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Einrichtung zur exakten Zuordnung von Zeit-oder Winkelmarken in Messdiagrammen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur exakten Zuordnung von in das vorzugsweise mit einem Oszillographen aufgenommene Messdiagramm eingeblendeten Zeit-oder Winkelmarken zu den entsprechenden Anzeigen an einer Zeitskala oder an einer mit der Vorrichtung, an der das Messdia- gramm aufgenommen wird, in Verbindung stehenden Winkelskala.
Es ist bekannt, in kontinuierlich geschrieben Messdiagramme Einzelmarken einzublenden, die den
Anfangspunkt des von der Zeitmarke gegebenen Zeitmessschriebes festlegen bzw. die Zuordnung der
Diagramme zu ausgezeichneten Stellungen des untersuchten Objektes ermöglichen sollen.
Ebenso ist es bekannt, beim Beobachten, vor allem periodischer Vorgänge, in Sichtgeräten Einzel- marken zur zeitlichen oder sonstigen Zuordnung einzublenden. Diese Einzelmarken können auf verschie- dene Art erzeugt werden, z. B. induktiv, durch Unterbrecher oder durch Photozellenanordnungen.
Bei den bekannten Einrichtungen liegt zwischen dem Beginn der Auslosung und dem Schreiben der
Einzelmarke ein Auslöseverzug, dessen zeitliche Dauer sich aus der speziellen Anordnung ergibt. Die Dauer dieses Auslöseverzuges, der bei genauen Messungen schnell verlaufender Vorgänge nicht vernach- lässigt werden kann, muss bekannt sein, um angeben zu können, welchem Zeitpunkt die Einzelmarke und damit der Messschrieb zugeordnet ist. Hiezu sind bei den bekannten Systemen aufwendige und meist auf die Dauer unstabile Korrekturglieder erforderlich.
Diese angedeuteten Nachteile vermeidet die vorliegende Erfindung dadurch, dass ein von einem Impulserzeuger gesteuertes Lichtblitzstroboskop vorgesehen ist, welches zugleich mit der zur Erzeugung der Hilfsmarken im Messdiagramm notwendigen Spannung die Zündspannung für eine Lichtblitzlampe liefert.
Bei der erfindungsgemässen Einrichtung ist der Auslöseverzug als Fehlerquelle bei der genauen Zuordnung von Einzelmarken eliminiert, wodurch sich neue Anwendungsmöglichkeiten zum Arbeiten mit Einzelmarken in Messschrieben und Sichtgeräten ergeben.
Erfindungsgemäss wird gleichzeitig mit der Einzelmarke eine Lichtblitzlampe gesteuert, in deren Licht die der Einzelmarke zugeordnete, ausgezeichnete Stellung fotografiert oder bei periodischen Vorgängen durch Stroboskopeffekt direkt abgelesen wird. Zum Beispiel kann man bei Anlaufvorgängen im Licht der gleichzeitig mit der Einzelmarke ausgelösten Blitzlampe eine Uhr photographieren oder den einer Einzelmarke zugeordneten Winkel bei konstanter Drehzahl des Untersuchungsobjektes direkt an einer umlaufenden Gradskala ablesen.
Die exakte Gleichzeitigkeit von Aufleuchten der Blitzlampe und Schreiben der Einzelmarke ist bei geeigneten Schaltungen von vornherein gegeben und lässt sich immer durch einmalige Abstimmung sicher einstellen.
Die Erfindung erhöht mit sehr einfachen Mitteln die Messgenauigkeit beim Aufnehmen rasch verlaufender Vorgänge. Sie ermöglicht es, Messverfahren gewerblich einzusetzen, die bisher wegen des Eichaufwandes zu teuer und damit nur einzelnen wissenschaftlichen Untersuchungen vorbehalten oder wegen ihrer Messunsicherheit für die quantitative Auswertung uninteressant waren (z. B. Indizieren der Arbeits-
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flächen schnell laufender Verbrennungsmotoren über Druck-Zeit-Diagramme). Die Erfindung ermöglicht weiterhin, wie noch ausgeführt wird, bei Messung insbesondere periodischer Vorgänge mit verstellbaren
Zeit- bzw. Winkelmarken zu arbeiten.
Die verstellbare Winkelmarke ermöglicht zusammen mit Sicht- geräten Messverfahren, die exakt und gleichzeitig derart einfach sind, dass sie zum Messen in Industrie und Werkstatt eingesetzt werden können.
Es ist bekannt und naheliegend. Winkelmarken durch Verdrehen des Gebers an der Welle auf ver- schiedene Winkelstellungen zu legen. Die Kombination Winkelmarke-Lichtblitz erlaubt es auf einfache
Weise, diese Einstellung ohne Verdrehung des Gebers durch elektrische Schaltungen vorzunehmen, da die
Stellung der Marke ohne umwegige Messungen direkt nach Sicht abgelesen wird. Daraus ergeben sich mehrere Vorteile : Durch Bedienen elektrischer Schaltelemente lässt sich die Winkelmarke schneller, müheloser und sicherer einstellen als durch mechanische Verstelleinrichtungen. Vor allem aber ermög- licht die Einstellung der Winkelmarke auf elektrischem Wege neue Verfahren zur raschen, bequemen und doch höchst exakten Messung rasch verlaufender Vorgänge mit Hilfe von Elektronenstrahl-Sichtgeräten.
