DE2722239A1

DE2722239A1 - Durchflussmessgeraet

Info

Publication number: DE2722239A1
Application number: DE19772722239
Authority: DE
Inventors: Reiner Bartholomaeus
Original assignee: GL Rexroth GmbH
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1977-05-17
Filing date: 1977-05-17
Publication date: 1978-11-23
Also published as: DE2722239B2; GB1591690A; JPS53142265A; US4194394A

Description

G.L·. Pexro^h iimbH 16.5.1977 2722239 Akte 121.221

Durchflußmeßgerät

Die Erfindung betrifft ein Durchflußmeßgerät gemäß dem Oberbtc iff des Anspruches 1. In bekannter Weise bestehen die Durchflußmeßgeräte aus einem konischen Rohr mit einem darin frei bezüglichem Schwebekörper. Das konische Rohr muß senkrecht eingebaut werden, wobei die jeweilige Lage des Schwebekörpers ein Maß für die durchströmende Flüssigkeitsmenge darstellt. Das konische Rohr ist aus einem durchsichtigen Material hergestellt und trägt eine geeichte Skala zum Ablesen der Lage des Schwebekörpers.

Die Aufgabe der Erfindui ; besteht in der Schaffung eines Durchflußmeßgerätes, das lageunabhängig in Hydraulikanlagen einzubauen ist und mit anderen Hydraulikgeräten zu kombinieren ist und dessen Eichung mit einfachen Mitteln durchzuführen ist. Nach der Erfindung wird dies mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 erreicht.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen .

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein Durchflußmeßgerät mit im Gehäuse angeordneten Steuerschlitzen,

809847/0351

Fig. 2 einen Axialschnitt durch ein Durchflußmeßgerät mit an einer Verlängerung des Kolbens vorgesehenen Steuerschlitzen,

Fig. 3 einen Axialschnitt durch ein für beide Durchflußrichtungen einsetzbares Durchflußmeßgerät und

Fig. 4 ein mit einer von einem elektrischen Regelmagneten einstellbare Drossel kombiniertes Durchflußmeßgerät.

In Figur 1 bezeichnet 1 das Aufnahmegehäuse für den hülsenförmigen Gehäuseinsatzkörper 2, der auf einander gegenüberliegenden Seiten je einen Steuerschlitz 2a, 2b aufweist, deren Breite insgesamt kleiner oder gleich dem halben Umfang des in der Durchgangsbohrung 2e des Gehäuseeinsatzkörpers geführten Kolbens 3 ist. Dadurch.ergibt sich ein erhältnis aus dem Kolbenumfang zur Gesamtbreite der Steuerschlitze von gleich oder größer 2. Der Kolben 3, dessen Steuerkante 3a mit den Steuerschlitzen 2a, 2b zusammenwirkt und dessen Lage den Öffnungsquerschnitt der Steuerschlitze bestimmt, stützt sich in der gezeigten Ausgangslage, in der die Steuerschlitze von dem Kolben geschlossen sind, mit seiner Bodenfläche 3b an den Nocken 4 des Abstützringes 5 ab, der mit der Schraubhülse 6 fest an die Anschlagfläche 2d des Gehäuseeinsatzkörpers 2 gedrückt ist. In der zylindrischen Ausnehmung 3c des Kolbens ist ein nabenförmiger Vorsprung 3d mit Gewindebohrung 3e zur Aufnahme des Stiftes 8 mit an seinem freien Ende 8a befestigten Eisenkern 9 für den Spulenkörper lo,die gemeinsam einen induktiven Wegaufnehmer bilden, vorgesehen. Auf der Kontermutter 11 für den Stift 8 liegt ein sphärischer Abstützkörper 12 auf, der die Abstützfläche für den hutförmigeii Federteller 13 für die Druckfeder 14 bildet. Das andere Ende der Druckfeder stützt sich an

