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D r u c k m e ß e i n r i c h t u n g Die Erfindung bezieht sich
auf eine Druckmeßeinrichtung mit einem Druckfühler, insbesondere einen piezoelektrischen
Meßwandler, und einem mit dem Druckfühler in einem Gehäuse vereinigten Umschalter,
dem ein Verbindungskanal vorgeschaltet ist, der in einer Schaltstellung den Verbindungskanal
zur Druckmeßstelle und in einer weiteren Schaltstellung diesen zu einer unter einem
vorbestissten Bezugsiruck stehenden Druckleitung hin öffnet.
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Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art ist der Umschalter als
in einer Kammer frei beweglicher Ventilkörper ausgebildet, dessen Stirnflächen ja
mit einem Ventilsitz zusammenarbeiten, von denen der eine der unter dem Bezugsdruck
stehenden Druckleitung und der andere dem vom Meßdruck beaufschlagten Indizierkanal
zugeordnet ist. Der Verbindungskanal zum Druckfühler mündet seitwärts im Bereich
zwischen den beiden Ventilsitzen in die Kammer ein. Diese Ausführung bezweckt eine
Beschränkung der Druckmessung bzw. -aufzeichnung auf einen oberhalb bzw. unterhalb
des vorbestimmten Bezugsdruckes liegenden Bereich. Diese Beschränkung zielt darauf
ab, die Druckwertanzeige in einen verzerrungsfreien Arbeitsbereich der verwendeten
Verstärker
und Anzeigegeräte verlegen zu können0 Die bekannte Einrichtung hat jedoch den Nachteil,
daß das Meßergebnis infolge verschiedener kaum erfaßbarer Einflüsse in llukontrollier
barer Weise von den tatsächlichen Druckverhältnissen abweicht Einerseits bleibt
die Masse des Ventilkörpers und deren Einfluß auf die Schaltbewegung des Ventiles
unberücksichtigt, anderseits neigt der Ventilkörper, insbesondere bei raschen, periodisch
wiederkehrenden Druckänderungen zu Schwingungserscheinungen, die einen sicheren
Abschluß der vom Ventilkörper gesteuerten druckbeaufschlagten Leitungen in Frage
stellen.
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Die Erfindung beseitigt diese Nachteile der bekannten Einrichtung,
geht dabei aber prinzipiell von anderen Voraussetzungen aus. Ihr liegt die Aufgabe
zu Grunde, eine Druckmeßeinrichtung zu schaffen, die, bei spezieller Eignung für
die Druckmessung an Brennkraftmaschinen, außer der Aufnahme des Druckdiagrammes
selbst auch die Aufzeichnung eines frei wählbaren Bezugsdruckes gestattet. Dieses
Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Umschalter als vorzugsweise
fernbetätigbare, an sich bekannte Schieberplatte mit planparallelen Stirnflächen
ausgebildet unddaß zur Beaufachlagung der Druckleitung mit dem BeugSdruck ein vorgeschaltetes,
vorzugsweise gleichfalls fernbetätigbares Dreiwegventil, zur wahlweisen Verbindung
mit der Atmosphäre oder einer anderen Druckquelle, vorgesehen ist0 Planparallele
Schieberplatten sind zwar auf einem anderen Gebiete der Technik als Absperrorgane
von Leitungssystemen bekannt, Solche Schieberplatten sind in der Regel um eine außerhalb
des Leitungsquerschnlttes gelegene Achse schwenkbar angeordnet und mit einer dem
lichten Querschnitt der Leitung entsprechenden Offnung versehen, welche in der Offenstellung
des Absperrorganes den Beitungsquerschnitt freigibt, wogegen in der Schließstellung
ein undurchbrochener Teil der Schieberplatte in den Querschnitt des Leitungsstranges
abdichtend eingeschwenkt ist.
