DE3934878C2 - Volumendurchflußmeßvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Volumendurchflußmeßvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der PS 2,043,963 ist eine Volumendurchflußmeßvorrichtung bekannt, die einen Rotor aufweist, der drehbar in einer zylinder­ förmigen Kammer angeordnet ist. Der Rotor hat ein Armkreuz, das den Innenraum der Kammer in verschiedene Bereiche unterteilt, wobei die einzelnen Arme durch verschiebbare Elemente jeweils dicht an der Innenoberfläche der Kammer abschließen. Der Rotor ist dabei so angeordnet, daß es einen kleinsten und einen größten Zwischenraum zwischen Rotor und Innenoberfläche der Kammer gibt, die einander gegenüberliegen. Diese Volumendurchflußmeßvorrichtung weist in der Bodenplatte zwei Einlaßöffnungen und in der Deckplatte zwei Auslaßöffnungen für das zu messende Fluid auf. An den Bereichen mit kleinstem bzw. größtem Zwischenraum hat der Innenumfang jeweils einen Bereich konstanter Krümmung.

Aus der US 2,631,544 ist eine Pumpe mit einem Rotor bekannt, auf dessen Umfang in Achsrichtung verlaufende Nuten zur Aufnahme von Rollen vorgesehen sind, die auf der Innenfläche einer durch Ringelemente veränderlichen Kammer abrollen. Wenn der Rotor durch einen Motor angetrieben wird, werden die Rollen durch die Zentrifugalkraft nach außen bewegt, wobei durch die Gestaltung der eingesetzten Ringelemente das Volumen zwischen zwei aufein­ anderfolgenden Rollen allmählich abnimmt und dann wieder zunimmt, wobei in diesen Bereichen die Aus- und Einlässe angeordnet sind. Dabei können die Rollen auch aus einen Permanentmagneten bestehen, der mit einem magnetischen Ringelement und einem nichtmagnetischen Rotor zusammenwirkt. Derartige magnetische Rollen werden für sehr geringe Drehzahlen des Rotors vorgesehen, wenn die Zentrifugalkraft gering ist.

In der DD-PS 27 572 wird ein Volumenzähler beschrieben, bei dem in einer Kammer Rollen längs der inneren Oberfläche der Kammer geführt werden, wobei vorgeschlagen ist, die Umdrehung der Rollen über eine magnetische Messung, die von außen durchgeführt wird, zu erfassen.

Ferner ist aus der GB 20 38 946 A eine Volumendurchflußmeßvor­ richtung bekannt mit einer ringförmigen Meßkammer und einem geschlitzten ringförmigen Kolben, der einen festen Abschnitt umfaßt und einen feststehenden hohlen Zylinder umschließt. Dabei ist der ringförmige Kolben in ununterbrochenem Kontakt mit dem hohlen Zylinder aufgrund von Permanentmagneten. Der Ort des ringförmigen Kolbens kann durch einen Sensor wahrgenommen werden, der beispielsweise als Gleitkontakt ausgebildet ist.

Weiterhin ist aus der DE 30 35 834 A1 ein Trennschieberzähler bekannt, bei dem das sich drehende Bauteil mit einem Magneten versehen ist, der von außen durch einen Hallgenerator erfaßt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Volumendurchflußmeßvorrichtung so auszubilden, daß die Reibung auf ein Minimum reduziert und gleichzeitig eine sichere Ab­ dichtung erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die gegenseitige ab­ stoßende magnetische Kraft, die auf die Rollen wirkt, werden die Rollen gegen die Innenfläche der Kammer gedrückt und ergeben so eine sichere Abdichtung, wobei zugleich nur eine geringe Reibung auftritt. Diese Bauweise hat den Vorteil, daß die Rollen keine Schmierung benötigen, wodurch die Meßvorrichtung nicht auf die Verwendung von Flüssigkeiten beschränkt ist, sondern auch für die Verwendung von Gasen geeignet ist.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel der Volumendurchflußmeß­ vorrichtung für Flüssigkeiten und/oder Gase mit abgenommenem Deckel,

Fig. 2, 3 und 4 in schematischen Darstellungen die aufeinanderfolgenden Stufen des Betriebes der in Fig. 1 darge­ stellten Meßvorrichtung, wobei das Fehlen einer Verbindung zwischen dem Einlaß und dem Auslaß während des gesamten Arbeitsvorganges dargestellt ist, und

Fig. 5 in einer perspektivischen Darstellung eine Einzelheit von Fig. 1 im vergrößerten Maßstab.

Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, ist auf einer Grundplatte ein äußeres zylindrisches Gehäuse 2 der Meßvorrichtung angebracht, in dessen zylindrischer Kammer 3 ein Rotor 5 drehbar auf der Drehwelle 4 angebracht ist, die von der Grundplatte 1 gehalten wird. Die Drehwelle 4 für den Rotor 5 ist exzentrisch und zwar mit einer Exzentrizität 26 durch einen darunter liegenden Stift 27 gehalten, der seinerseits drehbar auf der Grundplatte 1 angebracht ist, auf der er in verschiedenen Winkelpositionen durch geeignete, an sich bekannte Einrichtungen festgelegt werden kann. In dieser Weise ist es durch ein einfaches Drehen des Stiftes 27 um einen gegebenen Winkel möglich, die Rotorachse 17 nach oben oder nach unten zu verschieben, um eine Feineinstellung der Meßvorrichtung zu ermöglichen. Da der Rotor 5 exzentrisch in der Kammer, 3 angeordnet ist, sind zwei gegenüberliegende Bereiche mit einem kleinsten Zwischenraum 6 und einem größten Zwischenraum gebildet. Der Rotor 5 ist mit radialen Hohlräumen 8 (von denen fünf in der Zeichnung dargestellt sind) versehen, die Rollen 9, 10, 11, 12 und 13 jeweils aufnehmen, die jeweils mit einem eingebetteten Magneten 14 versehen sind, wobei alle Magnete parallel zur Rollenachse und in der gleichen Richtung magnetisiert sind.

In dieser Weise stoßen sich die Magnete 9 bis 13 magnetisch ab, so daß sie in einen dichten Zustand an der Innenfläche 15 der zylindrischen Kammer 3 gedrückt werden. Die Magnete 14 werden zusammen mit einem magnetischen Sensor 16, beispielsweise einem Hall-Sensor dazu benutzt, Signale zu erzeugen, die zum Bestimmen des zu untersuchenden Volumendurchsatzes der Strömung geeignet sind.

Den gegenüberliegenden Bereichen des kleinsten Zwischenraumes 6 und des größten Zwischenraumes 7 entsprechend ist die Innenfläche 15 der Kammer 3 mit zwei Abschnitten AB und CD mit konstanten Krümmungen bezogen auf die Achse 17 des Rotors 5 versehen, die sich über einen Winkel annähernd gleich dem Winkelabstand 18 zwischen aufeinanderfolgenden Rollen 9 und 10 und somit über einen Winkel annähernd gleich 360° geteilt durch die Anzahl der benutzten Rollen erstrecken. Zusätzlich zum Einlaß 19 und zum Auslaß 20, die in der Grundplatte 1 vorgesehen sind, die aber auch statt dessen im Außengehäuse 2 selbst vorgesehen sein können, sind ein weiterer Einlaß 21 und ein weiterer Auslaß 22 vorgesehen, die so angeordnet sind, daß sie mit den Rückräumen 23 in den Hohlräumen 8 zusammenarbeiten.

Aus den, Fig. 1 bis 4 ist ersichtlich, daß Paare von Rollen, beispielsweise die Rollen 9, 10 und 11, 12 keine Umfangsverschiebung durch die Wirkung von Corioliskräften innerhalb der jeweiligen Bereiche AB und CD erfahren, sondern statt dessen konstant mit dem Körper des Rotors 5 an denselben Stellen, beispielsweise der Stelle 24 in Fig. 1 und 25 in Fig. 3 jeweils in Kontakt bleiben, so daß niemals eine direkte Verbindung zwischen den Einlässen 19 und 21 und den Auslässen 20 und 22 besteht.

Neben betrieblichen Vorteilen führt einer derartiger Aufbau auch zu beträchtlichen Kostenvorteilen, da alle Bauteile der Volumenmeßvorrichtung nun aus einem Kunststoffmaterial statt des üblichen Metallaufbaus bestehen können, und daß darüber hinaus ein einfacher magnetischer Sensor, wie beispielsweise ein Hall-Effekt-Element in Verbindung mit den Magneten ausreicht, um direkt ein impulsförmiges Signal zu erzeugen, das dem zu untersuchenden volumetrischen Durchsatz proportional ist.

Um den Einfluß der Corioliskräfte zu unterdrücken, die dadurch, daß sie in den Bereichen des kleinsten und größten Zwischenraumes der Meßvorrichtung eine Umfangsversetzung der Rollen von einer Innenfläche zur anderen der Kammer bewirken, eine direkte Verbindung zwischen dem Einlaß und dem Auslaß der Meßvorrichtung herstellen würden, was eine Änderung der Meßgenauigkeit zur Folge hätte, ist gemäß der Erfindung die Innenfläche der zylindrischen Kammer des Außengehäuses der Meßvorrichtung an Stellen, die die gegenüberliegenden Bereiche mit maximalem und minimalem Zwischenraum überspannen, mit Teilen konstanter Krümmung versehen, deren Mittelpunkt auf der Rotorachse liegt, und die über einen Winkel annähernd gleich dem Winkelabstand zwischen aufeinanderfolgenden Rollen, d. h. 360° geteilt durch die Anzahl der benutzten Rollen, verlaufen.

Aus diesem Grunde erfahren die Rollen keine radiale Versetzung innerhalb der oder über die gesamte Erstreckung der besagten Zonen aufgrund der konstanten Krümmung, so daß somit auch keine Corioliskräfte entstehen.

Die Ausdehnung der Zonen stellt sicher, daß sich immer wenigstens eine Dichtungsrolle zwischen dem Einlaß und dem Auslaß innerhalb dieser Zonen befindet.