8 0 9 8 kl ? (Γ3 5 1

einem Abstützkörper 15 ab, der in den Bohrungsabschnitt 16a im Abschlußdeckel 17 für das Aufnahmegehäuse geführt ist. Durch die sphärische Auflagefläche für den Federteller 13 läßt sich die Federverlagerung auf ein Kleinstmaß halten und damit auch der darauf zurückzuführende Hystereseanteil. Die zylindrische Ausnehmung 3c des Kolbens 3 steht über die Radialbohrung 3f mit der umlaufenden Nut 3g an der Außenwand 3h des Kolbens in Verbindung und die umlaufende Nut 3g über die schräg verlaufende Bohrung 2d in den hülsenförmigen Gehäuseeinsatzkörper 2 mit dem umlaufenden Raum 19 im Bereich der Steuerschlitze und der Bohrung la im Aufnahmegehäuse 1, die die Auslaßbohrung bildet. Die zylindrische Ausnehmung 3c des Kolbens 3 steht somit ebenfalls wie der Führungsraum 2o für den Kolben 3 unter dem Ausgangsdruck der durchströmenden Flüssigkeit. Somit wird der Kolben 3 neben der Kraft der Druckfeder 14 vom Ausgangsdruck der durchströmenden Flüssigkeit in Schließrichtung beaufschlagt. In Öffnungsrichtung wird die der Zuflußbohrung Ib zugekehrte Bodenfläche 3b des Kolbens 3 vom Druck in der Zuflußbohrung Ib beaufschlagt. Nach außen ist der Führungsraum 2o durch die den Stift 8 mit Eisenkern 9 umschließende Kappe 22 abgeschlossen, die gleichzeitig den Spulenkörper Io aufnimmt und mit der Schraubhülse 23 ein gemeinsames Bauteil als elektrische Wegaufnehmer bildet. Die Druckfeder 14 weist eine solche Kennlinie auf, daß die Quadratwurzel aus dem Verhältnis des sich im Zuflußraum einstellenden Druckes der durchströmenden Flüssigkeit bei voll geöffnetem Kolben zu dem Druck bei sich gerade öffnenden Kolben gleich oder kleiner als 1,2 ist. Außerdem ist das Verhältnis der vom Eingangsdruck der durchströmenden Flüssigkeit beaufschlagte Bodenfläche 3b des Kolbens 3 zur maximalen Öffnungsfläche der

H098A7/0351

Steuerschlitze insgesamt größer oder gleich 2,3. Bei Einhaltung dieser beiden Bedingungen sowie der bereits oben genannten Bedingung, wonach das Verhältnis aus dem Kolbenumfang zur Gesamtbreite der Steuerschlitze gleich oder größer 2 ist, kann die Breite der Steuerschlitze über deren gesamten Länge 1 konstant bleiben, ohne eine ins Gewicht fallende Meßwertverfälschung für die durchströmende Flüssigkeit in Kauf nehmen zu müssen. Werden diese Verhältnisse nicht eingehalten, muß die Breite der Schlitzbreite in Öffnungsrichtung des Kolbens gesehen abnehmen, und zwar in Abhängigkeit der sich ändernden Druckdifferenz zwischen Eingangsund Ausgangsdruck infolge der anwachsenden Kraft der Feder 14 bei sich öffnendem Kolben. Der genaue Breitenverlauf der Schlitze ergibt sich aus der Gleichung

h U-D- (fj* 0.5 x ) -./ γ-fr ' OC-H₁ ♦ χ )<·⁵ ' V 2 c

Hierin bedeuten:
b = Schlitzbreite [cm]

χ = von der Steuerkante des Kolbens freigegebene Steuerschlitzlange [cm]

fi= Vorspannung der Druckfeder I cm ]
c = Federkonstante [Kp/cm]
S = Dichte [ Kg/dm³)

ex = Kontraktionszahl oder Durchflußbeiwert D = Kolbendurchmesser [ cm ]

u = tga = ^xitiax j 1 1 I = gewünschter linearer Verlauf vom ^Xjnax Durchfluß zur Steuerschlitzlange

Die jeweilige Öffnungslage des Kolbens 3 wird über den Stift 8 auf den Eisenkern 9 übertragen und durch die damit verbundene Änderung der Induktivität im Spulenkörper Io ein elektrisches Signal erzeugt, das letztlich über ein elektrisches Anzeigegerät die Durchflußmenge anzeigt, wobei das elektrische Signal zur öffnungs- bzw. Schließbewegung des Kolbens und damit zur Durchflußmenge in linearem Verhältnis steht.

- 5 809847/0351

Das Ausführungsbeispiel nach Figur 2 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach Figur 1 lediglich dadurch, daß die Steuerschlitze 2ooa, 2oob sowie der weitere Steuerschlitz 2ooab, dem ein weiterer nicht sichtbarer Steuerschlitz gegenüberliegt, in einer hohlzylindrischen Verlängerung 3i des Kolbens 3 angeordnet sind&nd die Steuerkante 3oo vom Aufnahmegehäuse 1 gebildet wird. Das Aufnahmegehäuse 1 weist gleichzeitig die Führungsbohrung 2ooc für den Kolben 3 auf, so daß sich ein besonderer Gehäuseeinsatz-