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Die erfindungsgemäße Druckmeßeinrichtung, die sich gleichfalls einer
Schieberplatte bedient, gewährleistet in
sämtlichen Schaltstellungen
sowohl des Umschalters als auch des Dreiwegventils exakte und druckdichte Verbindungen
der jeweils geöffneten Leitungen und Kanäle über genau definierte Uberströmquerschnitte,
wobei während der Druckmessung jederzeit die Möglichkeit besteht, die dem Atmosphärendruck
entsprechende Nullinie oder einen beliebigen anderen Bezugsdruck in das Diagramm
einzublenden. Diese Einblendung der Nullinie und eines Bezugsdruckes kann hiebei
auch unmittelbar aufeinanderfolgend vorgenommen werden, was in vielen Fällen erwünscht
ist, da damit die Auswertung des Oszillogrammes erleichtert wird, Da freibewegliche,
mit Massenkräften behaftete Teile bei der erfindungsgemäßen Einrichtung fehlen,
bleibt auch das Ergebnis frei von den hiedurch verursachten Fehlern.
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Bei einer bevorzugten Ausführung gemäß der Erfindung ist zwischen
den planparallelen Stirnflächen der Schieberplatte ein durchgehender schrägverlaufender
Überströmkanal vorgesehen, und besitzt die Schieberplatte auf der dem Druckfühler
zugekehrten Stirnfläche ein3 nach dieser Stirnfläche offene querverlaufende Verbindungsnut.
Während somit in der einen Schaltstellung der Schieberplatte der Überströmkanal
sowohl zur Druckmeßstelle als auch zum Verbindungskanal hin frei liegt, verbindet
in der anderen Schaltstellung der Schieberplatte die querverlaufende Nut den Verbindungskanal
mit der Druckleitung. Die erfindungsgemäße Ausführung ermöglicht relativ große Überströmquerschnitte
bei verhältnismäßig kleinen Schaltwegen der Schieberplatte. Man kommt daher auch
mit relativ geringen Schaltkräften aus.
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Für die Funktion der Einrichtung ist es überdies vorteilhaft, daß
die Verbindungsnut verhältnismäßig kurz ausgeführt werden kann, sodaß sich nur kleine
druckführende Räume zwischen dem Druckfühler und dem jeweils zugeschalteten druckfXlrenden
System ergeben. Damit wird der Ausbildung von Schwingungserscheinungen im Bereich
der druckführenden Räume entgegengewirkt und die Meßgenauigkeit der Einrichtung
verbessert0
Erfindungsgemäß ist es schließlich von Vorteil, wenn
die Schieberplatte mit einem Drehmagneten antriebsverbunden und das Dreiwegventil
als Magnetventil ausgebildet ist, und die Erregerwicklungen des Drehmagneten und
des Magnetventiles an ein gemeinsames Steuergerät angeschlossen sind. Dadurch ergibt
sich die Möglichkeit, sämtliche Schaltstellungen der Einrichtung zentral, z. B.
vom Schaltpult eines Prüfstandes aus, zu steuern. Es empfiehlt sich hiebei eine
Anordnung, bei der dem stromlosen Zustand der Erregerwicklungen sowohl des Drehmagneten
als auch des Magnetventiles die während des Betriebes am häufigsten gebrauchten
Schaltkombinationen angeordnet sind, Die Wicklungen der Magnete stehen daher nur
kurzzeitig unter Spannung, sodaß sich ein sehr geringer Stromverbrauch einsiLlt.
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Selbstverständlich ist auch eine Programmsteuerung der elektrisch
betätigten Schaltglieder möglich.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Es zeigen in schematischen Darstellungen Fig. 1 und Fig. 2 den
Schnitt eines Ausführungsbeispieles der Einrichtung in zwei Schaltstellungen, Figb
la und Fig. 2a die den Schaltstellungen nach Figo 1 und 2 zugeordneten Ossillogramme,
Fig. 3 einen Axialsohnitt durch das Meßwandlergehäuse mit eingebautem Umschalter
einer abgeänderten Ausfuhrungsform der Einrichtung, Fig. 4 eine Draufsicht auf das
Gehäuse nach Figo 3, Fig. 5 einen weiteren Axialschnitt des Gehäuses gemäß der Linie
V-V in Fig. 4, Fig. 6 eine Draufsicht des Schaltschiebers und die Fig. 7 und 8 Schnittdarstellungen
des Schiebers der Fig. 6 gemäß den Linien VII-VII und VIII-VIII.
