DE2442155B2 - Durchflussmesser, insbesondere benzin-durchflussmesser fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Durchflußmesser, insbesondere Benzin-Durchflußmesser für Kraftfahrzeuge, mit einem vom strömenden Medium betätigten Differenzdruckmesser mit zwei durch eine Membran getrennten Druckkammern und einem mit der Membran gekuppelten Metallteil, das bei Druckänderung im Bereich einer in einem Schwingkreis eines Oszillators liegenden Induktivität bewegbar ist und damit in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit M/t die Funktion des Oszillators beeinflußbar ist Ein derartiger Durchflußmesser ist aus der GB-PS12 05 311 bekannt

Hierbei bewirkt die Membran des Differenzdruckmessers über ein Hebelsystem die Verschiebung einer Metallplatte zu einer Induktivität, die Teil eines Oszillatorkreises ist. Der von der Membran wegführende Hebel ist in der einen Wand des Differenzdruckmessers durch einen Faltenbalg schwenkbar gelagert. Eine derartige Lagerung besitzt jedoch keine exakt festgelegte Schwenkachse. Zur Verdeutlichung sei nur darauf hingewiesen, daß sich der Faltenbalg bei verschiedenen Drücken ausdehnt oder zusammenzieht, so daß allein dadurch eine Verlagerung der Schwenkachse auftritt. Abgesehen davon treten immer Reibungskräfte auf, die zwangsläufig zu einer Verminderung der Empfindlichkeit des gesamten Systems führen und damit bei sehr kleinen Durchflußmengen zu hohen Ungenauigkeiten führen muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit möglichst wenig Aufwand eine genügend genaue Durchflußmessung, insbesondere der Durchflußmenge des vom Motor eines Kraftfahrzeugs verbrauchten Benzins vorzunehmen. Dabei soll vor allem auch im unteren Drehzahlbereich des Motors bei sehr geringem Durchfluß eine brauchbare Aussage über den Verbrauch gemacht werden können. Hierdurch soll der Fahrer immer einen Überblick über den momentanen Kraftstoffverbrauch erhalten, damit er seine Fahrweise so einrichten kann, daß er bei den gegebenen Verhältnissen mit möglichst wenig Kraftstoff auskommt. Schließlich soll in Weiterführung der Erfindung auch eine Anzeige in Liter pro 100 Kilometer ermöglicht werden, da diese Anzeige manchem Kraftfahrer mehr zusagt als eine Angabe 4P^r

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Menge pro Zeiteinheit. erzielbaren Anzeigebereich,

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, F i g. 20 eine Schaltung zur Umwandlung der Anzeige

daß das Metallteil im Differenzdruckmesser vorgesehen Menge pro Zeiteinheit in Liter pro Weglänge, z. B. 1 pro

und unmittelbar mit der Membran verbunden ist bzw. 100 km,

diese bildet und daß die Induktivität an einer der 5 Fig.21 ein Schaltglied für die Schaltung nach

Membran gegenüberliegenden Abschlußwand einer Fig.20,

Druckkammer vorgesehen ist Bei der Erfindung sind F i g. 22 die Kennlinie Liter pro Zeiteinheit bzw. (Jose

zur Betätigung des Metallteils keinerlei Übertragung- in Abhängigkeit von der Zeit bei verschiedenen

mittel vorgesehen, so daß eine genauere Anzeige Drehzahlen der Abtriebswelle des Getriebes eines

besonders bei kleineren Durchflußmengen möglich ist 10 Kraftfahrzeugs,

und ein störungsfreier Betrieb gewährleistet ist. F i g. 23 eine Anzeige gemäß F i g. 20 durch Konden-

Beispielsweise können Verunreinigungen in der Flüssig- satorentladung,

keit in einem Faltenbalg Ablagerungen bilden, die die F i g. 24 und 25 eine hierzu geeignete Ausbildung der

Wirkung desselben nachteilig beeinflussen. Derartige Kontaktfläche einer rotierenden Schaltwalze.

Effekte werden durch die Erfindung vermieden. 15 Fig. 26 das zugehörige Mengen pro Zeiteinheit —

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin- Zeit-Diagramm,

dung kann die Oszillatorspannung von einem von der F i g. 27 zeigt eine Schaltung zur Linearisierung der

augenblicklichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs ab- vom Oszillator abgegebenen Spannung mit einer

hängig gesteuerten Schaltglied getaktet werden und die gegenüber der Schaltung nach F i g. 20 verbesserten

getaktete Spannung einem Anzeigeinstrument züge- 20 Ladeschaltung eines Kondensators zur Umwandlung

führt werden. Ein derartig vom Tachoantrieb gesteuer- der Anzeige M/t in eine Anzeige Ml Wegstrecke und

tes Schaltglied /um getakteten Entladen eines Konden- F i g. 28 ein Diagramm der Kurven U_osc= f(M/t) ohne

sators, der bei jedem Membranhub einer Benzinpumpe ' und mit Linearisierung der Oszillatorspannung,

aufgeladen wird, ist bekannt aus der DT-AS 11 72 054. Die F i g. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform

Aus dieser ist es auch bekannt, die getaktete Spannung 25 eines Differenzdruckmessers. Mit 1 ist ein Venturirohr

über ein Integrierglied dem Anzeigeinstrument zuzulei- bezeichnet, von dessen Stauraum 2 eine Druckleitung 3

ten. zu einer Druckkammer 4 einer Membrankammer 5

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung führt.

besteht darin, das Schaltglied zwischen der Tachometer- Von der Engstelle 6 des Venturirohres 1 geht eine

welle und dem Tachometer anzubringen, wie es an sich 30 Unterdruckleitung 7 zur Unterdruckkammer 8 der

aus der US-PS 36 35 079 für einen Taktgeber zur Membrankammer 5.

