Indiziereinrichtung für schnellaufende Kolbenmaschinen. Der Gegenstand der vorliegenden Erfin dung ist eine Indiziereinrichtung für die Untersuchung des Druckverlaufes in schnell- laufenden Kolbenmaschinen, mittelst wel cher das Diagramm nicht während eines einzigen Arbeitsprozesses, sondern punkt weise während zahlreicher aufeinanderfol gender Arbeitsprozesse aufgenommen wird, um dadurch den Einfluss der Massenwirkung der bewegenden Teile des Indikators zu be seitigen.
Das Wesen dieser Indiziereinrichtung be steht darin, dass ein von der zu untersuchen den Maschine zwangsläufig angetriebenes Steuerorgan zwischen Maschinenzylinder und dem Indikatorraum eingeschaltet ist, welches die Verbindung zwischen beiden in jedem aufeinanderfolgenden Arbeitsprozess, immer in einer bestimmten Phase, auf die Dauer eines kleinen Bruchteils des ganzen Arbeits prozesses herstellt.
Die Phase des Arbeitsprozesses, bei wel cher Maschinenzylinder und Indikatorzylin der in Verbindung stehen, kann zerlegt und dadurch die zu untersuchende Phase auf dem ganzen Diagramm herumgeführt werden. Die Verstellung der Steuerung bewirkt gleich zeitig auch das Verstellen der Schreibtrom mel des Indikators um den Betrag entspre chend der Variablen (Kolbenweg, Kurbel weg, Zeit usw.), als deren Funktion der Druckverlauf aufgenommen wird.
Für die Verwirklichung des oben ange führten Prinzips besteht der Gegenstand der vorliegenden Erfindung aus zwei organisch zusammenhängenden Elementen, und zwar: 1. Einem eigentlichen Steuerorgan, wel ches zwischen dem untersuchten Maschinen zylinder und dem Indikatorzylinder die Ver bindung herstellt; 2. Einer Phasenverstelleinrichtung, wel- ehe von der zu untersuchenden Maschine zwangsläufig angetrieben wird, das Steuer organ antreibt und die Indikatortrommel betätigt; 3.
Dazu kann noch ein Teil kommen, der zum Vermindern oder Vermehren des Druk- kes dient - und welcher zwischen den Maschi nenzylinder und das Steuerorgan eingeschal tet werden kann. Dieser Teil kommt nicht notwendigerweise, sondern nur in besonderen Fällen in Anwendung.
Die beiliegende Zeichnung veranschau licht in Fig. 1 eine Ausführungsform des Steuerorganes mit einem einfachen, oszillie renden Schieber, Fig. 2 eine Abänderung der Ausführungs form gemäss Fig. 1, Fig. 3 eine Ausführungsform des Steuer- organes mit einem gegenläufigen Doppel schieber, Fig. 4, 5 und 6 andere Ausführungsfor men mit Doppelschiebern, Fig. 7 und 8 eine Ausführungsform der Phasenverstelleinrichtung in Längsschnitt und Ansicht, Fig. 9 eine Gesamtanordnung der Indi- ziereinrichtung, Fig. 10 einen Längsschnitt durch den Druckverminderer.
Bei der in Fig. 1 veranschaulichten Aus führungsform wird der Steuerschieber 2 durch die Welle 1 mittelst Kurbel 3 und Schubstange 4 angetrieben. Das Schieber gehäuse 5 ist mit zwei Ableitungsröhren 6 und 7 versehen, deren eines mit dem unter- wuchtern Raum der Maschine, das andere mit dem Indikatorzylinder verbunden ist. Die beiden Räume stehen miteinander in Ver bindung, wenn der Schieberkanal 8 den Ab leitungsröhren 6 und 7 gegenübersteht. Das Offnen und Schliessen vollzieht sich in der Mittelstellung der Kurbel 3.
Die Welle 1 wird durch die untersuchte Maschine mittelst der in Fig. 7 und B veranschaulichten Pha senverstelleinrichtung mit solcher Über setzung angetrieben, dass in jedem aufein anderfolgenden Kreisprozess eine Verbindung der Ableitungsröhren bewerkstelligt wird.
Die in Fig. 2 veranschaulichte Ausfüh rungsform unterscheidet sieh von der Fig. 1 dadurch, dass der Schieber als eine Hülse ausgebildet ist und eine der Ableitungs röhren in das Innere der Steuerhülse verlegt wird. Diese Ausführungsform ermöglicht einen grossen Überströmungsquerschnitt.
