DE3023935A1

DE3023935A1 - Geber fuer durchflussraten-messgeraete

Info

Publication number: DE3023935A1
Application number: DE3023935A
Authority: DE
Inventors: Detlev 8830 Treuchtlingen Sauer
Original assignee: Walter Alfmeier GmbH and Co
Current assignee: Walter Alfmeier GmbH and Co
Priority date: 1980-06-26
Filing date: 1980-06-26
Publication date: 1982-06-03

Description

Walter Alfmeier GmbH + Co, 8830 Treuchtlingen
Geber für Durchflußraten-Messgeräte

Die Erfindung betrifft einen Geber für Durchflußraten-Messgeräte mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

Aus DE-AS 24 42 155 ist ein Durchflußmesser bekannt, der mittels eines gegenüber einer Aufnehmerspule verschiebbaren Geberkörpers elektrische Signale erzeugt, die von der Durchflußrate abhängig sind und somit zur Messung der Durchflußrate herangezogen werden können. Der Geberkörper ist als Membrane ausgebildet, die den Innenraum des Gebergehäuses in zwei Halbräume aufteilt. Diese sind ihrerseits mit jeweils einem Druckkanal mit der Kraftstoffleitung verbunden. Der Druckkanal des einen Halbraumes mündet in eine Venturi- rohrähnliche Verjüngung in der Kraftstoffleitung, der zwei-

ORiGINAL INSPECTED

te Druckkanal mündet in die Kraftstoffleitung vor der Verjüngung. Wird die Kraftstoffleitung von Kraftstoff durchströmt, so ist aufgrund der erhöhten Strömungsgeschwindigkeit in der Rohrverjüngung dort der Druck gegenüber dem Rohrbereich vor der Verjüngung erniedrigt. In den beiden Halbräumen herrscht somit ein Druck-Gradient, der die zwischen beiden Halbräumen angeordnete Membrane zur Spule hin verschiebt.

Die Spule ist Teil eines L-C-Resonanzkreises, dessen Güte durch die Änderung der Induktivität verändert wird. Die Ausgangsspannung des Resonanzkreises verändert sich demnach bei Änderung der Durchflußrate und kann zur Anzeige der jeweiligen Durchflußrate herangezogen werden. Ein derartiger Geber ist relativ aufwendig und insbesondere mit dem Nachteil behaftet, daß feste, nicht veränderliche Querschnittsverengungen in Kraftstoffleitungen oftmals zu Verstopfungen führen, die nur mühsam beseitigt werden können. Weiterhin ist die Membrane relativ empfindlich und aufwendig in der Herstellung, da sie aufgrund der geringen Druckunterschiede in den beiden Halbräumen sehr dünn ausgebildet sein muß.

Der Erfindung liegt 'ie Aufgabe zugrunde, ausgehend von diesem Stande der Technik, einen Geber für Durch-

-Λ -

-jo-

flußraten-Messgeräte zu schaffen, der einfach und billig herzustellen ist und der gleichzeitig eine genaue und betriebssichere Messung der Kraftstoffdurchflußrate bei Verwendung weitgehend unempfindlicher Bauteile gestattet. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Durch die Erfindung ist es insbesondere ermöglicht, das Gebergehäuse und die Kraftstoffeinlaß- und -auslaßöffnung ohne "feste" Querschnittsverjüngung auszufüh
ren. Auch auf "Bypass-Leitungen" kann vollständig verzichtet werden, da der gesamte Kraftstoff das Gebergehäuse durchfließt. Der Geberkörper selbst ist als Stellkolben ausgebildet und gewährleistet eine dauerhafte und gleichbleibende betriebssichere Funktion auch bei robustem Betrieb. Das Gebergehäuse selbst kann dadurch wesentlich vereinfacht werden.

Durch das Zusammenspiel des axialverschieblichen Stellkolbens und der durch diesen verschließbaren Kraftstoff auslaßöffnung wird eine veränderliche "Verengung" in der Kraftstoffleitung gebildet, durch welche gegebenenfalls auf der Kraftstoffeinlaßseite gegenüber der Kraftstoffauslaßseite ein Überdruck aufgebaut wird, der letztlich die Stellkolbenbewegung verursacht. Durch die variable Verengung werden durch Schmutz im Kraftstoffsystem verursachte Verstopfungen

ORIGINAL INSPbC l tu

vermieden, da sich die "Verengung" bei Erfordernis bis zu einem dem Durchschnittsquerschnitt der Kraftstoffleitung entsprechenden Querschnitt erweitert.

Durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 2 ist sichergestellt, daß schon bei geringstem Druck auf den der Kraftstoffeinlaßöffnung zugewandten Kolbenboden des Stellkolbens das Öffnen der Kraftstoffauslaßöffnung einsetzt und dadurch ein ungehinderter Kraftstoffluß und die Erfassung der Durchflußrate auch bei sehr geringer Durchflußrate ermöglicht ist.

Das Kennzeichen des Anspruches 3 erlaubt eine weitere bauliche Vereinfachung des Gebers und einen einfachen Anschluß an die nachgeschaltete Auswerteschaltung, da zum Anschluß einer Zylinderspule mit nur einer Wicklung lediglich zwei Leitungen erforderlich sind, die zum nachgeschalteten Oszillator führen.

Gemäß Anspruch 4 liegen die Kraftstoffeinlaßöffnung und die Kraftstoffauslaßöffnung versetzt einander gegenüber und weisen gleichen Querschnitt auf. Dadurch ist ein ungehinderter Durchfluß des Kraftstoffs durch das Gebergehäuse ermöglicht.

Durch die Lehre des Anspruches 5 kann auf Federelemente od.dgl. zur Rückstellung des Stellkolbens in die Schließlage verzichtet werden, wodurch eine weitere bauliche Vereinfachung des Gebers erzielt wird.

Durch die Formgebung und Lage der Kraftstoffauslaßöff— nung bezüglich der Verschieberichtung des Stellkolbens gemäß Anspruch 6 kann die durch die Stellkolbenverschiebung induzierte elektrische Signaländerung auf die Kraftstoffdurchflußrate abgeglichen werden. Beispielsweise kann durch dreieckförmige Ausbildung der Kraftstoffauslaßöffnung der Verlauf der elektrischen Signaländerung in Abhängigkeit der von der Durchflußrate logarythmisch oder linear gestaltet werden. Logarythmische oder extrem lineare Messverstärker sind dazu nicht erforderlich. Insbesondere kann auch durch eine langgestreckte, rechteckige Ausbildung der Kraftstoff auslaßöff nung entlang der Verschieberichtung des Stellkolbens die Genauigkeit und das Auflösungsvermögen des Gebers gesteigert werden, da geringe Durchflußratenänderungen relativ großen Verschiebungen des Stellkolbens auslösen.

Durch den Überströmkanal gemäß Kennzeichen des Anspruches 7 ist erreicht, daß bei Überdruck auf der Einlaßseite des Gebers der Stellkolben vom Kraftstoff unge-

ORIGINAL INSPECTED

hindert nach oben verschoben werden kann, da oberhalb des Stellkolbens befindlicher Kraftstoff durch den Überströmkanal in die Kraftstoffauslaßöffnung gelangen kann. Darüberhinaus wirkt ein mit dem erfindungsgemäßen Überströmkanal versehener Geber gleichzeitig als "Rückschlagventil", da durch die Kraf tstof fauslaßöff·- nung zurückströmender Kraftstoff auf den oberen Stellkolbenboden und damit den Stellkolben in die Schließstellung drückt. Eine Verfälschung des Messergebnisses durch zurückfließenden Kraftstoff wird dadurch vermieden. Wird in Umkehrung dazu an der Kraftstoffauslaßöffnung ein Unterdruck angelegt, was beispielsweise bei einem Vergasersaugmotor der Fall ist, so wird durch den Überströmkanal auch oberhalb des Stellkolbens Unterdruck erzeugt, der Stellkolben angehoben, wodurch ein Kraftstoffluß ermöglicht ist. Durch den erfindungsgemäßen Überströmkanal reagiert somit der Geber gleichermaßen auf kraftstoffeinlaßseitigen Überdruck und kraftstoffausiaßseitigen Unterdruck.

Durch geeignete Dimensionierung der Querschnittsfläche des Überströmkanals kann die Verschiebebewegung des Stellkolbens darüberhinaus je nach Verwendungszweck des Gebers verschieden stark bedämpft werden. Bei kleiner Strömungsquerschnittsfläche des Überströmkanals

wird die Axialverschiebung des Stellkolbens sehr viel ruhiger ablaufen, als bei großzügiger Querschnittsdimensionierung des Überströmkanals. Eine kleine Querschnittsdimensionierung ist somit dann von Vorteil, wenn der Geber starken Beschleunigungen in Horizontalrichtung ausgesetzt ist.

