AT527832B1

AT527832B1 - System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen

Info

Publication number: AT527832B1
Application number: ATA50307/2024A
Authority: AT
Inventors: Köck BSc Oliver; Karanovic Dipl -Ing Stefan; Buchner Dipl Ing Michael; Klug Dipl -Ing Dr Mba Andreas
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2024-04-11
Filing date: 2024-04-11
Publication date: 2025-07-15
Also published as: WO2025213206A1; AT527832A4

Abstract

Es sind Systeme zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen bekannt, die einen rotatorischen Verdränger (18), der in einer Gasleitung (10) zwischen einem Einlass (12) und einem Auslass (14) angeordnet ist, einen translatorischen Druckdifferenzaufnehmer (26), der in einer den rotatorischen Verdränger (18) umgehenden Bypassleitung (16) angeordnet ist, und welcher einen in einer Messkammer (28) translatorisch bewegbaren Verschiebekörper (30) aufweist, eine die Auslenkung des Verschiebekörpers (30) in der Messkammer (28) aufnehmende Erfassungseinrichtung (32), welche mit einer Steuer- und Auswerteeinheit (24) verbunden ist, und einen Antriebsmotor (20), über den der rotatorische Verdränger (18) über die Steuer- und Auswerteeinheit (24) geregelt in Abhängigkeit der Messwerte der Erfassungseinrichtung (32) angetrieben ist, aufweisen. Um diese Systeme auch zur Messung von Gasen nutzen zu können, wird vorgeschlagen, dass der Verschiebekörper (30) ein Körperteil (42) aufweist, welches aus einem diamagnetischen Material hergestellt ist und mit einem in der Messkammer (28) durch Magneten (40) erzeugten magnetischen Feld zusammenwirkt, welches in einer Breitenrichtung (Y), welche senkrecht zur Verschieberichtung (X) des Verschiebekörpers (30) und senkrecht zur Gravitationskraft (Z) gerichtet ist, eine wechselnde Polung aufweist und in Verschieberichtung (X) eine gleichbleibende Polung aufweist.

Description

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Beschreibung

SYSTEM ZUR MESSUNG VON ZEITLICH AUFGELÖSTEN DURCHFLUSSVORGÄNGEN VON GASEN

[0001] Die Erfindung betrifft ein System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen, welches einen rotatorischen Verdränger, der in einer Gasleitung zwischen einem Einlass und einem Auslass angeordnet ist, einen translatorischen Druckdifferenzaufnehmer, der in einer den rotatorischen Verdränger umgehenden Bypassleitung angeordnet ist, und welcher einen in einer Messkammer translatorisch bewegbaren Verschiebekörper aufweist, eine die Auslenkung des Verschiebekörpers in der Messkammer aufnehmende Erfassungseinrichtung, welche mit einer Steuer- und Auswerteeinheit verbunden ist, und einen Antriebsmotor, über den der rotatorische Verdränger über die Steuer- und Auswerteeinheit geregelt in Abhängigkeit der Messwerte der Erfassungseinrichtung angetrieben ist, aufweist.

[0002] Derartige Systeme sind seit vielen Jahren zur Mengenmessung von Flüssigkeiten bekannt und werden beispielsweise zur Einspritzmengenmessung bei Verbrennungsmotoren verwendet. So wird beispielsweise in der DE 1 798 080 ein elektronisch gesteuertes Durchflussmessgerät mit einem Einlass und einem Auslass beschrieben, zwischen denen ein rotatorischer Verdränger in Form einer Zahnradpumpe sowie in einer zum Verdränger parallelen Leitung ein Kolben in einer Messkammer angeordnet ist. Zur Bestimmung der Durchflussmenge wird die Auslenkung des Kolbens in der Messkammer mittels eines optischen Sensors gemessen. Die Drehzahl der Zahnradpumpe wird aufgrund dieses Signals über eine Auswerte- und Steuer- und Auswerteeinheit stetig nachgeregelt, und zwar derart, dass der Kolben möglichst immer in seine Ausgangsposition zurückgeführt wird, so dass in der Umgehungsleitung lediglich kleine Strömungen entstehen. Aus der über einen Sensor gemessenen Anzahl der Umdrehungen oder Teilumdrehungen der Zahnradpumpe sowie dem bekannten Fördervolumen der Zahnradpumpe bei einer Umdrehung wird so der Durchfluss innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls berechnet.

[0003] Ein derartig aufgebautes Durchflussmengenmessgerät wird auch in der DE 103 31 228 B3 beschrieben. Zur Bestimmung der genauen Einspritzmengenverläufe wird die Zahnradpumpe vor Beginn der Einspritzung jeweils auf eine konstante Drehzahl eingestellt, so dass anschließend die Bewegung des Kolbens gemessen wird und zur Bestimmung der Einspritzverläufe genutzt wird.

[0004] Dieses Messprinzip hat sich aufgrund seiner sehr hohen Genauigkeit bei gleichzeitig sehr genauer zeitlicher Auflösung für die Messung von Flüssigkeiten etabliert.

[0005] Es besteht jedoch das Problem, dass eine Übertragung für die Messung von Gasen nicht möglich ist, da keine Materialien zur Herstellung des Kolbens existieren, die diesen in einem Gas schweben lassen, wie dies für Kolben mit einer gleichen Dichte wie die umgebende Flüssigkeit möglich ist. Dies ist jedoch notwendig, da eine Berührung des Kolbens an den Innenwänden der Messkammer, welche aufgrund der wirkenden Gravitationskraft für einen Körper mit höherer Dichte in einem Gas nicht zu vermeiden ist, zu Reibungsverlusten führt, welche das Messergebnis erheblich verfälschen würden.

[0006] Es stellt sich daher die Aufgabe, ein System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen zu schaffen, bei dem das etablierte Messprinzip auch zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen, wie beispielsweise Wasserstoff oder Sauerstoff für Brennstoffzellenanwendungen genutzt werden kann.

