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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung des Innendruckes in Leitungen, insbesondere
Einspritzleitungen, mit einer vom Leitungsdruck elastisch verformbaren Membran und einem Messwert- aufnehmer, z. B. einer Lastmesszelle, zur Erfassung der elastischen Verformungen der Membran.
Die ständige Überwachung des Innendruckes von Leitungen mittels vom Leitungsdruck direkt beaufschlagter, in das betreffende Leitungssystem integrierter Druckmessgeräte, z. B. Manometer, ist auf den verschiedensten Gebieten der Technik bekannt. Bei Leitungen, die keiner ständigen Beobachtung, sondern nur einer fallweisen Überprüfung der in dem betreffenden System herrschenden Druckverhält- nisse bedürfen, stellt die Verwendung eines in das Leitungssystem miteinbezogenen Druckmessgerätes einen in wirtschaftlicher Hinsicht kaum vertretbaren Kosten- sowie montagemässigen Mehraufwand dar. Solche
Verhältnisse liegen beispielsweise bei den nur in gewissen Zeitabständen oder im Falle eines Defektes erforderlichen Überprüfungen der Druckverhältnisse in den Einspritzleitungen von Dieselmotoren vor.
Bei solchen Diagnosen geht es vornehmlich um die Erfassung markanter Stellen des Einspritzdruckverlaufes und deren Zuordnung zum jeweiligen Kurbelwinkel und erst in zweiter Linie um die Messung absoluter
Druckwerte bzw. um die Aufnahme des zeitlichen Druckverlaufes in der Einspritzleitung. Die Druck- messung in Einspritzleitungen bietet aber insoferne immer wieder Probleme, als zum Einbau eines
Druckmessgerätes das Leitungssystem geöffnet und das Messgerät direkt in die Einspritzleitung einge- schraubt werden muss. Abgesehen von der umständlichen Montage und dem hiemit verbundenen erheblichen
Zeitaufwand bringt diese Vorgangsweise weitere schwerwiegende Nachteile mit sich.
Durch die hohen
Drücke in den Einspritzleitungen ist es bei mehrmaligem Lösen der Leitungsanschlüsse zum Einbau von
Druckmessgeräten meist schwierig, immer wieder eine exakte Dichtheit des Leitungssystems zu erreichen.
Die meisten Einspritzleitungsanschlüsse sind von vornherein nicht so beschaffen, dass sie ein oftmaliges Öffnen und neuerliches Zusammenschrauben erlauben, ohne dass nachher Dichtschwierigkeiten auftreten.
Weiters kommt es beim Festziehen der Einspritzleitungsverschraubungen durch das erforderliche grosse
Drehmoment am Dichtkonus sehr häufig zum Abrieb von Metallspänen. Diese Metallspäne geben immer wieder Anlass zu Störungen in der Einspritzdüse, u. zw. vor allem durch Verklemmen der Düsennadel.
Einrichtungen zur Erfassung des Innendruckes in Leitungen von der eingangs beschriebenen Art sind beispielsweise aus der DE-AS 1573613, der DE-OS 1648433, der DE-OS 2419187, der GB-PS Nr. 1, 362, 860 und der AT-PS Nr. 304102 bekannt. Ihnen allen ist gemeinsam, dass die Verformung einer vom Innendruck der Leitung beaufschlagten Membran erfasst wird, wobei die Membran in allen Fällen Teil des die Verformung erfassenden Messwertaufnehmers ist. Der Messwertaufnehmer wird samt Membran in eine Öffnung des zu vermessenden Leitungssystems eingeschraubt. Somit sind diese bekannten Ausführungen alle mit den erwähnten Nachteilen behaftet, dass der Messwertaufnehmer nach dem Einbau entweder unwirtschaftlicherweise am Leitungssystem verbleiben muss oder dass für jeden Messvorgang die Leitung immer wieder geöffnet werden muss.