nach Figur 3 körper 2 erübrigt. Bei dem Ausführungsbeispiel/weist der Kolben zwei aufeinander gegenüberliegende Seiten angeordnete Steuerkanten 3aa, 3ab auf, die mit dem im Gehäuse 1 angeordneten Steuerschlitzen 2a, 2b zusammenwirken, wobei der Kolben bei Nulldurchfluß von zwei Druckfedern 114a, 114b in der gezeigten Ausgangslage fixiert ist. Damit besteht die Möglichkeit, daß das Durchflußmeßgerät in beiden Durchflußrichtungen einsetzbar ist. Dies setzt selbstverständlich auch eine entsprechende Ausbildung des induktiven Wegaufnehmers voraus. Der mit dem Stift 8 verbundene Eisenkern 9 nimmt hierbei in der gezeigten Ausgangsstellung seine Null-Lage ein und bei Verschieben in Verbindung mit dem nicht dargestellten Spulenkörper in die eine Richtung ein positives und bei Verschieben in die andere Richtung ein negatives elektrisches Signal bewirkt. Aus dem Vorzeichen des elektrischen Signals läßt sich somit außer der Durchflußmenge auch die Durchflußrichtung der Flüssigkeit entnehmen. Wird das Durchflußmeßgerät vom Anschluß 5o in Richtung des Anschlusses durchströmt, wird der mit dem Kolben 3 über den Kolbensteg 52 verbundene Kolbenabschnitt 54 über den Kanal 58 in Richtung der Druckfeder 114b vom Eingangsdruck der Flüssigkeit beaufschlagt und verschiebt über den Kolbensteg 52 den Kolben 3 gegen die Kraft der Druckfeder 114b in Richtung des Druckraumes 55.

8098 A 7 /"(ft 51

der Durchflußmenge

Der Kolben 3 gibt hierbei über seine Steuerkante 3aa einen/entsprechenden Öffnungsquerschnitt der Steuerschlitze frei, so daß die Flüssigkeit über den Kolbenraum 56 dem Anschluß 51 zuströmt. Über den Abzweigkanal 59 wird die gesamte Kolbenfläche 3b vom bei dieser Durchflußrichtung vom Ausgangsdruck beaufschlagt, und zwar gemeinsam mit der Kraft der Druckfeder in Schließrichtung des Kolbens 3. Wird das Durchflußmeßgerät vom Anschluß 51 in Richtung des Anschlusses 5o von der Flüssigkeit durchströmt, wird letzter über den Abzweigkanal 59 dem Druckraum 55 zugeleitet, indem sie den Kolben 3 beaufschlagt und gegen die Kraft der Feder 114a in Richtung des Druckraumes 6o entsprechend der anfallenden Durchflußmenge verschiebt, der hierbei über seine Steuerkante 3ab einen entsprechend großen Öffnungsquerschnitt der Steuerschlitze 2a, 2b freigibt. Der im Anschluß 5o wirkende Ausgangsdruck beaufschlagt über den Kanal 58 den Kolbenabschnitt gemeinsam mit der Kraft der Druckfeder 114a in Schließrichtung des Kolbens 3. Der jeweils im Kolbenraum 56 wirkende Eingangs- oder Ausgangsdruck kann auf die Ringfläche 3k des Kolbens 3 keine resultierende Kraft in Richtung des Druckraumes 55 ausüben, da dieser Druck auch gleichzeitig auf die gleich große Ringfläche 54a des Kolbenabschnittes 54 wirkt. Das Ausführungsbeispiel nach Figur 3 läßt sich auch im Sinne des Ausführungsbeispiels nach Figur 2 abändern, indem der Steuerkolben 3 über hohlzylindrische Ansätze die Steuerschlitze erhält und die entsprechenden Steuerkanten von der Führungsbohrung 2c für den Kolben 3 gebildet werden.

In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist das mit DM bezeichnete Durchflußmeßgerät und einevon einem elektrischen Regelmagneten angesteuerte Drossel D in einem gemeinsamen Gehäuse G angeordnet, wobei das elektrische Ausgangssignal des Durchflußmeßgerätes das

-I-809847/0351

Istwertsignal· zu einem vorgegebenen Sollwertsignal für die Stellung der Drossel D bei einer vorgegebenen Druckdifferenz an der Drossel D bildet und das daraus sich ergebende Differenzsignal das Regelsignal für den RegeImagneten der Drossel D bildet. Damit wird in einfacher Weise ein elektrisch ansteuerbarer Stromregler geschaffen, der durch Fehlen einer Stromwaage gegenüber Stromreglern bekannter"Bauart eine größere Regelgeschwindigkeit und eine höhere Genauigkeit aufweist.

