inneren Oberfläche 76 ausgehend sind wie bei der Ausführungsform nach F i g. 5 Sackbohrungen 84, 86 vorgesehen, die in die ersten Polstifte 80 bzw. 82 eindringen. In diesen Bohrungen sind wiederum zylindrische zweite Polstifte 88, 90 mit magnetisch leitender Verbindung zu den ersten Polstiften befestigt.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 6 und F i g. 7 untere Hälfte sind in der Mitte des Einsatzes auf einer Linie quer zu den Achsen der ersten Polstifte 80, 82 Bohrungen 92 vorgesehen, die wiederum in die Polstifte 80, 82 eindringen. In diese Bohrungen sind dritte zylindrische Polstifte 94 eingesetzt und darin befestigt.

ίο Bei der im vorstehenden unter bezug auf F i g. 6 und 7 beschriebenen Ausführungsform entfällt die Durchdringungsellipse in der äußeren Oberfläche, die bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 5 zu einer vorteilhaften Überdeckung der Feldplättchen der Feldplattendifferentialfühler führt. Bei der Ausführungsform nach den Fig. 6 und 7 kann jedoch eine vergleichbare Wirkung dadurch erzielt werden, daß für die dritten Polstiftc 94 ein entsprechend größerer Durchmesser gewählt wird, wie in F i g. 7 unten angedeutet. Ein solcher größerer Durchmesser ist ohne weiteres möglich, da die dritten Polstifte 94 keinem axialen Druck ausgesetzt sind.

Da der Bereich, in dem die äußeren Polstifte 94 liegen, drucklos ist, ist auch eine andere Ausführungsform möglich, mit der eine Überdeckung der Feldplättchen möglieh ist, die der durch die oben beschriebene Durchdringungsellipse gleichwertig ist. Eine solche Ausführungsform ist in F i g. 7 oben dargestellt. Hier ist von der äußeren Oberfläche 78 ausgehend koaxial im Einsatz eine Senkbohrung % angeordnet, die die horizontalen ersten Polstifte 80 und 82 mit einer ebenen Bodenfläche anschneidet. In diese Bohrung können beispielsweise im Querschnitt rechteckige dritte Polstifte 98 eingesetzt werden, die in der Sackbohrung verklebt werden können. Die beiden dritten Polstifte 98 können dabei mit einer nicht magnetischen Zwischenschicht 100 verklebt sein, so daß beide Polstifte 98 als ein Bauelement eingesetzt werden können. Die Zwischenschicht 100 kann dabei in ihrer Dicke genau entsprechend dem Abstand der Feldplättchen gewählt werden und der Rechteckquerschnitt der Polstifte 98 entsprechend dem Querschnitt der Pole der Feldplättchen. Der Durchmesser der Senkbohrung 96 wird dabei vorzugsweise so gewählt, daß er den umschreibenden Kreis für das Polstiftelement mit Zwischenschicht bildet, so daß das Polstiftelement in der Senkbohrung zentriert ist. Die Abmessungen können auch so gewählt werden, daß das Polstiftelement in der Senkbohrung festgeklemmt wird, so daß eine zusätzliche Klebung entfallen kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Volumenstromsensor nach Art eines Zahnradmotors mit einem Paar runder Zahnräder, die in einem Gehäuse auf feststehenden Achsen über Kugellager ohne Wandberührung frei drehbar gelagert sind und bei dem in einem Gehäusedeckel achsparallel zu den Achsen im Bereich der Zähne des Zahnrades wenigstens ein zylindrischer Einsatz aus einem nicht ferromagnetischen Material vorgesehen ist, der mit zwei den Einsatz durchdringenden Polen aus einem ferromagnetischen Material versehen ist, deren den Zahnrädern zugewandte innere Enden mit der Polmitte im wesentlichen auf dem gleichen Zahnraddurchmesser liegen und über deren äußeren Enden ein Feldplattendifferentialfühler mit seinen Feldplatten angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittenachsen der Pole (30,32; 56, 66; 80, 88, 94) von ihren die Außenfläche des Einsatzes (28) durchdringenden Enden ausgehend so im Einsatz angeordnet sind, daß sie sich im Einsatz nicht kreuzen und daß die die Innenfläche des Einsatzes durchdringenden Enden der Pole in einem größeren Abstand voneinander liegen als die äußeren Enden.

2. Volumenstromsensor nach Anspruch 1, bei dem die Pole als durchgehende gerade Stifte mit rundem Querschnitt ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchdringungsellipsen der äußeren Enden der Polstifte (30, 32) in der Außenseite des Einsatzes (28) mit ihren langen Achsen parallel zueinander liegen und mit ihren kurzen Achsen miteinander fluchten.

3. Volumenstromsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Enden der Polstifte (30, 32) so angeordnet sind, daß die langen Achsen der Durchdringungsellipsen miteinander fluchten.

4. Volumenstromsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole aus einer Mehrzahl von magnetisch leitend verbundenen Polelementen (56,66; 80,88,94,98) bestehen.

5. Volumenstromsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole als erste Polelemente Polstifte (56) aufweisen, die in Bohrungen (46, 48) angeordnet sind, die mit einem Ende von der Umfangsfläche (54) des zylindrischen Einsatzes (44) ausgehen und mit dem anderen Ende die Außenfläche (52) des Einsatzes so durchdringen, daß die Durchdringungsellipsen mit ihren langen Achsen parallel zueinander liegen und mit ihren kurzen Achsen miteinander fluchten, und daß im Einsatz von dessen Innenfläche (44) ausgehend senkrecht zur Innenfläche stehende gleichfalls als Polstifte ausgebildete zweite Polelemente (66) vorgesehen sind, die in symmetrisch zur Achse des Einsatzes liegenden Bohrungen (62, 64) angeordnet sind, welche in die ersten Polelemente eindringen.

6. Volumenstromsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole als erste Polelemente Polstifte (80,82) aufweisen, die sich mit ihren Achsen von der Umfangsfläche des Einsatzes (70) parallel zur Innen- und Außenfläche quer in den Einsatz erstrecken bzw. diesen durchdringen, daß im Einsatz von dessen Innenfläche (76) ausgehend senkrecht zur Innenfläche stehende gleichfalls als Polstifte (88, 90) ausgebildete zweite Polelcmente vorgesehen sind, die in symmetrisch zur Achse des Einsatzes

liegenden Bohrungen angeordnet sind, welche in die ersten Polelemente eindringen, und daß sich von der Außenfläche (78) auf die ersten Polelemente zu erstreckende dritte Polelemente (94) vorgesehen sind.

7. Volumenstromsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine vom mittleren Bereich der Außenfläche (78) des Einsatzes (70) ausgehende Senkbohrung (96) vorgesehen ist von der beide erste Polelemente (80,82) angeschnitten sind, und daß die dritten Polelemente (98) einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt haben und über eine nicht magnetische Zwischenlage (100) aneinanderliegend in der Senkbohrung so angeordnet sind, daß sie jeweils mit den ersten Polelementen in magnetisch leitender Verbindung stehen.