Abgabe von einem oder mehreren Impulsen pro Die Membran 9 der Membrankammer 5 besteht aus

Umdrehung der Tachometerwelle bekannt ist. Metall oder zumindest im inneren Bereich aus Metall

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele ergeben sich aus und kann zu einer Spule 10 hin bewegt werden. Die

den Patentansprüchen. 35 Spule 10 ist von der Unterdruckkammer 8 durch eine als

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung Abschlußwand der Membrankammer 5 ausgebildete

dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es isolierende Platte 59 getrennt. In der Fig. 1 ist diese

zeigt Spule 10 auf der Seite der Unterdruckkammer 8

F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Differenz- vorgesehen. Diese Ausführung soll nachfolgend als

druckgebers. 40 Fall A, eine ebenfalls denkbare Anordnung auf der Seite

F i g. 2 ein Prinzipschaltbild eines Oszillators mit einer der Druckkammer 4 als Fall B bezeichnet werden. An

Bedämpfung des Schwingkreises, sich sind beide Ausführungsarten gleichwertig, jedoch

F i g. 3 in einem Diagramm die Abhängigkeit der ergeben sich bei einigen Anwendungsfällen im einen

Oszillatorspannung vom Abstand der Membran zur oder anderen Fall gewisse Vorteile.

Induktivität, U_xS = f(s), 45 ^D>e Spule 10 ist in einem Schwingkreis eines

F i g. 4 die Verschiebung des Arbeitspunktes des LC-Oszillators vorgesehen, wie F i g. 2 zeigt. Diese

Oszillatortransistors auf der Kennlinie /„>//= /(Durch- Spule 10 besteht dabei aus zwei miteinander gekoppel-

flußmenge/Zeit) bzw. f(s), ten, ζ. B. neben- oder übereinandergewickelten Indukti-

Fig. 5 bis 8 Beispiele für Kurzschlußwindungen, die vitäten, von denen die eine als Kreisinduktivität 11

gleichzeitig als Rückstellfedern für die Membran 50 einem Schwingkreiskondensator 12 parallel geschaltet

wirken, ist und deren gemeinsamer Hochpunkt z. B. über einen

F i g. 9 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Diffe- Widerstand 60 und eine Diode 61 aa der Basis 13 eines

renzdruckgebers, Transistors 14 liegt Die andere Induktivität badet eine

Fig. 10 bis 13 spezielle Ausbildungen der Kammer- Rückkoppelinduktivität 15, deren eines Ende mit dem

wand der Unterdruckkammer des Druckdifferenzmes- 55 CoUektor 16 und deren anderes Ende, an dem die

sers, Oszillatorspannung abgenommen wird, Ober einen

Fig. 14 eine Grundschaltung zur Anzeige der am Widerstand 62 mit der Basis 13 des Transistors 14 Oszillator anliegenden Spannung als proportionales verbunden ist

Maß für die Durchfhißmenge/Zeit (M/t), Die Betriebsspannung U_B ist fiber einen Widerstand

Fig. 15 ehre Schaltung zur Linearisierung der 60 17 und durch eine Zenerdiode 18 stabilisiert und fiber

Osziilatorspannungskennlinie U_0x= f(M/t) durch einen einen weiteren Widerstand 19 an den Abgriff 20 für tue

Transistor, Oszillatorspannung l/«c gelegt Der Oszillator wird F i g. 16 die Kennfinie U_0x= f(M/t)bzw. I^= /fl/κ}, durch einen Kondensator 21 abgeblockt, so daß keine F i g. 17 eine Schaltung zur Linearisierung mit Hilfe HF-Spannung nach außen gelangen kann, wodurch am

von Dioden, 65 Abgriff 20 ate umgekehrt proportionales MaB fBr den

Fig. 18 die Schatemg gemäß Fig. 17, jedoch mit HF-Schwingstrom eine Gleichspannung zur Verfugung

gedrängtem oberen Anzeigebereich, steht

Fig. 19 einen mit der Schaltung nach Fig. 18 Die Änderung der elektrischen Werte der Krdsm-

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duktivität 11 erfolgt durch eine Kurzschlußwindung 22, die durch die Metallmembran 9 der Membrankammer 5, durch eine Metallscheibe oder einen metallischen Kreisring auf einer elastischen nichtleitenden Membran gebildet sein kann. Bei stärkerer Kopplung der S Kurzschlußwindung 22 an die Kreisinduktivität 11, d. h. bei Annäherung der Membran 9 an die Spule 10, wird letztere bedämpft. Diese Wirkungsweise sei anhand der F i g. 3 erläutert.

