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Die Erfindung bezieht sich auf ein Strömungsmomentenmessgerät, insbesondere 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, wobei zur Messung der relativen Verdrehung zwi- schen Strömungsgleichrichter und Führungsgehäuse zumindest je eine Elektrode am Strömungsgleich- richter einerseits sowie am Führungsgehäuse anderseits einander zumindest teilweise gegenüberlie- gend angeordnet sind, die mit einer Auswerteschaltung zur Messung der so gebildeten, unmittelbar der relativen Verdrehung des Strömungsgleichrichters zugeordneten Kapazität verbunden sind,
und wobei weiters jeweils zwei voneinander getrennte Elektroden des Strömungsgleichrichters bzw. des
Führungsgehäuses einer gemeinsamen Elektrode am jeweils andern Bauteil gegenüberliegend angeord- net sind und in der Auswerteschaltung unmittelbar die Differenz dieser beiden, sich bei einer rela- tiven Verdrehung des Strömungsgleichrichters gegensinnig ändernden Kapazitäten bestimmbar ist, nach Patent Nr. 378607.
Das Strömungsmomentenmessgerät dieser Art ermöglicht mit hoher Genauigkeit die Messung des auf den drehbar gelagerten Strömungsgleichrichter von der rotierenden Strömung ausgeübten Mo- mentes. Dazu wird eine den Verdrehwinkel zwischen Führungsgehäuse und Strömungsgleichrichter wiederspiegelnde Grösse, nämlich die relative Verschiebung zwischen den gegenüberliegenden Elektro- den am Gehäuse des Strömungsgleichrichters 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.
Aufgabe der Erfindung ist die Ausschaltung von Störeinflüssen bei der Messsignalgewinnung bzw. bei der Signalleitung, wobei eine hohe Messgenauigkeit erzielt werden soll.
Erfindungsgemäss geschieht dies dadurch, dass die am Strömungsgleichrichter angeordneten Elektrode bzw. Elektroden im wesentlichen senkrecht zu dessen Achse vom Umfang des Strömungsgleichrichters nach aussen plattenförmig absteht bzw. abstehen und dass die am Führungsgehäuse angeordnete Elektrode bzw. Elektroden plattenförmig ausgebildet und zusammen mit der Auswerteschaltung im Inneren des elektrisch leitenden Führungsgehäuses elektrisch abgeschirmt befestigt ist bzw. sind. Durch die Anordnung der Elektroden und der Auswerteschaltung im Gehäuseinneren werden diese zusätzlich zur elektrischen Abschirmung durch die umgebenden Gehäuseteile auch mechanisch geschützt. Die die Auswerteschaltung tragende Platine ist in unmittelbarer Nähe der Messelektroden innerhalb des Gehäuses angeordnet, womit sich keine Probleme mit der Führung von Signalleitungen bzw.
Einstreuung von Störsignalen in dieser ergeben.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Elektroden zumindest in ihrem kapazitiv zusammenwirkenden Bereich als Segmente von Kreisringen mit Zentrum in der Achse des Strömungsgleichrichters ausgebildet sind. Durch diese Massnahme wird ein weitgehend linearer Zusammenhang zwischen der von der relativen Lage der Elektroden bestimmten Kapazitäts- änderung und der Grösse des zu messenden Momentes erreicht.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zumindest die am Führungsgehäuse angeordnete Elektrode bzw. Elektroden über eine Justieranordnung verstellbar ist bzw. sind. Zur genauen Justierung des Nullpunktes des Messsignals bzw. des Plattenabstandes der Elektroden in axialer Richtung kann die am Gehäuse befestigte Elektrode in einfacher Weise justiert werden.
Gemäss einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Auswerteschaltung teilweise in einen äusseren U-förmigen Teil des Gehäuses des Strömungsgleichrichters ragt, der seinerseits in einer ringförmigen Ausnehmung des Führungsgehäuses in einer Flüssigkeit gelagert und gegen das Führungsgehäuse abgedichtet ist. Durch diese Massnahme wird einerseits eine kompakte Ausführung des Momentenmessgerätes erreicht und anderseits sorgt die schwimmende Lagerung für hohe Messgenauigkeit, da ein Grossteil der axialen Lagerreibung wegfällt.
Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in Fig. l einen Axialschnitt des erfindungsgemässen Momentenmessgerätes nach der Linie I-I in Fig. 2 und Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. l.
