AT222916B

AT222916B - Vorrichtung zur Messung der Maximalwerte von Druckspitzen

Info

Publication number: AT222916B
Application number: AT597260A
Authority: AT
Original assignee: Kistler Instrumente Ag
Priority date: 1960-08-04
Filing date: 1960-08-04
Publication date: 1962-08-27

Description

Vorrichtung zur Messung der Maximalwerte von Druckspitzen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Maximalwerte von periodisch oder in zeitlich variabler Folge auftretenden Druckspitzen flüssiger oder gasförmiger Medien.

Es sind Instrumente bekannt, die insbesondere zur Messung der Spitzendrücke in Zylindern von Die- selmaschinen entwickelt wurden. Das Messprinzip dieser Instrumente besteht in der Regel darin, dass dem höchsten auftretenden Gasdruck mit Hilfe eines Messkolbens eine entsprechende Federkraft gegenüberge- stellt wird, deren Grösse als Mass des auftretenden Maximaldruckes am Instrument abgelesen wird. Infol- ge der beträchtlichen Abmessungen und insbesondere der grossen, von den Gaskräften zu bewegenden Mas- sen haben die bekannten Instrumente meist eine sehr niedrige Eigenschwingungszahl, so dass sie nur für relativ langsam laufende und deshalb grosse Maschinen Verwendung finden können ; ihre Genauigkeit lässt zudem meist zu wünschen übrig.

Die Erfindung ermöglicht, die geschilderten Nachteile weitgehend auszuschalten. Sie ist gekenn- zeichnet durch Mittel zum Einstellen der auf dem Messkolben wirkenden Kraft der Messfeder, weiter durch ein von der Bewegung des Messkolbens gesteuertes Ventil, das sich bei Bewegung des M.

3sskolbens entgegen der auf ihn wirkenden Federkraft öffnet und das Medium auf einen Differentialkolben mit wesentlich grö- sserer wirksamen Kolbenfläche als diejenige des Messkolbens einwirken lässt, derart, dass bei die Kraft der
Messfeder ubersteigender, vom Medium auf den Messkolben ausgeübten Druckkraft der Differentialkolben schlagartig gegen einen Anschlag bewegt wird, sowie schliesslich durch Anzeigemittel für die Bewegung des Differentialkolbens und für die auf den Messkolben ausgeübte Federkraft.

Eine erfindungsgemasse Vorrichtung zeichnet sich gegenüber bekannten Vorrichtungen der eingangs geschilderten Art durch wesentlich gesteigerte Genauigkeit der ermittelten Druckwerte aus. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass selbst bei einer die eingestellte Kraft der Messfeder nur wenig übersteigenden, vom Medium auf dn MöSkolben ausgeübten Druckkraft der Differentialkolben bei jeder neuen Druckspitze schlagartig aus seiner Ruhelage bewegt wird, u. zw. praktisch unabhängig von der Grösse der Differenz zwischen der Federkraft und der vom Medium auf den Messkolben ausgeübten Druckkraft. Solange eine Bewegung des Differentialkolbens erfolgt, ist dies ein Zeichen dafür, dass die Kraft der Messfeder noch nicht derjenigen der zu messenden Druckspitze entspricht.

Durch allmähliche Steigerung der Federkraft während des Messvorganges wird dann plötzlich der Zustand erreicht, wo die Bewegung des Differentialkolbens aufhört und die auf den Messkolben wirkenden Kräfte sich Gleichgewicht halten ; die Kraft der Feder stellt dann direkt ein Mass für den maximalen Wert der zu messenden Druckspitzen dar.

Der Übergang zwischen periodischer Bewegung und Stillstand des Differentialkolbens ist hiebei scharf definiert. Mit Hilfe der Anzeigemittcl für die Bewegung des Differentialkolbens wird das Erreichen dieses Zustandes dem Me-senden sofort erkennbar gemacht. Der Messende kann dann an Hand der jeweils bei diesem Zustand vorhandenen Federkraft die Maximalgrösse der auftretenden Druckspitzen bestimmen.

Die Messung kann umgekehrt auch so ausgeführt werden, dass die Feder über den zu erwartenden Maximaldruck vorgespannt und dann die Federkraft allmählich verringert wird, bis plötzlich die Bewegungen des Differentialkolbens einsetzen. Es genügt dann, durch leichtes Vergrössern der Federkraft den Zustand herbeizuführen, wo diese Bewegungen gerade aufhören.