Ein- und mehrstrahlige Elektronenstrahl-Sichtgeräte erlauben es, auch sehr rasch verlaufende perio- dische Vorgänge als stehende Bilder sichtbar zu machen. Dabei sind genaue Ausmessungen auf die Ordinate des Messdiagramms möglich, nicht oder nur sehr umständlich und ungenau auf der Abszisse der
Zeitachse, da bei stehenden Bildern eine zusätzliche Zeitmarkierung erforderlich ist. Für Zeitmarkierungen ist aber ein Sichtgerät mit wenigstens zwei Strahlen bzw. ein elektronischer Umschalter und elektronischer Zeitmarkengeber erforderlich. Dieser Aufwand wird verringert und das höchst schwierige Arbeiten mit mehreren exakt synchron und gleich gedehnt anzeigenden Strahlen vermieden durch Verwendung der elektrisch einstellbaren Winkelmarke.
Mit ihrer Hilfe kann zu jeder Stelle der sichtbar gemachten Vorgänge der Winkel angegeben und damit bei bekannter Drehzahl die Zeit gemessen werden. Vorteilhaft wird die Marke als Dunkelmarke auf einen Vorgang gelegt und der Zündimpuls der Lichtblitzlampe oder ein anderer Spannungssprung, der unmittelbar mit der Auslösung des Blitzes verzögerungsfrei zusammenhängt, als Löschspannung genommen.
Besonders bewährt hat sich das Messverfahren mit Elektronenstrahl-Sichtgerät und elektrisch nach Sicht einstellbarer Winkelmarke zur raschen und sicheren Messung des Zündverzuge von Dieselmotoren.
Dazu wird die Zeit gemessen, die vom Einspritzbeginn bis zur ersten Verbrennung verstreicht, indem die zu Einspritz- und Verbrennungsbeginn gehörenden Winkel mit der einstellbaren Winkelmarke bestimmt werden und so bei bekannter Drehzahl die Zeit sofort ermittelt wird. Bei diesen Messungen zeigte die Praxis die Vorzüge eine''Zeit-bzw. Winkelmessung mit Elektronenstrahl-Sichtgerät und elektrisch einstellbarer Winkelmarke : Sicheres Einstellen und Ablesen nach Sicht, sofortige Auswertung, einfacher Aufbau, Bedienung durch angelernte Kräfte.
Bei Messungen mit Lichtstrahl-Oszillographen wird vorteilhaft zum Schreiber der Zeit- bzw. Winkelmarke die auch zur Ablesung der Winkel benutzte oder eine ihr parallelgeschaltete Blitzlampe zur Ausleuchtung einer Spaltblende in der optischen Ebene der Schleifenspiegel angeordnet. Die Marke erscheint im Oszillogramm als Strich senkrecht zu den Lichtzeiger-Schrieben, also in der bestmöglichen Form. Das Schreiben der Winkelmarke mit Hilfe der Lichtblitzlampe ermöglicht es in der Regel, dass ein weiterer Messvorgang oszillographisch aufgenommen werden kann, da die Schleife nunmehr frei ist, die bis dahin die Winkelmarkierung gegeben hat.
Zur Auslösung von Winkelmarken werden bisher vorzugsweise Unterbrecheranordnungen eingesetzt.
Allmählich führen sich induktive Impulsgeber ein, deren Aufbau z. B. mit rotierendem Magnet und feststehender Spule sehr einfach ist und die absolut berührungsfrei arbeiten. Ihr Einsatz als Impulsgeber zur Auslösung von Winkelmarken wird aber für schnelle und exakte Messungen erst möglich durch die Sichteinstellung der Winkelmarke und durch die bequeme Verstellung der Winkelmarke durch elektrische Massnahmen. Denn so werden die umfangreichen Messungen umgangen, die angestellt werden müssten, um die jeweilige Verzögerung des induktiv erzeugten Impulses festzustellen. Die Zeit vom Erregen bis zum Auslösen eines derartigen Impulses ist abhängig vonLeitungs-und Verstärkereigenschaften und andert sich mit der Drehzahl.
Die Einstellung und Verlegung der Winkelmarke durch elektrische Massnahmen wäre mit einfachen Mitteln möglich durch Einschalten von veränderlichen Induktivitäten und Kapazitäten in die Leitung des Auslöseimpulses. Mit der Drehzahl ändert sich aber Form und Grösse des etwa induktiv erzeugten Auslöseimpulses. Daher erwies es sich als vorteilhaft, mit dem Auslöseimpuls nur einen elektronisch erzeugten Sekundärimpuls auszulösen. Die Lage der Winkelmarke wird dadurch geändert und eingestellt, dass die Länge des annähernd rechteckigen Sekundärimpulses geregelt wird. Das Lichtblitzstroboskop wird dann nach Differenzieren des Sekundärimpulses durch dessen Rückflanke und damit mit wählbaren zeitlichen Abständen gegenüber der von dem Auslöseimpuls gesteuerten Vorderflanke ausge-
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löst.