Bei der in Fig. 3 veranschaulichten Aus führungsform des Steuerorganes werden zwei zylindrische, konzentrische, gegenläufige Steuerschieber 11 und 12 angewendet, wel- ehe durch die Welle 1 mittelst der Kurbeln 13 und 14 und Pleuelstangen 15 und 16 an getrieben werden. Die zwei Ableitungs röhren 6 und 7 des Gehäuses 5 sind mitein ander verbunden, wenn die Kanäle 18 und 19 der beiden Schieber den Öffnungen im Gehäuse gegenüberstehen.
Wenn die zwei Kurbeln einen Winkel von 180' bilden, dann kommen während einer Umdrehung der Welle 1 zwei Verbin dungen der Ableitungsröhre zustande. Ob wohl schon die Anordnung den Vorteil eines schnelleren Offnens und Schliesseis der Ka näle gewährleistet, so ist es noch vorteil hafter, wenn die Kurbeln unter einem stumpfen Winkel angeordnet sind, wodurch erreicht wird, dass während einer Umdrehung der Welle nur eine Verbindung der Kanäle stattfindet. Besonders vorteilhaft ist, den Kurbelwinkel so zu bestimmen, dass im Augen blicke des Offnens die Schieber ihre grösste Geschwindigkeit besitzen.
Für einen schnellen Druckausgleich vor und hinter dem Steuerorgan ist es eine Not wendigkeit, dass der Widerstand des Steuer- organes gegen die Durchströmung möglichst gering ist. Das kann entweder durch Ver kürzung des Durchströmweges oder durch Vergrösserung des Durchströmquerschnittes erreicht werden.
Bei der Ausführungsform der Kanäle ge mäss Fig. 4 wird die Länge des Sehieber- kanals dadurch verringert, dass die eine Seite des Schiebers mit breitem, die andere mit schmalem Schlitz versehen wird. Für die Öff nungsdauer (welche möglichst klein gehalten werden muss) kommt der schmale Schlitz in Betracht. Dieselbe Anordnung kann natür lich auch bei dem einfachen Schieber ge mäss Fig. 1 angewendet werden.
Bei der Ausführungsform der Kanäle gemäss Fig. 4 wird die Vergrösserung des Durchströmquerschnittes ohne Vergrösserung des Apparates dadurch erreicht, dass ein mög lichst grosser Teil des Sehieberumfanges mit Kanälen versehen ist. Bei dieser Ausführungs form wird eine der Ableitungsröhren zen- trisch in das Innere der beiden Schieber ver lebt.
Obwohl die zylindrische Ausführung der Schieber den Vorteil der leichten und ge nauen Ausführung bietet, können die Schie ber jedoch auch einen andern, zum Beispiel halbkreisförmigen oder prismatischen Quer schnitt haben, wie in Fig. 6 veranschaulicht ist.
Das oben beschriebene Steuerorgan wird durch die untersuchte Maschine zwangs läufig angetrieben, und zwar derart, dass in jedem aufeinanderfolgenden Kreisprozsss nur eine Verbindung zwischen Maschinenzylinder und Indikatorzylinder zustande kommt. Der Antrieb erfolgt jedoch nicht unmittelbar von der Maschinenwelle, sondern unter Zwischen schaltung einer ,,Phasenverstelleinrichtung", welche den Phasenpunkt der Verbindung von Hand oder automatisch zu verändern ermög licht.
Die Phasenverstelleinrichtung besteht im wesentlichen aus einem Planetengetriebe, das aus drei Elementen besteht. Eines der Elemente wird mit der Maschinenwelle, das zweite mit der Welle des Steuerorganes ge kuppelt, während das dritte, von der Hand oder selbsttätig angetrieben, die zur Phasen verstellung nötige zusätzliche Drehung be wirkt.
Fig. 7 und 8 zeigen eine beispielsweise Ausführungsform einer Phasenverstellein richtung, und zwar beziehen sich die Fi guren und die folgende Beschreibung auf eine Phasenverstelleinrichtung für Viertakt motore.