Die Anordnung eines Axialanschlages gemäß Kennzeichen des Anspruches 8 ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Kraftstoffeinlaßöffnung gemäß Anspruch 4 an der der Kraftstoffauslaßöffnung gegenüberliegenden Seitenwandung des Gebergehäuses angeordnet ist.

Durch das Kennzeichen des Anspruches 9 ist eine preisgünstige und gleichzeitig dauerhafte Ausbildung des Gebergehäuses ermöglicht.

Durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 10 ist die Herstellung des Gebergehäuses weiter vereinfacht, da beim Spritzvorgang ein Formstempel zur Formung des zylinderförmigen Innenraumes und Überstromkanals herangezogen werden kann. Außerdem kann bei der Montage die Zylinderspule einfach auf das Oberteil des Gebergehäuses aufgesteckt werden und danach durch Aufsetzen des Deckels arretiert werden, da der radial außenliegende Deckelrand die Zylinderspule in der Mon-

"ÖRlOnsiAL INSPECTED

tagestellung festhält.

Durch das Kennzeichen des Anspruches 11 wird die Einstreuung von Fremdimpulsen, beispielsweise von Zündimpulsen in die Zylinderspule und damit die Verfälschung des Messignales vermieden.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist anhand der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch den Geber entlang der Kraftstoffdurchflußrichtung mit Stellkolben in Schließstellung.

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch den Geber entlang der Schnittlinie A-A in Fig. 1 mit Stellkolben in Durchflußstellung.

Der Geber 1 besteht im wesentlichen aus dem Gebergehäuse 2, dem Stellkolben 3 und der Zylinderspule 4. Der Stellkolben 3 ist im Gebergehäuse 2 zwischen einer unteren Schließstellung a) und einer oberen Durchflußstellung b) axial verschiebbar gelagert. Dabei liegt die Seitenwandung 5 des Stellkolbens 3 an der Innenwandung 6 des Gebergehäuses 2 dichtend an.

Die Zylinderspule 4 umgibt das schließstellungsseitige

obere Ende 7 des Gebergehäuses 2, der Stellkolben 3 befindet sich somit in Durchflußstellung vollständig im Inneren der Zylinderspule 4.

Im Bereich der unteren, ersten Stirnseite 8 des Gebergehäuses 2 ist die Kraftstoffeinlaßöffnung 9 angeordnet. Diese ist als kreisförmige Bohrung derart in die Gehäuseseitenwand 10 eingebracht, daß ihre untere Kante 11 mit der ersten Stirnfläche 8 des Gebergehäuses 2, ihre obere Kante 12 hingegen mit dem gegen die erste Stirnseite 8 gerichteten unteren Kolbenboden 13 fluchtet.

Die Kraftstoffauslaßöffnung 14 ist der Kraftstoffeinlaßöffnung 9 gegenüberliegend in die Gehäuseseitenwand 10 derart eingebracht, daß deren der ersten Stirnseite 8 zugewandte Kante 15 der oberen Kante 12 der Kraftstoffeinlaßöffnung 9 gegenüberliegt und somit ebenfalls mit dem in Schließstellung a) befindlichen, der ersten Stirnseite 8 zugewandten Kolbenboden 13 des Stellkolbens 3 fluchtet.

Das gehäuseinnenseitige Ende 16 der Kraftstoffauslaßöffnung 14 weist einen langgestreckten, rechteckigen Querschnitt auf, wobei sich die langen Rechteckseiten

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vertikal nach oben, d.h. in Axialrichtung erstrecken. Dieser gehäuseinnenseitig rechteckige Querschnitt verläuft in Ausflußrichtung in einem runden Auslaßquei— schnitt am gehäuseaußenseitigen Ende 17 der Kraftstoffauslaßöffnung 14.

Das rechteckförmige innenseitige Ende 16 der Kraftstoff auslaßoff nung 14 setzt sich nach oben, d.h. in axialer Richtung in einem Überströmkanal 18 fort, der den oberhalb des Stellkolbens liegenden Gehäuseinnenraum 19 mit der Kraftstoffauslaßoffnung 14 verbindet. Der Überströmkanal 18 ist nutartig ausgebildet und in die kraftstoffauslaßseitige Innenwandung 6 des Gebergehäuses 2 eingeformt.