Da die Zwischenräume zwischen den Rollen so klein wie möglich gehalten sind, um die Geräuschlosigkeit und die Regelmäßigkeit der Arbeit der Meßvorrichtung zu erhöhen und den Verschleiß aufgrund von Stören zu verringern, sind der Einlaß und der Auslaß so vorgesehen, daß sie mit dem Zwischenraum zwischen den Rollen zusammenarbeiten, um Sickerverluste durch die bereits so klein wie möglich gehaltenen Zwischenräume zu begrenzen und damit den Betrieb zu optimieren.

Neben der hohen Genauigkeit bei jedem Durchsatz kann die Meßvorrichtung einfach und leicht für Einstellzwecke feinjustiert werden, wie es bei Meßvorrichtungen für Kraftstoffpumpen erforderlich ist. Diese Einstelljustierung erfolgt durch eine Mikroverschiebung der Rotorwelle, um die größten und kleinsten Zwischenräume zu variieren, wobei diese Verschiebung dadurch bewirkt wird, daß in verschiedenen Winkelstellungen auf der Grundplatte ein Stift festgelegt wird, der die Rotorwelle exzentrisch hält.

Die Volumendurchflußmeßvorrichtung zeichnet sich durch eine hohe Genau­ igkeit der Messung von Strömungsdurchsätzen oder -geschwindig­ keiten aus, insbesondere bei geringen Werten, was sie zum Einsatz in Tankstellen, besonders geeignet macht. Durch den symmetrischen Aufbau weist die Volumenmeßvorrichtung einen ausgezeichneten reversiblen Meßbetrieb auf, sowohl bei Flüs­ sigkeiten, als auch bei Gasen. Die Volumenmeßvorrichtung kann auch als umkehrbare volumetrische Dosierungspumpe für Flüssig­ keiten und/oder Gase verwendet werden, worunter eine Pumpe zu verstehen ist, die mit der Genauigkeit der Meßvorrichtung arbeitet, indem der Rotor von einem äußeren Motor angetrieben wird. Ferner kann sie als umschaltbare Motorpositioniervor­ richtung zum Abnehmen von Antriebsenergie oder Antriebskraft von der Welle des Rotors oder zum Zuordnen einer genauen Winkelrotorposition zu einem Steuerfluidvolumen verwendet werden, wobei ein Betrieb sowohl mit einer Flüssigkeit als auch mit einem Gas möglich ist.

Claims (9)

1. Volumendurchflußmeßvorrichtung für Flüssigkeiten und/oder Gase, die einen Rotor umfaßt, der in einer zylindrischen Kammer (3) in einem Außengehäuse exzentrisch angeordnet ist, so daß sich ein kleinster Zwischenraum (6) und ein größter Zwischenraum (7) zwischen Rotor (5) und Innenfläche der Kammer (3) an gegenüberliegenden Bereichen bildet, wobei die Innenfläche der Kammer (3) diese gegenüberliegen­ den Bereiche mit Abschnitten konstanter Krümmung bezogen auf die Rotorachse überspannt und der Rotor (5) mit radia­ len Aufnahmehohlräumen (8) für Dichtungselemente, die den Rotor gegenüber der Innenfläche der Kammer abdichten, versehen ist, und mit einem Ein- und einem Auslaß (19, 20), welche symmetrisch bezüglich der Verbindungsachse des größten und kleinsten Abstandes zwischen Rotor und Innen­ fläche der Kammer angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dichtungselemente Rollen (9 bis 13) sind, in die Magnete (14) eingebettet sind, deren Magnetisierungsrich­ tung längs der Rollenachse verläuft und in die gleiche Richtung ausgerichtet ist; und
daß das Außengehäuse (2), der Rotor (5) und die Rollen (9 bis 13) aus einem Kunststoffmaterial bestehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der Kammer ein magnetischer Sensor (16) angeordnet ist, der beispielsweise ein Hall-Sensor ist, und der mit den eingebetteten Magneten zusammenarbeitet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte mit konstanter Krümmung über einen Winkel annähernd gleich dem Winkelabstand zwischen aufein­ anderfolgenden Rollen, das heißt 360° geteilt durch die Anzahl der benutzten Rollen, verlaufen.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Einlaß (21) und ein weiterer Auslaß (22) so angeordnet sind, daß sie mit dem Zwischenraum zwischen den Rollen (9 bis 13) und dem Rotor (5) in den Aufnahme­ hohlräumen (8) zusammenwirken.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte mit konstanter Krümmung miteinander über zwei Abschnitte verbunden sind, deren Verlauf durch das Zeichnen eines Kreises dargestellt werden kann, dessen Radius sich während des Zeichnens längs eines Bogens (Polyzentrum) bewegt.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (5) mechanisch mit einem Drehzähler verbunden ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorwelle mit einem Motor zum Bilden einer Dosie­ rungspumpe verbunden ist.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Druckfluid versorgt wird, so daß sie als Motorpositioniervorrichtung arbeitet.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorwelle (4) exzentrisch an einem Stift (27) angebracht ist, der in verschiedenen Winkelpositionen auf einer Grundplatte (1) festgelegt werden kann.