Die Welle 21 wird durch die Maschinen welle (Übersetzung 1:1) die Welle 1 des Steuerorganes durch die Welle 22 getrieben. (Ein Steuerorgan mit Doppelschieber und mit stumpfem Kurbelwinkel wird in diesem Bei spiel angewendet.) Welle 21 und 22 sind miteinander durch Zahnräder 23, 24, 25 und 26 in Verbindung, und zwar derart, dass die Welle 22 mit der Hälfte der Drehzahl der Welle 21 herum läuft. Die Zahnräder 24 und 25 werden auf die Welle 27 hufgekeilt, welch letztere im Ge häuse 28 drehbar gelagert ist. Das Gehäuse 28 kann im feststehenden Rahmen 29 mit- telst Schnecke 30 verstellt werden. Die Art und Weise der Schneckenverdrehung, welche automatisch oder von Hand bewerkstelligt werden kann, ist in der Zeichnung nicht ver anschaulicht.
Durch Drehen der Schnecke 30 kann der Welle 22 eine zusätzliche Verdre hung gegenüber der Welle 21 gegeben wer den.
Solange das Gehäuse 28 nicht verdreht wird, werden die Durchströmungen in der selben Phase der einanderfolgenden Arbeits prozesse stattfinden. Wird das Gehäuse 28 um einen Winkel x verdreht, dann wird die Durchströmung in einer veränderten Phase, entsprechend einer um den Winkel x früheren oder späteren Kurbelstellung stattfinden.
Die Indikatortrommel wird von dem mit dem Gehäuse 28 in Verbindung stehenden Exzenter 31 und dem dazu gehörenden Kur belmechanismus angetrieben. Die Exzenter- stange 32 trägt einen Kreuzkopf 36, von dem die Indikatortrommel mittelst einer Schnur ihre Bewegung erhält. Der Kreuzkopf 36 kann an der Exzenterstange 32 verstellt und dadurch das Verhältnis Kurbelradius: Schub stangenlänge des Kurbelmechanismus auf denselben Wert, wie ihn die zu untersuchende Maschine hat, eingestellt werden.
Der greuzkopfzapfen 36 wird im Schlitz 33 geradegeführt, welche Geradeführung selbst an dem exzentrischen Teil 35 am Rah men 29 verdreht und mittelst Schraube 34 festgeklemmt werden kann. Diese Einlich tung ermöglicht die Einstellung des Exzen- termechanismus entsprechend der Schrän- kung (Desaxialität) des Kurbeltriebes der untersuchten Maschine.
Infolge dieser Ein stellungsmöglichkeit wird die Bewegung des Zapfens 36 genau proportional mit der Kur belbewegung der untersuchten Maschine.
Die konstruktive Lösung des Planeten getriebes kann im Rahmen der Erfindung verschiedene Formen annehmen, zum Bei spiel kann der Gehäuseteil 28 von der Ma- schine angetrieben und die Phasenverstel lung durch Drehen des Rades 23 bewerk stelligt werden. In diesem Falle wird die Trommelbewegung von der Welle 21 abge leitet. Weiterhin können im Getriebe Kegel räder statt Stirnräder angewendet werden, usw.
Bei der Untersuchung von Zweitakt maschinen kann das Steuerorgan von der Welle 292 mittelst einer 2:1-Übersetzung an getrieben werden.
Fig. 9 zeigt die Anordnung der gesamten Indiziereinrichtung. 41 ist die Kurbelwelle der untersuchten Maschine, welche die Welle 1 der Phasenv erstelleinrichtung mittelst der Zwischenwelle 42 antreibt. Die Welle 22 treibt die Welle 1 des Steuerorganes 44. Das Steuerorgan steht mit dem Indikatorzylinder 45 mittelst Rohres 48 in Verbindung. Die Phasenverstelleinrichtung treibt die Indi katortrommel mittelst Schnur 47 an.
Das Rohr 49 muss möglichst kurz ge halten werden. Die Länge der Rohrleitung 18 hat keinen schädlichen Einfluss; infolge dessen kann der Indikator entfernt von der untersuchten Maschine aufgestellt werden. Dieser Umstand ermöglicht die Indizierung von Fahrzeugmotoren, insbesondere von Flug motoren. Wegen Undichtigkeitsverlust ist es vorteilhaft, die Rohrleitung 48 mit Flüssig keit (Öl) zu füllen.