[0007] Diese Aufgabe wird durch ein System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

[0008] Das erfindungsgemäße System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen weist einen rotatorischen Verdränger auf, der in einer Gasleitung zwischen einem Einlass und einem Auslass angeordnet ist. Die Gasleitung bildet dabei die Leitung in der das Messgas strömt beziehungsweise gefördert wird. Der rotatorische Verdränger ist eine rotatorisch

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arbeitende angetriebene Fördereinheit, wie eine Pumpe oder ein Verdichter, die geeignet ist, Gas in der Leitung zu fördern. Des Weiteren weist das System einen translatorischen Druckdifferenzaufnehmer auf, der in einer den rotatorischen Verdränger umgehenden Bypassleitung angeordnet ist. Diese zweigt entsprechend von der Gasleitung zwischen dem Einlass und dem rotatorischen Verdränger ab und mündet wieder in der Gasleitung zwischen dem rotatorischen Verdränger und dem Auslass. Der translatorische Druckdifferenzaufnehmer weist eine Messkammer auf, in der ein translatorisch bewegbarer Verschiebekörper angeordnet ist. Dieser kann als eine Art Kolben ausgebildet sein, wobei seine Form an die Form der Messkammer angepasst sein muss, und zwar derart, dass lediglich ein geringer Spalt zwischen den Innenwänden der Messkammer und den Außenwänden des Verschiebekörpers vorhanden ist. Dies ist erforderlich, um sicherzustellen, dass eine zwischen den Enden der Messkammer vorhandene Druckdifferenz vollständig auf den Verschiebekörper wirkt und nicht zu einer Strömung entlang des Verschiebekörpers führt. Des Weiteren ist eine die Auslenkung des Verschiebekörpers in der Messkammer aufnehmende Erfassungseinrichtung vorgesehen, welche mit einer Steuer- und Auswerteeinheit verbunden ist. Die Erfassungsvorrichtung muss geeignet sein, einen Weg des Verschiebekörpers, den dieser in der Messkammer zurücklegt möglichst synchron und genau zu messen. Die Ergebnisse dieser Messung werden an die Steuer- und Auswerteeinheit übermittelt, die auch mit einem Antriebsmotor verbunden ist, über den der rotatorische Verdränger angetrieben wird. Die Steuer- und Auswerteeinheit regelt den Antriebsmotor und damit den rotatorischen Verdränger in Abhängigkeit der Messwerte der Erfassungseinrichtung, und zwar derart, dass die am Verschiebekörper anliegende Druckdifferenz gleich 0 ist und somit der Verschiebekörper weitestgehend an einer definierten Position in der Messkammer verbleibt beziehungsweise bei einer Durchflussmessung kurzfristig an diese Position zurückverschoben wird. Da jede Drehung des Antriebsmotors und damit des rotatorischen Verdrängers einem definierten Volumenstrom zuzuordnen ist, wird die Drehzahl des Antriebsmotors über einen Sensor, wie einen Encoder überwacht und entsprechend aus der Drehzahl der Volumenstrom berechnet. Zusätzlich kann zur zeitlichen Auflösung von Durchströmungsvorgängen auch die Verschiebung des Verschiebekörpers neben der Regelung des rotatorischen Verdrängers auch zur Volumenstrombestimmung benutzt werden.

[0009] Um dieses System nun auch für Gase nutzen zu können, weist der Verschiebekörper ein Körperteil auf, welches aus einem diamagnetischen Material hergestellt ist und mit einem in der Messkammer durch Magneten erzeugten magnetischen Feld zusammenwirkt, welches in einer Breitenrichtung, welche senkrecht zur Verschieberichtung des Verschiebekörpers und senkrecht zur Gravitationskraft gerichtet ist, eine wechselnde Polung aufweist und in Verschieberichtung eine gleichbleibende Polung aufweist.

[0010] Die Magnete können als Permanentmagneten oder Elektromagneten mit aktiver Rückkopplungsschaltung ausgeführt sein. Als diamagnetisch wird ein Körper bezeichnet, der eine magnetische Suszeptibilität von kleiner 0 beziehungsweise eine relative Permeakbilität von kleiner als 1 aufweist. Ein solches Material wird durch das inhomogene Magnetfeld der wechselnden Pole zum Schweben gebracht. Dies wird als diamagnetische Levitation bezeichnet. Nach Anlegen des magnetischen Feldes werden in einen diamagnetischen Stoff Dipole induziert, welche nach der Lenzschen Regel dem erzeugenden Magnetfeld entgegengerichtet sind und somit abgestoßen werden, wodurch das Körperteil und mit ihm der Verschiebekörper zum Schweben gebracht werden, wenn diese auf das Körperteil wirkende Abstoßungskraft der Gravitationskraft entgegengerichtet ist. Durch das in Bewegungsrichtung möglichst homogene Feld werden in dieser Richtung wirkende Potentialtäler vermieden, die dazu führen würden, dass eine Kraft in Verschieberichtung auf das diamagnetische Körperteil des Verschiebekörpers wirken würde. Somit wird es möglich, den Verschiebekörper in einem festen Abstand zu den Magneten schweben zu lassen und entsprechend berührungsfrei in der Messkammer zu verschieben. Somit ist es möglich, das Messprinzip auch für Gase zu nutzen, deren Volumenströme entsprechend hochgenau und zeitlich aufgelöst gemessen werden können.

[0011] Vorzugsweise bildet das diamagnetische Körperteil eine Oberfläche des Verschiebekörpers, die zu den Magneten gerichtet ist. Da die auf das diamagnetische Körperteil entgegen der Gravitation wirkende Kraft durch das Magnetfeld sehr stark vom Abstand zu den Magneten ab-

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hängt, kann auf diese Weise der Verschiebekörper leichter zum Schweben gebracht werden, auch wenn dieser eine etwas höhere Dichte aufweist.

[0012] In einer bevorzugten Ausführungsform ist das diamagnetische Körperteil aus einem pyroIytischen Graphit, insbesondere einem hochorientierten pyrolytischen Graphit hergestellt. Graphit hat einen starken Diamagnetismus, welcher beim pyrolytischen Graphit noch einmal verstärkt ist, da die Graphitmoleküle geschichtet sind, wodurch der Diamagnetismus senkrecht zu den Schichten deutlich höher ist als parallel hierzu. Entsprechend besteht eine besonders starke AbstoBungskraft.

[0013] Vorzugsweise sind in Breitenrichtung der Messkammer betrachtet zumindest zwei Magnete entgegengesetzter Polung nebeneinander angeordnet, welche das Magnetfeld erzeugen. Die Anzahl von zwei Magneten entgegengesetzter Polung bilden die minimale Einheit zur Erzeugung eines inhomogenen Magnetfeldes, welches geeignet ist, eine Levitation zu erzeugen.

[0014] Besonders vorteilhaft ist es, wenn in Breitenrichtung der Messkammer betrachtet, zumindest vier Magnete nebeneinander angeordnet sind, wobei jeder Magnet eine zum benachbarten Magneten entgegengesetzte Polung aufweist und das diamagnetische Körperteil durch eine Platte gebildet ist, die sich parallel zu den Magneten erstreckt, wobei die auf die Platte wirkende Abstoßungskraft entgegengesetzt zur Gravitationskraft wirkt. Die Anzahl der nebeneinander angeordneten Magnete kann in Abhängigkeit der Breite des Verschiebekörpers gewählt werden. Bevorzugte Breiten der Magnete liegen dabei zwischen 5 und 20 mm. Durch die Verwendung von zumindest vier Magneten wird eine größere Inhomogenität des Magnetfeldes über die Breite der Messkammer erzeugt, die zu einer höheren AbstoßRungskraft führt.

