-
Einrichtung zur Durchflußmessung von Gasen Die Erfindung bezieht sich
auf eine Einrichtung zur Durchflußmessung von Gasen, insbesondere von Leckgasen
von Brennkraftmaschinen, mit einem in Strömungsrichtung sich konisch erweiternden
vertikalen Meßrohr und einer über dem Meßrohr angeordneten und mit diesem über eine
Öffnung verbundenen Meßwertanzeigevorrichtung, sowie einem das Meßrohr und die Anzeigevorrichtung
durchsetzenden Spanndraht 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 Meßwertanzeigevorrich tung 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 Meßeinrichtung eintretende Medium strömt diesen Schwimmer
von unten her an, um ihn bis zu einer Höhenlage anzuheben, in der sich ein Gleichgewichtszustand
einstellt, in dem der Auftrieb des Schwimmers durch das strömende Medium und sein
Eigengewicht die gleiche absolute Größe besitzen.
-
Dies ist dann der Fall, wenn sich zwischen dem Schwimmer und der Innenwand
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 Brennkraftmaschinen, handelt, reicht die Empfindlichkeit des bekannten Meßgerätes
für eine einwandfreie Messung meist nicht aus. Die gemessenen Werte weichen daher
häufig von den tatsächlichen Strömungsverhältnissen weitgehend ab. Oftmals liegen
die zu messenden Strömungen 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 ihrer Empfindlichkeit und Anpassungsfähigkeit an wechselnde
Strömungsverhältnisse derart zu verbessern, daß der Durchfluß selbst kleinster nicht
stationärer Gasströmungen präzise gemessen werden kann. Die erfindungsgemäße Lösung
besteht nun darin, daß unterhalb des Meßrohres in an sich bekannter Weise ein feststehender
Drallflügel angeordnet ist, und daß der Schwimmer an seiner Unterseite Mitnehmerflächen
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 längsverschieblich
geführt ist. Das Meßrohr durchsetzt ein axialer konischer Dorn, so daß der zwischen
der Bohrung des Schwimmers und dem konischen Dom freibleibende Ringquerschnitt 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 Medium eine Rotation des Schwimmers nur dann
herbeizuführen, wenn es sich um sehr energiereiche Strömungen handelt.
-
Gemäß der Erfindung ist jedoch eine sichere Mitnahme des Schwimmers
durch die vom Drallflügel in Rotation versetzte Gassäule gewährleistet, selbst wenn
es sich um 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 durch die Drehung des Schwimmers noch
derart vermindert wird, daß der Eigenwiderstand des Gerätes praktisch vernachlässigbar
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 Brennkraftmaschine ein klares Bild
über den
zeitlichen Verlauf dieser Verlustströmungen liefert.
-
So können unter anderem schon geringfügige Veränderungen in der Abdichtungswirkung
der Kolbenringe oder der Dichtheit der Ventile in den Ventilführungen sichtbar gemacht
bzw. präzise gemessen werden, wodurch Zeitverluste bei der Entwicldung neuer Motorentypen
vermieden und die Ursache von Betriebsstörungen von der Entstehung größerer Schäden
behoben werden können.
-
Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel an Hand
der Zeichnung näher erläutert. F i g. 1 zeigt einen Axialschnitt und F i g. 2 eine
Seitenansicht 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 1 ist ein unterer Gehäusestutzen 2 mit durchgehender
axialer Bohrung 3 aufgeschraubt, dessen unterer verjüngter Teil 4 mit einem Außengewinde
5 zur Befestigung des Gerätes mittels des Schraubringes 6 und zum Anschluß mittels
Schlauchleitung, z. B. an das Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine, versehen ist.
-
Die obere Öffnung des Hüllrohres 1 ist durch ein Siebfilter 7 abgedeckt,
das von einem auf das Außengewinde am oberen Ende des Hüllrohres 1 aufgeschraubten
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 Umfangsrichtung nahezu über den halben Umfang des Rohres erstreckt, Der seitliche
Ausschnitt9 ist gegen den Innenraum des Hüllrohres 1 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 LängswandlO besitzt einen nach
innen gewölbten Mittelteil 13, der sich über die gesamte Länge des Ausschnittes
9 erstreckt und dessen Wandung konzentrisch zur Achse des Hüllrohres 1 verläuft,
An die Längswand 10 ist der feststehende Teil der Ablesevorrichtung des Gerätes
angeschlossen, welcher aus einer mit einem Längsschlitz versehenen Skaleuplatte
14 und aus einer transparenten Skalenabdeckunglã, z. B. aus Plexiglas besteht, welche
beiden Teile mittels Schrauben 16 auswechselbar an der Längswand 10 angeschraubt
sind.
