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Die Erfindung betrifft ein Strömungsmomentenmessgerät, insbesonders zur Bestimmung des
Dralls der Zylinderladung von Brennkraftmaschinen, mit einem Strömungsgleichrichter, der um eine parallel zur Richtung der gerichteten Strömung liegende Achse drehbar in einem Führungs- gehäuse gelagert und von dem von der rotierenden Strömung bei deren Gleichrichtung ausgeübten
Moment gegen eine Vorspannkraft verdrehbar ist.
Derartige Messgeräte sind beispielsweise aus der MTZ 44 [1983] 2, S. 67f, bekannt und haben gegenüber der ebenfalls bekannten Messung der Ladungsrotation mittels eines Flügelradanemometers den entscheidenden Vorteil, dass das erhaltene Messergebnis unabhängig von der Verteilung der
Tangentialgeschwindigkeitskomponenten der rotierenden Strömung ist.
Der Drehimpuls der zu mes- senden Strömung - also etwa der über drallerzeugende Einlasskanäle in den Zylinder einer Brenn- kraftmaschine eingeströmten Zylinderladung - wird dabei über das Reaktions-Drehmoment des in der Strömung angeordneten Strömungsgleichrichters bestimmt, wobei sich aber bei den bekannten derartigen Messgeräten infolge der verwendeten Methoden zur Messung dieses Reaktions-Drehmo- ments Probleme hinsichtlich der nur geringen erzielbaren Messgenauigkeit ergeben.
Zu dieser Bestimmung des von der rotierenden Strömung auf den Strömungsgleichrichter aus- geübten Moments bzw. des Reaktionsmoments werden beispielsweise Dehnmessstreifen eingesetzt, die entweder direkt an einer Torsionsachse für den Strömungsgleichrichter oder auch an einem vom in geeigneter Weise drehgelagerten Strömungsgleichrichter abstehenden Übertragungshebel od. dgl. angebracht sein können. Dabei besteht der entscheidende Nachteil darin, dass für eine ausreichend hohe Empfindlichkeit der Messung mit Dehnmessstreifen ein hoher Brückenstrom durch den Dehnmessstreifen erforderlich ist, der unmittelbar zu einer Erwärmung der Dehnmessstreifen sowie der diese tragenden Bauteile beim Einschalten des Messgerätes führt.
Dadurch entsteht ein
Drift des Nullpunktes, was in gewissen Fällen eine stundenlange Wartezeit bis zum Einstellen stabiler Verhältnisse, wie sie für Präzisionsmessungen notwendig sind, erfordert.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Strömungsmomentenmessgerät der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass die genannten Nachteile nicht auftreten und dass insbesonders Messungen des auf den drehbar gelagerten Strömungsgleichrichter von der rotierenden Strömung ausgeübten
Moments mit hoher Genauigkeit jederzeit möglich sind.
Dies wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass zur Messung der relativen Verdrehung zwischen Strömungsgleichrichter und Führungsgehäuse zumindest je eine Elektrode am Strömungs- gleichrichter einerseits sowie am Führungsgehäuse anderseits einander zumindest teilweise gegen- überliegend angeordnet sind, die mit einer Auswerteschaltung zur Messung der so gebildeten, unmittelbar der relativen Verdrehung des Strömungsgleichrichters zugeordneten Kapazität verbunden sind. Es wird also gemäss der Erfindung unmittelbar eine den Verdrehwinkel zwischen Führungsgehäuse und Strömungsgleichrichter wiederspiegelnde Grösse, nämlich die relative Verschiebung zwischen den gegenüberliegenden Elektroden am Strömungsgleichrichter sowie am Führungsgehäuse durch Messung der Kapazität bzw.
Kapazitätsänderung des so gebildeten Kondensators bestimmt, wobei dann im Zusammenhang mit der bekannten bzw. justierbaren Vorspannkraft das gesuchte Moment bzw. der Drall der Strömung ermittelbar ist. Durch die Messung der Kapazität an den gegenüberliegenden Elektroden wird keine Wärme an den empfindlichen Teilen des Messgerätes erzeugt, womit sofort nach dem Einschalten des Messgerätes ein stabiler Nullpunkt erreicht wird. Darüber hinaus können Kapazitätsmessungen mit den heutigen, für diese Zwecke verwendbaren bekannten Einrichtungen mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden, so dass die Messung des Strömungsmoments tatsächlich jederzeit mit grosser Genauigkeit durchgeführt werden kann.