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Das dargestellte Strömungsmomentenmessgerät beinhaltet einen um eine Achse-l-drehbar in einem Führungsgehäuse --2-- gelagerten Strömungsgleichrichter --3--, welcher in seinem Gehäuse --4-- bienenwabenförmige, parallel zur Achse --1-- führende Kanäle --5-- aufweist. Am unteren Rand des Gehäuses --4-- ist nach aussen ein U-förmiger Teil --44-- angeformt, der in eine ringförmige Ausnehmung --45-- des Führungsgehäuses --2-- ragt. Zwischen der Ausnehmung - und dem U-förmigen Teil --44-- befindet sich eine Flüssigkeit --9--, durch die das Gehäu- se --4-- des Strömungsgleichrichters --3-- schwimmend gelagert ist. Die Flüssigkeit --9-- wirkt sowohl dichtend an dieser Stelle als auch dämpfend bei der Drehbewegung.
Die Flüssigkeit --9--, deren Pegel am Füllstandsmessrohr --66-- abgelesen werden kann, wird über eine Fülleinrichtung - eingebracht.
An der Unterseite des Führungsgehäuses --2-- sind Verbindungsspeichen --48-- angeformt, die eine zentrale Nabe aufweisen, welche einen über ein Schraubgewinde-12-- und eine Mutter - 13-- befestigten Lagerdorn --14-- trägt, dessen Achse mit der Drehachse --1-- des Strömungsgleichrichters zusammenfällt. Der Lagerdorn --14-- weist sowohl an seinem oberen als auch an seinem unteren Ende je ein Wälzlager --18, 18'-- zwischen Mittelhülse --16-- und Lagerdorn - auf, welche hauptsächlich Radialkräfte zwischen Gehäuse --4-- des Strömungsgleichrichters
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im Gehäuse --4-- sind zwei Übertragungshebel --21-- befestigbar, die diametral angeordnet sind und deren Enden --22-- mit einer Vorspanneinrichtung --25-- zusammenwirken.
Die Vorspanneinrichtungen --25--, mit denen die Übertragungshebel --21-- und damit der Strömungsgleichrichter --3-- hinsichtlich einer Verdrehung um die Achse-l-gegenüber dem Führungsgehäuse --2-- vorgespannt sind, sind auf einem radialen Absatz --51-- des Führungs- gehäuses --2-- mittels Schrauben --52-- angebracht. Diese Vorspanneinrichtungen --25-- greifen je an einem äusseren Ende --22-- der Übertragungshebel --21-- an, um die Reaktionskräfte in den Lagern möglichst gering zu halten.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Vorspanneinrichtungen --25-- am Absatz - des Führungsgehäuses mittels Schrauben --52-- befestigte Leisten --53-- auf, die zum Einhängen von Federn --28-- ausgebildet sind, die ihrerseits am Ende --22-- der Übertragungshebel --21-- angreifen.
Am oberen Ende des Führungsgehäuses --2-- ist ein Flansch --54-- ausgebildet, der einerseits mit der oberen Abdeckplatte --32-- eines nicht dargestellten Beruhigungsbehälters verschraubt ist und anderseits an einer inneren Ausnehmung --33-- einen Einsatzring --34-- trägt.
Der Einsatzring --34-- seinerseits dient im dargestellten Ausführungsbeispiel zur Aufnahme des unteren Randes einer Zylinderbüchse --35-- bzw. eines entsprechenden Bauteils, welche in ihrem Inneren die im wesentlichen um die Achse-l-rotierende Ladung in Richtung des Pfeils --36-zum darunterliegenden Strömungsgleichrichter --3-- zuführt. Über verschiedene grosse Einsatzringe - kann dabei die Anordnung auf einfache Weise für verschiedene Zylinderbüchsen --35-- bzw. ähnliche Einrichtungen umgebaut werden.
Zur Messung der von der zugeführten rotierenden Ladung bei ihrer Gleichrichtung in den
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äusseren Umfang des Strömungsgeleichrichters --3-- im wesentlichen senkrecht zu dessen Achse --1-plattenförmig abstehend angebracht. Jeweils zwei voneinander getrennte Elektroden --56--, die in den Raum --57-- zwischen den Elektroden --55-- ragen und deren Trennspalt --39-- im Ruhezustand im wesentlichen der Mitte der jeweils zugehörigen Elektroden --55-- am Strömungsgleich- richter --3-- gegenüberliegt, sind am Führungsgehäuse --2-- angeordnet, wobei diese Elektroden --56-- über Ableitungen --58-- mit der Auswerteschaltung --43-- verbunden sind. Die Elektroden - sind auf einer direkt mit der Justieranordnung --46-- verbundenen Platte --59-- aufgebracht.