In Anbetracht dieser Nachteile wurde nach neuen Wegen gesucht, welche die Erfassung des Innendruckes von Einspritzleitungen ohne Demontage des Leitungssystems ermöglichen. Es wurden Druckgeber verschiedener Bauart entwickelt, welche auf die Einspritzleitung aufgeklemmt werden und den Innendruck aus der dadurch hervorgerufenen elastischen Verformung der Leitung zu ermitteln erlauben.
Die bisher bekanntgewordenen Ausführungen solcher Druckgeber haben sich aber für den praktischen Gebrauch an verschiedenen Motoren auf Grund der unterschiedlichen Beschaffenheit der Einspritzleitungen und im Hinblick auf die erheblichen Beschleunigungen und Vibrationen, denen die Einspritzleitungen fast immer ausgesetzt sind, als unzulänglich erwiesen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Erfassung des Innendruckes in Leitungen, insbesondere in Einspritzleitungen, zu schaffen, welche die Nachteile der bekannten Ausführungen vermeidet und sich durch ihre Einfachheit, Zuverlässigkeit und minimalen montagemässigen Aufwand auszeichnet.
Erfindungsgemäss wird dieses Ziel dadurch erreicht, dass an einem Bauteil mit einem vom Leitungsdruck beaufschlagten, vorzugsweise zylindrischen Druckraum eine zum Druckraum hin verlaufende, als Sackloch mit vorzugsweise ebener Bodenstirnfläche ausgebildete Aufnahmebohrung vorgesehen ist, deren Boden mit der Umfangswand des Druckraumes die vom Leitungsdruck elastisch verformbare Membran bildet und dass der Messwertaufnehmer in die Aufnahmebohrung einsetzbar und an die Membran andrückbar ist. Eine solche Einrichtung, die für druckführende Leitungssysteme verschiedenster Art anwendbar und auch bei bereits vorhandenen Anlagen mit minimalem Aufwand angebracht werden kann, ermöglicht die
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Durchführung von exakten, beliebig oft wiederholbaren Leitungsdruckmessungen, ohne dass das
Drucksystem geöffnet werden muss.
Die nur vorübergehende Anbringung und das Abnehmen des
Messwertaufnehmers beschränkt sich auf wenige, auch von ungeschultem Personal durchführbare
Handgriffe, so dass gegenüber den bisher gebräuchlichen Messmethoden beachtliche Zeitersparnisse erzielt werden.
Es hat sich gezeigt, dass die zufolge der elastischen Verformung der Membran bei innerer
Druckbeaufschlagung vom Messwertaufnehmer, z. B. einer Lastmesszelle registrierte Kraftänderung der
Druckänderung im Leitungssystem weitgehend proportional ist, so dass präzise, jederzeit reproduzierbare
Messergebnisse erhalten werden.
Die Ausrüstung des jeweiligen Leitungssystems im Sinne der Erfindung beschränkt sich im wesentlichen auf die Anbringung einer oder mehrerer Aufnahmebohrungen an den jeweils geeignetsten
Stellen des druckführenden Systems. Da der die Aufnahmebohrung aufweisende Bauteil ständig an der druckführenden Leitung verbleibt, kann es niemals zu Dichtschwierigkeiten oder durch Metallspäne verursachte Störungen im Leitungssystem kommen.
Da der Boden der Aufnahmebohrungen eben ist und der Messwertaufnehmer eine am Boden anliegende ebene Fühlfläche aufweist, ist eine einwandfreie Übertragung der elastischen Bewegungen der Membran auf den Messwertaufnehmer gewährleistet, u. zw. unabhängig davon, ob die an der Membran auftretende
Kraft oder ihre Durchbiegung gemessen wird.
Die Aufnahmebohrung bzw. -bohrungen kann bzw. können an einem in die Leitung eingesetzten oder an diese angeschlossenen, vorzugsweise mit der Leitung verschraubten Adapter vorgesehen sein. Diese
Ausbildung kommt vor allem für Motoren in Frage, die vom Hersteller noch nicht für Diagnosezwecke des Einspritzleitungssystems ausgerüstet sind. Bei der erstmaligen Druckmessung wird dieser Adapter in das Einspritzsystem eingeschraubt, um dort für spätere Diagnosen zu verbleiben. Da es sich bei einem solchen Adapter um einen in Serienfertigung billig herstellbaren Bauteil handelt, entstehen durch diese Ausrüstung keine nennenswerten Mehrkosten.
