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Vorrichtung zur Messung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs
Die Erfindung
bezieht sich auf eine Vorrichtung zum WIessen des spezifischen Kraftstoffverbrauchs
(Liter pro IOO km) von Fahrzeugen.
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ISei der Xrorrichtung der Erfindung wird aus den WIeßw-erten des
E;raftstoffverbrauchs pro Zeiteinheit (Liter pro Stunde) und der Geschwindigkeit
des Fahrzeugs (Kilometer pro Stunde) der Quotient (Liter pro IOO km), d. h. der
spezifische Kraftstoffverbrauch gebildet.
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Für besondere Fälle sind Vorrichtungen bekannt, bei denen z. B. der
Quotient zweier Ströme durch ein Kreuzspulinstrument oder das Produkt aus zwei elektrischen
Strömen oder Spannungen bzw. aus Strom und Spannung (Leistungsmessung) mit Hilfe
eines dynamometrischen Instruments angezeigt wird.
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\\reiterhin ist es bekannt, die gegenseitige Beziehung von Meßwerten
zur Anzeige zu bringen und außerdem die emzelnen meßwerte selbst in einfacher Form
anzuzeigen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nun dadurch gekennzeichnet,
daß zur Quotientenbildung der Meßwerte von Kraftstoffverbrauch pro Zeiteinheit (Liter
pro Stunde) und Geschwindigkeit (Kilometer pro Stunde) die Zeigerachsen beider Meßwerke
vorzugsweise koaxial angeordnet sind und die eine Zeigerachse eine kreisförmige
Skala und die zweite Zeigerachse einen Zeiger trägt, der auf der Skala die Differenz
beider Meßwerte anzeigt, wobei entweder die Skala eine logarithmische Teilung trägt
oder der Winkelausschlag einer der Zeigerachsen dem Meßwert logarithmisch proportional
ist. Die Differenzbildung der Meßwerte ist infolge der logarithmischen Skalenteilung
bzw. des logarithmischen proportionalen Winkelausschlages einer der Zeigerachsen
gleich bedeutend mit der Quotientenbildung.
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Des weiteren kann zusätzlich noch ein feststehender Zeiger für die
bewegliche Skala und eine feststehende, kreisförmige Skala für den beweglichen Zeiger
an-
gebracht sein. Der feststehende Zeiger gibt dann auf der beweglichen
Skala den Absolutwert des einen Meßwerk, beispielsweise den Kraftstoffverbrauch
pro Zeiteinheit (Liter pro Stunde) an, während auf der feststehenden Skala der bewegliche
Zeiger den Absolutwert des zweiten Meßwerks, beispielsweise die Geschwindigkeit
(Kilometer pro Stunde) anzeigt.
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Einzelheiten der in den Unteransprüchen gekennzeichneten Ausführungsformen
der Vorrichtung gemäß der Erfindung werden an Hand der Zeichnung nachfolgend erläutert.
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In Fig. I ist zunächst das Prinzip schematisch dargestellt. 2 ist
die Achse des ersten AIeí3systems, 3 die mit dieser Achse fest verbundene Skala,
4 ist die Achse des zweiten Meßsystems und 5 sein Zeiger, der über der beweglichen
Skala 3 und der festen Skala 6 spielt.
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7 ist der feste Zeiger, der den Meßwert des ersten Meßsystems auf
der Skala 3 anzeigt. Die Skala 3 hat sellst'.erständlich zwei Teilungen, eine fiir
den Zeiger 5 und eine für den Zeiger 7. l)amit ist zunächst die Aufgabe gelöst,
die Differenz zweier Anzeigen direkt und die einzelnen Anzeigen noch gesondert zur
Anzeige zu bringen. Die Differenz zeigt der Zeiger 5 auf der Skala 3 an, der Meßwert
des ersten Systems wird von dem Zeiger 7 auf der Skala 3 zur Anzeige gebracht, und
den Meßwert des zweiten Systems zeigt der Zeiger 5 auf der Skala ) an. für die Quotientenbildung
ist eine logarithmische Abhängigkeit der Anzeigen von den Meßwerten erforderlich.