[0015] In Breitenrichtung betrachtet ist die Erstreckung der diamagnetischen Platte geringfügig kleiner als die Gesamterstreckung aller nebeneinanderliegender Magnete. Dies hat zur Folge, dass die diamagnetische Platte und mit ihr der Verschiebekörper über den Magneten zentriert wird, da er sich in einem Feld möglichst geringen Potentials aufhält. Diese Zentrierung wird besonders stark, wenn die seitlich begrenzenden Magneten mit etwa der Hälfte ihrer Breite über die diamagnetische Platte hinausragen. Entsprechend kann auf diese Weise auch eine seitliche Verschiebung oder ein Verkippen des Körperteils und damit des Verschiebekörpers ausgeschlossen werden.

[0016] Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich, wenn die Messkammer und der Verschiebekörper quaderförmig ausgebildet sind, wobei eine Fläche des Quaders durch die diamagnetische Platte gebildet wird. Dies vereinfacht eine toleranzgenaue Herstellung und ermöglicht eine gute Führung bei gleichbleibenden kleinen Spalten um den Verschiebekörper.

[0017] In einer alternativen Ausführungsform bilden zwei Magnete wechselnder Polung ein Magnetpaar, wobei mehrere Magnetpaare gleichmäßig über den Umfang der Messkammer verteilt angeordnet sind. Auf diese Weise kann unabhängig von der Anordnung der Messkammer zur Gewichtskraft ein Schweben des Verschiebekörpers sichergestellt werden.

[0018] In einer weiterführenden Ausführung sind im Querschnitt zur Verschieberichtung betrachtet beidseits der ersten mindestens vier Magnete jeweils weitere mindestens vier Magnete mit wechselnder Polung angeordnet, die in einem Winkel zu den ersten mindestens vier Magneten angeordnet sind, und die jeweils parallel zu einer weiteren das diamagnetische Körperteil bildenden Platte angeordnet sind. Jeweils aneinander anliegende Pole einer Reihe von vier Magneten sind selbstverständlich ebenfalls in ihrer Polung umgekehrt ausgebildet. Durch einen solchen Aufbau wird eine zusätzliche sichere Zentrierung und Führung des Verschiebekörpers in Verschieberichtung erreicht, auf den so auch eine Abstoßungskraft wirkt, die zumindest teilweise in Breitenrichtung wirkt. Ein Kontakt des Verschiebekörpers mit den seitlich begrenzenden Innenwänden der Messkammer kann so ausgeschlossen werden.

[0019] Des Weiteren können in einer alternativen Ausführungsform im Querschnitt zur Verschieberichtung betrachtet über den gesamten Umfang der Messkammer Magnete wechselnder Polung angeordnet werden, wobei das diamagnetische Körperteil sich über den Umfang des Verschiebekörpers parallel zu den jeweils gegenüberliegenden Magneten erstreckt. Mit einer solchen

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Ausführung ergibt sich eine allseitig geschlossene Führung mit einer gleichmäßig über den Umfang verteilt wirkenden AbstoßRungskraft, durch die jegliche Reibung durch Kontakt der Innenwände der Messkammer mit den Außenwänden des Verschiebekörpers vermieden wird. So können Messfehler durch zusätzlich auftretende Kräfte vermieden werden.

[0020] In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform sind jeweils mindestens vier Magnete nebeneinander eine Magnetreihe bildend angeordnet und mehrere dieser Reihen jeweils in einem Winkel zueinander angeordnet. Die Magnetpolung ist über den gesamten Umfang abwechselnd ausgebildet. Je nach verwendetem Winkel können so im Querschnitt rechteckige, sechseckige oder achteckige Messkammern geschaffen werden, die zu einer sicheren Führung geeignet sind.

[0021] Besonders bevorzugt ist es des Weiteren, wenn an der vom Verschiebekörper abgewandten Seite der Magnete ein magnetisches Rückschlusselement angeordnet ist, welches aus einem ferromagnetischen Material hergestellt ist. Dieses erzeugt einen magnetischen Rückschluss, indem eine weitere Streuung der magnetischen Feldlinien verhindert wird, und verstärkt entsprechend das auf das diamagnetische Körperteil wirkende inhomogene Magnetfeld, wodurch eine stärkere Abstoßungskraft erreicht wird.

[0022] In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform ist das Rückschlusselement durch eine Stahlplatte gebildet, auf der die als Permanentmagnete ausgebildeten Magnete angeordnet sind. Dies kann beispielsweise durch einfaches Kleben erfolgen. Die Platte weist dabei die gleichen Maße auf wie die Gesamtheit der Magneten. Es ergibt sich eine sehr einfache Herstellung.

[0023] In einer vorteilhaften Ausführung erstrecken sich die Magnete in Verschieberichtung des Verschiebekörpers betrachtet über die gesamte Länge der Messkammer. Durch eine derartige Ausbildung wird ein vollständig homogenes Magnetfeld in der Verschieberichtung erzeugt, wodurch Haltekräfte durch Potentialtäler in dieser Richtung vermieden werden.

[0024] Eine besonders einfache Herstellung ergibt sich, wenn jeder Magnet als Permanentmagnetquader ausgebildet ist. Diese sind besonders einfach zu verarbeiten und montierbar.

[0025] In einer alternativen Ausgestaltung sind die Magnete durch eine Polymagnetplatte gebildet. Eine solche Polymagnetplatte wird abschnittsweise derart magnetisiert, dass die gewünschte Anordnung der Magnete gebildet wird.

[0026] In einer wiederum alternativen Ausführung sind in Verschieberichtung des Verschiebekörpers betrachtet jeweils mehrere Magnete gleicher Polung unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet. Ein durch diese Anordnung erzeugtes Magnetfeld ist nicht vollständig homogen, jedoch sind die Potentialunterschiede so gering, dass zumindest für größere Durchflüsse entstehende Messfehler vernachlässigt werden können.