Gemäss einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass jeweils zwei voneinander getrennte Elektroden des Strömungsgleichrichters bzw. des Führungsgehäuses einer gemeinsamen Elektrode am jeweils andern Bauteil gegenüberliegend angeordnet sind und dass in der Auswerteschaltung unmittelbar die Differenz dieser beiden, sich bei einer relativen Verdrehung des Strömungsgleichrichters gegensinnig ändernden Kapazitäten bestimmbar ist.
Auf diese Weise können die an sich bekannten Vorteile der Messung von Differenzkapazitäten (kapazitive Spannungsteiler) für die Zwecke der Erfindung ausgenutzt werden, welche einerseits in einer sehr hohen Genauigkeit der Messung und anderseits darin bestehen, dass aus dem Messsignal unmittelbar die Richtung der jeweiligen Verdrehung zwischen Strömungsgleichrichter und Führungsgehäuse ablesbar
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Elektroden bezüglich der Achse des Strömungsgleichrichters symmetrisch am Aussenumfang des Strömungsgleichrichters und am Innenumfang des Führungsgehäuses angeordnet sind, womit sich in sehr vorteilhafter Weise Einflüsse auf das Messergebnis, die infolge einer durch Biegung hervorgerufenen radialen Elektrodenverlagerung auftreten können,
bezüglich einer Kapazitätsänderung kompensieren lassen.
Mit einer derartigen Ausgestaltung eines Strömungsmomentenmessgerätes lassen sich beispielsweise im Zusammenhang mit der bereits eingangs genannten Bestimmung des Dralls der Zylinderladung von Brennkraftmaschinen über die Messung des von der rotierenden Ladung ausgeübten Moments bereits bei sehr kleinen Ventilhüben, also bei kleinem Volumenstrom und somit nur geringer Ladungsrotation, sehr genaue Messergebnisse erreichen, wobei minimale Drehmomente bis in den Bereich von etwa 5 x zum gemessen werden konnten.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Fig. 1 zeigt einen teilweisen schematischen Schnitt durch ein erfindungsgemässes Strömungsmomentenmessgerät und Fig. 2 zeigt einen teilweisen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1.
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--1-- drehbarle --5-- hat. Am oberen Rand --6-- des Gehäuses --4-- ist ein Dichtrand --7-- nach unten gezogen, der in einer Ausdrehung --8-- in Führungsgehäuse --2-- in Flüssigkeit --9-- eintaucht, womit eine Dichtung an dieser Stelle sowie eine Dämpfung der Drehbewegung gegeben ist.
An der Unterseite des Führungsgehäuses --2-- ist ein Tragring --10-- über hier nur durch ihre Mittellinie --11-- dargestellte Schrauben befestigt, welcher im Bereich des Durchflussquerschnittes des Führungsgehäuses --2-- hier nicht dargestellte Verbindungsspeichen zu seiner zen-
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ters zusammenfällt. An seinem oberen Ende weist der Lagerdorn --14-- eine mit einem Spitzenlager --15-- in der Mittelhülse --16-- des Strömungsgleichrichters --3-- zusammenwirkende Spit- ze --17-- auf, die die radialen Kräfte im Bereich dieser Lagerung sowie die axialen Kräfte vom Strömungsgleichrichter --3-- auf den Lagerdorn --14-- und damit das Führungsgehäuse --2-- überträgt.
In einem bereits unterhalb der Gleichrichterkanäle --5-- des Strömungsgleichrichters --3-- liegenden Bereich ist ein Wälzlager --18-- zwischen Mittelhülse --16-- und Lager-
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Am unteren Rand --20-- des Strömungsgleichrichters --3-- sind zwei Übertragungshebel --21-- vorgesehen, die diametral angeordnet sind und deren Enden --22-- durch Schlitze --23-- im Bereich von Ausnehmungen --24-- die Wand des Führungsgehäuses --2-- durch- setzen.
