DE4208869C2 - Volumetrischer Kraftstoff-Durchflußmesser - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bestimmen der Durchfluss
menge von Kraftstoff in einer Kraftstoffleitung mit einem, zwischen zwei Flanschen
angeordneten und vom zu messenden Kraftstoff durchströmten, Verdrängerzähler
und einer im Zählergehäuse integrierten Sensoranordnung, wobei der Verdräng
erzähler aus wenigstens zwei ineinandergreifenden, in parallelen, zylindrischen
Durchgangsbohrungen des Zählergehäuses, zweiseitig kugelgelagerten Schrau
benspindeln besteht.
Vorrichtungen zur Messung der Durchflussmenge eines Mediums sind seit langem
bekannt (z. B. DE 24 05 146 A1, DE 31 00 269 C2, DE 39 15 545 A1). In der Offenlegungs
schrift DE 39 15 545 wird von einem Verdrängerzähler über ein Getriebe ein au
ßerhalb des flüssigkeitsdurchströmten Raumes liegender Servomotor angetrieben,
der zur Überwindung der Reibungsverluste mit einer externen Speisespannung
beaufschlagt wird.
Die Patentschrift DE 33 10 239 C2 beschreibt ein Verfahren zum berührungslosen
Messen der Drehzahl eines Flügelrades in einem Fluidzähler mit Hilfe von an den
Flügeln des Flügelrades reflektierten Ultraschallimpulsen.
Flügelradzähler haben in der Regel große Dichtspalte zwischen dem Flügelrad
und dem Messgehäuse und lassen eine genaue Messung bei niedrigen Viskosi
täten und kleinen Durchflussmengen nicht zu.
Ferner besteht bei allen volumetrischen Messgeräten, die einen Rotor enthalten,
das Problem, dass durch Fertigungstoleranzen die Lagerung des Rotors nicht
derart reibungsarm möglich ist, wie es die Anforderungen an die Messgenauigkeit
erfordert.
Aus der DE 28 01 281 C2 ist darüber hinaus auch bereits eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art bekannt geworden, bei der der Verdrängungszähler als
Schraubenspindelpumpe ausgebildet ist. Bei dieser bekannten Anordnung ergibt
sich allerdings die Schwierigkeit einer exakten passgenauen Lagerung, da hierfür
ja die Achsen der Aufnahmebohrungen für die Kugellager in den An- und Ab
strömflanschen exakt mit den Achsen der Durchgangsbohrungen des Zählerge
häuses übereinstimmen müssen. Diese exakte Übereinstimmung lässt sich in der
Praxis nur außerordentlich schwierig erzielen. Darüber hinaus müssen zur Erzie
lung einer extrem hohen Messgenauigkeit auch besondere Toleranzen eingehal
ten werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art so auszugestalten, dass ein reibungsarmer Aufbau des nur aus
wenigen Teilen aufgebauten volumetrischen Durchflussgerätes für Kraftstoffe er
zielt wird, welches ein elektrisches Messsignal ohne Verwendung einer elektri
schen Speisespannung erzeugt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Verdräng
erzähler aus wenigstens zwei ineinandergreifenden, in parallelen, zylindrischen
Durchgangsbohrungen des Zählergehäuses zweiseitig kugelgelagerten Schrau
benspindeln besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugellager in die jeweili
ge Durchgangsbohrung eingepasst sind und der Dichtspalt zwischen der umhül
lenden Zylinderfläche 11 einer Spindel und der Wandung 10 einer Durchgangs
bohrung weniger als 20 µm beträgt und dass wenigstens eine Schraubenspindel 4
an wenigstens einem Lagerzapfen im Bereich zwischen Spindelschulter 8 und Ku
gellager 6 von der Zylinderfläche abweichende Ausformungen 30 aufweist und
dass im Zählergehäuse 1 wenigstens zwei elektromagnetische Sensoren 31, 32 in
unmittelbarer Nähe der Ausformungen 30 angeordnet sind.