[0027] Vorzugsweise ist der Verschiebekörper im Querschnitt zur Verschieberichtung geschlossen ausgebildet, wobei zwischen einer Außenwand des Verschiebekörpers und einer umgebenden Innenwand der Messkammer ein Spalt von maximal 0,7 mm, insbesondere kleiner 0,5 mm, vorliegt. Der optimale Spaltbereich liegt zwischen 0,01 und 0,3 mm. Bei noch kleineren Spalten muss eine sehr genaue Fertigung erfolgen, wodurch ein hoher technischer Aufwand bei gleichzeitig geringem technischen Nutzen verursacht wird. Bei größeren Spalten erhöht sich die Leckage sehr stark. Es entsteht eine Strömung zwischen den beiden Enden des Kolbens, wodurch die Messergebnisse verfälscht werden. Bei den genannten Spalten werden sehr gute Messergebnisse bei überschaubarem Fertigungsaufwand erreicht.

[0028] Auch ist es vorteilhaft, wenn die Magnete zumindest teilweise die Innenwand der Messkammer bilden, da in diesem Fall sehr kleine Abstände zum diamagnetischen Körperteil eingehalten werden können, so dass eine große AbstoRungskraft erreicht wird. Somit kann ein schwererer Verschiebekörper genutzt werden.

[0029] In einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen den Magneten und der Messkammer eine Wand der Messkammer ausgebildet, welche kleiner als 2 mm dick ist und die aus einem nicht magnetisierbaren Material ist. Diese Ausführung ist insbesondere bei der Durchflussmessung von Gasen erforderlich, welche möglicherweise mit dem verwendeten Material der

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Magnete reagieren. Entsprechend können in diesem Fall Schäden vermieden werden. Durch die dünne Wand steht noch ein ausreichendes Magnetfeld zur Erzeugung der Levitation eines leichten Verschiebekörpers zur Verfügung.

[0030] Vorzugsweise erstreckt sich die zur Innenwand der Messkammer gerichtete Außenwand des Verschiebekörpers in Verschieberichtung über eine Länge, die größer ist als eine Ausdehnung des Verschiebekörpers senkrecht zur Verschieberichtung. Es handelt sich somit um einen langgestreckten Verschiebekörper. Dies hat den Vorteil, dass durch den entstehenden langen Spalt ein größerer Strömungswiderstand geschaffen wird, durch den ein Umströmen des Verschiebekörpers verhindert wird. So werden genauere Messergebnisse erreicht.

[0031] Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der rotatorische Verdränger eine Pumpe, ein Turbinengaszähler, ein Drehkolbenzähler, ein Spiralverdichter oder ein Schraubenförderer ist. Für diese Geräte kann die Umdrehungszahl und somit die Fördermenge beispielsweise mittels eines Encoders sehr genau bestimmt werden, so dass ein exakter Durchfluss ermittelt werden kann.

[0032] Die Erfassungseinrichtung ist vorzugsweise als optischer Sensor, Ultraschallsensor, Kamera, kapazitiver Sensor oder Lidar-Sensor ausgeführt. Mit diesen Erfassungseinrichtungen ist eine zeitlich hochauflösende sehr genaue Messung der Verschiebung des Verschiebekörpers in der Messkammer möglich.

[0033] Um zusätzlich für den Fall einer Berührung des Verschiebekörpers mit der Innenwand der Messkammer zu verhindern, dass eine die Messergebnisse verfälschende Reibung und damit eine der Verschiebung entgegenwirkende Kraft entsteht, ist die Innenwand der Messkammer oder die der Innenwand gegenüberliegende Außenwand des Verschiebekörpers außerhalb des diamagnetischen Körperteils mit einem Werkstoff mit einem Reibungskoeffizienten von unter 0,2, wie beispielsweise Teflon, beschichtet. Eine der durch die Druckdifferenz entstehende Verschiebekraft wird somit nicht relevant beeinflusst.

[0034] Vorzugsweise ist die Messkammer in Breitenrichtung in Vibration versetzbar. Auf diese Weise wird verhindert, dass ein Verschiebekörper mit seiner glatten Oberfläche an der glatten Innenwand der Messkammer anharftet. Zudem ist auch bei einer Verkippung des Messgerätes in y Richtung gewährleistet, dass der Kolben zumindest zeitweise von der Wand abgestoßen wird und es eine freie Schwebephase gibt. Damit können zuverlässig Hystereseeffekte vermieden werden. Eine solche Vibration kann über verschiedene Aktoren erzeugt werden. Zu nennen wären hier ein kleiner Elektromotor, an dessen Welle ein asymmetrisch montiertes Gewicht als Exzenter befestigt ist, dessen Rotation Vibrationen verursacht oder ein piezoelektrischer Aktor, bei dem die elektrische Energie in mechanische Bewegungen umgewandelt wird, um gewünschte Vibrationen zu erzeugen. Solche piezoelektrischen Aktoren können sehr genau angesteuert werden, so dass auch die gewünschte Vibrationsfrequenz eingestellt werden kann. Des Weiteren können lineare Resonanzaktuatoren verwendet werden, welche Typen von Vibrationsmotoren sind, die ein kleines Gewicht über einen Federmechanismus in seiner Resonanzfrequenz bewegen, was eine hochfrequente, lineare Bewegung erzeugt, und über die entsprechend präzise Vibrationsmuster gesteuert werden können. Es können auch Schwingspulen verwendet werden, die Vibrationen erzeugen, indem sie sich in einem Magnetfeld bewegen, oder Magnetventilspulen, deren durch elektrische Bestromung entstehendes Magnetfeld einen Stößel in Longitudinalrichtung auslenkt.

[0035] Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der Verschiebekörper durch selektives Lasersintern im 3-D Druck-Verfahren hergestellt ist und mit dem diamagnetischen Körperteil verklebt ist. Auf diese Weise kann der Verschiebekörper hochgenau aus einem sehr leichten Material hergestellt werden, so dass geringe AbstoßRungskräfte zum Erreichen des Schwebens des Verschiebekörpers ausreichen.

[0036] Es wird somit ein System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen zur Verfügung gestellt, mit dem auch die Durchflüsse von Gasen zeitlich hochgenau und präzise gemessen werden können. Entsprechend ist beispielsweise eine hochgenaue Dosierung von Wasserstoff für ein Brennstoffzellensystem möglich.

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[0037] Das erfindungsgemäße System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen wird im Folgenden anhand von in den Figuren dargestellten, nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen beschrieben.

[0038] Die Figur 1 zeigt ein Schema des prinzipiellen Aufbaus eines erfindungsgemäßen Systems zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen.

[0039] Die Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Messkammer des Systems zur MesSung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen aus Figur 1 in aufgeschnittener Darstellung.

[0040] Die Figur 3 zeigt zu Figur 2 eine alternative Ausführungsform in einem Horizontalschnitt durch die Messkammer.

