Einrichtung zur Durchflussmessung von Gasen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur.
Durchflussmess, ung von Gasen, insbesondere von Leckgasen von Brennkraftmaschinen, mit einem in Strö mungsrichtung sich konisch erweiternden vertikalen Messrohr und einer über dem Messrohr angeordneten und mit diesem über eine Offnung verbundenen Messwertanzeigevorrichtng, sowie einem das Messrohr und d die Anzeigevorrichtung durchsetzenden Splanndraht und einem auf diesem längsverschieblich geführten Rohr, das an seinem unteren Ende einen Schwimmer und. an seinem oberen Ende einen mit dem feststehenden Teil der Messwertanzeigevorrichtung zusammenwirkenden Zeiger trägt.
Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art ist der Schwimmer als trichterförmige Erweiterung des durch den Spanndraht. geführten Rohres ausgebildet. Das in die Messeinrichtmg eintretende Medium strömt diesen Schwimmer von unten her an, um ihn bis zu einer Höhenlage anzuheben, in der sich ein Gleichgewichtszu- stand einsbellt, in dom der Auftrieb des Schwimmers durch das strömende Medium und sein Eigengewicht die gleiche absolute Grosse besitzen. Dies ist dann der Fall, wenn sich zwischen dem Schwimmer, und der Innen- wand des konischen Rohres eine Spaltweite einstellt, bei der das Produkt aus der Schwimmerfläche und der Druckdifferenz vor und hinter dem Schwimmer mit dem Eigengewicht des Schwimmers übereinstimmt.
Bei der Durchflussmessung von Gasen, insbesondere dann, wenn es sich um die messung kleinster Gasmengen, z. B. bei der Bestimmung der Leckgasverluste von Brenn kraftmaschinen, handelt, reicht die Empfindlichkeit des bekannten Messgerätes für eine einwandfreie Messung meist nicht aus. Die gemessenen Werte weichen daher häufig von den batsächlichen Strömungsverhältniss, en weitgehend ab. Oftmals liegen die zu messenden Strö- mungen aber auch weit unter der Ansprechgrenze des Gerätes und werden somit von diesem überhaupt nicht registriert.
Der Erfindung liegt vornehmlich die Aufgabe zugrunde, die bekannte Einrichtung hinsichtlich ihner Empfindlichkeit und Anpassungsfähigkeit an wech selnde Strömungsverhältnisse derart zu verbessern, dass der DurchflussselbstkleinsternichtstationärerGasströ- mungen präzise gemessen werden kann. Die erfindungs- gemässe Lösung besteht nun darin, dass unterhalb des Messrohres'ein feststehender Drallflügel angeordnet ist, und dass der Schwimmer an seiner Unterseite Mitneh merflächen für seinen. Drehantrieb durch das Gas aufweist.
Einen feststehenden Drallflügel verwendet auch ein bekannter Durchflussmesser für Flüssigkeiten und Gase, bei dem ein mittig durchbohrter Schwimmer an seinem Umfang in einem zylindrischen Messrohr längsverscbieblich geführt ist. Das Messrohr durchsetzt ein axialer konischer Dorn, sodassderzwischender Bohrung des Schwimmers und dem konischen Dorn freiblei- bende Ringquerschmtt den Durchströmquerschnitt für das Medium bildet, dessen Durchfluss gemessen werden soll. Wegen der erheblichen Reibungskräfte zwischen Schwimmer und Messrohr vermag das. durch die Drallflügel in Drehung versetzte Meium eine Rotation des Schwimmers nur dann herbeizuführen, wenn es sich um sehr energiereiche Strömungen handelt.
Gemäss der Erfindung ist jedoch eine sichere Mit- nahme des Schwimmers druch die vom Drallflügel in Rotation versetzte Gassäule gewährleistet, selbst wenn es sich Strömungen geringer Energie handelt. Durch die Rotation des Schwimmers kommen die Vorteile einer Schwimmerführung mittels eines Spanndrahtes erst voll zur Geltung, da die an sich geringe Reibung druch die Drehung des Schwimmers noch derart vermindert wird, dass der Eigenwiderstand des Gerätes praktisch veraachlässigbar gering wird. Die solcherart erhaltenen Messergebnisse geben daher die tatsächlichen Verhältnisse mit grosser Präzision wieder.