Wenn in dem untersuchten Raume zu grosse Drücke vorkommen, welche von dem Indikator, wegen Undichtigkeitsverlusten, fernzuhalten erwünscht ist, dann kann der Druckverminderer Fig. 10 zwischen den un tersuchten Raum und dem Steuerorgan ein geschaltet werden. Dieser Apparat besteht ans zwei gleichachsigen Zylindern von un gleichem Durchmesser, in welchem zwei an einer gemeinsamen Kolbenstange sitzende Kolben dicht, aber frei sich bewegen können. Der kleine Zylinderraum 61 steht mit dem untersuchten Raum, der grössere mit dem Steuerorgan in Verbindung. In diesem Falle muss der Raum 62 die Rohrleitung und der Indikatorzylinder mit Öl oder anderer Flüs sigkeit angefüllt werden. Umgekehrt kann man mittelst dieses Apparates keine Drücke vergrössern.
Indicating device for high-speed piston engines. The subject of the present invention is an indicating device for the investigation of the pressure curve in high-speed piston machines, by means of which the diagram is recorded not during a single work process, but point by point during numerous successive work processes, in order to determine the influence of the mass action of the moving ones To remove parts of the indicator.
The essence of this indicating device is that a control element, which is inevitably driven by the machine to be examined, is switched on between the machine cylinder and the indicator chamber, which establishes the connection between the two in each successive work process, always in a certain phase, for a small fraction of the time the entire work process.
The phase of the work process, in which the machine cylinder and indicator cylinder are connected, can be disassembled and the phase to be examined can thus be guided around the entire diagram. The adjustment of the control also causes the indicator's writing drum to be adjusted by the amount corresponding to the variables (piston travel, crank travel, time, etc.) as the function of which the pressure curve is recorded.
For the implementation of the above-mentioned principle, the subject matter of the present invention consists of two organically related elements, namely: 1. An actual control element, wel ches between the examined machine cylinder and the indicator cylinder establishes the connection; 2. A phase adjustment device, which is inevitably driven before the machine to be examined, drives the control organ and actuates the indicator drum; 3.
In addition, there can be a part that is used to reduce or increase the pressure - and which can be switched between the machine cylinder and the control unit. This part does not necessarily apply, only in special cases.
The accompanying drawing illustrates in Fig. 1 an embodiment of the control member with a simple, oscillating-generating slide, Fig. 2 is a modification of the embodiment according to FIG. 1, Fig. 3 is an embodiment of the control member with an opposing double slide, Fig 4, 5 and 6 other embodiments with double slides, FIGS. 7 and 8 an embodiment of the phase adjustment device in longitudinal section and view, FIG. 9 an overall arrangement of the indicating device, FIG. 10 a longitudinal section through the pressure reducer.
In the embodiment illustrated in FIG. 1, the control slide 2 is driven by the shaft 1 by means of the crank 3 and the push rod 4. The slide housing 5 is provided with two discharge tubes 6 and 7, one of which is connected to the undergrowth of the machine, the other to the indicator cylinder. The two rooms are connected to each other when the slide channel 8 from the conduit tubes 6 and 7 is opposite. Opening and closing takes place in the middle position of crank 3.
The shaft 1 is driven by the machine under investigation by means of the phase adjustment device illustrated in FIGS. 7 and B with such a ratio that the discharge pipes are connected in each successive cycle.
The Ausfüh illustrated in Fig. 2 approximately differs from Fig. 1 in that the slide is designed as a sleeve and one of the discharge tubes is laid in the interior of the control sleeve. This embodiment enables a large overflow cross-section.
In the embodiment of the control member illustrated in FIG. 3, two cylindrical, concentric, counter-rotating control slides 11 and 12 are used, which are driven through the shaft 1 by means of the cranks 13 and 14 and connecting rods 15 and 16. The two discharge tubes 6 and 7 of the housing 5 are connected to one another when the channels 18 and 19 of the two slides face the openings in the housing.
If the two cranks form an angle of 180 ', then two connections of the discharge tube come about during one revolution of the shaft 1. Although the arrangement already ensures the advantage of faster opening and closing of the channels, it is even more advantageous if the cranks are arranged at an obtuse angle, which means that only one connection of the channels takes place during one rotation of the shaft . It is particularly advantageous to determine the crank angle in such a way that the slides are at their greatest speed at the moment of opening.
For rapid pressure equalization in front of and behind the control element, it is necessary that the resistance of the control element to the flow is as low as possible. This can be achieved either by shortening the flow path or by increasing the flow cross-section.
In the embodiment of the channels according to FIG. 4, the length of the Sehieber- channel is reduced in that one side of the slide is provided with a wide slot and the other with a narrow slot. For the opening time (which must be kept as short as possible) the narrow slot comes into consideration. The same arrangement can of course also be applied to the simple slide according to FIG.