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hinsichtlich einer Verdrehung um die Achse-l-gegenüber dem Führungsgehäuse--2--vorge- spannt sind.
Diese Vorspanneinrichtungen --25-- sind - obwohl nur auf der rechten Seite dargestellt - an beiden äusseren Enden --22-- der Übertragungshebel --21-- vorgesehen, um die Reaktionskräfte in den Lagern möglichst gering zu halten.
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gen, die an den vorderen Enden zum Einhängen einer Feder --28-- ausgebildet sind, die ihrerseits auf hier nicht dargestellte Weise am Ende --22-- der Übertragungshebel --21-- angrei- fen. Weiters sind noch zwei Rollen --29-- an den Enden der Haltewinkel --26-- drehbar um Ach-
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sen --30-- gelagert, über die auf hier nicht dargestellte Weise ein an einer Schnur od. dgl. befestigtes Gewicht gehängt werden kann, welches ebenfalls am Ende --22-- des Übertragungshebels --21-- angreift.
Am oberen Ende des Führungsgehäuses --2-- ist ein Flansch --31-- ausgebildet, der einerseits mit seinem Aussenumfang in einer Stützplatte --32-- sitzt und anderseits an einer inneren Ausnehmung --33-- einen Einsatzring --34-- trägt. Der Einsatzring --34-- seinerseits dient im
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infolge des ausgeübten Momentes auftretenden relativen Verdrehung sind im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei einander diametral gegenüberliegende Elektroden --37-- am Strömungsgleichrichter --3-- und jeweils zwei voneinander getrennte Elektroden --38--, deren Trennspalt --39-im Ruhezustand im wesentlichen der Mitte der jeweils zugehörigen Elektrode --37-- am Strömungs- gleichrichter --3-- gegenüberliegt, am Führungsgehäuse --2-- angeordnet,
wobei diese Elektroden --37, 38-- über Ableitungen --40, 41, 42-- mit einer Auswerteschaltung --43-- verbunden sind. In der Auswerteschaltung --43-- kann auf diese Weise unmittelbar die Differenz der, sich bei einer relativen Verdrehung des Strömungsgleichrichters --3-- gegenüber dem Führungsgehäuse --2-- gegensinnig ändernden Kapazitäten der jeweils sich unmittelbar gegenüberliegenden Elektroden --37, 38-- bestimmt werden, die - unter Berücksichtigung der Vorspanneinrichtungen --25-- - unmittelbar mit dem gesuchten Strömungsmoment bzw. Reaktionsmoment zusammenhängt.
Abgesehen von der dargestellten Anordnung wäre natürlich im Rahmen der Erfindung auch eine andere Anordnung der gegenüberliegenden Elektroden des Führungsgehäuses --2-- bzw. Strö- mungsgleichrichters --3-- möglich, solange nur sichergestellt bleibt, dass eine relative Verdrehung dieser beiden Bauteile, wie sie bei der Gleichrichtung einer rotierenden Strömung auftritt, zu einer relativen Verschiebung und damit zu einer Kapazitätsänderung zwischen den zusammenwirkenden Elektroden führt. Der Vorteil der Messung über Bestimmung der Differenzkapazität ist die hohe Genauigkeit einerseits und anderseits die Möglichkeit, unmittelbar aus dem Vorzeichen des Messresultates die Richtung der die Kapazitätsänderung verursachenden Verdrehung festzustellen.
Weiters wäre es auch möglich, mit nur einer Anordnung von zusammenarbeitenden Elektroden an Führungsgehäuse und Strömungsgleichrichter auszukommen, oder aber mehr als die dargestellten zwei veränderbaren Differenzkapazitäten vorzusehen. Auf alle Fälle vorteilhaft ist die Anordnung symmetrisch zur Achse --1-- des Strömungsgleichrichters, da damit die Auswirkungen von unter Umständen auftretenden geringfügigen Verbiegungen des Strömungsgleichrichters --3-- kompensiert sind.
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