Die der ersten Stirnseite 8 das Gebergehäuses 2 axial gegenüberliegende zweite Stirnseite 26 ist durch einen Gehäusedeckel 20 gebildet, der als runde Deckscheibe ausgebildet ist und auf dem oberen kreisförmigen Rand 21 der Gebergehäuseseitenwand 10 dichtend anliegt. Der Deckelrand 22 steht dabei über den Rand 21 der Gehäuseseitenwand 10 in radialer Richtung hinaus derart, daß die Zylinderspule 4 durch die überstehende Deckelunterseite 23 beaufschlagt und in ihrer Montagestellung festgehalten wird.

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Der Oberteil des Gebergehäuses 2, der Deckel 20 sowie die Zylinderspule 4 sind von einem Metallgehäuse 24 umgeben, das nach Art eines Abschirmbechers über das obere Ende 7 des Gebergehäuses 2 gestülpt wird.

Die axiale Stellkolbenbewegung wird schließstellungsseitig von einem Axialanschlag 25 begrenzt, der von der ersten Stirnseite 8 in Form eines kegeligen Zapfens gegen den unteren Kolbenboden 13 absteht. Die axiale Länge des Axialanschlages stimmt mit dem Durchmesser der kreisförmigen Kraftstoffeinlaßöffnung 9 überein. In Durchflußstellung (b) liegt der obere Kolbenboden 27 des Stellkolbens 3 an der Unterseite 23 des Deckels 20 an.

Positions-Zahlen-Liste List of reference numbers

TERGAU & POHL

Patentanwälte Hefherspl. 3 PostP. 9347 8500 NÜRNBERG 11

Kunde Customer	case 80294	Benennung / Designation	Pos.	Anmelder . , _ Applicant Alfmerer	Benennung / Designation	Sonderpositionen / Special
I Pos.	Gf her	51
1	Gebergehäuse	52
2	Stellkolben	53
3	7yl ι n^r\|pr"^sp^\|\|l°	54
4	Seitenwandung v. 3	55
5	Innenwandung	56
6	oberes Ende v. 2	57
7	erste Stirnseite v. 2	58
8	Krqf-f-ci-f-nffpi pT ρ RHffη	59
9	Gehäuseseitenwa,nd	60
10	Kante	61
11	Kante	62
12		63
13	Kraftstoffauslaßöffn.	64
14	Kante	65
15	innenseitiges Ende	66
16	außenseitiaes Ende	67
17	Überströmkanal	68
18	Gehäuse i nnenraum	69
19	Gehäusedeckel	70
20	RAnri	71
21	Deckel rand	72
22	Derk ρ 1 iintprRfti te	73
23	Metallqehäuse	74
24	Axialanschlag	75
25	zweite Stirnseite	76
26	pbprpr Knlhpnhnripn	77
27	Kante v· 14	78
28		79
29		80
30		81
31		82
32		83
33		84
34		85
35		86
36		87
37		88
38		89
39		90
40		91
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Claims

• * Λ * /,<£ ΕίΓ Walter Alfmeier GmbH + Co, 8830 Treuchtlingen Ansprüche '"Λ . )) Geber für Durchflußraten-Messgeräte, insbesondere Kraftstoff-Durchflußratenmessgeräte an Kraftfahrzeugen mit

1. einem Gebergehäuse,

1.1 das eine Kraf tstof feinlaß- und eine Kraftstoff auslaßöff nung aufweist,

2. einem Geberkörper, der

2.1 zumindest teilweise aus metallischem, insbesondere magnetischem Werkstoff besteht,

2.2 vom Kraftstoff beaufschlagt und

2.3 im Gebergehäuse verschiebbar ist,

2.3.1 wobei die Verschiebungslage von der Durchflußrate abhängig ist,

3. sowie einer Aufnehmerspule,

3.1 die Bestanc^eil eines L-C-Schwingkreises ist,

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3.2 am Gebergehäuse angeordnet ist und

3.3 deren Induktivität durch die Verschiebungslage des Geberkörpers beeinflußbar ist.

Kennzeichen

4. Das Gebergehäuse (2) ist im wesentlichen als Hohlzylinder und der Geberkörper als Stellkol— ben (3) ausgebildet,

4.1 wobei der Stellkolben (3) zwischen einer Schließstellung (a) und einer Durchflußstellung (b) im Gebergehäuse (2) axialverschieblich angeordnet ist und

4.2 die Seitenwandung (5) des Stellkolbens (3) an der Innenwandung (6) des Gebergehäuses (2) dichtend anliegt.