Durch die erfindungsgemäße Einpassung der Kugellager in die Durchgangsboh
rungen ist die Ausrichtung von Lagerbohrungen in den Flanschen zu den Durch
gangsbohrungen nicht mehr erforderlich. Die erfindungsgemäß vorgesehenen
Toleranzen ergeben eine sehr hohe Messgenauigkeit und mit Hilfe der besonde
ren Ausbildung der Ausformungen der Lagerzapfen lässt sich in einfacher Weise
ein elektrisches Messsignal ohne Verwendung einer elektrischen Speisespannung
erzeugen.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteran
sprüchen.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel sowie anhand der
Zeichnung näher erläutert werden, dabei zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt B, B' durch einen erfindungsgemäßen Durch
flussmesser und
Fig. 2 einen Querschnitt A, A' durch das Zählergehäuse in der Detektor
ebene.
Zwischen einem Anströmflansch 2 und einem Abströmflansch 3 ist ein Zählerge
häuse 1 angeordnet, das wenigstens zwei Durchgangsbohrungen enthält, in de
nen jeweils eine Schraubenspindel 4 mit Polrad bzw. eine Mitnehmerspindel 5 rei
bungsarm gelagert sind. Zu diesem Zweck sind Kugellager 6 vorgesehen, die in
die jeweiligen Durchgangsbohrungen eingepasst sind. Um einen geringen Leck
verlust der Spindelanordnung zu erreichen, sind die Fertigungstoleranzen der
Durchgangsbohrungen und der Spindeln so ausgelegt, dass der Dichtspalt zwi
schen der Wandung 10 der Durchgangsbohrung und der einhüllenden Zylinderflä
che 11, der in der Bohrung laufenden Spindel, eine Breite zwischen 0,002 und
0,02 mm besitzt.
Eine derartige Genauigkeit wird auch bei Serienfertigung bei dem erfindungsge
mäßen Kraftstoff-Durchflussmesser dadurch erreicht, dass durch die einfache
Konstruktion nur ein Bearbeitungsvorgang pro Schraubenspindelbohrung notwen
dig ist und durch die Anordnung der Lager und Sensoren die Baulänge der
Schraubenspindel und des Zählergehäuses sowie der Abstand zwischen den Ku
gellagern einer jeden Schraubenspindel sehr kurz gehalten werden.
Die zu messende Flüssigkeit strömt durch die Einströmöffnungen 20 im Anström
flansch 2 in das Zählergehäuse, wobei bei einem bestimmten Ansprechdruck ein
durch eine Feder 22 betätigtes Rückschlagventil 23 öffnet. Wenn erforderlich, wird
ein Sicherheitsventil 24, das eine Rückströmung der Flüssigkeit bei Überschreiten
des Auslegungsdruckes, der in der Regel bei dem 20-fachen des Ansprechdru
ckes liegt, ermöglicht, im Anströmflansch angeordnet.
Die Flüssigkeit strömt an den Kugellagern 6 vorbei durch Strömungskanäle 7, die
über die spindelseitige Fläche des Kugellagers hinaus bis zur Spindelschulter 8
heranreichen.
Die Flüssigkeit wird über die Förderkammern 9 vom Anströmflansch 1 zum Ab
strömflansch 2 transportiert, wodurch die Schraubenspindeln in eine gegensinnige
Drehbewegung versetzt werden.
Im Bereich zwischen der Spindelschulter 8 und dem Kugellager 6 wenigstens ei
ner Schraubenspindel befinden sich Ausformungen 30 in Form von Längsnuten
oder Zähnen, die vorzugsweise in gleichen Winkelabständen auf dem Lagerzap
fen angeordnet sind.