-
Die den Ausschnitt 9 des Hiillrohres 1 nach oben und unten begrenzenden
Querwände 11 und 12 weisen je eine durchgehende Öffnung 17 und 18 auf, deren Achsen
mit der Längsachse des Hüllrohres 1 fluchten. Die Öffnungl7 der oberen Querwand
12 dient zur axialen Führung eines Achsnippels 19, welcher eine auf der Oberseite
der Querwand 12 sich ab stützende Spannfeder 21 und eine am freien Ende derselben
aufliegende Scheibe 20 durchsetzt, und dessen axiale Lage mittels zweier an seinem
oberen Ende aufgeschraubter Spanumuttern 22 einstellbar ist. Der Achsnippel 19 bildet
das obere Widerlager eines das Hüllrohr 1 axial durchsetzenden Spanndrahtes 23,
der zur axialen Führung der nachfolgend beschriebenen beweglichen Teile der Meßeinrichtung
dient.
-
In den unteren zylindrischen Teil des Hüllrohres 1 ist ein 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 1 stützt und vom unteren Gehäusestutzen 2 axial unverschieblich 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 2$, der als dünnwandige axial durchbohrte kreisförmige Scheibe
ausgebildet und mit einem axialen Führungsrohr 29 verbunden ist, welches der Spanndraht
23 mit geringem 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
gewölbten 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
Mitnehmerflächen auf.
-
Vor der unteren Öffnung des Meßrohres 24 ist ortsfest ein vierflügeliges
Drallblech 34 angeordnet, das mit dem über die axiale Bohrung 3 des unteren Gehäusestutzens
2 in das Meßgerät eintretenden Gasstrom einen Eintrittsdrall erteilt, Bei der Messung
ist die Unterfläche des Schwimmers 28 einerseits dem Überdruck und andererseits
den Rotationskräften der durch das Drallblech 34 in Drehung versetzte Gassäule ausgesetzt.
Die Drallflügel 33 übertragen hierbei die Rotationskräfte auf den Schwimmer 28.
Dieser wird also durch den eintretenden Gasstrom zugleich angehoben und in Drehung
versetzt. Beim Anheben des Schwimmers 28 nimmt die Breite des von der Außenkante
des Schwimmers 28 und der konischen Innenwand 25 des Meßrohres 24 gebildeten Ringspaltes
35 so lange zu, bis sich ein Gleichgewichtszustand zwischen den auf den Schwimmer
28 einwirkenden Auftriebskräften und seinem Eigengewicht einstellt. Dies ist dann
der Fall, wenn das Produkt aus der Schwimmerfläche und der Druckdifferenz vor und
hinter dem Schwimmer 28 gleich dem Eigengewicht des Schwimmers 28 wird.
-
Der Zusammenhang zwischen der Schwimmerhöhenlage und der Durchflußmenge
wird durch Eichung bestimmt und die Teilung der Skala den empirisch ermittelten
Werten entsprechend vorgenommen.
-
Der durch den Schwimmer 28 und sein Führungsrohr 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 Meßergebnisses durch die an sich geringe Axinlreibung des Führungsrohres 29
auf dem Spanndraht 23. Das erfindungsgemäß ausgebildete Meßgerät zeichnet sich durch
einen sehr geringen Durchflußwiderstand aus, so daß z. B. eine Messung der Leckgasmenge
aus dem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine 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 Gerätes, so daß ein Beschlagen
der Skala durch Verbrennungsrückstände oder andere mit dem Gasstrom mitgeführte
Verunreinigungen vermieden wird. Einen weiteren Vorzug des Gerätes stellt die Federvorspannung
des Spanndrahtes 23 dar, die auch bei Temperaturschwankungen eine gleichmäßige
Spannung
des Drahtes aufrechterhält. Um auch etwaige Auswirkungen von Temperaturschwankungen
auf das Meßergebnis auszuschließen, sind zweckmäßigerweise der Schwimmer 28 und
das Meßrohr 24 aus demselben Werkstoff herzustellen, so daß durch Wärmedehnungen
bedingte Veränderungen des Ringspaltes 35 vermieden werden.
-
Die erfindungsgemäße 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. Weiter ist es
möglich, das Gerät für mehrere Meßbereiche zu verwenden, was durch Austausch des
Meßrohres 24 sowie der Skalenplattel4 in einfacher Weise vorgenommen werden kann.