DE3934878A1 - Volumenmessvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Volumenmeßvorrichtung für Flüssigkeiten und/oder Gase, die dadurch, daß sie die Reibung so gering wie möglich hält, für ein zuverlässiges und gleichmäßiges Haften der Dichtungselemente sorgt, die an der Innenfläche des äußeren Gehäuses der Meßvorrichtung rotieren, und niemals eine Verbindung zwischen dem Einlaß und dem Auslaß erlaubt und eine wirksame, zuverlässige und extrem genaue und wirtschaftliche Messung selbst bei sehr niedrigen Strömungsdurchsätzen und/oder -geschwindigkeiten erlaubt, so daß sie insbesondere zur Verwendung bei Tankstellen zum genauen Messen der abgegeben Kraftstoffmenge verwendbar ist.

Es sind bereits Flügel- oder Schaufelvolumenmeßvorrichtungen bekannt, die im wesentlichen aus einem Rotor bestehen, der exzentrisch in einer zylindrischen Kammer im äußeren Gehäuse der Meßvorrichtung so angebracht ist, daß ein kleinster und ein größter Zwischenraum dazwischen gebildet sind, wobei der Rotor mit radialen Aufnahemhohlräumen für Flügel oder Schaufeln versehen ist, die elastisch in radialer Richtung gegen die Innenfläche des zylindrischen Elementes gedrückt sind, wobei ein Einlaß und ein Auslaß symmetrisch in der Nähe des kleinsten Zwischenraumes zwischen dem Rotor und der Innenfläche der Kammer vorgesehen sind.

Derartige Meßvorrichtungen haben jedoch eine Reihe von Nachteilen, von denen der größte eine Folge der hohen Gleitreibung ist, so daß eine Schmierung benötigt wird, was zur Folge hat, daß diese Meßvorrichtungen für Gase praktisch nicht verwendbar sind, so daß ihre Verwendung auf die Messung von Flüssigkeiten beschränkt ist. Eine derartige hohe Reibung führt weiterhin zu einem erheblichen Druckabfall zwischen der stromaufwärts und stromabwärts liegenden Seite der Meßvorrichtung, was ein Durchsickern des Fluides durch die Zwischenräume erleichtert und zu Meßfehlern und einer niedrigen Meßgenauigkeit führt. Ein derartiges Durchsickern des Fluides wird umso wichtiger, je kleiner der volumetrische Durchsatz der zu messenden Strömung ist, was zur Folge hat, daß diese Meßvorrichtungen für Anwendungszwecke auf Gebieten völlig ungeeignet sind, auf denen eine hohe Genauigkeit bei beträchtlichen Änderungen im Strömungsdurchsatz oder der Strömungsgeschwindigkeit erforderlich ist, wie es beispielsweise bei der Benzinmessung in Tankstellen der Fall ist.

Die elastischen Elemente, die radial die Flügel so beaufschlagen, daß eine Dichtung an der Innenfläche der Kammer gebildet ist, führen schließlich nicht nur zu einer weiteren Reibung, sondern machen eine zuverlässige und gleichmäßig bestehende Dichtung unmöglich, was die Meßgenauigkeit weiter herabsetzt.

Durch die Erfindung sollen die obigen Mängel dadurch beseitigt werden, daß eine Volumenmeßvorrichtung geschaffen wird, bei der eine minimale Reibung ohne Notwendigkeit einer Schmierung erzielt ist, so daß sowohl Gase als auch Flüssigkeiten auch bei sehr niedrigen Durchsätzen oder Strömungsgeschwindigkeiten mit einer erheblichen Genauigkeit gemessen werden können die darüber hinaus mit der Zeit konstant bleibt.