Im Fall A, d. h. bei Anordnung der Spule 10 auf der Seite der Unterdruckkammer 8 und daher großem Abstand s zwischen Membran 9 und Spule 10 schwingt bei Ruhelage der Membran 9, also bei schwacher Dämpfung, der Oszillator frei; es stellt sich beispielsweise der Arbeitspunkt Pi ein. Da hierbei der Transistor 14 weit aufgesteuert wird, fließt über den Widerstand 19 sowie über die Collektor-Emitterstrecke des Transistors 14 ein hoher Strom (Fig.4), der am Widerstand 19 einen hohen Spannungsabfall zur Folge hat. Die zwischen Abgriff 20 und Masse abgenommene Oszillatorspannung LW hat daher in diesem Fall ihren kleinsten Wert. Dies zeigt die Fig.3, bei der bei größtem Abstand s der Membran von der Spule 10 die Oszillatorspannung LWein Minimum hat.

Mit kleiner werdendem Abstand s, d. h. zunehmender *5 Durchflußmenge pro Zeiteinheit, wird die Bedämpfung größer, bis die Schwingung schließlich abreißt. Dabei fließt jedoch immer noch ein Reststrom durch die Collektor-Emitterstrecke. Durch die jetzt sehr kleine Aussteuerung des Transistors 14 tritt am Widerstand 19 aufgrund des kleinen Stromes nur ein geringer Spannungsabfall auf, die Oszillatorspannung LW hat jedoch ein Maximum, der Arbeitspunkt liegt jetzt in den F i g. 3 und 4 bei P₂.

Die im Diagramm der F i g. 3 gezeigte Kurve U₀Si = f(s) kann direkt zur Anzeige Durchflußmenge M pro Zeiteinheit '., z. B. angegeben in Liter pro Stunde, verwendet werden. Dabei entspricht der Arbeitspunkt Pi der Strömungsgeschwindigkeit Null und Pi der maximalen Durchflußmenge pro Zeiteinheit. Φ

Im Fall B, also Spule 10 auf der Druckkammerseite 4, beginnt die Anzeige beim Spannungsmaximum und endet etwa bei P\.

Der Kurvenverlauf der Oszillatorspannung (Jose ist weitgehend abhängig von der Charakteristik oer Membran 9. Einer Metallmembran kann zum Beispiel durch bestimmte Formgebung eine bestimmte Federcharakteristik gegeben werden, die eine gewünschte Kurve LW= f(s) gewährleistet Vorteilhaft kann gemäß F i g. 5 eine als Kurzschlußwindung 22 wirkende Metallscheibe 23 an drei oder mehreren radial oder im Winkel bis tangential angeordneten flachen oder gegebenenfalls gewellten Armen 24, die die Rückstellkraft erzeugen, aufgehängt sein, deren Querschnitt zusätzlich entsprechend der gewünschten Charakteri- 5S stik kontinuierlich vergrößert oder verkleinert sein kann. Die Arme 24 sind an einem Einspannring 25 befestigt Zusätzlich zu einer derartigen Metatischeibe 23 ist eine dünne dichtende nichtleitende Membran 26 vorgesehen, wie die F i g. 6 und 7 andeuten, die auf der *> Metallscheibe 23 und deren Armen 24 aufliegt und die die Membrankammer 5 der F i g. 1 in die Druckkammer 4 und die Unterdruckkammer 8 unterteilt

Als besonders zweckmäßig hat sich eine metallische Membran mit zusätzlicher dichtender Membran 26 ⁶S herausgestellt bei der die metallische Scheibe 23 vom Einspannrand 25 durch zwei oder mehrere konzentrisch angeordnete Schlitze 27 in Form von Kreisring-Segmenten getrennt ist, so daß die Verbindung durch radiale Stege 28 und tangentiale ringförmige Streifen 29 erfolgt. Durch entsprechende Querschnitte lassen sich gewünschte Federcharakteristika in weiten Bereichen verwirklichen.

Zur Beeinflussung der Federcharakteristik der Membran 9 bzw. 26 in Verbindung mit der Metallscheibe 23 und den gleichzeitig die Rückstellfeder bildenden Armen 24 und zur Vermeidung einer vorzeitigen Zerstörung derselben durch hohe Druckunterschiede in der Unterdruckkammer 8 und der Druckkammer 4, insbesondere bei häufigem und raschem Wechsel zwischen geringem und hohem Druckunterschied, kann die Unterdruckkammer 8, wie anhand der F i g. 9 bis 13 beispielsweise dargestellt, derart ausgestaltet sein, daß mit zunehmender Auslenkung der Membran vom Einspannrand 25 nach innen sich immer größere Auflageflächen für die federnden Arme 24 bzw. die radialen Stege 28 und tangentialen Streifen 29 ergeben.