Um in jeder Stellung des Adapters eine gute Zugänglichkeit der Aufnahmebohrung zum Einsetzen des Messwertaufnehmers zu gewährleisten, empfiehlt sich die Anbringung mehrerer, gleichmässig am Umfang des Adapters verteilter Aufnahmebohrungen. Die Aufnahmebohrung bzw. die Aufnahmebohrungen können aber auch an einem Anschlussbauteil der Leitung, z. B. an einem Anschlussnippel einer Einspritzpumpe vorgesehen sein. Diese Anordnung ist dann von Vorteil, wenn sie zur serienmässigen Grundausstattung des Motors gehört.
Es ist auch möglich, dass die Leitung selbst eine oder mehrere Aufnahmebohrungen aufweist. Die üblichen grossen Wandstärken von Einspritzleitungen lassen die Anbringung von Aufnahmebohrungen mit ausreichender Tiefe auch an Leitungen mit verhältnismässig kleinem Aussendurchmesser zu. Der besondere Vorteil dieser Ausbildung liegt nicht nur in dem minimalen Bearbeitungsaufwand sondern auch darin, dass die Einspritzleitungen im allgemeinen die am besten zugänglichen Bauteile des Einspritzsystems darstellen.
Damit wird die Anbringung und Abnahme der Messwertaufnehmer noch weiter vereinfacht und erleichtert.
Erfindungsgemäss kann weiters der die Aufnahmebohrung bzw. -bohrungen aufweisende Bauteil bzw. die Leitung an der der Aufnahmebohrung gegenüberliegenden Seite ein z. B. als konische Vertiefung ausgebildetes Widerlager aufweisen, an dem in an sich bekannter Weise der eine Arm eines den Bauteil bzw. die Leitung einseitig umfassenden Klemmbügels angreift, dessen anderer Arm den Messwertaufnehmer trägt. In diesem Fall ist die Aufnahmebohrung als glatte zylindrische Sackbohrung ausgeführt, in die der ebenfalls glatte zylindrische Kopf des Messwertaufnehmers eingesteckt wird. Neben der vereinfachten Bearbeitung hat dies auch den Vorteil, dass sich die vom Messwertaufnehmer ausgehende Messleitung nicht verwinden kann, wie dies bei unsachgemässer Handhabung bei einschraubbaren Messwertaufnehmern der Fall sein könnte.
Um sicherzustellen, dass die Aufnahmebohrung bei ausgebautem Messwertaufnehmer nicht verschmutzt und ausserdem die Membran gegen Beschädigung von aussen und nachteilige Folgen der dauernden Wechselbeanspruchung geschützt wird, weist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Aufnahmebohrung ein Innengewinde auf, in das wahlweise der Messwertaufnehmer oder eine Verschlussschraube einschraubbar ist, deren innere Stirnfläche am Boden der Aufnahmebohrung anliegt. Auf diese Weise wird die Membran nach aussen hin abgestützt und am dauernden Mitschwingen mit den Druckimpulsen in der Leitung gehindert.
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Eine vorteilhafte bekannte Möglichkeit, das elastische Verhalten der Membran und damit die Messgenauigkeit der Einrichtung noch zu verbessern, besteht darin, dass der Bauteil an der der Aufnahmebohrung gegenüberliegenden Seite eine mit der Aufnahmebohrung gleichachsige, den Druckraum durchsetzende Sackbohrung aufweist, deren ebener, vorzugsweise eine umfangsseitige Abrundung aufweisender Boden die Innenfläche der Membran bildet, und die durch einen Stopfen od. dgl. nach aussen hin dicht verschlossen ist. Die zwischen dem Boden der Aufnahmebohrung und dem Boden der gegenüberliegenden Sackbohrung gebildete Membran erhält dadurch die Form einer kreisrunden Platte mit einem definierten elastischen Verhalten. Durch eine Abrundung am Umfang der Membran wird das Entstehen allfälliger Spannungsrisse vermieden.