In the embodiment of the channels according to FIG. 4, the enlargement of the flow cross-section is achieved without enlarging the apparatus in that the largest possible part of the circumference of the valve is provided with channels. In this embodiment, one of the drainage tubes is lived centrally in the interior of the two slides.
Although the cylindrical design of the slide offers the advantage of being light and precise, the slide can also have a different, for example semicircular or prismatic cross section, as illustrated in FIG.
The control element described above is inevitably driven by the examined machine, namely in such a way that in each successive cycle only one connection is established between the machine cylinder and the indicator cylinder. However, the drive is not carried out directly by the machine shaft, but with the interposition of a "phase adjustment device", which allows the phase point of the connection to be changed manually or automatically.
The phase adjustment device consists essentially of a planetary gear, which consists of three elements. One of the elements is coupled to the machine shaft, the second to the shaft of the control element, while the third, manually or automatically driven, effects the additional rotation required for phase adjustment.
7 and 8 show an example embodiment of a phase adjustment device, namely the Fi gures and the following description relate to a phase adjustment device for four-stroke engines.
The shaft 21 is driven by the machine shaft (ratio 1: 1), the shaft 1 of the control element through the shaft 22. (A control element with a double slide and with an obtuse crank angle is used in this example.) Shafts 21 and 22 are connected to one another by gears 23, 24, 25 and 26 in such a way that the shaft 22 rotates at half the speed of the shaft 21 running around. The gears 24 and 25 are wedged on the shaft 27, which the latter in the housing 28 is rotatably mounted. The housing 28 can be adjusted in the stationary frame 29 by means of a screw 30. The way in which the screw is rotated, which can be done automatically or by hand, is not illustrated in the drawing.
By rotating the worm 30, the shaft 22 can be given an additional twist relative to the shaft 21 who the.
As long as the housing 28 is not rotated, the flows will take place in the same phase of the successive work processes. If the housing 28 is rotated by an angle x, then the flow will take place in a changed phase, corresponding to a crank position earlier or later by the angle x.
The indicator drum is driven by the eccentric 31 connected to the housing 28 and the associated cure mechanism. The eccentric rod 32 carries a cross head 36 from which the indicator drum receives its movement by means of a cord. The cross head 36 can be adjusted on the eccentric rod 32 and thereby the ratio of crank radius: push rod length of the crank mechanism can be set to the same value as the machine to be examined.
The greuzkopfzapfen 36 is straight out in the slot 33, which straight line itself on the eccentric part 35 on the frame 29 rotated and clamped by means of screw 34 can be. This arrangement enables the eccentric mechanism to be set according to the offset (disaxiality) of the crank drive of the machine under investigation.
As a result of this A position option, the movement of the pin 36 is exactly proportional to the cure belbewegung of the machine under study.
The structural solution of the planetary gear can take various forms within the scope of the invention, for example the housing part 28 can be driven by the machine and the phase adjustment can be accomplished by turning the wheel 23. In this case, the drum movement is derived from the shaft 21 abge. Furthermore, bevel gears can be used instead of spur gears in the transmission, etc.
When examining two-stroke machines, the control element can be driven by the shaft 292 by means of a 2: 1 ratio.
9 shows the arrangement of the entire indexing device. 41 is the crankshaft of the examined machine, which drives the shaft 1 of the phase adjustment device by means of the intermediate shaft 42. The shaft 22 drives the shaft 1 of the control element 44. The control element is connected to the indicator cylinder 45 by means of a tube 48. The phase adjustment device drives the indicator drum by means of cord 47.
The pipe 49 must be kept as short as possible. The length of the pipeline 18 has no detrimental effect; as a result, the indicator can be placed remotely from the machine under investigation. This fact enables the indexing of vehicle engines, especially aircraft engines. Because of leakage, it is advantageous to fill the pipeline 48 with liquid (oil).
If too high pressures occur in the examined space, which is to be kept away from the indicator because of leakage losses, then the pressure reducer Fig. 10 can be switched between the examined space and the control member. This apparatus consists of two coaxial cylinders of unequal diameter, in which two pistons seated on a common piston rod can move tightly but freely. The small cylinder space 61 is in connection with the examined space, the larger one with the control element. In this case, the space 62, the pipeline and the indicator cylinder must be filled with oil or other liquid. Conversely, one cannot increase pressures by means of this apparatus.