Piezoelektrischer Druckindikator.
Die Erfindung betrifft einen piezoelektri- schen Druckindikator, insbesondere zum Messen des Gasdruckes von Brennkraftmasehinen, bei welchem der zwischen der Kristallsäule und ihrem Gehäuse vorhandene ringförmige Zwischenraum der Kristallkammer gegen den Messdruckraum hin durch eine Membran abgeschlossen ist.
Solche Druckgeber können als sogenannte Membran-, oder als Hülsenindikatoren gobant sein. Bei beiden Ausführungsarten ist es zur Erreichung einer grossen Empfindlichkeit des Indikators notwendig, die Membran m¯glichst dünn und elastisch vorzusehen. Anderseits sind der Verminderung der Membrandicke aus Festigkeitsgriinden Grenzen gezogen, indem die Instrumente einen bestimmten Höchstgasdruck aushalten müssen. Bei den Druekgebern älterer Art, den Membran druckgebern, wird diese Schwierigkeit noch dadurch erhöht, dass die Membran nicht nur Abdiclltungeorgan ist, sondern auch die axiale Vorspannung der Kristalle zu erzeugen hat.
Bei den neueren, den Hülsenindikatoren, fÏllt diese Schwierigkeit dahin, weil sie die Vorspannung der Kristalle durch die Hülse selbst erzeugen.
Es sind Indikatoren der letzteren Art'be kannt, bei denen der Ringluftspalt zwischen der Kristallsäule bzw. der H lse und dem Gehäusestutzen sehr schmal gehalten ist, um die dem Gasdruck ausgesetzte freie Membranflache möglichst einsehränken und die Mem brandicke reduzieren zu können. Durch diese Massnahme ist aber anderseits die freie radiaIe Durchbiegungslänge der Membran vermindert, die für einen guten Ausgleich ungleicher Längsdehnungen von KristallsÏul e und Gehäusestutzen notwendig wäre.
Deshalb können bei der erwähnten, bekannten Anord- nung versteifende Einwirkungen zwischen den beiden Teilen und daraus resultierende Fehlanzeigen des Instrumentes nieht verhin- dert werden.
Mit der Erfindung wird bezweekt, diese Nachteile weitgehend zu vermeiden. Sie er möglicht, die Membran in ihrer freien radialen Ausdehnung grösser und dennoch dünner zu bemessen, also bedeutend elasti- scher und weicher zu gestalten. Dies wird er findungsgemäss dadurch erreicht, dass die d nn. bemessene Membran auf der Innenseite durch im Kreis angeordnete Brücken unterstützt ist, die sich einerseits gegen das GehÏuse, anderseits gegen den Kristall stützen.
In der Zeichnung ist ein Ausfiihrungsbei- spiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Es zeigen :
Fig. 1 einen vorbekannten piezoelekrisehen Druckgeber in Längsschnitt,
Fig. 2 den untern Teil eines piezoelektri- sehen Druckgebers in grösserem Massstab, der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt,
Fig. 3 und 4 Einzelteile.
Das in Fig. 1 dargestellte Instrument ist ein Indikator der H lsenbauart. Die zu einem Zylinder sich ergänzenden Quarzstäbe 1 und 2 sitzen in dem d nnwandigen Teil der H lse3 und sind durch die in den dickwandigen Teil eingepressten Stahlzylinder 4 vorgespannt.
Die Hülse selbst ist mit dem obern konischen Ende in die entsprechende konische Bohrung des GehÏuses 5 eingepasst. Ihr unteres, pilzförmig erweitertes Ende, das den Gasdruck aufzunehmen hat, ist am Rande als Membran 6 ausgebildet, welche im Stutzen des Gehäuses 5 gasdicht eingewalzt ist.
Bei Beanspruchung der Quarzsäule in der Längsrichtung entsteht auf der Mantelfläehe des Quarzzylinders 1, 2 eine zum Beispiel positive Ladung, die durch die IIiilse 3 geerdet wird. Die im Innern des Zylinders, an der Trennebene ent. stehende Gegenladlmg wird durch ein dünnes Kupferblech 7 aufgenommen und durch den Leiter 8 dem Kontakt 9 zugeführt, der im Bernsteinisolator 10 sitzt. Durch die Rohre 13 kann dem Druckgeber bei Bedarf Kühlwasser zugeführt werden. Die Trockensubstanz 14 dient zur Auf- nahme eventuell eindringender Feuchtigkeit.