Die in den F i g. 9 bis 11 dargestellte Treppenbildung der Gehäusewand der Unterdruckkammer 8 durch im Durchmesser von innen nach außen immer größer werdende scheibenförmige konzentrisch zueinander angeordnete Aussparungen 63, durch die konzentrische Auflageringe 64 gebildet werden, bewirkt daß bei geringer bis mittlerer Auslenkung der Membran 26 die äußeren tangentialen an der Metaljscheibe 23 vorgesehenen Streifen 29 zum Aufliegen kommen (F i g. 10) und somit als Feder unwirksam werden. Bei weiterer Auslenkung (F i g. 11) der Membran 26 legen sich immer mehr tangentiale Streifen 29 auf die konzentrischen Treppen, so daß die Federwirkung immer härter wird. Dies hat den Vorteil, daß die geringe Federkraft zu Beginn der Auslenkung die Messung kleiner Durchflußmengen ermöglicht und bei größeren Durchflußmengen durch ansteigende Federkraft die Membranauslenkung verringert wird, so daß der Teil 23 der Membran praktisch linear im Bereich des magnetischen Feldes der Spule 10 arbeitet.

Außerdem bilden die konzentrischen Auflageringe 64 einen Schutz gegen Deformierung der federnden Teile 24 bzw. 28,29 bei extrem starken Druckunterschieden in beiden Kammern, und es wird ebenfalls verhindert daß sich hierbei die Membran 26 bei Ausbildung derselben aus einer Folie zwischen die Schlitze 27 pressen kann.

Die konzentrische Treppe kann auch durch eine konische, parabelförmige oder andere Kontur ersetzt werden, wie dies in den Fig. 12 und 13 beispielhaft dargestellt ist

Eine Grundschaltung zur Anzeige des Signals zeigt die Fig. 14. Der Signalgeber 30, der den Oszillator gemäß Fig.2 und den Druckmesser enthält und die Oszillatorspannung in Abhängigkeit von der Durchflußmenge pro Zeiteinheit abgibt, liegt in Reihe mit einem Widerstand 31 und bildet einen Brückenzweig, und eir dazu parallelgeschaltfcter Einstellregler 32 bildet den zweiten Brückenzweig. Im Diagonalzweig, also zwischen Verbmdungspunkt 33 von Signalgeber 30 one Widerstand 31 und dem Abgriff 34 eines Einsteilregien 32 liegt die Reihenschaltung eines Meßgerätes 35 one eines Einstellwiderstandes 36. Der Einstellregler 37 dient zum Einstellen des Nullpunktes, also zu Festlegung des Punktes P₁ der Fig.3, FaBA, an Meßgerät 35 und der Einstellwiderstand 36 dient zun Eichen des Meßgerätes, d.h. zur Zuordnung eine! bestimmten DurchfhiBmengen-Wertes zu einem be stimmten Skalenpunkt der Anzeigeskala des Meßgerfi tes.

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Da normalerweise bei Durchflußmengenmessern der vorliegenden Art im Anfangsbereich bei geringer Strömungsgeschwindigkeit die Auslenkung der Membran sehr klein und die Zunahme der Auslenkung nicht linear sondern weniger als proportional zunimmt und erst bei höherer Geschwindigkeit in eine annähernd lineare Auslenkung übergeht (vgl. Fig. 16), besteht vor allem bei der Verwendung in der Kraftfahrzeugtechnik das Bedürfnis, den Anfangsbereich zu Iinearisieren, d. h. nach niedrigeren Werten zu strecken.

Dies kann gemäß Fig. 15 durch Verwendung eines Transistors erreicht werden. Das vom Signalgeber 30 abgegebene Signal, nämlich die Oszillatorspannung U_0Sc ist zwischen den Pluspol einer Betriebsspannung und über einen Widerstand 37 nach Masse geschaltet. Der Verbindungspunkt der beiden ist mit der Basis eines npn-Transistors 38 verbunden, dessen Collektor über einen Widerstand 39 am Pluspol liegt und dessen Emitter über einen Widerstand 40 nach Masse geschaltet ist, wobei der Widerstandswert des ersteren, 39, größer ist als derjenige des letzteren, 40. Das Meßinstrument 35 liegt zwischen Collektor und Masse. Bei Verwendung eines pnp-Transistors sind die Anschlüsse des Signalgebers 30 sowie Pluspol und Masse entsprechend zu vertauschen.

Die Wirkungsweise ist folgende:

Der Betriebsbereich im Kurvenverlauf M/t=f(U_oic) soll dem der Fig. 16 zwischen Pi und P2 entsprechen. Dazu ist in Fig. 16 die Transistorkennlinie lcoii=f(UBE) gestrichelt dargestellt, die im vorliegenden Fall von P\ nach Pi durchfahren wird. Bei geringer Strömungsgeschwindigkeit, also im Bereich von Pi ist die Oszillatorspannung ein Minimum, die Basis wird nach Plus hochgezogen, der Transistor 38 läßt einen großen Collektorstrom /«,//fließen entsprechend dem momentanen Arbeitspunkt, z. B. Pi, und das Meßinstrument 35 zeigt nur den geringen Spannungsabfall zwischen Masse und Collektor an, da der Widerstand 40 klein ist. Mit zunehmender Oszillatorspannung, d. h. entsprechend größerer Menge pro Zeiteinheit, verschiebt sich der Arbeitspunkt des Transistors 38 nach Pi. Da die Transistorkennlinie in ihrem gekrümmten Teil ausgenutzt wird, kann damit die gegenläufige Kennlinie M/t=f(U_Osc) linearisiert werden, so daß z. B. von einem bestimmten Ansprechwert ab eine lineare Skalenteilung möglich ist