5. Die Kraftstoffeinlaßöffnung (9) ist im Bereich einer ersten Stirnseite (8) des Gebergehäuses (2) angeordnet,

5.1 die das schließstellungsseitige Ende des Gebergehäuses (2) bildet.

6. Die Kraftstoffauslaßöffnung (14) ist in dem Bereich der Gehäuseseitenwand (10) angeordnet,

6.1 der in Schließstellung (a) von der Seitenwandung (5) des Stellkolbens (3) beaufschlagt wird und

6.2 in Durchflußstellung (b) freiliegt.

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7. Die Aufnehmerspule ist als Zylinderspule (4) ausgebildet,

7.1 deren Spulenachse senkrecht zur Durchflußrichtung in Axialrichtung verläuft und

7.2 die das obere Ende (7) des Gebengehäuse (2) umfaßt.

8. Der Stellkolben (3) befindet sich in Schließstellung (a) zumindest teilweise innerhalb der Zylinderspule (4).

2.) Geber nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß der gegen die erste Stirnseite (8) gerichtete Kolbenboden (13) des Stellkolbens (3) in Schließstellung (a) mit der der ersten Stirnseite (8) zugewandten Kante (15) und in Durchflußstellung (b) mit der der ersten Stirnseite (8) abgewandten Kante (29) der Kraftstoffauslaßöffnung (14) fluchtet.

3.) Geber nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Zylinderspule (4) nur eine Wicklung aufweist .

4.) Geber nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

1. Die Kraftstoffeinlaßoffnung (9) und die Kraft-' stoffauslaßöffnung (14) weisen im wesentlichen die gleiche Querschnittsfläche auf.¹

2. Die Kraftstoffeinlaßoffnung (9) ist an der der Kraftstoffauslaßöffnung (14) gegenüberliegenden Innenwandung des Gebergehäuses angeordnet, wobei

2.1 die der ersten Stirnseite (8) abgewandte Kante (12) der Kraftstoffeinlaßoffnung (9) den gleichen axialen Abstand von der ersten Stirnseite (8) aufweist wie die der ersten Stirnseite (8) zugewandte Kante (15) der Kraftstoffauslaßöffnung.

5.) Geber nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Axialverschiebung des Stellkolbens (3) im wesentlichen in Vertikalrichtung und unter dem Einfluß der Schwerkraft erfolgt.

6.) Geber nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet
daß die Kraftstoffauslaßöffnung (14) einen nicht

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kreisförmigen, insbesondere in Axialrichtung langgestreckten Querschnitt aufweist.

7.) Geber nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
1. Der durch die der ersten Stirnseite (8) gegenüberliegende zweite Stirnseite (26) des Gebergehäuses (2) und den Stellkolben (3) gebildete Innenraum des Gebergehäuses (2) ist mit der Kraftstoffauslaßöffnung (14) durch einen Überströmkanal (18) verbunden, der

1.1 durch eine in der Innenwandung (6) des Gebergehäuses (2) axial verlaufende Nut gebildet ist und

1.2 im wesentlichen die gleiche Querschnittsflache wie die Kraftstoffauslaßöffnung (14) aufweist.

8.) Geber insbesondere nach Anspruch 4,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
1. Von der ersten Stirnseite (8) steht in Axialrichtung ein Axialanschlag (25) ab,
1.1 dessen axiale Länge im wesentlichen dem axialen Abfand der der ersten Stirnseite

zugewandten Kante (15) und in Durchflußstellung (b) mit der der ersten Stirnseite (8) abgewandten Kante (29) der Kraftstoffauslaßöffnung (14) fluchtet.

9.) Geber nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Zylinderspule (4) nur eine Wicklung aufweist .

10.) Geber nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
1. Die zweite Stirnseite (26) des Gebergehäuses (2) ist durch einen Deckel (20) gebildet, der

1.1 im wesentlichen als flaches, vorzugsweise rundes Formspritzteil ausgebildet ist,

1.2 auf dem oberen, im wesentlichen kreisförmigen Rand (21) der Gehäuseseitenwand (10) dichtend anliegt und

1.3 in Radialrichtung über die Gehäuseseitenwand (10) hinaussteht.

11.) Geber nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Zylinderspule (4) von einem Metallgehäuse

ORIGINAL INSPECTED

η » »J

(24) nach Art eines Abschirmbechers umgeben ist