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Durchf'lußmesser tür kleine Durchflußmengen
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Die Erfindung bezieht sieh auf einen Durchflußmesser für kleine Durchflußmengen
insbesondere auf Kraf'tstoffverbrauchsmesser, mit einem in einem Genäuse drehbar
gelagerten, von der durchströmenden Flüssigkeit oder auch einem Gas in Drehung gesetzten
Meßrad, dessen Umdrehungen auf ein Zählwerk übertragen werden.
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Zum Messen Kleiner Durchflußmengen sind Flügelradzähler bekannt, bei
denen die Flügel des Flügelrades von der zu messenden Flüssigkeit tangential angeströmt
werden und das Flügelrad dadurch in Umlauf gesetzt wird. Die Umdrehungen der Flügelradwelle
werden hierbei über ein Räderwerk mechanisch auf die Zeiger eines Zifferblattes
oder auf ein Rollenzählwerk übertragen. Abgesehen davon, daß die Herstellung derartiger
Flügelräder wegen der erforderlichen Präzision einen gewissen Aufwand mit sich bringt,
tritt durch die ieleA1.;fllaufenden Teile Verschleiß und außerdem eine hohe Reibung
auf, deren Uberwindung t/ die Antriebskräfte bei besonders kleinen Durchflußmengen
häufig nicht ausreichen.
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Als Kleinzähler für die Kraftstoffverbrauchsmessung in Kraftfahrzeugen
sind außerdem Hubkolbenzähler bekannt, die jedoch wegen der zahlreichen mechanisch
bewegten Teile hohe Reibungsverluste aufweisen. Für einen Serieneinbau in Kraftfahrzeugen
sind diese Zähler nicht besonders geeignet, da sie durch ihren komplizierten Aufbau
zu teuer werden und außerdem im Störungsfalle den Durchfluß durch den Zähler sperren.
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Es sind auch kleine rurbinenzähler beKannt, bei denen in die Spitzen
der Flügel des Turbinenrades Abtastelemente eingesetzt oder das ganze Turbinenrad
aus L'errornagnetischem WerkstoI.f gefertigt wurde und der Umlauf des Turbinenrades
berührungslos von außen über' ein Abtastsystem abgegrif'í'en wurde. Kier wird zwar
ein mechanisches Räderwerk für die Meßwertanzeige eingespart, aber auch ein solcher
Zähler ist für einen Serieneinbau noch verhältnismäßig teuer, da die präzise Herstellung
der Flügel zu aufwendig ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen in seinem Aufbau äußerst einfachen
und trotzdem genau ansprechenden Kleinzähler für Flüssigkeiten und auch für Gase
mit elektrischer Anzeige zu schaffen, der preiswert und damit besonders für den
Masseneinsatz geeignet ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung darin gesehen.
daß in dem zylindrischen Innenraum eines flachen Genäuses als Meßrad eine schmale
runde Scheibe mit glatter, geschlossener Außenmantelfläche drehbar gelagert ist
und der Gehäusemantel eine nahezu tangential von außen auf den glatten Rand der
Scheibe gerichtete, bis fast an den Scheibenrand reichende Einströmdüse für die
Einführung des zu messenden Mediums trägt, wobei die hierbei durch Reibung angetriebene
Scheibe mit an sich bekannten Abtastelementen versehen ist, die beim Überf'ahren
einer fest im Zählergehäuse eingebauten berührungslosen Abtasteinrichtung elektrische
Impulse auslösen, die auf ein an dem Überwachungsort installiertes Zähl- und/oder
Anzeigewerk übertragen werden.
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Durch die Verwendung einer solchen Scheibe als Meßrad, die von dem
tangential aus der Düse in den Gehäuseinnenraum einströmenden Medium durch die Reibung
des Mediums an dem Scheibenmantel in Drehung gesetzt wird, ergibt sich ein in seinem
Aufbau ganz besonders einfacher und damit preiswerter Durchflußmesser, der nur die
schmale Scheibe als drehendes Teil aufweist und praktisch
wartungs-rei
arbeitet. Die für die berührungslose Abtasteinrichtung erforderlichen Abtastelemente
lassen sich hierbei sehr lelcnt an der Scheibe anbringen und durch die schmale Scheibe
baut der Durchflußmesser sehr Klein. Der Durchflußmesser ist deshalb besonders für
den Serieneinbau, z. B. als Krai'tstoffzähler in Kraftfahrzeugen geeignet, wo der
jeweilige Kraftstoffverbrauch in Litern oder in Litern je Stunde oder bei Miteinbeziehung
der Fahrzeuggeschwindigkeit direkt in Litern je loo Kilometer an dem im Instrumentenbrett
eingebauten Zähl-oder AnzeigewerK abgelesen werden kann. Durch die geringe Masse
der- schmalen Scheibe läuft der Durcaf'lußmesser bereits bei kleinsten Durchflußmengen
an und außerdem weist der Zähler über den gesamten Meßbereich eine hohe Meßgenauigkeit
auf.