Eine in gleicher Weise wirkende Linearisierungsschaltung zeigt die F i g. 17, wobei jedoch zur Linearisierung die Kennlinie einer oder mehrerer in Reihe liegender Dioden 41 ausgenutzt wird. Die Diode bzw. Dioden 41 liegen in Durchlaßrichtung in Reihe zum Widerstand 40 und anstelle eines npn-Transistors ist ein pnp-Transistor 42 verwendet dessen Arbeitspunkt durch einen Einstellregler 43 festgelegt werden kann. Der Collektor liegt dementsprechend über den Widerstand 40 und die Dioden 41 an Masse und der Emitter über den Widerstand 39 und 43 am PluspoL Das Meßinstrument 35 liegt über einen Widerstand 44 am Collektor.

Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist folgende:

Bei geringer Durchflußmenge pro Zeiteinheit liegt eine kleine Spannung an der Basis, der Einstellregier 43 ist so eingestellt, daß ab einer bestimmten Durchflußmenge der Transistor 42 einen geringen Strom zieht Dabei sperren die Dioden 41 noch, wobei der Spannungsabfall an diesen und dem Widerstand 40 relativ hoch ist so daß schon bei sehr geringer Durchflußmenge eine gute Anzeige möglich ist

Mit steigender Durchflußmenge und damit zunehmender Oszillatorspannung wird der Transistor 42 immer weiter aufgesteuert und ab einem bestimmten Spannungsabfall zwischen Collektor und Masse kommen die Dioden 41 in den Durchlaßbereich, so daß eine Verringerung der Anzeigespannung auftritt. Wie ersichtlich, tritt hierdurch eine Linearisierung im Anfangsbereich (Bereich Pi ,.F ig. 16) ein.

Die Schaltung gemäß Fig. 17 kann auch zweckmäßigerweise so abgewandelt bzw. erweitert werden, daß im oberen Anzeigebereich, also bei Personen-Kraftfahrzeugen z. B. ab 20 Liter pro Stunde, die Anzeige gerafft, d. h. die Skala zusammengedrückt wird.
Dies kann, wie die Fig. 18 zeigt, durch eine den

Dioden 41 parallelgeschaltete Zenerdiode 45 erreicht werden, der gegebenenfalls Widerstände 65, 66 vorgeschaltet sind, an deren Verbindungspunkt das Meßinstrument 35 angeschlossen ist. Die Zenerdiode 45 ist so gewählt, daß sie erst beim Überschreiten einer bestimmten Durchflußmenge bzw. Oszillatorspannung leitend wird und dadurch den Anzeigebereich des Meßinstrumentes 35 nach oben immer mehr zusammendrückt. Eine so erhaltene Skala zeigt die F i g. 19.
Eine Umwandlung des Signals Menge pro Zeiteinheit

in Menge pro Wegstrecke kann gemäß F i g. 20 durch ein dem Signalgeber 30 bzw. einem nachgeschalteten Lineansierungsglied 46 folgendes Integrierglied 47 erfolgen, das aus einem Reihenwiderstand 48 und einem nach Masse geschalteten Kondensator 49 besteht, sowie durch ein von der Drehzahl der Abtriebswelle des Getriebes (Tachowelle T) gesteuertes Schaltglied 50, das dem Kondensator 49 parallel geschaltet ist. Dieser Schalter 50 kann z. B. zweckmäßig gemäß Fig.21 aus einer von der Tachowelle 51 angetriebenen, als

Schaltwalze 52 dienenden Isolierstoffwalze bestehen, die an zwei einander gegenüberliegenden Seiten der zylindrischen Oberfläche Kontaktsegmente 53 aufweist, die jeweils zwei Kontakte x, y kurzschließen können. Gegebenenfalls, besonders bei höher drehenden Tachowellen, kann es zweckmäßig sein, nur ein Kontaktsegment 53 vorzusehen oder besonders bei Tachowellen mit niedriger Drehzahl können auch mehr als zwei Verwendung finden. Die Kontaktabnahme kann an der Mantelfläche und/oder an der Stirnfläche(n) der

Schahwa ze 52 vorgenommen werden. Anstelle einer bcnaltwalze kann auch eine Schaltscheibe vorgesehen sein. ⁶

Die Wirkungsweise dieser Schaltung und Schaltvorrichtung ist folgende:

Bei einer bestimmten Durchflußmenge, z.B. 10l/h. entsprechend einer Oszillatorspannung des Signalgebers 30 von z. B. U₁, wird der Kondensator 49 für die Öffnungszeit i, des Schalters 50 nach einer e-Funktion über den Widerstand 48 geladen (F i g. 22) und über das

Meßgerat 35 und den Vorwiderstand die Spannung am Kondensator 49 angezeigt Während der Schließzeit fe wd der Kondensator 49 kurzgeschlossen und auf Nuupoter.! dl gebracht Die im Kondensator 49 in einer bestimmter Zeiteinheit gespeicherte Energie ist also einerseits abhängig von der Durchfloßmenge pro Zeiteinheit und außerdem von der Winkelgeschwindigkeit Ω mit der der Schalter 50 durch die Tachowefle 51 geflossen und geöffnet wird. Da diese Wmkelge-Sü? ^g u * T ^{der Fahr}zeaggeschwindigfceit ab-ÄEl"?"^ £* ⁸^*⁹" Dnrchflußmen^ aber höherer Geschwmdigkeii ein geringerer Energieinhalt und damit eine geringere Anzeige des Meemstramentes 35. das den jeweiligen Mittelwert der ZeitintegraJknrve