Das wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß die Flügel oder Schaufeln durch Rollen ersetzt sind, deren Rollreibung ersichtlich beträchtlich niedriger als die Gleitreibung von Flügeln oder Schaufeln ist, daß in die Rollen Magnete eingebettet sind, deren Magnetisierung axial und in der gleichen Richtung verläuft, so daß die Dichtung zwischen den Rollen und der Innenfläche der zylindrischen Kammer des Außengehäuses der Meßvorrichtung nun andauernd durch die zwischen den Rollen erzeugte magnetische Abstoßung sichergestellt ist, durch die die Rollen radial gegen die Innenfläche gedrückt werden.

Neben betrieblichen Vorteilen führt einer derartiger Aufbau auch zu beträchtlichen Kostenvorteilen, da alle Bauteile der Volumenmeßvorrichtung nun aus einem Kunststoffmaterial statt des üblichen Metallaufbaus bestehen können, und daß darüber hinaus ein einfacher magnetischer Sensor, wie beispielsweise ein Hall-Effekt-Element in Verbindung mit den Magneten ausreicht, um direkt ein impulsförmiges Signal zu erzeugen, das dem untersuchten volumetrischen Durchsatz proportional ist.

Um den Einfluß der Corioliskräfte zu unterdrücken, die dadurch, daß sie in den Bereichen des kleinsten und größten Zwischenraumes der Meßvorrichtung eine Umfangsversetzung der Rollen von einer Innenfläche zur anderen des Gehäusehohlraumes bewirken, eine direkte Verbindung zwischen dem Einlaß und dem Auslaß der Meßvorrichtung herstellen würden, was eine Änderung der Meßgenauigkeit zur Folge hätte, ist gemäß der Erfindung die Innenfläche der zylindrischen Kammer des Außengehäuses der Meßvorrichtung an Stellen, die die gegenüberliegenden Bereiche mit maximalem und minimalem Zwischenraum überspannen, mit Teilen konstanter Krümmung versehen, deren Mittelpunkt auf der Rotorachse liegt, und die über einen Winkel annähernd gleich dem Winkelabstand zwischen aufeinanderfolgenden Rollen, d.h. 360° geteilt durch die Anzahl der benutzten Rollen, verlaufen.

Aus diesem Grunde erfahren die Rollen keine radiale Versetzung innerhalb der oder über die gesamte Erstreckung der besagten Zonen aufgrund der konstanten Krümmung, so daß somit auch keine Corioliskräfte entstehen.

Die Ausdehnung der Zonen stellt sicher, daß sich immer wenigstens eine Dichtungsrolle zwischen dem Einlaß und dem Auslaß innerhalb dieser Zonen befindet.

Da die Zwischenräume zwischen den Rollen und ihren jeweiligen Gehäusehohlräumen so klein wie möglich gehalten sind, um die Geräuschlosigkeit und die Regelmäßigkeit der Arbeit der Meßvorrichtung zu erhöhen und den Verschleiß aufgrund von Stößen zu verringern, sind schließlich gemäß der Erfindung der Einlaß und der Auslaß so vorgesehen, daß sie mit dem Zwischenraum zwischen den Rollen und dem Rotor in den Gehäusehohlräumen zusammenarbeiten, um Sickerverluste durch die bereits so klein wie möglich gehaltenen Zwischenräume zu begrenzen und damit den Betrieb zu optimieren.

Neben der hohen Genauigkeit bei jedem Durchsatz kann die erfindungsgemäße Meßvorrichtung einfach und leicht für Einstellzwecke feinjustiert werden, wie es bei Meßvorrichtungen für Kraftstoffpumpen erforderlich ist. Diese Einstelljustierung erfolgt durch eine Mikroverschiebung der Rotorwelle, um die größten und kleinsten Zwischenräume zu variieren, wobei diese Verschiebung dadurch bewirkt wird, daß in verschiedenen Winkelstellungen auf der Grundplatte ein Stift festgelegt wird, der die Rotorwelle exzentrisch hält.