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Um den Meßwerken eine von ihren Meßwerten funktional abhängige Anzeige
zu gehen, kann man entweder das von der zu messenden Größe auf das Meßsystem ausgeübte
Drehmoment funktional mit dem Ausschlag ansteigen lassen bzw. sich ändern lassen,
z. 13. bei Drehspulinstrumenten durch besondere Formgebung des permanenten Magneten,
oder man kann das Gegendrehmoment der lttickstellfeder entsprechend dem Ausschlag
funktional ändern.
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Schließlich können beide Verfahren kombiniert werden. Einfacher ist
das zweite Verfahren, und vor allem ist es genauer, bei dem man dem l)rehmoment
der Rückstellfeder in Abhängigkeit vom Ausschlag einen bestimmten funktionalen Verlauf
gibt. Das kann beisptelswerse dadurch geschehen, daß die Feder nicht an einem konstanten
Hebelarm der Meßwerksachse angreift. sondern der Hebelarm sich durch Abwicklung
der Riickstellfeder oder einer Verlängerung derselben auf einem auf der Meßwerksachse
befindlichen Kurvenstück so insert, daß der gewünschte funktionale Verlauf erreicht
wird. Durch zwei auf der Meßwerksachse diametral angeordnete gleiche Kurvenstücke
läßt sich erreichen, daß auf die Meßwerksachse kein schädlicher Druck in radialer
Richtung eintritt.
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Das bisher Gesagte gilt sinngemäß auch für schreibende Meßgeräte
und auch fiir Anzeigen optischer Art (Lichtzeigerausschläge).
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Als Anwendungsbeispiel sei ein Anzeigegerät für Kraftwagen gewählt,
das den Benzinverbrauch in Liter pro 100 km, d. h. den spezifischen RenzinrTerbauch,
direkt zur Anzeige bringt. Ein solches Gerät ermöglicht jedem Kraftfahrer, mit dem
geringsten Benzinverbrauch sein Ziel zu erreichen; denn er wird mit einer solchen
Geschwindigkeit fahren, bei der das Anzeigegerät den geringsten Benzinverbrauch
in Liter pro ioo km anzeigt. Außerdem stellt dieses Gerät gerade für den Kraftfahrer
ein bequemes Kontrollgerät für den Motor dar, mit dem er laufend kontrollieren kann,
ob sein Wagen im Laufe der Zeit einen höheren spezifischen Benzinverbrauch hat.
Er kann also rechtzeitig den Motor überholen lassen und auch hier Kosten sparen.
Auch plötzlich auftretende Störungen am Motor, z. 13. das Aussetzen einer Zündkerze,
sind am erhöhten Benzinverbrauch erkennbar.
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Für die Anzeige des spezifischen Benzinverbrauchs werden erfindungsgemäß
zwei Meßwerte herangezogen.
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Einmal wird der Benzinverbrauch in Liter pro Stunde gemessen und zum
zweiten die Geschwindigkeit des Kraftwagens in Kilometer pro Stunde. Dividiert man
beide Meßwerte durcheinander unter Verwendung der eingangs beschriebenen Vorrichtung,
so erhält man den Benzinverbrauch in Liter pro Kilometer bzw. in Liter pro 100 km,
d. h. den gewünschten Meßwert.
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Die Messung des Benzinverbrauchs in Liter pro Stunde kann durch Messung
des Staudrucks in der Benzinleitung zum Vergaser geschehen. Der Staudruck steht
ja in einer einfachen Beziehung zur stündlichen Durchflußmenge. Zur Staudruckmessung
können empfindliche Duickmeßverfahren angewendet werden, z. B. es können Druckelemente
in die Benzinleitung eingebaut werden. Kleine Kondensatormikrophonkapseln in der
Größe eines Pfennigstücks, die in Riegger-Schaltung arbeiten, währen dafür geeignet.
Das bedingt jedoch Röhren, die man im Kraftwagen nicht gern verwendet schon wegen
der schwierigen Erzeugung der Anodenspannung (Zerhacker). Besser eignen sich Stauklappenstaudruckmesser
in der Bauart, wie sie als Stauklappenvariometer in der Luftfahrt für die Messung
der Sink- und Steiggeschwindigkeit bekannt sind. Diese Staudruckmesser sind so empfindlich,
daß sie z. 1S. in einem Fahrstuhl (Aufzug) eingebaut, dessen Steig- und Sinkgeschwindigkeit
auch bei langsamem Fahren vom Erdgeschoß bis zum obersten Geschoß oder umgekehrt
noch mit großem Ausschlag zur Anzeige bringen.