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anzeigt. Durch entsprechende Eichung der Instrumentenskala kann daher mit wenig Aufwand eine Anzeige in z.B. Liter/100 km vorgenommen werden. Die Fig. 22 zeigt zwei Vorgänge, nämlich einmal bei hoher Durchflußmenge pro Zeiteinheit z. B. 20 l/h (2 U\) und geringerer Geschwindigkeit Ω] und einmal bei halber Durchflußmenge/Zeit, z.B. 10l/h (Ui) und nahezu doppelter Geschwindigkeit Si₂. Zur Beruhigung des Zeigers des Meßinstrumentes 35 kann diesem ein Kondensator 54 parallel geschaltet werden. ro

Eine weitere zweckmäßige Schaltung und Vorrichtung zur Umwandlung des M/f-Wertes in einen M/Weg-Wert zeigen die Fig.23 bis 26. Hierbei wird über einen Umschalter 55 mit den Kontakten a, b, cder Kondensator 49 während der Zeit fi geladen (Stellung a), während einer kurzen Zeitspanne t₂ über das Meßinstrument 35 entladen (Stellung ~ät>) und anschließend nach kurzer Zeit h innerhalb der Zeitdauer ti voll entladen (Stellung Hc).

Die F i g. 24 zeigt eine hierfür geeignete Isolierstoffwalze oder -scheibe 52, die zwischen Tachowelle 51 und Tachometer eines Kraftfahrzeugs einsetzbar ist und sich dadurch mit der Drehzahl der Tachowelle 51 dreht. Auf der Walzenoberfläche (Mantel- und/oder Stirnfläche) ist eine Kontaktfläche vorgesehen, die in der Mitte einen durchgehenden Ring bildet, der dem Kontakt a des Schalters 66 entspricht. An diesem ist nach rechts ein schmaler Kontaktstreifen 57, der an den Kontakt b führt, und nach links ein breiterer Kontaktstreifen 58, der an den Kontakt c führt, angebracht. Die Abwicklung der Kontaktfläche 56 ist in Fig.25 dargestellt. Die in F i g. 26 schraffierte Fläche zeigt den an das Meßinstrument 35 und den diesem gegebenenfalls parallelgeschalteten Kondensator 54 abgegebenen Energieinhalt für eine bestimmte Durchflußmenge und Drehzahl Ω der Isolierstoffwalze, die ein proportionales Maß der momentanen Geschwindigkeit des Fahrzeugs darstellt.

Wie bereits bei der Beschreibung der Fig.20 erwähnt, ist dem Signalgeber 30 zwecks Erzielung eines linearen Spannungsverlaufs Uosc^ffM/t) in einem möglichst großen Bereich eine Linearisierungsschaltung 46 nachgeschaltet. Dies ist die Voraussetzung für eine genaue Anzeige in Liter/Wegeinheit, zweckmäßig Liter/100 km, da die vom Durchflußmesser erhaltene Kennlinie nicht linear verläuft Eine solche Linearisierungsschaltung 46 zeigt die F i g. 27.

Die vom Signalgeber 30 angebotene Spannung ί/_ΟΑ· wird mit zwei Transistorstufen Tr verstärkt, wobei innerhalb jeder Verstärkerstufe Tr der Einsatz der Gegenkopplungen mit Hilfe der Einstellregler VR und der Dioden D auf einen beliebigen Wert festgelegt werden kann. Diese Gegenkopplungen sprechen aiso bei bestimmten Geberspannungen an, d. h. die Verstärkung der einzelnen Transistorstufen Tr kann je nach Höhe der Eingangsspannung auf feste Werte justiert werden. Die F i g. 28 zeigt die Oszillatorspannung des Signalgebers 30U_OSc=f(M/t) ohne Linearisierung anhand der Kurve I und mit Linearisierung anhand der Kurve II.

Zur Weiterverarbeitung des nun linearisierten Spannungsverlaufs der vom Signalgeber 30 abgegebenen Spannung in eine Anzeige Liter/100 km dient das gegenüber der Fig.20 erweiterte Integrationsglied 47 der Schaltung gemäß F i g. 27, dessen Kondensator 49 hierzu je nach augenblicklicher Geschwindigkeit und dieser entsprechenden Winkelgeschwindigkeit Ω der Tachowelle 51 schnell oder langsam aufgeladen bzw. entladen wird.

Der Lade- und Entladevorgang von Kondensatoren verläuft bekanntlich nach einer e-Funktion. Da dies einen Fehler in der Anzeige zur Folge hätte, wird der Kondensator 49 unter Vorschaltung einer vorzugsweise regelbaren Konstantstromquelle 67 aufgeladen, wodurch der Anstieg der Aufladung einen linearen Verlaui erhält.