[0041] Die Figur 4 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform in einem Vertikalschnitt durch die Messkammer.

[0042] Das in der Figur 1 dargestellte erfindungsgemäße System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen besteht aus einer Gasleitung 10, die sich von einem Einlass 12 zu einem Auslass 14 erstreckt sowie einer Bypassleitung 16, über die ein in der Gasleitung 10 angeordneter rotatorischer Verdränger 18 umgehbar ist. Entsprechend zweigt die Bypassleitung 16 zwischen dem Einlass 12 und dem rotatorischen Verdränger 18 von der Gasleitung 10 ab und mündet zwischen dem rotatorischen Verdränger 18 und dem Auslass 14 wieder in die Gasleitung 10. Der rotatorische Verdränger 18 kann als Pumpe, angetriebener Turbinengaszähler, Drehkolbenzähler, Spiralverdichter oder Schraubenförderer ausgeführt werden und wird über einen Antriebsmotor 20 angetrieben. Am Antriebsmotor 20 oder an einem Förderrad 22 des rotatorischen Verdrängers 18 ist ein Sensor 23 zur Detektierung der Drehzahl des Antriebsmotors 20 oder des Förderrades 22 angeordnet. Der Antriebsmotor 20 wird über eine Steuer- und Auswerteeinheit 24 drehzahlgeregelt.

[0043] In der Bypassleitung 16 ist ein translatorischer Druckdifferenzaufnehmer 26 angeordnet, der aus einer Messkammer 28 und einem in der Messkammer 28 angeordneten translatorisch bewegbaren Verschiebekörper 30 besteht. Bei Anliegen einer Druckdifferenz zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Verschiebekörpers 30 erfolgt eine Auslenkung des Verschiebekörpers 30 aus seiner Ruhestellung. Entsprechend ist die Auslenkung des Verschiebekörpers 30 ein Maß für eine anliegende Druckdifferenz. An der Messkammer 28 ist eine Erfassungseinrichtung 32 in Form eines als Lasersensor ausgebildeten optischen Sensors angeordnet, der in Wirkverbindung mit dem Verschiebekörper 30 steht und über den eine Auslenkung des Verschiebekörpers 30 aus seiner definierten Ausgangsposition ermittelt wird. Alternativ können statt des Lasersensors auch andere Wegsensoren, wie Ultraschallsensoren, Kameras, kapazitive Sensoren oder Lidarsensoren verwendet werden.

[0044] Die Erfassungseinrichtung 32 ist ebenfalls mit der Steuer- und Auswerteeinheit 24 verbunden, die entsprechend auch zur Auswertung der Messungen der Erfassungseinrichtung 32 dient und diese in Steuersignale für den Antriebsmotor 20 umwandelt, der derart angesteuert wird, dass sich der Verschiebekörper 30 möglichst immer in einer definierten Ausgangsstellung befindet, der rotatorische Verdränger 18 also die aufgrund des strömenden Gases am Verschiebekörper 30 entstehende Druckdifferenz durch Förderung ständig etwa ausgleicht. Dies bedeutet, dass bei Auslenkung des Verschiebekörpers 30 nach rechts in Abhängigkeit der Größe dieser Auslenkung die Drehzahl des rotatorischen Verdrängers 18 erhöht wird und umgekehrt. Hierzu wird die Auslenkung des Verschiebekörpers 30 beziehungsweise das durch ihn verdrängte Volumen in der Messkammer 28 mittels einer Übertragungsfunktion in ein gewünschtes Fördervolumen des rotatorischen Verdrängers 18 beziehungsweise eine Drehzahl des Antriebsmotors 20 umgerechnet und der Antriebsmotor 20 entsprechend bestromt.

[0045] Der Ablauf der Messungen erfolgt derart, dass bei der Berechnung eines zu ermittelnden Gesamtdurchflusses in der Steuer- und Auswerteeinheit 24 sowohl ein durch die Bewegung beziehungsweise Stellung des Verschiebekörpers 30 und das damit verdrängte Volumen in der Messkammer 28 entstehender Durchfluss in der Bypassleitung 16 als auch ein tatsächlicher

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Durchfluss des rotatorischen Verdrängers 18 in einem festgelegten Zeitintervall berücksichtigt werden und beide Durchflüsse zur Ermittlung des Gesamtdurchflusses miteinander addiert werden. Sind keine zeitlich aufgelösten Durchflussvorgänge abzubilden, kann auch lediglich der am rotatorischen Verdränger 18 ermittelte Durchfluss berücksichtigt werden, da dieser so angesteuert wird, dass die Druckdifferenz am Verschiebekörper 30 immer wieder zu Null wird und somit der Verschiebekörper immer in seine Ausgangstellung zurückgeschoben wird.

[0046] Die Ermittlung des Durchflusses am Verschiebekörper 30 erfolgt beispielsweise, indem in der Steuer- und Auswerteeinheit 24, die mit der Erfassungseinrichtung 32 verbunden ist, die Auslenkung des Verschiebekörpers 30 differenziert wird und anschließend mit der Grundfläche des Verschiebekörpers 30 multipliziert wird, so dass sich ein Volumenstrom in der Bypassleitung 16 in diesem Zeitintervall ergibt.

[0047] Der Durchfluss durch den rotatorischen Verdränger 18 und somit in der Gasleitung 10 kann entweder aus den ermittelten Steuerdaten zur Regelung des Verdrängers 18 bestimmt werden oder über die Drehzahl berechnet werden, wenn diese direkt am Verdränger 18 oder am Antriebsmotor 20 über den Sensor 23, der beispielsweise als optischer Kodierer oder magnetoresistiver Sensor ausgeführt sein kann, gemessen wird.

[0048] Zu korrekten Funktionalität ist es notwendig, dass der Verschiebekörper 30 frei in der Messkammer 28 schwebt, da andernfalls zwischen AußRenwänden 34 des Verschiebekörpers 30 und Innenwänden 36 der Messkammer 28 Reibung entstehen würde, die eine Kraftkomponente entgegen der Bewegungsrichtung des Verschiebekörpers 30 erzeugen würde, wodurch die Messungen verfälscht würden, da der Verschiebekörper 30 nicht mehr nur in Abhängigkeit des anliegenden Differenzdrucks bewegt würde. Da keine Materialien existieren, die die gleiche Dichte aufweisen wie das Gas, was für ein solches Schweben erforderlich wäre, muss daher das Schweben des Verschiebekörpers 30 auf andere Art erzeugt werden.