Die erhöhte Genauigkeit der erfindungsgemässca Vorrichtung wirkt sich insbesondere bei Messung von Druckspitzen mit höheren Frequenzen aus. Die Erfindung ermöglicht, die bewegten Massen sehr klein zu halten ; damit gelingt es, mit einer Frequenz von beispielsweise 3000 Druckspitzen pro Minute die Maximalwerte auftretender Druckstösse noch einwandfrei zu messen.

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welcheträgt, welcher auf dem Ventilsitz 8 aufsitzt. Am oberen Ende ist der Körper 25 halbkugelig ausgeführt, damit vom Federteller 26 keine Biegungsmomente auf den Körper 25 übertragen werden können.

Der Dif- ferentialkolben 24, ist in Achsrichtung frei gleitend, auf den unteren Teil des Körpers 25 aufgepasst und überträgt seine Bewegung mittels Stift 22 auf die in Achsrichtung ebenfalls frei bewegliche Fühlernadel' zo Der Differentialkölben 24 ist an seinem Aussendurchmesser mittels Labyrinthrillen im Messteil 2 ab- gedichtet und wird durch Hilfsfeder 28 in die untere Anschlagstellung gedrückt. Sobald das Druckmedium infolge Abhebens des Mssskolbens 23 unter den Differentialkolben 24 gelangt, wird derselbe gegen die
Kraft der Hilfsfeder 28 schlagartig gegen den Anschlag 20 gepresst, wobei das durchtretunde Leckmedium durch die Öffnung 21 entweicht.

Die Fühlernadel 27 ist mit genügend Spiel durch Federteller 26 und Kör- per 25 hindurchgeführt und sitzt auf Querstift 22, der sich in einem Schlitz des Körpers 25 frei in Achs- richtung bewegen kann.

Eine Messung wird in folgender Weise durchgeführt, wobei sich die Bezeichnungen auf Fig. 1 und 2 beziehen :
Nach dem Einschrauben des Messteiles 2 in das Verbindungsstück 1 wird die zweckmässig über den zu erwartenden Höchstdruck vorgespannte Feder 11 durch Lösen der Mikrometerhülse 13 langsam entspannt.

Sobald die auf den Messkolben 7 wirkende Federkraft etwas kleiner als der Maximalwert der durch das
Medium auf den Messkolben ausgeübten Kraft ist, wird der Messkolben 7 leicht angehoben. Dadurch tritt das Medium in den Raum 19 ein und der Differentialkolben 6 wird infolge der mehrfach vergrösserten wirksamen Kolbenfläche schlagartig entgegen der Federkraft gegen die einen Anschlag bildende Dicht- fläche 20 der Büchse 9 gedrückt. Der Differentialkolben 6 ist mittels Labyrinthrillen in seiner Bohrung abgedichtet. Durchströmende Leckgase können durch die Bohrung 21 entweichen, welche auch dafür sorgt, dass nur Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck gemessen wird.

Die schlagartige Bewegung des Differentialkolbens, die mit der Frequenz der auftretenden Druckstösse erfolgt, wird über die Fühlemadel 18 direkt auf den Fühlfinger des Messenden übertragen und kann von demselben mit Leichtigkeit festgestellt werden. Der Messende wird nun durch feines Lösen und Spannen der Messhülse 13 den Punkt suchen, wo die Sprungbewegung der Fühlernadel sich an der Grenze zum Ruhezustand befindet. Dies ist eindeutig der Fall, wenn die maximale Druckkraft des Mediums durch die Kraft der Messfeder gerade kompensiert wird. Hierauf wird, wenn nötig, die Rändelschraube 15 fest angezogen und der Messteil zur genauen Ablesung der Mikrometsreinstellung aus dem Verbindungsstück 1 herausgeschraubt.

Weil das Mass der Federspannung linear mit dem maximalen Mediumdruck in Zusammenhang steht, ist die Mikrometereinteilung zweckmässig direkt auf Druckwerte geeicht.

Es ist ohne weiteres möglich, die Vorrichtung sowohl für flüssige wie auch für gasförmige Medien zu benützen, jedoch muss dabei berücksichtigt werden, dass je nach den auftretenden Viskositäten verschiedene Passungen des Differentialkolbens 6 sowie verschiedene Flächenverhältnisse der wirksamen Kolbenflächen von Differentialkolben 6 und Messkolben 7 gewählt werden müssen.