Das Gerät vermag auch ständig wechselnden Strömungsverhältnissen nahezu verzögerungsfrei zu folgen, so dass z. B. Eine laufende Beobachtung und Messung der Leckgasmenge aus dem Kurbelgehäuse einer Brenn- kraftmaschine ein klares Bild über den zeitlichen Verlauf dieser Verblustströmungen liefert. So können unter anderem schon geringfügige Veränderungen in der Abdichtungswirkung der Kolbenringe ader der Dichtheit der Ventile in den Vertilführungen sichtbar gemacht bzw. präzise gemessen werden, wodruch Zeitverluste bei der Entwicklung neuer Motorentypen vermieden und die Ursachen von Betriebsstörungen vor der Entstehung grösserer Schäden behoben werden können.
Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausfüh- rungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt und Fig. 2 eine Seitenan- sicht eines Details einer bevorzugten Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung.
Die Messeinrichtung befindet sich innerhalb eines an seinen beiden Enden mit Aussengewinde versehenen zylindrischen Hüllrohres 1. Auf das Aussengewinde am unteren Ende des Hüllrohres l ist ein unterer Gehäuss- stutzen 2 mit druchgehener axialer Bohrung 3 aufge schraubt, dessen unterer verjüngtier Teil 4 mit einem Aussengewinde 5 zur Befestigung des Gerätes und zum m Anschluss mittels Schlauchleitung, z. B. an das Kurbelgehäuse einer Bennkraftmaschine, versehen ist.
Die obere Öffnung des Hüllrohres l ist durch ein Siebfilter 7 abgedeckt, das von einem auf das-Aussenge- winde am oberen Ende des Hüllrohres 1 aufgeschraub- ten oberen Gehäusestutzen 8 festgehalten ist.
Das Hüllrohr 1 besitzt einen seitlichen Ausschnitt 9, welcher sich in axialer Richtung von nahe dem oberen Ende bis etwa zur Mitte des Hüllrohres und in Um fangsrichtung nahezu, über den halben Umfang des Roh- res erstreckt. Der seitliche Ausschnitt 9 ist gagez den Innenraum des Hüllrohres l durch eine Längswand 10 sowie eine untere und eine obere Querwand 11 und 12 abgedeckt.
Die im Querschnitt annähernd nach einem Durchmesser des Hüllrohres 1 verlaufende Längswand 10 besitzt einen nach innen gewölbten Mittelteil 13, der sich über die gesamte Lange des Ausschnittes 9 erstrekt und dessen Wandung konzentrischzur Achse des Hiillrohres 1 verläuft. An die Längswand10 ist der feststehende Teil der Ablesvorrichtung des Gerätes angeschlossen, welcher aus einer mit einem Längsschlitz ver sehenen Skalenplatte 14 und aus einer transparenten Skalenabdeckung 15, z. B. aus Plexiglas, besteht, welche beiden Teile mittels Schrauben 16 auswechselbar an der Längswand 10 angeschraubt sind.
Die den Ausschnitt 9 des Hüllrohres 1 nach oben und unten begrenzenden Querwände 11 und 12 weisen je eine durchgehende Öffnung und 18 auf, deren Achsen mit der Längsachse des Hüllrohres 1 fluchten.
Die Öffnung 17 der obren Querwand 12 dient zur axia- len Führung eines Achsnippels 19, welcher eine auf der Oberseite der Querwand 12 sich abstützende Spannfeder 21 und eine am freien Ende derselben aufliegende Scheibe 20 durchsetzt, und desse axiale Lage mittels zweier an seinem oberen Ende aufgeschraubter Spann ; muttern 22 einstellbar ist. Der Achsnippel 19 bildet das ober Widerlager eines das Hiillrohr 1 axial durchsetzenden Spanndrahtes 23, der zur axialen Fiihrung der nachfolgend beschriebenen beweglichen Teile der Messeinrichtung dient.
In den unteren zylindrischenTeildesHüllrohresl ist oin Messrohr 24 mit nach innen sich erweiternder konischer Innenwand 25 eingesetzt. Das Messrohr 24 besitzt an seinem äusseren Ende einen Kragen 26, der sich gegen die untere Stirnfläche des Hüllrohres l stützt und vom unberen Gehäusestutzen 2 axial unverschieb- lich und drehfest gehalten ist. In der unteren Öffnung des Messrohres 24 befindet sich das untere Widerlager 27 des genannten Spanndrahtes 23. Innerhalb des Messrohres 24 befindet sich ein Schwimmer 28, der als dünnwandige axial'durchbohrte kreisförmige Scheibe ausgebildet und. mit einem, axialen Führungsrohr 29 verbunden ist, welches der Spanndraht 23 mit geringem m Spiel durchsetzt.