[0049] Hierzu wird im vorliegenden Fall der Effekt der diamagnetischen Levitation genutzt. Um diese zu erreichen, werden, wie in Figur 2 zu erkennen ist, an einem Boden 38 der Messkammer 28 Magnete 40 angeordnet, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel als quaderförmige Permanentmagneten ausgeführt sind. Vier dieser Magnete 40 sind in Breitenrichtung Y der Messkammer 28 nebeneinander angeordnet und erstrecken sich in Verschieberichtung X des Verschiebekörpers 30 über die gesamte Länge der Messkammer 28. Nebeneinanderliegende Magnete 40 weisen jeweils eine entgegengesetzte Polung auf, so dass der erste Magnet 40.1 einen nach oben in die Messkammer 28 weisenden Nordpol und einen nach unten weisenden Südpol aufweist, während der danebenliegende Magnet 40.2 einen nach oben in die Messkammer 28 weisenden Südpol und einen nach unten weisenden Nordpol aufweist, der dritte Magnet 40.3 wiederum so orientiert ist wie der erste Magnet 40.1 und der vierte Magnet 40.4 so orientiert ist, wie der zweite Magnet 40.2.

[0050] Des Weiteren weist der Verschiebekörper 30 ein diamagnetisches Körperteil 42 auf, welches als diamagnetische Platte 44 ausgebildet ist und aus einem pyrolytischen Graphit besteht und eine Oberfläche des Verschiebekörpers 30 bildet, die zu den Magneten 40 gerichtet ist. Die diamagnetische Platte 44 kann beispielsweise durch Kleben am übrigen Verschiebekörper 30 befestigt werden, der wie die Messkammer 28 quaderförmig ausgeführt ist und der im Querschnitt zur Verschieberichtung X geringfügig kleiner als der Innenquerschnitt der Messkammer 28 ausgebildet ist. Die diamagnetische Platte 44 befindet sich oberhalb der Magnete 40, so dass sie durch die Gravitationskraft G in Richtung Z zu den Magneten 40 belastet ist.

[0051] Die Breite der diamagnetischen Platte 44 entspricht beispielsweise etwa der Breite von drei der nebeneinanderliegenden Magneten 40. Durch die nebeneinanderliegenden Magnete wird ein in y-Richtung inhomogenes und in x-Richtung homogenes Magnetfeld erzeugt. Dies bedeutet, dass in y-Richtung betrachtet stark wechselnde Potentiale vorliegen. Es entstehen Potentialberge, deren Ausdehnung nur wenig kleiner ist als die der Magnete, sowie relativ schmale Täler zwischen den Magneten. Ein diamagnetischer Werkstoff besitzt zwar keine Dipole hat jedoch die Eigenschaft, dass im Werkstoff durch das Anlegen eines magnetischen Feldes solche Dipole induziert werden, welche nach der Lenzschen Regel dem erzeugenden Magnetfeld ent-

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gegengerichtet sind und somit abgestoßen werden. Es handelt sich dabei um einen Induktionseffekt. Die entstehende Kraft ist somit der Gravitationskraft entgegengerichtet. Zusätzlich versucht die diamagnetische Platte 44 ein Energieminimum über ihre Position zu erreichen. Dieses erreicht sie, wenn sie möglichst viele Potentialtäler überdeckt. Bei der beschriebenen Breite der Platte 44 werden möglichst viele Potentialtäler überdeckt, wenn die Platte 44 sich bezüglich der Z-Richtung in der Mitte der vier Magneten 40 befindet, da sie nur in dieser Position die zwischen den Magneten 40 entstehenden drei Potentialtäler überdeckt. Dies bedeutet, dass die Platte 44 eine stabile Lage bezüglich der z-Richtung einnimmt und auch eine stabile Lage bezüglich der yRichtung über den Magneten 40 einnimmt, und zwar an der Position, an der die AbstoßRungskraft zwischen der Platte 44 und den Magneten 40 sich im Gleichgewicht mit der auf den Verschiebekörper 30 einschließlich des Körperteils 42 wirkenden Gravitationskraft befindet. In X-Richtung, also der Verschieberichtung des Verschiebekörpers 30 und gleichzeitig der Richtung, in der der auftretende Differenzdruck herrscht, wirkt hingegen keine Kraft außer der Kraft durch den Differenzdruck, da in dieser Richtung das magnetische Feld homogen ist und keine Potentialberge oder -täler aufweist. Entsprechend wird der Verschiebekörper 30 ausschließlich durch die Druckdifferenz in x-Richtung verschoben, so dass eine zuverlässige Messung möglich ist.

[0052] Zu beachten ist des Weiteren, dass der Verschiebekörper 30 möglichst nicht umströmt werden sollte. Hierzu ist der Verschiebekörper 30 und die umgebende Messkammer 28 in ihrem Querschnitt so aufeinander abzustimmen, dass möglichst lediglich ein umlaufender Spalt 46 von 0,01 bis 0,3 mm zwischen der Außenwand 34 des Verschiebekörpers 30 und der Innenwand 36 der Messkammer 28 entsteht. Durch einen solchen Spalt 46 werden Berührungen weitestgehend vermieden. Um bei plötzlich auftretenden Druckstößen unbeabsichtigte Wandberührungen dennoch vernachlässigen zu können, kann die Außenwand 34 und/oder die Innenwand 36 auch mit Teflon beschichtet werden, um den Reibungskoeffizienten möglichst gering zu halten. Zusätzlich kann die Messkammer 28 zum Verschiebekörper 30 in y-Richtung in Vibration versetzt werden, um ein Ankleben des Verschiebekörpers 30 mit seiner Außenwand 34 an der Innenwand 36 der Messkammer 28 zu verhindern. Diese Vibrationen können kontinuierlich durch entsprechende Aktoren, wie kleine Elektromotoren mit einer Unwucht, piezoelektrische Aktoren, lineare Resonanzaktoren, Schwingspulen oder Magnetventilspulen erzeugt werden.

[0053] Um den gewünschten Spalt 46 zu erzeugen, muss zunächst die Magnetkraft und die Dichte des Verschiebekörpers 30 so angepasst werden, dass der Verschiebekörper 30 in einer entsprechenden Höhe über den Magneten 40 schwebt. Der Verschiebekörper 30 ist, um sein Gewicht gering zu halten als quaderförmiger Hohlkörper ausgeführt, der lediglich eine den inneren Querschnitt verschließende Anströmfläche aufweist.