Die Justieranordnung --46-- lässt sich gegen die Kraft einer Feder --47-- parallel zur Achse --1-- verschieben, wodurch der Abstand der Elektroden --56-- zu den Elektroden --55-eingestellt werden kann. Alle Elektroden --55, 56-- sowie die Ableitungen --58-- und die Auswerte-
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schaltung --43-- liegen elektrisch abgeschirmt und mechanisch geschützt im Inneren des Führungs- gehäuses --2--. In der Auswerteschaltung --43-- kann auf diese Weise unmittelbar die Differenz der sich bei einer relativen Verdrehung des Gehäuses --4-- des Strömungsgleichrichters --3-- gegenüber dem Führungsgehäuse --2-- gegensinnig ändernden Kapazitäten der jeweils sich unmitteli bar gegenüberliegenden Elektroden --55, 56-- bestimmt werden,
die-unter Berücksichtigung der
Vorspanneinrichtung --25-- - unmittelbar mit dem gesuchten Strömungsmoment bzw. Reaktionsmo- ment zusammenhängt. Der Vorteil der Messung über Bestimmung der Differenzkapazität ist die hohe
Genauigkeit einerseits und anderseits die Möglichkeit, unmittelbar aus dem Vorzeichen des Messresul- tates die Richtung der die Kapazitätsänderung verursachenden Verdrehung festzustellen.
Wie in Fig. l und 2 strichpunktiert dargestellt, ist für die Grob- und Feinjustierung des
Momentenmessgerätes eine Justiereinrichtung --60-- vorgesehen. Sie besteht aus einem auf den Strö- mungsgleichrichter --3-- drehfest aufsetzbaren zylindrischen Teil --61-- mit dem Durchmesser --D--, der einen zentrischen zylindrischen Ansatz --62-- mit dem Durchmesser --d-- aufweist, sowie aus am Flansch-54-- befestigten Stützen-63--, auf denen Rollen-29, 29'-mittels i Achsen-30, 30'-- drehbar gelagert sind.
Je nach Justierbereich ist über eine Schnur --64 bzw. 64'--, die über die Rollen --29 bzw, 29'-geführt ist und am Durchmesser --D bzw. d-angreift, ein in den Zeichnungen nicht darge- stelltes Justiergewicht anbringbar.
Es wäre auch möglich, mehr als nur eine Anordnung von zusammenarbeitenden Elektroden an
Führungsgehäuse und Strömungsgleichrichter vorzusehen. Dabei ist es vorteilhaft, die Anordnung symmetrisch zur Achse-l-des Strömungsgleichrichters vorzunehmen, da damit die Auswirkungen von unter Umständen auftretenden geringfügigen asymmetrisch wirkenden Kräften am Strömungsgleich- richter --3-- kompensiert sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Strömungsmomentenmessgerät, insbesondere 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 Führungsgehäuse gelagert und von dem von der rotierenden Strömung bei deren Gleichrichtung ausgeübten Moment gegen eine Vorspannkraft verdrehbar ist, wobei zur Messung der relativen Verdrehung zwischen Strömungsgleichrichter und
Führungsgehäuse zumindest je eine Elektrode am Strömungsgleichrichter einerseits sowie am Füh- rungsgehäuse anderseits einander zumindest teilweise gegenüberliegend angeordnet sind, die mit einer Auswerteschaltung zur Messung der so gebildeten, unmittelbar der relativen Verdrehung des
Strömungsgleichrichters zugeordneten Kapazität verbunden sind,
und wobei weiters jeweils zwei voneinander getrennte Elektroden des Strömungsgleichrichters bzw. des Führungsgehäuses einer gemeinsamen Elektrode am jeweils andern Bauteil gegenüberliegend angeordnet sind und in der
Auswerteschaltung unmittelbar die Differenz dieser beiden, sich bei einer relativen Verdrehung des Strömungsgleichrichters gegensinnig ändernden Kapazitäten bestimmbar ist, nach Patent
Nr. 378607, dadurch gekennzeichnet, dass die am Strömungsgleichrichter (3) angeordnete Elektrode bzw. Elektroden (55) im wesentlichen senkrecht zu dessen Achse (1) vom Umfang des Strömungsgleich- richters (3) nach aussen plattenförmig absteht bzw. abstehen und dass die am Führungsgehäuse (2) angeordnete Elektrode bzw.
Elektroden (56) plattenförmig ausgebildet und zusammen mit der Auswerteschaltung (43) im Inneren des elektrisch leitenden Führungsgehäuses (2) elektrisch abge- schirmt befestigt ist bzw. sind.