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Zweckmäßigerweise ist die Einströmdüse im Austrittsdurchmesser Kleiner
als die Dikte der Scheibe, so daß der sich spreizende, aus der fast bi.s an den
Scheibenrand heranreichenden Einströmdüse tangential aus.itrömende Mediumstrahl
voll auf den Scheibenrand auftreffen und nicht teilweise oben und unten ungenutzt
am Scheibenrand orbeiströmen Kann.
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Ist die Achse der Ein;trömdüse hierbei gegenüber der Scheibentangente
leicht nach innen geneigt auf den Scheibenrand gerichtet, so ist aucn der äußere
eil des tangential aus der Einströmdüse aufließenden Mediumstrahles noch auf den
Scheibenrand gerichtet.
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Dadurch wird der ganze Mediumstrahl zur Erzeugung der Scheibendrehung
ausgenutzt.
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Weiterhin wird vorgeschlangen, zwischen dem Außenmantel der rotierenlen
runden Scheibe und der Innenwand des Gehäuses im Einströmbereicn an und hinter der
Einströmdüse einen spaltartigen Leitkanal vorzusehen und den übrigen Gehäuseinnenraum
in seinem Durchmesser zu erweitern. Hierbei wird von der Erkenntnis ausgegangen,
daß die -in der Einströmdüse erzeugte kinetische Energie des einströmenden Mediumstrahjes
nur im Einströmbereich an und hinter der Düse vorhanden ist und im übrigen Ringkammerbereich
zwischen Gehäuse und Scheibe bereits wieder in Druckenergie umgewandelt wurde und
das Medium sich hier aufgrund seiner
Zähigkeit bremsend aut' die
Scheibe auswirkt. Durcn (iie Vergrößerung des Innendurchmessers in diesem Bereich
wird diese Zahigkeitsbremsung soweit wie möglich reduziert.
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Eine Weiterentwicklung der Erfindung wird darin gesehen, daß die Scheibe
aus einem den Außenmantel bildenden Hing besteht, der über mehrere, gegenüber dem
Ring dünnere Radialstege fest mit der die Lager-spitzen tragenden Scheibenwelle
verbunden ist.
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Durch diese durchbrochene Scheibenausbildung wird die umlaufende Masse
so klein wie möglich gehalten und außerdem sind auch die Relbilächen zwischen der
Scheibenoberseite und -unterseite und dem Medium besonders klein, so daß die isKose
Reibungsbremsung auch hier so gering wie möglich ist.
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Wird die aus dem Ring sowie den Stegen und der Scneibenwelle bestehende
Scheibe in einem Stück aus Kunststofi' gespritzt, so wird die Scheibe besonders
massearm und billig in der Herstellung.
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Für Flüssigkeits-Durchflußmesser, insbesondere Kraftstoffverbrauchsmesser
empf'iehlt es sich außerdem, den FlüssigKeitsaustritt aus dem zylindrischen Zähler-innenraum
über eine oben im mittleren Bereich des Gehäuses vorgesehene Austrittsöffnung vorzunehmen,
damit eventuell. mit dem Krai'tstoff oder einer anderen Flüssigkeit mitgerissene
Lul't nach oben steigt und aul' direktem Wege den Zähler wieder verlassen kann.
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Bei Kraftfahrzeugen erf'olgt der Einbau des Kraftstoffverbrauchsmessers
zweckmäßigerweise zwichen dem Kraftstofftank und der Kraftstoffpumpe, so daß die
eentuell von der Pumpe angesaugte Luf't nicht in den Durchflußmesser gelangen kann.
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Eine einfache und billige Impulsübertragung ergibt sich, wenn als
Abtastelemente Metallfahnen au die Stege der Scheibe aufgebracht sind, die von einem
im Genäuse eingesetzten, nahezu bis in den Innenraum reichenden induktiven Näherungsschalter
abgetastet werden.
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Außerdem ist es ;orteilhaf't, die Scheibe mindestens auf einer Seite
mit einer- oder mehreren Staurippen zu versehen und das Gehäuse mit einer oder mehreren
Gegenrippen auszurüsten, wodurch die Fehlerkennlinie im höheren Durchflußbereich
begradigt werden Kann.