Auf diese Weise erhält man aiso entsprechend der momentanen Geschwindigkeit durch lineare Aufladung bzw. Entladung, deren Größe von der Drehzahl Ω des mit der Tachowelle verbundenen rotierenden Schalters 50 bzw. 55 abhängt, ein Maß für den Verbrauch pro 100 km bzw. pro einer anderen Wegstrecke. Entladen wird der Kondensator 49 über einen Schutzwiderstand 68 und z. B. den oben beschriebenen Schalter 50, der proportional zur augenblicklichen Geschwindigkeit in kurzen bzw. langen Zeitabständen öffnet und schließt Die Höhe der Spannung, auf die der Kondensator 49 aufgeladen wird, ist somit ein Maß für die Anzeige Liter/100 km. Diese wird dem Meßgerät 35 über einen Vorwiderstand 44 zugeführt Zur Beruhigung der durch den Schalter 50 pulsierenden Anzeige dient der parallelgeschaltete Kondensator 54.

Die Wirkungsweise entspricht derjenigen, wie sie anhand der F i g. 20 bis 26 erläutert ist.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (37)

Patentansprüche:

1. Durchflußmesser, insbesondere Benzin-Durchflußmesser für Kraftfahrzeuge, mit einem vom strömenden Medium betätigten Differenzdruckmesser mit zwei durch eine Membran getrennten Druckkammern und einem mit der Membran gekuppelten Metallteil, das bei Druckänderung im Bereich einer in einem Schwingkreis eires Oszillators liegenden Induktivität bewegbar ist und damit in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit M/t die Funktion des Oszillators beeinflußbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallteil (9; 23) im Differenzdruckiwsser (5) vorgesehen und unmittelbar mit der Membran (9) verbunden ist bzw. diese bildet und daß die Induktivität (10; 11,15) an einer der Membran (9) gegenüberliegenden Abschlußwand einer Druckkammer (4, 8) vorgesehen ist(Fig. Iund9—11).

2. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallteil (9; 23) über die Induktivität (10; 11, 15) den Oszillator bedämpft (Fig. 1,2).

3. Durchflußmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Oszillator ein LC-Oszillator verwendet wird.

4. Durchflußmesser nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Oszillator als Signalgeber (30) und einem Anzeigeinstrument (35) eine Linearisierungsschaltung (46) zur Linearisierung der Kurve M/t — f(U_0SC) vorgesehen ist (F i g. 20,27).

5. Durchflußmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Linearisierung die Kennlinie eines Transistors (38) ausgenutzt ist (F i g. 15).

6. Durchflußmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Linearisierung die Kennlinie wenigstens einer Diode (41) ausgenutzt ist (Fig. 17).

7. Durchflußmesser nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Signalgeber (30) und Anzeigeinstrument (35) ein gegengekoppelter Transistorverstärker vorgesehen ist

8. Durchflußmesser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkopplungen) einstellbar ist bzw. sind.

9. Durchflußmesser nach zumindest einem der so Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Anzeigeinstrument (35) unmittelbar oder mittelbar eine Zenerdiode (45) parallelgeschaltet ist, die derart bemessen ist, daß sie bei großen Durchflußmengen den Anzeigebereich zusammendrängt (F i g. 18).

10. Durchflußmesser nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des spezifischen Benzin-Verbrauchs eines Kraftfahrzeugs die Oszillatorspannung durch ein in an sich bekannter Weise von der momentanen Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängig gesteuertes Schaltglied (50; 55) getaktet wird und die getaktete Spannung dem Anzeigeinstrument (35) zugeführt wird (F i g. 20,23).

11. Durchflußmesser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatorspannung einem Integrierglied (47) in an sich bekannter Weise zugeführt und die so gewonnene Spannung getaktet wird (F i 2.27).

12 Durchflußmesser nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Integrierglied einen Kondensator enthält und zwecks linearer Aufladung desselben diesem eine Konstantstromquelle (67) vorgeschaltet ist

13. Durchflußmesser nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet daß die Konstaatstromquelle (67) regelbar ist

14. Durchflußmesser nach zumindest einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung getaktet nach Masse kurzgeschlossen wird.

15. Durchflußmesser nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltglied (50; 55) in an sich bekannter Weise an die Tachometerwelle (51) eines Fahrzeugs angeschlossen kt (f i g. 24).

16. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltglied (50; 55) aus einer Schaltwalze (52) oder Schaltscheibe besteht (F i g. 21,24).

17. Durchflußmesser nach zumindest einem der Anspräche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltglied (50; 55) in an sich bekannter Weise zwischen Tachometerwelle (51) und Tachometer einsetzbar ist

18. Durchflußmesser nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltwalze (52) oder Schaltscheibe wenigstens ein Kontaktsegment (53) aufweist das bzw. die als Kontaktbrücke für zwei feststehende Schaltkontakte (x, y) dient bzw. dienen (F ig. 21).

19. Durchflußmesser nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltglied (55) eine ringförmige Kontaktbrücke (56) mit auf jeder Seite mindestens je einem seitlich überstehenden, jeweils paarweise einander zugeordneten und in der Abwicklung gegeneinander versetzten, sich nicht überlappenden Kontaktstreifen (57,58) aufweist und im Bereich der ringförmigen Kontaktfkäche (56) und der Umlaufbahnen der Kontaktstreifen (57,58) je ein feststehender auf diesem schleifender Schaltkontakt (a, b, ^vorgesehen ist (F i g. 24).