Die Drehbewegung der Achse wird mit Hilfe von wenigstens einem elektromagne
tischen Sensor nachgewiesen. Dabei hat sich die Kombination eines induktiven
Näherungsschalters und eines Polrades aus Stahl als geeignet erwiesen. Da der
Durchflusszähler eichfähig sein soll, ist es erforderlich, dass eine Rückwärtsdre
hung des Schraubenspindel 4 nachgewiesen oder verhindert wird um eine Fehl
messung zu vermeiden. Dies wird dadurch erreicht, dass zwei als induktive Nähe
rungsschalter ausgebildete Detektoren 31, 32 die Rotation des Polrades nachwei
sen und das Polrad mit einer Blattfederklinke 21 gegen eine Drehung entgegen
der Auslegungsdrehrichtung gesichert wird, Die beiden Detektoren 31, 32 werden
in der Weise bezüglich des Polrades angeordnet, dass sie elektrische Signale er
zeugen, die gegeneinander phasenverschoben sind und das Vorzeichen der Pha
senverschiebung in einer nachgeschalteten elektronischen Schaltung ermittelt
wird. Eine einfache technische Ausführung dieser Detektoranordnung ist dadurch
gegeben, dass die Detektoren 31, 32 unter einem Winkel von 180 Grad in einer
Durchgangsbohrung angeordnet sind und die Achse 14 der Durchgangsbohrung
aus der Achse 13 der Bohrung der Polradspindel, um einen Abstand versetzt "a",
der mindestens dem 0,1-fachen des Detektordurchmessers entspricht.
1
Zählergehäuse
2
Anströmflansch
3
Abströmflansch
4
Schraubenspindel
5
Mitnehmerspindel
6
Kugellager
7
Strömungskanäle
8
Spindelschulter
9
Förderkammer
10
Wandung
11
Zylinderfläche
13
Achse
14
Achse
20
Einströmöffnungen
21
Blattfederklinke
22
Feder
23
Rückschlagventil
24
Sicherheitsventil
30
Ausformungen
31
Detektor
32
Detektor
Claims (5)
1. Vorrichtung zum Bestimmen der Durchflussmenge von Kraftstoffen in einer
Kraftstoffleitung mit einem zwischen zwei Flanschen angeordneten und
vom zu messenden Kraftstoff durchströmten Verdrängerzähler und einer im
Zählergehäuse integrierten Sensoranordnung, wobei der Verdrängerzähler
aus wenigstens zwei ineinandergreifenden, im parallelen, zylindrischen
Durchgangsbohrungen des Zählergehäuses zweiseitig kugelgelagerten
Schaubenspindeln besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugellager in
die jeweilige Durchgangsbohrung eingepasst sind und der Dichtspalt zwi
schen der umhüllenden Zylinderfläche 11 einer Spindel und der Wandung
10 einer Durchgangsbohrung weniger als 20 µm beträgt und dass wenigs
tens eine Schraubenspindel 4 an wenigstens einem Lagerzapfen im Be
reich zwischen Spindelschultern 8 und Kugellager 6 von der Zylinderfläche
abweichende Ausformungen 30 aufweist und dass im Zählergehäuse 1 we
nigstens zwei elektromagnetische Sensoren 31, 32 in unmittelbarer Nähe
der Ausformungen 30 angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zähler
gehäuse 1 jeweils an den beiden Enden in axialer Richtung wenigstens ei
nen Strömungskanal 7 aufweist, der außerhalb der Außendurchmesser der
Kugellager angeordnet ist und vom flachseitigen Ende des Zählergehäuses
bis in den Bereich zwischen der spindelseitigen Lagerstirnfläche der Spin
delschulter 8 heranreicht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Ausformungen 30 auf der Spindelwelle zwischen der Spindelschulter und
dem benachbarten Lager wenigstens zwei in gleichen Winkelabständen
angeordnete Zähne oder Nuten sind, welche ein Polrad bilden, und die
Sensoren 31, 32 zwei in einer um mindestens das 0,1-fache des Detektor
durchmessers aus der Spindelachse versetzten und in einer Ebene senk
recht zu dieser liegenden Durchgangbohrung im Bereich der Ausformungen
gegenüberliegend angeordnete induktive Näherungsschalter sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass
in einem der beiden Flansche 2 ein durch eine Feder 22 betätigtes, lage
unabhängig wirkendes Rückschlagventil 23 angeordnet ist, das die Rück
strömung der zu messenden Flüssigkeit im Normalbetrieb verhindert und
dass der gleiche Flansch 2 ein Sicherheitsventil 24 enthält, das einen
Druckausgleich bei Überschreitung des Auslegungsdruckes in der Mess
leitung ermöglicht.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass
in die Ausformungen 30 des Polrades eine Blattfederklinke 21 eingreift, die
eine Drehung des Polrades entgegen der Auslegungsdrehrichtung um mehr
als eine Zahnteilung durch eine mechanische Blockierung sicher verhindert.
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