Fig. 1 zeigt die Folge der Impulse zur Steuerung der Winkelmarke. Spannungsverlauf 1 zeigt den induktiv erzeugten Auslöseimpuls, 2 den Sekundärimpuls, dessen Dauer variiert werden kann. 3 zeigt die erste Ableitung des Sekundärimpulses. Die erste Ableitung wird durch eine Gleichrichterschaltung gefil- tert, so dass nur die in diesem Fall negative erste Ableitung der Rückflanke als Steuerimpuls 4 zur Steue- rung des Zündimpulses 5 der Lichtblitzlampe übrigbleibt. Bei Dunkelpunktmarkierung wird dieser Mind- impuls 5 direkt als Löschspannung genommen.
Wie schon ausgeführt, wird die Winkelmarke etwa bei Untersuchungen an Verbrennungsmotoren auf zweierlei Weise eingestellt. Das eine Mal steht man am laufenden Motor, beobachtet die Gradscheibe mit der Lichtblitzlampe und legt nach Sicht die Marke auf den gewünschten Winkel. Beim andern Ver- fahren beobachtet man die synchronisierten Messvorgänge in einem Oszillographen, legt die Marke auf interessierende Punkte und liest dann mit der Lichtblitzlampe an der Gradscheibe des laufenden Motors den zugehörigen Winkel ab. Im praktischen Versuchsbetrieb kann nun schon aus Sicherheitsgründen das
Elektronenstrahl-Sichtgerät nicht direkt neben den Motor gestellt werden.
Das Verfahren der Winkelmar- keneinstellung nach Sicht fordert also eine Fernbedienung, die es ermöglicht, von verschiedenen Stand- punkten aus die genaue Winkellage einzustellen. Vorteilhaft wird das Fernbedienungsgerät dazu am Griff der Lichtblitzlampe angeordnet.
Als Beispiel bringt die Fig. 2 den Aufbau zur Messung des Zündverzuges bei Dieselmotoren. Sie zeigt die verschiedenen zur Einstellung der Winkelmarke nach Sicht dienenden Vorrichtungen. Messobjekt ist der Motor 6 mit Druckgeber 7, Nadelhubgeber 8 und Schwungrad 9. Auf dem Schwungrad 9 ist eine Gradeinteilung angebracht, die mit dem feststehenden Zeiger 10 korrespondiert. Weiter ist am Schwungrad ein Permanentmagnet 11 angeschraubt. Die Anzeigen von Nadelhubgeber ö und Druckgeber 7 werden über Verstärker dem Elektronenstrahl-Sichtgerät 12 zugeleitet. Der Impuls zur Steuerung der Winkelmarke wird induktiv in der Spule 13 erzeugt und löst in einem Impulserzeuger 14 den Sekundärimpuls aus, dessen Länge mit dem Fernschalter 15 an der Lichtblitzlampe 16 eingestellt wird.
Die erste Ableitung der Rückflanke des Rechteckimpulses steuert ein handelsübliches Lichtblitzstroboskop 17, an das die Lichtblitzlampe 1R angeschlossen ist. Die Winkelmarke erscheint im Elektronenstrahl-Sichtgerät als Dunkelmarke. Als Löschspannung dient die Zündspannung für die Lichtblitzlampe, die dem Stroboskop 17 ent- nommen wird. Im Sichtgerät erscheinen der Nadelhubverlauf 18 und die Ableitung des Zylinderdruckes dp/dt als Kurve lü. Die Dunkelpunktmarke 2 () - der gestrichelte Verlauf ist unterdrückt-zist gerade auf den Zündbeginn gelegt, der hier für OT angenommen ist.
Die hier beschriebenen Anordnungen haben sich in der wissenschaftlichen Versuchspraxis bewährt.
Die Unkompliziertheit von Prinzip, Aufbau und Handhabung machen den Einsatz dieser Messmethoden auch für Werkstätten möglich. Insbesondere erlaubt die Anwendung der elektrisch nach Sicht einstellbaren Winkelmarke Messungen mit Elektronenstrahl-Sichtgeräten, die bisher mit dem wesentlich teureren und komplizierteren Oszillographen durchgeführt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur exakten Zuordnung von in das vorzugsweise mit einem Oszillographen aufgenommene Messdiagramm eingeblendeten Zeit- oder Winkelmarken zu den entsprechenden Anzeigen an einer Zeitskala oder an einer mit der Vorrichtung, an der das Messdiagramm aufgenommen wird, in Verbindung stehenden Winkelskala, dadurch gekennzeichnet, dass ein von einem Impulserzeuger (14) gesteuertes Lichtblitzstroboskop (17) vorgesehen ist, welches zugleich mit der zur Erzeugung der Hilfsmarken (20) im Messdiagramm notwendigen Spannung die Zündspannung für eine Lichtblitzlampe (16) liefert.