Genau gleich wird eine Messung mit der Vorrichtung nach Fig. 3 ausgeführt. Diese eignet sich besonders für niedrige Druckwerte und für Messungen, deren Spitzenwerte nur wenig über einem Durchschnittswert liegen.

Die Erfindung ist nicht auf die geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr könnte z. B. der Messkolben auch in einem Messzylinder verschiebbar angeordnet sein und bei Bewegung entgegen der auf ihn wirkenden Federkraft eine in der Zylinderwand befindliche Bohrung freigeben, welche mit dem von Differentialkolben abgeschlossenen Druckraum in Verbindung steht. In einer weiteren Ausführungsform könnte der Messkolben auch mit einem separaten, die Bewegung des Messkolbens mitmachenden Ventilkörper verbunden sein, der den Zutritt des Mediums zum Differentialkolben steuert.

Ferner sind ohne weiteres auch andere Anzeigemittel als die beschriebene Fühlernadel für die Bewegung des Differentialkolbens möglich. Zum Beispiel könnte die Kolbenstange des Differentialkolbens einen Magnetkörper tragen, der von einer festen Induktionsspule umschlossen wird. Die Bewegung des Differentialkolbens erzeugt dann Spannungsspitzen in der Spule, welche mit Hilfe eines elektrischen Anzeigeinstrumentes sichtbar gemacht werden können.

Schliesslich könnten an Stelle der beschriebenen Schraubenfeder auch andere Federmittel auf den Messkolben wirken, z. B. pneumatische Federmittel mit einstellbarem Druck des Druckmittels, wobei die Ablesung der erzeugten Druckkraft auf den Messkolben mit Hilfe eines Manometers erfolgen könnte.

Claims

PATENTANSPRÜCHE : 1. Vorrichtung zur Messung der Maximalwerte von periodisch oder in zeitlich variabler Folge auftretenden Druckspitzen flüssiger oder gasförmiger Medien, mit einem vom Medium beaufschlagten Mess- EMI4.1 durch Mittel zum Einstellen der auf den Messkolben wirkenden Kraft der Messfeder, weiter durch ein von der Bewegung des Messkolbens gesteuertes Ventil, das sich bei Bewegung des Messkolbens entgegen der auf ihn wirkenden Federkraft öffnet und das Medium auf einen Differentialkolben mit wesentlich grösserer wirksamer Kolbenfläche als diejenige des Messkolbens einwirken lässt, derart, dass bei die Kraft der Messfeder übersteigender, vom Medium auf den Messkolben ausgeübter Druckkraft der Differentialkolben schlagartig gegen einen Anschlag bewegt wird,

sowie schliesslich durch Anzeigemittel für die Bewegung des Differentialkolbens und für die auf den Mosskolben ausgeübte Federkraft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkolben und der Differentialkolhen miteinander verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil durch den Messkolben und eine mit einer Durchtrittsöffnung für das Medium versehene Sitzfläche gebildet wird, gegen welche die Stirnfläche des Messkolbens unter dem Einfluss der Messfeder in Ruhelage des Messkolbens dichtend gepresst wird und bei geringstem Abheben das Druckmedium unter den separat geführten Differentialkol- EMI4.2

4. Vorrichtung nach einem dar vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigemittel für die Bewegung des Differuntialkolbens als eine dessen Bewegung mitmachende, mit einer Spitze aus der Vorrichtung herausgeführte Nadel ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dit : auf den Messkolben wirkende Federkraft mit Hilfe einer Mikrometerschraube einstellbar ist und direkt im Druckmass abgelesen werden kann.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zum Fixieren der während des Messvorganges eingestellten Kraft der Messfeder.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein als Abschlussorgan für den zu messenden Druck enthaltenden Raum ausgebildetes Verbindungsstück und einen in dasselbe einschraubbart. n Messteil auiweist, wobei das Verbindungsstück mit einem federbelasteten Ventil versehen ist, das den Zutritt des Mediums zum Messkolben erst freigibt, nachdem der Messteil voll eingeschraubt ist und das Verbindungsstück mit einem Entlüftungsloch versehen ist, das in einer Zwischenlage des Messteiles geöffnet ist und bei vollständig eingeschraubtem Messteil geschlossen ist.