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Die logarithmische Anzeige in Abhängigkeit vom gemessenen stündlichen
Durchfluß, der ja vom Staudruck in einfacher V,'eise abhängt, läßt sich beim Stauklappendruckmesser
dadurch erreichen, daß man die Kammer, in der sich die Stauklappe bewegt, mit größer
werdendem Ausschlag sinngemäß erweitert.
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Auf der Achse des Stauklappendruckmessers kann nun direkt die drehbare
Skala sitzen bzw. es kann der Ausschlag optisch, elektrisch oder mit anderen bekannten
Mitteln an den Anzeigeort (Instrumentenbrett) übertragen werden.
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Die zweite Anzeige wird durch den im Kraftwagen ohnehin vorhandenen
Tachometer geliefert, der die Kilometer pro Stunde anzeigt. Es müssen hier Tachometer
verwendet werden, die eine logarithmische Anzeige besitzen. Die logarithmische Anzeige
ist auch bei billigen Tachometern leicht zu verwirklichen. Es kann zu diesem Zweck
eines der eingangs beschriebenen Verfahren angewendet werden, ohne das Tachometer
wesentlich zu verteuern. Auf der Achse des Tachometers ist der Zeiger angeordnet,
der auf der bewegt
lichen Skala des Stauscheiben- oder Stauklappendruckmessers
den Benzinverbrauch in Liter pro 100 km und auf einer festen Skala die Geschwindigkeit
in Kilometer pro Stunde anzeigt.
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Zweckmäßig ist es nun, Staudruckmesser und Tachometer in einem Gerät
zusammenzubauen. Der Kraftfahrer sieht dann sofort, bei welcher Geschwindigkeit
sein \R'agen den geringsten Benzinverbrauch hat. Für Flligzeuge ergibt sich die
Anwendung dadurch, daß das Tachoineter durch den Fahrtmesser ersetzt wird.
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Fig. 2 zeigt im Prinzip einen Benzinverbrauchsmesser, der nach den
der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken arbeitet und der den Benzinverbrauch in
Liter pro 100 km anzeigt.
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Die Positionen IOI... IIO stellen den Stauklappenstaudrukmesser dar,
und zwar ist 101 die Benzinleitung, die in Pfeilrichtung vom Benzin durchflossen
wird. 102 und 103 sind zwei Abzweigungen, die von einen' Teil des Benzins durchströmt
werden. Das Benzin strömt also im Hauptstrom durch die Leitung 101 und im Nebenstrom
durch die Leitung 102 in die Kammer 104. Dort übt es je nach der Größe der Stromungsgeschwindigkeit
einen mehr oder weniger großen Druck auf die Stauklappe 105 aus und fließt dabei
durch die engen Löcher 106 der Klappe 105 und durch den Spalt 107, der zwischen
der Klappe 105 und der inneren Wand der Kammer 104 vorhanden ist. Das durch die
Löcher 106 und den Spalt 107 hindureligeströmte Benzin fließt dann schließlich durch
die Rohrabzweigung 103 wieder in das Hauptbenzinrohr 101, wo es sich mit dem Hauptstrom
vereint. Die Klappe 105 arbeitet gegen die Rückstellfeder 108, so daß sich die Stauklappe
105 je nach dem auf sie wirkenden Staudruck auf eine bestimmte Lage einstellt, d.
h. daß sich die auf der Achse 109 des Stauklappenstaudruckmessers angeordnete Skala
IIO auf die dem Staudruck bzw. der stündlichen Durchflußmenge entsprechende Lage
einstellt. Durch entsprechende Ausbildung des Spaltes 107, der mit größer weerdendem
Ausschlag der Klappe 105 sich erweitert, kann in einfacher Weise erricht werden,
daß der Ausschlag der Skala 110 eine logarithmische Abhängigkeit von der stündlichen
Durchflußmenge besitzt.