Die Abdichtung der Sackbohrung nach aussen hin kann durch Einpressen eines glatten zylindrischen Stopfens mit gegenüber der Sackbohrung vergrössertem, einen Presssitz gewährleistenden Durchmesser erfolgen. Bei extrem hohen Einspritzdrücken empfiehlt es sich, die Sackbohrung durch einen eingeschraubten Gewindestopfen zu verschliessen. Bei einer derartigen Ausbildung kann es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft sein, wenn der Stopfen an der äusseren Stirnseite eine das Widerlager für den den Messwertaufnehmer tragenden Klemmbügel bildende, zentrische konische Vertiefung aufweist. Es kann dann auch bei der Verwendung von Messwertaufnehmern mit Klemmhalterung das verbesserte elastische Verhalten der Membran genutzt werden.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen an bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Axialschnitt eines ersteren Ausführungsbeispieles der Erfindung, Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemässen Einrichtung, gleichfalls im Axialschnitt, Fig. 3 einen Axialschnitt einer weiteren Gestaltungsform der Erfindung, Fig. 4 eine Draufsicht der Einrichtung in teilweiser Schnittdarstellung nach der Linie IV-IV in Fig. 3, Fig. 5 einen Axialschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Einrichtung nach der Erfindung, und Fig. 6 einen Schnitt der Einrichtung nach Fig. 5 gemäss der Schnittlinie VI-VI.
Aus Fig. 1 ist ein Adapter --1-- ersichtlich, der an seinem einen Ende einen mit Aussengewinde --2-- versehenen Anschlussstutzen --3-- aufweist und am andern Ende als Gewindehülse mit Innengewinde --4--
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konisch sich erweiternden Bohrung --5-- auf. Er wird als Zwischenstück oder Anschlussstück in ein vorhandenes druckführendes Leitungssystem, z. B. eine Einspritzleitung, deren Innendruck ermittelt werden soll, abdichtend eingeschraubt und verbleibt sodann für spätere Messungen in dem betreffenden, in den Zeichnungen jedoch nicht dargestellten Leitungssystem.
Der Adapter --1-- besitzt eine quer zur axialen Bohrung --5-- verlaufende, als Sackloch ausgebildete Aufnahmebohrung --6--, deren ebenflächiger Boden --7-- mit der Bohrung --5-- eine vom Innendruck des betreffenden Leitungssystems beaufschlagte, innen gewölbte Membran --8-- bildet. Die Aufnahmebohrung --6-- besitzt ein Innengewinde, in welches ein mit Aussengewinde --9-- versehener Messwertaufnehmer, z. B. eine Lastmesszelle --10--, einschraubbar ist, deren Fühlfläche am Boden --7-der Membran --8-- anliegt. Die Lastmesszelle --10-- wird nur während der Messung in die Aufnahmebohrung --6-- eingeschraubt.
Sie steht über die Messleitungen --11-- mit einer nicht dargestellten Auswerte- und Anzeigeeinrichtung in Verbindung.
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--8-- erfährtKraftänderung ist dabei weitgehend proportional der Druckänderung im Leitungssystem. Man kann daher mit dieser Einrichtung sowohl zeitliche Druckverläufe als auch einzelne markante Druckimpuls erfassen, die bei einem bestimmten Druckniveau abgegeben werden. Für Diagnosezwecke, z. B. des Einspritzsystems eines Dieselmotors, interessiert in den meisten Fällen nicht der gesamte zeitliche Druckverlauf, sondern es genügt im allgemeinen die Erfassung von Druckimpulsen und deren Relation zur jeweiligen Winkellage der Kurbelwelle des Motors.