Das obere Ende 30 des Führungsrohres 29 ragt durch die Öffnung 18 der unteren Querwand 11 bis in den von der Skalenplatte 14 und dem gewölb- ten Mittelteil 13 der Längswand 10 umschlossenen Raum 31 und trägt einen scheibenförmigen Zeiger 32, dessen Randkante durch den Längsschlitz der Skalenplatte 14 von aussen sichtbar ist.
Der Schwimmer 28 weist an seiner Unterseite als Drallflügel 33 ausgebildete Mitnehemerflächen auf. Vor der unteren Öffnung des Messrohres 24 ist ortsfest ein vierflügeliges Drallblech 34 angeordnet, das dem über dieaxialeBohrung3desunterenGehäusestutzens 2 in das messgerät eintretenden Gasstrom einen Eintritts- drall erteilt.
Bei der Messung ist die Unterfläche des Schwimmers 28 einerseits dem Überdurck und anderseits den Rotationskräften der durch das Drallblech 34 in Drehung versetzten Gassäurle ausgesetzt. die Drallflügel 33 übertragen hiebet die Rotationskräfte auf den Schwimmer 28. Dieser wurd also durch en eintretenden Gasstrom zugleich angehoben und in Drehung versetzt. Beim An- heben des Schwimmers 28 nimmt die Breite des von der Aussenkante des Schwimmer 28 und der konischen Innenwand 25 des Messrohres 24 gebildeten Ringspaltes 35 so lange zu, bis sich ein Gleichgewichtszustand zwi- schen den auf den Schwimmer 28 einwirkenden Auf triebskräften und seinem Eigengewicht einstellt.
Dies ist dann der Fall, wenn das Produkt aus der Schwimmerflä- che und der Druckdifferenz vor und hinter dem Schwimmer 28 gleich dem Eigengewicht des Schwimmers 28 wind. Der Zusammenbang zwischen der Sehwimmerhöbenlage und der Durchflussmenge wird (durch Eichung bestimmt und die Teilung der Skala den empirisch ermittelten Werten entsprechend vorgenom men.
Der durch den Schwimmer 28 und sein Fiihrungs- rohr 29 hindurchgeführte Spanndraht 23 gewährleistet eine exakte und reibungsarme Axialführung des Schwimmers 28 im Messrohr 24. Die zusätzliche Drehbewegung des Schwimmers beseitigt jede Beeinflussung des Messrgebnisses druch die an sich geringe Axialrei- bung des. Führungsrohres 29 auf dem Spanndrabt 23.
Das erfindungsgemäss. ausgebildete Messgerät zeichnet sich durch einen sehr geringen Durohflusswiderstand aus, so dass z. B. eine Messung der Leckgasmenge aus dem Kurbelgehäuse einer Brennkrfatmaschine möglich ist, ohne dass der Kurbelgehäuseinnendruck in störender Weise verändert wird. Ein weiterer Vorteil besteht in der räumlichen. Trennung. des Messrohres 24 von der Anzeigevorrichtung des Geräates, so dass ein Beschlagen der Skala durch Verbrennungsrückstände oder andere mit dem Gasstrom mitgeführte Verunreinigungen ver mieden wird.
Binen weiteren Vorzug des Gerätes stellt die Federvorspannung des Spanndrahtes 23 dar, die auch bei Temperaturschwankungen eine gleichmässige Spannung des Drahtes aufrecht erhält. Um auch etwaige auswikungen von TEmperaturschwankungen auf das Messergebnis auszuschliessen, sind zweckmässi'gerweise der Schwimmer 28 und das Messrohr 24 aus demselben Werkstoff herzustelen, so dass durch Wärmedehnungen bedingte Veränderungen des Ringspaltes 35 vermieden werden.
Diese Bauart gestattet es, das Gerät auch gasdicht auszubilden und das austretende Gas durch eine besondere Leitung ins Freie zu führen, so dass keine Geruchsbelästigung der Bedienungsmannschaft entsteht. Weiters ist es möglich, das Gerät für mehrere Messbereiche zu verwenden, was durch Austausch des Messrohres 24 sowie der Skalenplatte 14 in einfacher Weise vorgenom- men werden kann.