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Volumenstromsensor nach Art eines Zahnradmotors
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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 innere Enden im wesentlichen auf dem gleichen Zahnraddurchmesser
liegen und über deren äußeren Enden ein Feldplattendifferentialfühler mit seinen
Feldplatten angeordnet ist.
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Von dem FeldplattendifferentialfUhler 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.
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Serienmäßige FeldplattendifferentialfUhler haben zwei Feldplatten
mit einer Plattenfläche von jeweils 1 x 2 mm. Diese Feldplatten liegen mit ihren
langen Seiten parallel zueinander in einem Abstand von 0,7 mm.
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Die als Polstifte mit rundem Querschnitt ausgebildeten Pole im Einsatz
liegen bei einem bekannten Volumenstromsensor der genannten Art parallel zueinander.
Die Polstifte sind abgesetzt, um auch hohen Innendrücken bis 400 bar Rechnung zu
tragen. Sie haben an ihrem inneren Ende dabei einen Durchmesser von 2,2 mm und an
ihrem oberen Ende einen Durchmesser von 1,9 mm bei einem Mittenabstand von 2,2 mm.
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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.
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Bei Volumenstromsensoren mit Zahnrädern mit größerem. Modul kojmmt
es zu starken Verzerrungen der Sinuskurve mitunter einem spitzen Winkel zur Nullinie
verlaufenden Kurvenabschnitten im Bereich des Nulldurchganges. Aus solchen verzerrten
Sinuskurven lassen sich keine sauberen Impulse ableiten. Darüber hinaus kommt es
gleichzeitig zu einer starken Abweichung vom gewUnschten Taktverhältnis 1 : 1.
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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 DifferentialfeldplattenfUhler ein brauchbares Sinssignal abgegeben
wird.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Pole
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.
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Zweckmäßige Ausführungsformen und. Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen herausgestellt.
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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 Zahnbreite 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.Uberdeckung
der Feldplatten mit den äußeren Polenden.
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und zu einer Steigerung. der Empfindlichkeit.
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Fig. 1 zeigt einen Schnitt längs der Linie I-I in Fig 2 durch einen
Volumenstromsensor gemäß der Erfindung.
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Fig. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1.
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Fig. 3 zeigt einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 4.
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Fig.. 4 zeigt einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3.
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Fig. 5 zeigt in einem Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 4 eine
weitere Aus fUhrungs form.
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Fig. 6 zeigt einen Schnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 7.
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Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf einen amagnetischen Einsatz in zwei
weiteren Ausführungsformen.
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Der in der Zeichnung dargestellte Volumenstromsensor ist nach Art
eines Zahnradmotors aufgebaut und weist ein Paar miteinander kämmender Zahnräder
2 auf, die auf feststehenden Achsen 4 über Kugellager 6 in der sie aufnehmenden
Kammer 8 ohne Wandberührung frei drehbar gelagert ind. Die Kammer 8 ist bei dem
Ausführungsbeispiel in einem unteren Gehäuseteil 10 ausgebildet. Sie wird verschlossen
durch einen Deckel 12.
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iwischen den beiden Gehäuseteilen ist eine Dichtung 14 angeordnet.
Im Gehäuse 10 sind im Abstand voneinander als Zu- bzw.
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Ablauf Bohrungen 16 und 18 angeordnet, über die die Flüssigkeit im
wesentlichen parallel zu den Drehachsen der Zahnräder stirnseitig ein- und austritt.
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Im Deckel 12 ist in einer zu den Achsen der Zahnräder parallelen
Senkbohrung 20 ein Feldplattendifferential Mhler 22 bekannter Bauart angeordnet,
der an seinem unteren Ende 24 seine beiden Feldplatten trägt. In den Gehäusedeckel
ist von der ebenen Kammerwandung 26 ausgehend ein Einsatz 28 eingesetzt, der die
Form eines flachen Zylinders hat und aus Aluminium oder einem anderen nicht ferromagnetischen
Material bestehen kann. Dieser Einsatz liegt koaxial mit! der Bohrung 20 und seine
Innenseite liegt in der Ebene der Kammerwandung 26.
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In dem Einsatz 28 sind, wie ausden Fig. 3 und 4 ersichtlich, im Abstand
voneinander zwei Polstifte 30, 32 aus einem ferromagnetischen Material unter einem
Winkel CC gegen die Achse des Einsatzes 28 so entgegengesetzt geneigt angeordnet,
daß der Abstand der Polstiftenden an der Innenseite des Einsatzes größer ist als
an dessen Außenseite. Der Neigungswinkel oC kann z.B. 45° betragen. Die P.olstifte
30
und 32 sind in zwei in einem Abstand a voneinander liegenden Ebenen 36, 38 angeordnet.
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, 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 abgesetzt sein, um den Innendruck des Volumeristromsensors
auf den-Einsatz 28 zu übertragen. Ein solcher abgesetzter Abschnitt ist in der Zeichnung
nicht dargestellt.
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Bei der beschriebenen Anordnung hängt der erreichbare Mindestabstand
a der Polstifte nicht mehr vom größten Durchmesser der Polatifte ab. Damit kann
der Mittenabstand a der Polstifte an den inneren, den Feldplatten gegenüberliegenden,
Enden, dem Mittenabstand der Feldplatten des Feldplattenaifrerentialfcthlers weitgehend
angepaßt werden. Bei einem Polstiftdurchmesse 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 Fühler in die Polstifte
übertreten kann, 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 £ versetzt.
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Der Einsatz 28 ist daher so in den Gehäusedeckel 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.
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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 Polstiftenden mit ihren kurzen Achsen auf einem unter
einem Winkel von 900 dagegen verdrehten. Durchmesser. Der Winkel beträgt dann 900.