Die erfindungsgemäße Volumenmeßvorrichtung für Flüssigkeiten und/oder Gase besteht somit im wesentlichen aus einem Rotor, der exzentrisch in einer zylindrischen Kammer im Außengehäuse der Meßvorrichtung angebracht ist, so daß dazwischen ein kleinster Zwischenraum und ein größter Zwischenraum an gegenüberliegenden Bereichen gebildet ist, wobei der Rotor mit radialen Aufnahmehohlräumen für Dichtungselemente versehen ist, die in radialer Richtung gegen die Innenfläche der zylindrischen Kammer gedrückt werden, mit einem Einlaß und einem Auslaß, die symmetrisch in der Nähe des kleinsten Zwischenraumes angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungselemente Rollen sind, in die Magnete eingebettet sind, deren Magnetisierung axial und in der gleichen Richtung verläuft, und die mit wenigstens einem äußeren Magnetsensor, beispielsweise einem Hall-Sensor zusammenarbeiten, wobei die Innenfläche der zylindrischen Kammer des Außengehäuses der Meßvorrichtung an Stellen, die die gegenüberliegenden Bereiche mit kleinstem und größtem Zwischenraum überspannen, mit zwei Abschnitten versehen ist, die konstante Krümmungen mit dem Mittelpunkt auf der Rotorachse haben und über einen gleichen Winkel annähernd gleich dem Winkelabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rollen, d.h. 360° geteilt durch die Anzahl der benutzten Rollen, verlaufen, wobei weiterhin der Einlaß und der Auslaß so vorgesehen sind, daß sie mit dem Zwischenraum zwischen den Rollen und dem Rotor in den Aufnahmehohlräumen zusammenarbeiten.

Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Volumenmeßvorrichtung für Flüssigkeiten und/oder Gase ist dadurch gekennzeichnet, daß das Außengehäuse der Meßvorrichtung aus einem ferromagnetischen Material besteht, um die Dichtung zwischen den magnetischen Rollen und der Innenfläche der zylindrischen Kammer des Gehäuses zu verbessern.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung bestehen das Außengehäuse, der Rotor und die Rollen aus einem Kunststoffmaterial.

Gemäß der Erfindung kann weiterhin der Rotor mechanisch mit einem Drehzähler verbunden sein.

Gemäß der Erfindung können weiterhin die beiden Abschnitte der Innenfläche der zylindrischen Kammer des Außengehäuses der Meßvorrichtung mit konstanter Krümmung und mit ihrem Mittelpunkt auf der Rotorachse über zwei Polyzentren von nur zwei Bögen verbunden sein, was zu minimalen Konstruktions- oder Fertigungskosten führt.

Weiterhin kann bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung die Rotorwelle exzentrisch an einem Stift angebracht sein, der in verschiedenen Winkelpositionen an der Grundplatte festgelegt werden kann.

Obwohl die erfindungsgemäße Vorrichtung sich durch eine hohe Genauigkeit bei Strömungsdurchsätzen oder -geschwindigkeiten von einem maximalen Wert bis auf Null auszeichnet, was sie insbesondere zum Messen von Kraftstoff geeignet macht, der an Tankstellen abgegeben wird, und ihr symmetrischer Aufbau einen ausgezeichneten reversiblen Meßbetrieb sowohl bei Flüssigkeiten oder Gasen erlaubt, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ersichtlich auch als umkehrbare volumetrische Dosierungspumpe für Flüssigkeiten und/oder Gase, worunter eine Pumpe zu verstehen ist, die die Genauigkeit der Meßvorrichtung hat, indem nämlich der Rotor von einem äußeren Motor angetrieben wird oder als umschaltbare Motorpositioniervorrichtung zum Abnehmen von Antriebsenergie oder Antriebskraft von der Welle des Rotors oder zum Zuordnen einer genauen Winkelrotorposition zu einem Steuerfluidvolumen verwandt werden, wobei ein Betrieb sowohl mit einer Flüssigkeit als auch mit einem Gas möglich ist.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Volumenmeß­ vorrichtung für Flüssigkeiten und/oder Gase mit abgenommenem Deckel,

Fig. 2, 3 und 4 in schematischen Darstellungen die aufeinanderfolgenden Stufen des Betriebes der in Fig. 1 darge­ stellten Meßvorrichtung, wobei das Fehlen einer Verbindung zwischen dem Einlaß und dem Auslaß während des gesamten Arbeitsvorganges dargestellt ist, und

Fig. 5 in einer perspektivischen Darstellung eine Einzelheit von Fig. 1 im vergrößerten Maßstab.

Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, ist auf einer Grundplatte ein äußeres zylindrisches Gehäuse 2 der Meßvorrichtung angebracht, in dessen zylindrischer Kammer 3 ein Rotor 5 drehbar auf der Drehwelle 4 angebracht ist, die von der Grundplatte 1 gehalten wird. Die Drehwelle 4 für den Rotor 5 ist tatsächlich exzentrisch und zwar mit einer Exzentrizität 26 durch einen darunter liegenden Stift 27 gehalten, der seinerseits drehbar auf der Grundplatte 1 angebracht ist, auf der er in verschiedenen Winkelpositionen durch geeignete, an sich bekannte Einrichtungen festgelegt werden kann. In dieser Weise ist es durch ein einfaches Drehen des Stiftes 27 um einen gegebenen Winkel möglich, die Rotorachse 17 nach oben oder nach unten zu verschieben, um eine Feineinstellung der Meßvorrichtung zu ermöglichen. Da der Rotor 5 exzentrisch in der Kammer 3 angeordnet ist, sind zwei gegenüberliegende Bereiche mit einem kleinsten Zwischenraum 6 und einem größten Zwischenraum 7 jeweils gebildet. Der Rotor 5 ist mit radialen Hohlräumen 8 (von denen fünf in der Zeichnung dargestellt sind) versehen, die Rollen 9, 10, 11, 12 und 13 jeweils aufnehmen, die jeweils mit einem eingebetteten Magneten 14 versehen sind, wobei alle Magnete axial und in der gleichen Richtung magnetisiert sind.

In dieser Weise stoßen sich die Magnete 9 bis 13 magnetisch in axialer Richtung ab, so daß sie in einen dichten Zustand an der Innenfläche 15 der zylindrischen Kammer 3 gedrückt werden. Die Magnete 14 werden zusammen mit einem magnetischen Sensor 16, beispielsweise einem Hall-Sensor dazu benutzt, Signale zu erzeugen, die zum Bestimmen des untersuchten Volumendurchsatzes der Strömung geeignet sind.

Den gegenüberliegenden Bereichen des kleinsten Zwischenraumes 6 und des größten Zwischrenraumes 7 entsprechend ist die Innenfläche 15 der Kammer 3 mit zwei Abschnitten AB und CD mit konstanten Krümmungen und dem Mittelpunkt auf der Achse 17 des Rotors 5 versehen, die sich über einen Winkel annähernd gleich dem Winkelabstand 18 zwischen aufeinanderfolgenden Rollen 9 und 10 und somit über einen Winkel annähernd gleich 360° geteilt durch die Anzahl der benutzten Rollen erstrecken. Zusätzlich zum Einlaß 19 und zum Auslaß 20, die in der Grundplatte 1 vorgesehen sind, die aber auch stattdessen im Außengehäuse 2 selbst vorgesehen sein können, sind ein weiterer Einlaß 21 und ein weiterer Auslaß 22 vorgesehen, die so angeordnet sind, daß sie mit den Rückräumen 23 in den Hohlräumen 8 zusammenarbeiten.

Aus den Fig. 1 bis 4 ist ersichtlich, daß Paare von Rollen, beispielsweise die Rollen 9, 10 und 11, 12 keine Umfangsverschiebung durch die Wirkung von Corioliskräften innerhalb der jeweiligen Bereiche AB und CD erfahren, sondern stattdessen konstant mit dem Körper des Rotors 5 an denselben Stellen, beispielsweise der Stelle 24 in Fig. 1 und 25 in Fig. 3 jeweils in Kontakt bleiben, so daß niemals eine direkte Verbindung zwischen den Einlässen 19 und 21 und den Auslässen 20 und 22 besteht.