809847 /0351

Leerseife

Claims

G.L. Rexroth GmbH

16.5.1977

Akte 121.221 2722239

Patentansprüche

.)Durchflußmeßgerät für Flüssigkeiten mit vom Eingangsdruck der durchströmenden Flüssigkeit in Öffnungsrichtung beaufschlagtem Schwebekörper, dessen Lage gegenüber einem Fixpunkt die Durchflußmenge anzeigt, dadurch gekennzeichnet , daß der Schwebekörper als in einer Bohrung (2c) des Aufnahmegehäuses (1, 2) geführter Kolben (3) ausgebildet ist, der eine Steuerkante (3a) aufweist, die mit Steuerschlitzen (2a, 2b) im Aufnahmegehäuse zusammenarbeitet

Kolben
und der/in Schließrichtung neben dem Ausgangsdruck von einer Druckfeder (14) beaufschlagt ist und mit einem ein elektrisches Signal abgebenden elektrischen Wegaufnehmer (9, lo) gekoppelt ist.
2. Durchflußmeßgerät für Flüssigkeiten mit vom Eingangsdruck der durchströmenden Flüssigkeit in Öffnungsrichtung beaufschlagtem Schwebekörper,dessen Lage gegenüber einem Fixpunkt die Durchflußmenge festlegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwebekörper als in einer Bohrung (2c) des Aufnahmegehäuses (1, 2) geführter Kolben (3) ausgebildet ist, der eine hohlzylindrische Verlängerung (3i) mit Steuerschlitzen (3ooa, 3oob, 3ooab) aufweist, die mit einer Steuerkante (3ooa) im Aufnahmegehäuse (1) zusammenarbeiten und der Kolben in Schließrichtung neben dem Ausgangsdruck von einer Druckfeder (14) beaufschlagt ist und mit einem ein elektrisches Signal abgebenden elektrischen Wegaufnehmer (9, lo) gekoppelt ist.

809847/0351
3. Durchflußmeßgerät nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Steuerschlitze (2a, 2b, 2ooa, 2oob, 2ooab) mit Zunahme der Öffnungsfläche der Steuerschlitze entsprechend der Zunahme der Federspannung der den Kolben (3) in Schließrichtung beaufschlagenden Druckfeder (14) und des sich damit erhöhenden Druckgefälles zwischen Eingangs- und Ausgangsdruck der durchströmenden Flüssigkeit abnimmt.
4. Durchflußmeßgerät nach den Ansprüchen 1 oder 2 gekennzeichnet durch die folgenden Bedingungen:

a) das Verhältnis aus dem Kolbenumfang zur Steuerschlitzbreite ist größer oder gleich dem Wert 2,

b) das Verhältnis der wirksamen vom Eingangsdruck der durchströmenden Flüssigkeit beaufschlagten Bodenfläche (3b) des Kolbens zur maximalen Öffnungsfläche der gesamten Steuerschlitze ist größer oder gleich dem Wert 2,3,

c) die Federkonstante der den Kolben in Schließrichtung belastenden Feder weist einen solchen Wert auf, daß die Quadratwurzel aus dem Verhältnis des Eingangsdruckes der durchströmenden Flüssigkeit bei maximaler Öffnungslage des Kolbens zum Eingangsdruck bei minimaler Öffnungslage des Kolbens gleich oder kleiner dem Wert 1,2 ist.
5. Durchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (14) zumindest an einem Ende mit einem kardanisch an der Gegenanschlagflache(12) kraftschlüssig verbundenden Federteller (13) anliegt.

809847/0351
6. Durchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) als massearmer Hohlkolben ausgebildet ist und das Kopplungsglied (8) für den elekrischen Signalgeber (9, lo) trägt.
7. Durchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß der elektrische Signalgeber (9, lo) als induktiver Wegaufnehmer ausgebildet ist, dessen Eisenkern (a) am freien Ende (8a) eines am Boden (3d) des Kolbens (3) befestigten Stiftes (8) angeordnet ist.
8. Durchflußmeßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7,dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) auf einander gegenüberliegenden Seiten Steuerkanten (3aa, 3ab) aufweist, die mit Steuerschlitzen (2a, 2b)

im Gehäuse (1) zusammenwirken und auf jeder Seite von einer Druckfeder (114a, 114b) beaufschlagt ist.
9. Durchflußmeßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) auf einander gegenüberliegenden Seiten hohlzylindrische Verlängerungen mit Steuerschlitzen aufweist, die mit im Gehäuse angeordneten Steuerkanten

zusammenwirken und auf jeder Seite von einer Druckfeder (114a, 114b) beaufschlagt ist.

Io. Durchflußmeßgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch die Kombination mit einer von einem elektrischen Regelmagneten angesteuerten Drossel (D), wobei das
elektrische Ausgangssignal des Durchflußmeßgerätes (DM) das Istwertsignal zu einem vorgegebenen Sollwertsignal für die

- 4 809847/0351

Drosselstellung bei einer vorgegebenen Druckdifferenz an der Drossel bildet und das daraus sich ergebende Differenzsignal das Regelsignal für den Regelmagneten der Drossel (D) bildet.

809847/0351