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Mit einer Polstiftanordnung in der beschriebenen Art werden auch bei
breiten Zähnen, beispielsweise Verzahnungen Modul 7, -von dem Feldplattendifferentialfühler
gute Sinussignale abgegeben, die eine sichere Impulsbildung ermöglichen. Bei einer
Neigung der Pol stifte unter einem Winkel oC : 45,0 läßt sich bei einer Dicke des
Einsatzes von 6 mm eine Spreizung der Polstiftbasis, d.h. din 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 beträgt. Durch Wahl des
Neigungswinkels ob läßt sich eine exakte Anpassung der Polstiftbasis an die jeweilige
Zahnbreite erreichen.
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Bei der Aus führungs form nach Fig. 5 sind in dem Einsatz 44 zwei
entgegengesetzt geneigte Bohrungen 46, 48 angeordnet, die unter einem solchen Winkel
0 zu der. parallel zur Innenfläche 50 liegenden Außenfläche 52 angeordnet sind,
daß sie den Rand 54 des Einsatzes durchdringen. In dießenschrmgen Bohrungen sind
Jeweils Poistifte 56 angeordnet, die in den Bohrungen
verklebt
sein können. Die Polstifte können, wie dargestellt, als zylindrische Stifte eingesetzt
werden, wobei die radial außen liegenden Enden radial einwärts von der Durchdringungsfläche
der Schrägbohrung liegen. Das die Außenfläche 52 durchdringende Ende 58 der Polstifte
wird abgearbeitet, so daß in der Außenfläche eine Durchdringungsellipse gebildet
ist wie bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4.
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Von der Innenfläche 50 des Einsatzes 44 ausgehend sind symmetrisch
zur Mittellinie 60 des Einsatzes Bohrungen 62, 64 vorgesehen, die in die geneigten
Polstifte 56 eindringen bzw. diese ausschneiden. In diese Bohrungen sind zylindrische
Polstifte 66 eingesetzt und durch Verkleben festgelegt. Die Uberstehenden Enden
68 der Polstifte 66 werden bis auf die Innenfläche 50 des Einsatzes abgearbeitet.
Dies kann beispielsweise nach dem Ein fügen 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.
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Im Gegensatz zu der AusfUhrungsform nach den Fig. 3 und 4, bei der
die Polstifte auch auf der Innenseite des Einsatzes eine Durchdringungsellipse bilden,
ist bei der Ausführungsform nach Fig. 5 die Innenseite der Polstifte 66 kreisförmig.
Für die Fertigung entsteht der Vorteil, daß die geneigten 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 des Volumenstromsensors
beaufschlagt werden, können sie auch bei hohen Innendrücken des Sensors ohne Absatz
ausgeführt werden. Die durch den Innendruck beaufschlagten inneren Polstifte 66
sind im Boden der Sackbohrung abgestützt und auf diese Weise gegen Verschieben gesichert.
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Es ist weiter eine Ausführungsform möglich, wie sie in den Fig. 6
und 7 darm hellt ist. Bei dieser Ausführung 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.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind in die Bohrungen 72
bzw. 74 von entgegengesetzten Enden jeweils 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 Fig. 5 Sackbohrungen 84, 86 vorgesehen, die
«.in die Polstifte 80 bzw. 82 eindringen. In diesen Bohrungen sind Wiederum zylindrische
Polstifte 88, 90 abdichtend befestigt.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 und Fig. 7 untere Hälfte sind
in der Mitte des Einsatzes auf einer Linie quer zu den Achsen der Polstifte 80,
82 Bohrungen 92 vorgesehen, die wiederum in.die Polstifte 80, 82 eindringen. In
diese Bohrungen sind zylindrische Polstifte 94 eingesetzt und darin abdichtend beReestigt.
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Bei der im vorstehenden unter Bezug auf Fig. 6 und 7 beschriebenen
Auaführungsform entfällt die flurchdringungsellipse und in der äußeren Oberfläche,
die bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 5 zu einer vorteilhaften Überdeckung
der Feldplättchen der Feldplattendifferentiäifühler führt. Bei der Ausführungsform
nach den Fig. 6 und 7 kann jedoch eine vergleichbare -Wirkung dadurch erzielt werden,
daß für die Polstifte 94 ein .entsprechend größerer Durchmesser gewählt wird, wie
in Fig. 7unten angedeutet. Ein solcher größerer Durchmesser ist ohne weiteres möglich,
da der Polstift 94 keinem Druck ausgesetzt ist.
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Da der Bereich, in dem die äußeren Polstifte 94 liegen, drucklos ist,
ist auch eine andere Ausführungsform möglich, mit der eine Uberdeckung der Feldplättchen
möglich ist, die der durch die oben beschriebene Durchdringungsellipse ebenbürtig
ist.
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Eine solche Ausführungsform ist in Fig. 7 oben dargestellt.
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Hier ist von der äußeren Oberfläche 78 ausgehend eine-zentrale Senkbohrung
96 angeordnet, die die horizontalen Polstifte 80 und 92 mit einer ebenen Bodenfläche
anschneidet. In diese-Bohrung können dann beispielsweise im Querschnitt rechteckige
Polstifte 98 eingesetzt werden, die dann anschließend in der Sackbohrung verklebt
werden können. Die beiden Polstifte 98 können dabei mit einer nicht ferromagnetischen
Mittelschicht 100 verkleb sein, so daß beide Polstifte als ein Bauelementeingesetzt
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 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 gleichzeitig eine Klemmwirkung
auftritt, wobei die Klemmung auch so dimensioniert sein kann, daß eine zusätzliche
Verklebung entfallen kann.