Man kann hieraus wichtige Rückschlüsse auf die Einstellung und den Erhaltungszustand der Einspritzpumpe und ihrer Regeleinrichtungen ziehen und den Einfluss der Motordrehzahl auf den Einspritzvorgang beobachten.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Aufnahmebohrung --6-- für die Lastmesszelle --10-- an einem integrierenden Bauteil des betreffenden Leitungssystems, im dargestellten Fall an einem Anschlussnippel --12-- einer Einspritzleitung vorgesehen, der mit seinem Aussengewinde --13-- in die zugehörige Gewindebohrung --14-- einer Einspritzpumpe --15-- eingeschraubt ist. Die den Druckraum bildende axiale Bohrung --5-- des Anschlussnippels --12-- weist hier im Bereich der Membran --8-- einen
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im Durchmesser erweiterten Abschnitt --5'-- auf. Die Membran --8-- erhält dadurch eine grössere Flexibilität, die zu einer grösseren Empfindlichkeit der Messeinrichtung führt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 ist eine glatte, zylindrische Aufnahmebohrung --6-- an einem gegenüber der Normalausführung etwas verlängerten Schaft--16--eines Anschlussnippels--17--der
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--18-- vorgesehen,Überwurfmutter-19-.
An der der Aufnahmebohrung --6-- gegenüberliegenden Seite des Anschlussnippels --17-- weist der Schaft --16-- ein : im vorliegenden Fall von einer konischen Vertiefung --20-- gebildetes Widerlager auf, in welches die Spitze einer Druckschraube --21-- eingreift, die in den einen Arm --22-- eines Klemmbügels --23- eingeschraubt ist, dessen gegenüberliegender Arm --24-- die Lastmesszelle --10-- trägt, die in diesem Fall mit ihrem glatten, zylindrischen Kopf --25-- in die Aufnahmebohrung --6-- eingreift. Diese letztgenannte Ausführung zeichnet sich durch ihren minimalen Bearbeitungsaufwand und die leichte Handhabung bei der Anbringung der Lastmesszelle --10-- aus.
Aus den Fig. 5 und 6 ist eine modifizierte Ausführungsform der in Fig. 2 dargestellten Einrichtung ersichtlich. Hier weist der Anschlussnippel --12-- an der der Aufnahmebohrung --6-- gegenüberliegenden Seite eine zur Aufnahmebohrung --6-- koaxiale Sackbohrung --26-- auf, welche durch den Druckraum hindurchgeht und die einen ebenen Boden --27-- besitzt, welcher die Innenfläche der Membran - bildet. Dadurch erhält die Membran --8-- die Form einer kreisrunden Platte mit einem definierten, elastischen Verhalten. Zur Vermeidung eventueller Spannungsrisse empfiehlt sich eine Abrundung am Umfang der Membran --8--.
Die Sackbohrung --26-- ist nach aussenhin durch einen eingepressten glatten zylindrischen Stopfen - dicht verschlossen. Für den Fall, dass an Stelle einer einschraubbaren Lastmesszelle --10-- eine Klemmbügelhalterung des Messwertaufnehmers ähnlich der Anordnung nach Fig. 3 und 4 vorgesehen wird, weist der Stopfen --28-- an seiner äusseren Stirnseite eine zentrische konische Vertiefung --29-- auf, welche das Widerlager für die Druckschraube des den Messwertaufnehmer tragenden Klemmbügels bildet. Die Erfindung eignet sich auch zur Erfassung des Innendruckes anderer pneumatischer und hydraulischer Drucksysteme.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Erfassung des Innendruckes in Leitungen, insbesondere in Einspritzleitungen, mit einer vom Leitungsdruck elastisch verformbaren Membran und einem Messwertaufnehmer, z. B. einer Lastmesszelle, zur Erfassung der elastischen Verformungen der Membran, dadurch gekenn- zeichnet, dass an einem Bauteil (1, 12,17, 18) mit einem vom Leitungsdruck beaufschlagten, vorzugsweise zylindrischen Druckraum (5) eine zum Druckraum hin verlaufende, als Sackloch mit vorzugsweise ebener Bodenstirnfläche ausgebildete Aufnahmebohrung (6) vorgesehen ist, deren Boden (7) mit der Umfangswand des Druckraumes (5) die vom Leitungsdruck elastisch verformbare Membran (8) bildet und dass der Messwertaufnehmer (10) in die Aufnahmebohrung (6) einsetzbar und an die Membran (8) andrückbar ist.