20. Durchflußmesser nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Kontaktstreifen (57) derart ausgebildet ist, daß dessen Kontaktzeit (h) mit dem zugeordneten Schaltkontakt (b) wesentlich kürzer ist als die Kontaktzeit (U) des anderen Kontaktstreifens (58) mit dem ihm zugeordneten Schaltkontakt (c).

21. Durchflußmesser nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß Kontaktfläche (56) und Kontaktstreifen (57,58) derart angeordnet sind, daß bei angetriebenem Schaltglied (55) zuerst der Kontaktstreifen (57) mit der kürzeren Kontaktzeit (t₂) mit dem Schaltkontakt (b) zusammenwirken kann und der Abstand zwischen diesem Kontaktstreifen (57) und dem anderen Kontaktstreifen (58) kleiner ist als derjenige zwischen letzterem und dem ersteren.

22. DurchfluDmesser nach zumindest einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Kontaktfläche (56) zusammenwirkende Schaltkotitakt (a) mit dem Integrierglied (47 bzw. Kondensator 49), der mit dem die kürzere Kontaktzeit (h) bewirkenden Kontaktstreifen (57) zusammenwirkende Schaltkontakt (b) mit dem Meßgerät (35) und der mit dem die längere Kontaktzeit (U)

)ewirkenden Kontaktstreifen (58) zusammenwircende Schaltkontakt (c) mit Masse verbunden ist Tig. 24).

23. Durchflußmesser nach zumindest einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß s die Schaltkontakte (x, y; a, b, c) die entsprechenden Gegenkontakte (53; 56,57,58) auf der Mantelfläche und/oder der Stirnfläche des Schaltgliedes (52) kontaktieren.

24. üurchflußmesser nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltglied (50,55) in an sich bekannter Weise auf einer Seite zentrisch zur Drehachse eine Bohrung (Innenvierkant 69) zur verdrehungssicheren Aufnahme der Tachowelle (51) und auf der gegenüberliegenden Seite einen Stift (Vierkantstift 70) zum verdrehungssicheren Einstecken in den Tachometer aufweist

25. Durchfiußmesser nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltglied (50; 55) mit den Schaltkontakten (x,

y; a, b, c) in an sich bekannter Weise als zwischen Tachowelle (51) und Tachometer einsetzbare, insbesondere mit diesen verschraubbare Einheit ausgebildet ist.

26. Durchflußmesser nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß an der Seite der Membrankammer (5) an der die Spule (10) angeordnet ist, diese durch eine zumindest zwischen Spule (10) und Metallscheibe (23) wirksame isolierende Platte (59) abgeschlossen ist (F i g. 9— 11).

27. Durchflußmesser nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (9) aus elektrisch isolierendem Material mit einer im Zentrum vorgesehenen Metallscheibe (23) besteht.

28. Durchflußmesser nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallscheibe (23) mit federnden, nach außen gerichteten Armen (24) oder Stegen (28) versehen ist (F i g. 5— 11).

29. Durchflußmesser nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (24) oder Stege (28) mit einem Einspannrand (25) verbunden sind.

30. Durchflußmesser nach Ansprjch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (24) oder Stege (28) gewellt sind.

31. Durchflußmesser nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallscheibe (23), die Arme (24) bzw. Stege (28) und der Einspannring (25) einstückig ausgebildet sind und auf der Druckseite von einer dichtenden Membran (26) bedeckt sind.

32. Durchflußmesser nach zumindest einem der Ansprüche 28 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallscheibe (23) und die Stege (28) durch im Abstand voneinander angeordnete sektorförmige, einen Ring bildende Schlitze (27) einer Metallplatte gebildet sind (F i g. 8).

33. Durchflußmesser nach Anspruch 32, dadurch c.i gekennzeichnet, daß die Schlitze (27) mehrere konzentrische Ringe bilden und die Schlitze (27) derart angebracht sind, daß die die Ringe verschiedenen Durchmessers verbindenden Stege (28) von einem Ring zum nächsten gegeneinander versetzt sind.

34. Durchflußmesser nach zumindest einem der AnsDrüche 26 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die der Membran (9; 23) gegenüberliegende Wand der Unterdruckkammer (8) derart ausgebildet ist, daß mit zunehmender Auslenkung der Membran (9; 23) diese und/oder deren Stege (28) oder Arme (24) von außen nach innen mit immer größer werdender Fläche auf der Wand aufliegt bzw. aufliegen (Fig. 10,11).

35. Durchflußmesser nach Acspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterdruckkammer (8) die Form eines Kegelstumpfes aufweist, auf dessen großer Fläche die Membran (9; 23) vorgesehen ist (F ig. 12).

36. Durchflußmesser nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche des Kegelstumpfes konkav oder konvex gewölbt ist (F i g. 13).

37. Durchflußmesser nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche des Kegelstumpfes stufenförmig abgesetzt ist und konzentrische Auflageringe (64) für die Membran (9; 23) und/oder deren Arme (24) oder Stege (28) bildet (F ig. 9-11).