[0054] Um ein ausreichend großes möglichst streuungsarmes Magnetfeld zu erzeugen ist unterhalb der Magnete 40 ein ferromagnetisches Rückschlusselement 50 angeordnet, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Stahlplatte 52 ausgeführt ist, auf der die Magnete 40 angeordnet sind und welche in X-Richtung und in Y-Richtung auch die gleichen Ausmaße wie die vier Magnete 40 aufweist. Diese Stahlplatte 52 weist in Z- Richtung eine Dicke von beispielsweise 1 bis 10 mm aufweist und dient zur Bündelung der Magnetfeldlinien, wodurch das Magnetfeld verstärkt wird.

[0055] Des Weiteren bilden die Magnete 40 eine untere Innenwand 36 der Messkammer 28, begrenzen diese also nach unten, wodurch keine zusätzlichen Spalten durch das Magnetfeld überwunden werden müssen. Bei chemisch aktiven Gasen, die gegebenenfalls mit dem Material der Magnete 40 reagieren, kann auch eine wenige zehntel Millimeter dicke Wand verwendet werden, die aus einem nicht magnetisierbaren Material ist.

[0056] In der Figur 3 ist eine alternative Ausführung gezeigt, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen werden. Im Vergleich zur ersten Ausführung sind hier neben der unteren Magnetreihe 54, bestehend aus den vier Magneten 40, beidseits weitere Magnetreihen 56 angeordnet, die ebenfalls aus vier nebeneinanderliegenden Magneten 57 bestehen. Die Magnete 40, 57 weisen jedoch über den gesamten bedeckten Umfang wechselnde Polungen auf. Die Magnetreihen 56 sind jeweils unter einem Winkel von etwa 45° zu der unteren Magnetreihe 54 ange-

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stellt. Diese Magnetreihen 56 werden nun in gleicher Weise wie die untere Magnetreihe 54 zur Erzeugung der Levitation genutzt und weisen entsprechend an ihrer Unterseite erneut eine weitere Stahlplatte 52 zur Bündelung der Magnetfeldlinien auf. Die Messkammer 28 ist ebenso wie der Verschiebekörper 30 korrespondierend geformt und kann beispielsweise als Achteck ausgeführt werden. In den den Magnetreihen 56 gegenüberliegenden Bereichen sind selbstverständlich erneut weitere diamagnetische Körperteile 58 in Form von weiteren Graphitplatten 60 angeordnet, die eine Außenwand 34 des Verschiebekörpers 30 zumindest teilweise ausbilden.

[0057] Durch die entstehende Abstoßung, die in gleicher Weise funktioniert wie zu Ausführungsbeispiel 1 beschrieben wurde, wird der Verschiebekörper 30 zusätzlich berührungsfrei geführt und ein Kontakt zu den Innenwänden 36 der Messkammer 28 verhindert. Es entsteht somit eine Art Führung des Verschiebekörpers in X-Richtung. Es sei noch angemerkt, dass in diesem Ausführungsbeispiel statt der langen Magnetstäbe 40.1-40.4 kleinere Magnetquader 62 verwendet werden, wobei in X- Richtung jeweils der gleiche Pol ins Innere der Messkammer 28 weist. Bei einer solchen Anordnung, bei der diese Magnete 40 unmittelbar aneinander anliegen, liegen lediglich sehr kleine Potentialtäler zwischen den Potentialbergen vor, so dass das Magnetfeld in xRichtung nicht mehr vollständig homogen ist und somit nicht mehr so genaue Messungen möglich sind. Je nach Anwendung kann die Genauigkeit jedoch ausreichend sein.

[0058] Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 unterschiedet sich vom Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 lediglich dadurch, dass die Magnetreihen 56, welche jeweils aus den vier nebeneinanderliegenden Magneten 40 bestehen, sowie die zugehörigen Rückschlusselemente 50 sich hier über den gesamten Umfang der Messkammer 28 erstrecken und jeweils in einem Winkel von 45° zur benachbarten Magnetreihe 56 beziehungsweise Rückschlusselement 50 angeordnet sind. Entsprechend ist der Verschiebekörper 30 ebenfalls achteckig ausgeführt, wobei an allen Seitenflächen jeweils ein diamagnetisches Körperteil 42 angeordnet ist. Dieses kann selbstverständlich auch als einteiliges Achteck ausgeführt werden. Diese Ausführung ermöglicht ein Drehen des gesamten Systems zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen um die x-Achse, da eine AbstoßRung von allen Seiten stattfindet und somit eine Berührung des Verschiebekörpers 30 an der Innenwand 36 der Messkammer 28 unabhängig von der Drehposition immer ausgeschlossen ist, da eine allseitige Abstoßungskraft wirkt. Entsprechend können die gewünschten Spalten über den gesamten Umfang unabhängig von der Drehposition der Messkammer eingehalten werden.

[0059] Die beschriebenen Systeme und Druckdifferenzaufnehmer offenbaren die Möglichkeit einer hochgenauen und zeitlich aufgelösten Messung Durchflussvorgängen von Gasen, wie beispielsweise Wasserstoff. Dabei kann das etablierte Messverfahren zur Messung von Fluiden mit den erfindungsgemäß en Änderungen weiter genutzt werden. Eine solche Messung mit einer zeitlich exakten Auflösung ist für die Messung von Gasen bislang nicht bekannt.

[0060] Es sollte deutlich sein, dass die Anordnung der Magnete nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. So können beispielsweise auch Elektromagnete oder eine PoIymagnetplatte zur Erzeugung des Magnetfeldes genutzt werden oder eine höhere Anzahl an Magneten in einer Reihe platziert werden. Auch ist es beispielsweise möglich, die Magnete kreisförmig anzuordnen und Messkammer und Verschiebekörper zylindrisch auszuformen. Weitere Änderungen ergeben sich ebenfalls für den Fachmann.

Claims

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Patentansprüche

1. System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen aufweisend: einen rotatorischen Verdränger (18), der in einer Gasleitung (10) zwischen einem Einlass (12) und einem Auslass (14) angeordnet ist, einen translatorischen Druckdifferenzaufnehmer (26), der in einer den rotatorischen Verdränger (18) umgehenden Bypassleitung (16) angeordnet ist, und welcher einen in einer Messkammer (28) translatorisch bewegbaren Verschiebekörper (30) aufweist, eine die Auslenkung des Verschiebekörpers (30) in der Messkammer (28) aufnehmende Erfassungseinrichtung (32), welche mit einer Steuer- und Auswerteeinheit (24) verbunden ist, einen Antriebsmotor (20), über den der rotatorische Verdränger (18) über die Steuer- und Auswerteeinheit (24) geregelt in Abhängigkeit der Messwerte der Erfassungseinrichtung (32) angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschiebekörper (30) ein Körperteil (42) aufweist, welches aus einem diamagnetischen Material hergestellt ist und mit einem in der Messkammer (28) durch Magneten (40) erzeugten magnetischen Feld zusammenwirkt, welches in einer Breitenrichtung (Y), welche senkrecht zur Verschieberichtung (X) des Verschiebekörpers (30) und senkrecht zur Gravitationskraft (Z) gerichtet ist, eine wechselnde Polung aufweist und in Verschieberichtung (X) eine gleichbleibende Polung aufweist.