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Die Druckmeßeinrichtung umfaßt einen Adapter 1, der in einer exzentrisch
angeordneten Aufnahmebohrung 2 einen beispielaweise piezoelektrischen Meßwandler
9 enthält. An der dem
Meßwandler 3 gegenüberliegenden Stirnseite
des Adapters 1 ist eine Anschlußhülse 4 mit ihrem Flansch 5 druckdicht befestigt.
Der Adapter 1 und die Anschlußhülse 4 schließen miteinander eine Kammer 6 ein, in
der sich ein Schaltschieber 7 befindet, der um eine zur Achse des Adapters i parallele
Achse begrenzt schwenkbar ist.
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Der Schaltschieber 7 besitzt parallele ebene Stirnflächen 27 und
28, zwischen denen sich ein durchgehender, schräg verlaufender Überströmkanal 9
erstreckt. An der dem Meßwandler 3 zugewendeten Stirnfläche 27 befindet sich außerdem
eine querverlaufende offene Nut 11. In der aus Fig. 1 ersichtlichen Stellung des
Schaltschiebers 7 ist der Raum vor dem Meßwandler 3 über einen Verbindungskanal
8 und den Uberströmkanal 9 mit der Aufnahmebohrung 10 des Adapters 1 verbunden (Fig.
1). Der Meßwandler 3 wird somit in dieser Schaltstellung von dem über die Aufnahmebohrung
10 eingeleiteten Meßdruck beaufschlagt, wenn der Adapter 1, z. B. durch Einschrauben
der Anschlußhülse 4 in eine Indizierbohrung des Zylinders einer Brennkraftmaschine,
druckdicht an der Meßstelle angeschlossen ist0 Neben der Aufnahmebohrung 2 des Meßwandlers
3 verläuft eine in die Kammer 6 ausmündende Druckleitung 12. In der aus Fig. 2 ersichtlichen
zweiten Schaltstellung des Schaltschiebers 7 steht diese Druckleitung 12 über die
Überströmnut 11 des Schiebers und den Verbindungskanal 8 mit dem Raum vor dem Meßwandler
3 in Verbindung0 Der Meßwandler 3 kann daher in dieser Schaltstellung über die Druckleitung
12 mit einem beliebigen Bezugsdruck beaufschlagt werden. Die Druckleitung 12 ist
zu diesem Zweck über ein in einem Ventilgehäuse 18 angeordnetes Dreiwegmagnetventil
17 in der einen Schaltstellung des Vek tiles über eine Entlüftungsleitung 20 mit
der Atmosphäre oder in der anderen Schaltstellung des Ventiles über eine Druckanschlußleitung
21 mit einer regelbaren Druckquelle verbindbar.
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Das über einen Schalter 19 betätigbare Dreiwegmagnetventil 17 hält
in stromlosem Zustand, also bei geöffnetem Schalter 19,
die Verbindung
zwischen der Druckleitung 12 und der Atmosphäre offen (Fig. 1,2). In erregtem Zustand
des Dreiwegmagnetventils 17 (Schalter 19 geschlossen) ist hingegen die Verbindung
zwischen der Druckleitung 12 und der den vorbestimmten Bezugsdruck liefernden Druckquelle
geöffnet. Das Ventilgehäuse 18 weist durch Verschlußstücke 23 verschließbare Nebenanschlüsse
22 auf, die zum Anschluß weiterer Adapter 1 bei Mehrzylinder-Brennkraftms chinen
dienen.