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Besonders verbilligen läßt sich der Durchflußmesser auch noch dadurch,
daß sowohl die Einströmdüse mit dem inneren Vorsprung für den LeitKanal und dem
äußeren Eintrittsstutzen als auch die austrittsöffnung mit dem Auslaßstutzen zusammen
mit dem Gehäuse aus Kunststoff gespritzt sind.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung
näher erläutert, und zwar zeigt: Fig. 1 eine Ansicht von unten auf den Durchf'lußmesser
bei abgenommenem Gehäuseboden, Fig. 2 den Durcnflußmesser in einem Schnitt nach
Linie II-II der Fig. 1 und Fig. 5 den Randbereich der Scheibe in vergrößertem Maßstab.
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Das Genäuse 1 des Durchflußmessers besteht aus einem mit einem zylindrischen
Innenraum 2 versehenen runden Gehäusekörper 3, der nach unten hin durch den mit
einem Zentrieransatz 4 versehenen Gehäuseb/rden 5 verschlossen ist. In dem zylindrischen
Gehäuseinnenrad, 2 ist eine runde Scheibe 6 untergebracht, die mittels der Lagerspitzen
7 der Sfheibenwelle 8 in den Gehäuseteilen 5 und 5 drehbar gelagert ist. Die Scheibe
6 besitzt einen geschlossenen, außen glatten, ringförmigen Rand 9, der durch eine
nach innen zurückspringende, dünnere Umlaufrippe lo versteift ist. An die Umlaufrippe
lo schließen sich nach innen hin gleichdünne Radialstege 11 an, die im Mittelteil
12 zusammenlaufen, von dem die Scheibenwelle 8 mit den Lagerspitzen 7 nach oben
und unten ausgeht. Dadurch werden an der Scheibe 6 Durchbrechungen 13 gebildet.
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Die Scheibe 6 mit dem Rand 9, der Umlaufrippe lo sowie den Stegen
11 mit Mittelteil 12 und Scheibenwelle 8 ist in einem Stück aus Kunststoff gespritzt.
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Der gezeigte Durchflußmesser ist als Krat'tstol's'verbrauchsmesrier
für Kraftfahrzeuge gedacht. Für die Einführung des zu messenden Kraftstoffes besitzt
der Gehäusemantel 14 des Gehäusekörpers 5 eine tangential einmündende Einströmdüse
15. Im Bereich an und hinter dieser Einströmdüse 15 ist der Gehäusemantel mit einem
bogenförmigen Vorsprung 16 versehen, der einen spaltartigen Leitkanal 17 zum Scheibenrand
9 hin freiläßt. Außerhalb dieses Einströmbereiches ist der Gehäuseinnenraum 2 in
seinem Durchmesser erweitert, so daß sich dort zwischen dem Scheibenrand 9 und dem
Gehäusemantel 14 ein größerer Ringraum 18 ergibt. Die Einströmdüse 15 verlängert
sich nach außen hin zum Eintrittsstutzen 19 für einen Scnlauchanschluß. Der Kraftstoffaustritt
aus dem zylindrischen Innenraum 2 erfolgt nach oben über die im mittleren Bereich
des Gehäusekörpers 5 vorgesehene Austrittsöffnung 20, an die sich nach außen hin
der Auslaßstutzen 21 ansehließt. Der Kraftstoffmesser wird in die nnsaugleitung
zwischen Tank und Kraftstoffpumpe eingebaut, wobei der Eintrittsstutzen 19 an den
Leitungsabschnitt zum Tank hin und der Auslaßstutzen 21 zur Pumpe hin anzuschließen
ist. Der Gehäusekörper 5 ist zusammen mit der Einströmdüse 15. dem Vorsprung 16,
dem Eintrittsstutzen 19 und der Austrittsöffnung 20 mit Auslaßstutzen 21 in einem
Stück aus Kunststoff gespritzt und der Gehäuseboden 5 wird mittels der Schrauben
22 unter Zwischenlage der Dichtung 25 mit dem Gehäusekörper 5 dicht verschraubt.
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Für die Fernübertragung des Meßwertes sind die Stege 11 der Scheibe
6 auf ihrer Unterseite mit Metallfahnen 24 versehen, auf die ein in den Gehäuseboden
5 eingesetzter induktiver Näherungsschalter 25 anspricht. Die elektrischen Zählimpulse
werden über die Leitung 26 auf ein im Armaturenbrett eingebautes Zähl- und Anzeigewerk
übertragen. Der Näherungsschalter 25 ist
in einem Gewindeaufsatz
27 des Gehäusebodens 5 eingeschraubt und auswechselbar. Die Scheibe 6 ist auf ihrer
Oberseite mit zwei radialen Staurippen 28 versehen und im Gehäuseinnenraum 2 befinden
sich oben entsprechende Gegenstaurippen 29.