2. System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das diamagnetische Körperteil (42) eine Oberfläche des Verschiebekörpers (30) bildet, die zu den Magneten (40) gerichtet ist.

3. System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das diamagnetische Körperteil (42) aus einem pyrolytischen Graphit hergestellt ist.

4. System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Breitenrichtung (Y) der Messkammer (28) betrachtet zumindest zwei Magnete (40) entgegengesetzter Polung nebeneinander angeordnet sind, welche das Magnetfeld erzeugen.

5. System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Breitenrichtung der Messkammer (28) betrachtet zumindest vier Magnete (40.1, 40.2, 40.3, 40.4) nebeneinander angeordnet sind, wobei jeder Magnet (40.1, 40.2, 40.3, 40.4) eine zum benachbarten Magneten (40.1, 40.2, 40.3, 40.4) entgegengesetzte Polung aufweist und das diamagnetische Körperteil (42) durch eine diamagnetische Platte (44) gebildet ist, die sich parallel zu den Magneten (40.1, 40.2, 40.3, 40.4) erstreckt, wobei die auf die diamagnetische Platte (44) durch das Magnetfeld wirkende Abstoßungskraft entgegengesetzt zur Gravitationskraft (Z) wirkt.

6. System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Breitenrichtung (Y) der Messkammer (28) betrachtet die Erstreckung der diamagnetischen Platte (44) geringfügig kleiner ist als die Gesamterstreckung aller nebeneinanderliegender Magnete (40.1, 40.2, 40.3, 40.4).

7. System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

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dadurch gekennzeichnet, dass die Messkammer (28) und der Verschiebekörper (30) quaderförmig ausgebildet sind.

System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

zwei Magnete (40) wechselnder Polung ein Magnetpaar bilden, wobei mehrere Magnetpaare gleichmäßig über den Umfang der Messkammer (28) verteilt angeordnet sind.

System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

im Querschnitt zur Verschieberichtung (X) betrachtet beidseits der ersten mindestens vier Magnete (40.1, 40.2, 40.3, 40.4) jeweils weitere mindestens vier Magnete (57) mit wechselnder Polung angeordnet sind, die in einem Winkel zu den ersten mindestens vier Magneten (40.1, 40.2, 40.3, 40.4) angeordnet sind, und die jeweils parallel zu einer weiteren das diamagnetische Körperteil (58) bildenden Platte (60) angeordnet sind.

System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

im Querschnitt zur Verschieberichtung betrachtet über den gesamten Umfang der Messkammer (28) Magnete (40, 57) wechselnder Polung angeordnet sind, wobei das diamagnetische Körperteil (42) sich über den Umfang des Verschiebekörpers (30) parallel zu den jeweils gegenüberliegenden Magneten (40, 57) erstreckt.

System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, dass

jeweils mindestens vier Magnete (40) nebeneinander eine Magnetreihe (54, 56) bildend angeordnet sind und mehrere dieser Magnetreihen (54, 56) jeweils in einem Winkel zueinander angeordnet sind.

System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

an der vom Verschiebekörper (30) abgewandten Seite der Magnete (40, 57) ein magnetisches Rückschlusselement (50) angeordnet ist, welches aus einem ferromagnetischen Material hergestellt ist.

System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Rückschlusselement (50) durch eine Stahlplatte (52) gebildet ist, auf der die als Permanentmagnete ausgebildeten Magnete (40, 57) angeordnet sind.

System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Magnete (40, 57) sich in Verschieberichtung des Verschiebekörpers (30) betrachtet über die gesamte Länge der Messkammer (28) erstrecken.

System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

jeder Magnet (40, 57) als Permanentmagnetquader ausgebildet ist.

System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass

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die Magnete (40, 57) durch eine Polymagnetplatte gebildet sind.

System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen nach einem der Ansprüche 1 bis 14,

dadurch gekennzeichnet, dass

in Verschieberichtung des Verschiebekörpers (30) betrachtet jeweils mehrere Magnete (40, 57) gleicher Polung unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet sind.

System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Verschiebekörper (30) im Querschnitt zur Verschieberichtung (X) geschlossen ausgebildet ist und zwischen einer Außenwand (34) des Verschiebekörpers (30) und einer umgebenden Innenwand (36) der Messkammer (28) ein Spalt (45) von maximal 0,7 mm gebildet ist.

System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen nach Anspruch 18,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Magnete (40, 57) zumindest teilweise die Innenwand (36) der Messkammer (28) bilden.

System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen nach Anspruch 18,

dadurch gekennzeichnet, dass

zwischen den Magneten (40, 57) und der Messkammer (28) eine Wand der Messkammer (28) ausgebildet ist, welche kleiner als 2mm dick ist und die aus einem nicht magnetisierbarem Material besteht.

System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen nach einem der Ansprüche 18 bis 20,

dadurch gekennzeichnet, dass

die zur Innenwand (36) der Messkammer (28) gerichtete Außenwand (34) des Verschiebekörpers (30) sich in Verschieberichtung (X) über eine Länge erstreckt, die größer ist als eine Ausdehnung des Verschiebekörpers (30) senkrecht zur Verschieberichtung (X).

System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der rotatorische Verdränger (18) eine Pumpe, ein Turbinengaszähler, ein Drehkolbenzähler, ein Spiralverdichter oder ein Schraubenförderer ist.

System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Erfassungseinrichtung (32) als optischer Sensor, Ultraschallsensor, Kamera, kapazitiver Sensor oder Lidar-Sensor ausgeführt ist.

System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen nach einem der Ansprüche 18 bis 23,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Innenwand (36) der Messkammer (28) oder die der Innenwand (36) gegenüberliegende Außenwand (34) des Verschiebekörpers (30) außerhalb des diamagnetischen Körperteils (42) mit einem Werkstoff mit einem Reibungskoeffizienten von unter 0,2 beschichtet ist.

System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Messkammer (28) in Breitenrichtung (Y) in Vibration versetzbar ist.

System zur Messung von zeitlich aufgelösten Durchflussvorgängen von Gasen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

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dadurch gekennzeichnet, dass der Verschiebekörper (30) durch selektives Lasersintern im 3-D Druck-Verfahren hergestellt ist und mit dem diamagnetischen Körperteil (42) verklebt ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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