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Die Schaltbewegung des Schaltschiebers 7 wird von einem über einen
Schalter 16 erregbaren Drehmagneten 15 über eine Schaltwelle 14 eingeleitet, deren
in die Klammer 6 ragendes Ende als Mitnehmer 13 ausgebildet ist, welcher in eine
seitliche parallelflächige Ausnehmung 29 des Schaltschiebers 7 eingreift. In stromlosem
Zustand des Drehmagneten 15 (Schalter 16 geöffnet) befindet sich der Schaltschieber
7 in der aus Fig. 1 ersichtlichen Schaltstellung, in der der Meßwandler 3 vom Meßdruck
beaufschlagt ist. Bei eingeschaltetem Drek magneten 15 (Schalter 16 geschlossen)
nimmt der Schaltschieber 7 die zweite Schaltstellung (Fig. 2) ein, in der der Meßwandler
3 vom Bezugs- bzw. Atmosphärendruck beaufschlagt ist.
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Am Bildschirm eines an den Meßwandler 3 in an sich beknnuter, nicht
dargestellter Weise über einen Ladungsverstärker nachgeschalteten Oszilloskops erscheint
somit in der ersten Schaltstellung (Fig. la) die voll ausgezeichnete Druckkurve
24. In der zweiten Schaltstellung (Fig0 2a) ist hingegen, entsprechend der Stellung
des Dreiwegventiles 17, die Atmosphärenlinie 25 sichtbar. Beim Umschalten des Dreiwegventiles
17 erschien dagegen die strichliert eingezeichnete Bezugsdrucklinie 26 am Bildschirm.
Die Einblendung der Atmosphären-bzw. Bezugsdrucklinie erfolgt zweckmäßigerweise
selbsttätig durch ein zentrales Steuergerät durch wechselweise Betätigung der Schalter
16 und 19.
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Die Adapterausführung gemäß Fig. 3 bis 8 weist eine zusätzliche,
speziell für Niederdruckmessungen geeignete Ausrüstung auf. Diese besteht aus einer
in die Aufnahmebohrung 2
eingesetzten scheibenförmigen Kupferdichtung
30 mit einer Anzahl durchgehender Bohrungen 310 Die Kupferdichtung 30 füllt den
sonst zwischen dem Meßwandler 3 und dem Verbindungskanal 8 freibleibenden Raum aus.
Die Aufnahmebohrtzg 10 der Anschlußhülse 4 weist einen zur Kammer 6 hin erweiterten
Abschnitt auf, in dem sich ein zylindrischer Einsatz 32 mit Flansch 33 befindet,
auf dem der Schaltschieber 7 mit seiner unteren Stirnfläche 28 aufliegt. Der Einsatz
32 stützt sich mit der gegenüberliegenden ringförmigen Fläche seines Flansches 33
auf ein von sechs übereinander geschichteten Ringspannsternfedern 34 gebildetes
Federelement, das seinerseits auf einem Einsatzring 35 aufliegt, der sich an einem
in einem konischen Abschnitt der Aufnahmebohrung 10 eingesetzten elas schen Dichtring
36 abstützt. Der zylindrische Einsatz 32 ist in ähnlicher Weise wie die Kupferdichtung
30 mit einer Anzahl paralleler durchgehender Bohrungen 37 versehen. Durch diese
Ausbildung ergeben sich sehr kleine druckbeaufschlagte Räume im Bereich des Adapters,
was insbesondere bei Niederdruckmessungen anzustreben ist.
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Bei Verwendung dieser Einrichtung für Messungen im Niederdruckbereich
empfiehlt es sich überdies, zwischen den Adapter 1 und die Indizierbohrung ein elastisches
Zwischenglied einzuschalten, um vom Körperschall verursachte Einflüsse auf die Messung
zu vermeiden. Dieses Zwischenglied kann zugleich auch ein selbsttätig wirksames
Druckbegrenzungsventil enthalten, damit schädliche Druckspitzen vom Meßwandler 3
ferngehalten werden.