Volumenmeßvorrichtung für Flüssigkeiten und/oder Gase, bei der in radialen Hohlräumen 8 des Rotors 5 Rollen 9 bis 13 aufgenommen sind, die über die Wirkung von darin eingebetteten Magneten 14 einander abstoßen und dadurch radial in einen dichten Zustand an die Innenfläche der zylindrischen Kammer 3 gedrückt werden, die an Stellen, die gegenüberliegende Bereiche 6, 7 mit größtem und kleinstem Zwischenraum überspannen, mit Abschnitten mit konstanter Krümmung und ihrem Mittelpunkt auf der Rotorachse versehen ist, die über einen Winkel gleich dem Winkelabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rollen, d.h. 360° geteilt durch die Anzahl der benutzten Rollen, verlaufen. Es sind ein weiterer Einlaß und ein weiterer Auslaß 21, 22, die mit dem Rückraum in den Gehäuse- oder Aufnahmehohlräumen 8 zusammenarbeiten, als Feinjustiereinrichtungen vorgesehen.

Claims (8)

1. Volumenmeßvorrichtung für Flüssigkeiten und/oder Gase, die im wesentlichen aus einem Rotor besteht, der exzentrisch in einer zylindrischen Kammer im Außengehäuse der Meßvorrichtung so angebracht ist, daß dazwischen ein kleinster Zwischenraum und ein größter Zwischenraum an gegenüberliegenden Bereichen gebildet ist, wobei der Rotor mit radialen Aufnahmehohlräumen für Dichtungselemente versehen ist, die in radialer Richtung gegen die Innenfläche der zylindrischen Kammer gedrückt werden, und ein Einlaß und ein Auslaß vorgesehen sind, die symmetrisch in der Nähe des kleinsten Zwischenraumes angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungselemente Rollen (9 bis 13) sind, in die Magnete (14) eingebettet sind, deren Magnetisierung axial und in der gleichen Richtung verläuft, und die mit wenigstens einem äußeren magnetischen Sensor (16), beispielsweise einem Hall-Sensor, zusammenarbeiten, die Innenfläche der zylindrischen Kammer (3) des Außengehäuses (2) der Meßvorrichtung an Bereichen, die die gegenüberliegenden Bereiche mit größtem und kleinstem Zwischenraum (6, 7) überspannen, mit Abschnitten mit konstanter Krümmung und dem Mittelpunkt auf der Rotorachse versehen ist, die über einen Winkel annähernd gleich dem Winkelabstand zwischen aufeinanderfolgenden Rollen, d.h. 360° geteilt durch die Anzahl der benutzten Rollen, verlaufen, und daß ein weiterer Einlaß und ein weiterer Auslaß (21, 22) vorgesehen sind, die mit dem Zwischenraum zwischen den Rollen (9 bis 13) und dem Rotor (5) in den Aufnahmehohlräumen (8) zusammenarbeiten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abschnitte der Innenfläche der zylindrischen Kammer (3) des Außengehäuses (2) der Meßvorrichtung mit konstanter Krümmung und ihrem Mittelpunkt auf der Rotorachse miteinander über zwei Polyzentren von nur zwei Bögen verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengehäuse (2) aus einem ferromagnetischen Material besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengehäuse (2), der Rotor (5) und die Rollen (9 bis 13) aus einem Kunststoffmaterial bestehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (5) mechanisch mit einem Drehzähler verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorwelle mit einem Motor zum Bilden einer Dosierungspumpe verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Druckfluid versorgt wird, so daß sie als Motorpositioniervorrichtung arbeitet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorwelle (4) exzentrisch an einem Stift (17) angebracht ist, der in verschiedenen Winkelpositionen auf einer Grundplatte (1) festgelegt werden kann.