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Den zweiten Teil des Benzinverbrauchsmessers stellt das logarithmisch
anzeigende Tachometer III. . .114 dar, wobei III das AIeßwerk, 112 die Meßwerksachse,
113 den Zeiger und 114 die feste Skala bedeuten. Der Zeiger II3 zeigt dann auf der
Skala 114 die (. eschwindigkeit des Kraftwagens in Kilometer pro Stunde und auf
der Skala IIO den spezifischen Benzinverbrauch in Liter pro 100 km an. Die Skala
110, deren Ausschlag logarithmisch von der stündlichen Durchflußmenge abhängt, ist
in Liter pro 100 km gecicht.
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Da logarithmisch anzeigende Instrumente mit unterdrücktem Nullpunkt
arbeiten, werden für den Benzinverbrauchsmesser zweckmäßig alle Geschwindigkeitsanzeigen
unter I km pro Stunde unterdrückt und für Durchflußmengen, die kleiner als z.R.
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0,1 Liter pro Stunde sind, keine Anzeige vorgesehen.
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Man kann die Skalen- und Zeigerausschläge so ausbilden, daß bei Geschwindigkeiten
unter I km pro Stunde der Zeiger noch nicht sichtbar ist, und daß bei einem Verbrauch
von unter 0,1 Liter pro Stunde der unbeschriftete Teil der Skala 110 als weißer
Sektor zu sehen ist. Fährt also z. B. der Kraftwagen ohne Benzin einen Berg hinunter,
so spielt der Zeiger 113 über dem weißen Feld der Skala 110, und man weiß, daß der
Benzinverbrauch kleiner als 0,1 Liter pro 100 km, also vernachlässigbar klein bzw.
Null ist.
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Läßt man dagegen den Motor im Stillstand des Wagens laufen, so ist
der Zeiger des Kilometerzählers überhaupt nicht sichtbar, d. h. der Wagen hat einen
unendlich hohen Benzinverbrauch pro 100 km. Linear anzeigende Instrumente haben
zwar einen Nullpunkt, der angezeigt wird, jedoch ist die Meßgenauigkeit in der Nähe
des Nullpunktes so schlecht, daß man sich darauf fast nie verlassen kann. Die Unterdrückung
des Nullpunktes bei logarithmisch anzeigenden Instrumenten ist daher eher ein Vorteil
als ein Nachteil.
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Fig. 3 zeigt rein schematisch eine konstruktive Möglichkeit zur Verwirklichung
eines solchen spezifischen Benzinverbrauchsmessers.
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Die in Fig. 2 gezeichnete Kammer 104 mit der Klappe 105, der Abzweigung
102 und der Benzinleitung IOI ist im Schnitt übernommen, während die anderen Teile
keinen Bezug auf die Fig. 2 nehmen.
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Die Kammer 204, in der sich die Klappe 205 bewegt, enthält gleichzeitig
die Skala 2IOs die durch das Fenster 2I5 sichtbar ist. Damit nun das Benzin nur
die Klappe 205 bewegt und nicht in den Skalenraum 2I6 eintritt, wodurch sich ein
schädlicher Nebenschluß im Benzindurchlauf bilden würde, ist der Skalenraum 2I6
von der Kammer 204 durch eine Zwischenwand 2I7 getrennt. Die Lagerungen 2I8 und
219 der Meßwerksachse 209 sind ebenfalls innerhalb der Kammern 204 und 2I6 angeordnet.
Der Abzweigstutzen 202 für den Benzinzufluß mündet in die Hauptleitung 201, während
der Abfluß in der Fig. 3 nicht gezeichnet ist. Die in Fig. 3 gezeigte Ausbildung
des Stauklappenstaudruckmessers hat den Vorteil, daß alle Lagerungen innerhalb der
Kammer sind, so daß keine Achsen benzindicht aus der Kammer herausgeführt werden
müssen, d. h. daß die Lagerungen sehr leichtgängig genau wie bei sonstigen Meßinstrumenten
ausgebildet werden können. In dieser Ausführung ist der Stauklappenstaudruckmesser
absolut benzindicht.
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212 ist schließlich die Meßwerksachse des logarithmisch anzeigenden
Tachometers und 2I3 sein Zeiger, der im Lager 220 nochmals gelagert ist und der
auf der Skala 210 den Benzinverbrauch in Liter pro 100 km und auf der Skala 2I4
die Geschwindigkeit in Kilometer pro Stunden anzeigt.