Die Drue. kübertragung macht sich nicht nur auf die Quarzstäbe 1, 2, sondern auch auf die Hülse 3 geltend. Nach Massgabe ihres Elastizitätsmoduls werden dann die Quarzstäbe 1, 2 etwas komprimiert und die in Längsrichtung vorgespannte sehr dünne Hiilse 3 entspannt sich im selben Mass und verkürzt sich dabei elastisch. Dementsprechend f hrt das Hülsenende gegenüber dem Gehäusestutzen eine kleine axiale Versehiebung aus, welche durch elastische Verformung der Membran 6 ausgeglichen werden muss. Je elastischer diese ausgebildet werden kann, umso weniger wird die Hülse an ihren axia len Verschiebungen gehindert und um so grösser ist die Empfindlichkeit des Indikators.
Bei dem in Fig. 2 in grösserem Massstab dargestellten untern Teil eines sonst gleichen Druekgebers ist die Membranpartie nicht mehr wie in Fig. 1 ausgebildet. Die ringförmige Membran 20 ist in das Gehäuse 5 bzw. in das verdickte Ende der Hiilse 3 eingewalzt. Sie weist ein gewelltes Profil auf und ist so dünn bemessen, dass sie ohne Zuhilfe- nahme von besondem Massnahmen dem auf Nennwert angestiegenen Gasdruck Pn nicht standhalten konnte. Deshalb sind zu ihrer Stützung verhältnismässig starre Brüeken 23 quer iiber den Ringspalt 21 gelegt, deren innere und äussere Enden lose in den Ausdrehungen 24 und 25 aufliegen.
Wie aus der Fig. 3 zu ersehen ist, liegen diese Kreisling- stücke dicht, aber lose nebeneinander und bilden zusammen einen Ring von beispielsweise 20 Elementen. Sie könnten unter Umständen mit parallelen Seitenbegrenzungsflächen 26 versehen sein, wobei sich gemäss Fig. 4 nur die innern Ränder berühren würden und kleine dreieekförmige freie Flächen entstün- den.
Wird nun das Instrument dem ni messenden Gasdruck ausgesetzt, so wird die Membran 20 unmittelbar gegen die Br cken gepresst und diese bertragen die betreffenden DruckkrÏfte etwa zu gleichen Teilen auf das Gehäuse 5 und auf die Kristallsäule. Die Membran selbst ist dabei nur unbedemt. enden Beanspruchungen ausgesetzt. Sie bildet zu- folge ihrer ausserordentlich geringen Dicke und der verhältnismässig grossen radialen Ausdehnung ein sehr elastisches, weiches Zwisehenglied und behindert die bei Druckaus übung notwendigerweise eintretende Kompression der Quarzsäule und die entsprechende Verkürzung der H lse keineswegs.
Auch die Brücken setzen diesen kleinen relativen Bewegungen keinen Widerstand entgegen, weil ihre lose aufliegenden Enden ungehindert kleine Kippbewegungen ausführen können.
Aus den gleichen Gründen können nun auch die temperatur-und einspannungsbe- dingten Dehnungsunterschiede zwischen Ge häuse und Hülse keinen oder nur einen un- bedeutenden schädlichen Einfluss auf die Grösse der Vorspannung und auf die Eichung des Druekgebers aus ben.
Die Membran 20 könnte auch glatt anstatt gewellt ausgebildet sein, wobei sie. aber an Elastizität einbüssen w rde.
Ferner könnte an Stelle einer ringförmi- gen Membran 20 eine volle Membranscheibe verwendet werden, die am Hülsenende lose aufliegt oder an ihm befestigt ist.
Die beschriebene Anordnung von Brüeken lässt sich nicht nur auf Hülsenindikatoren, sondern auch auf die in der Einleitung er wähnte Gattung der Membranindikatoren anwenden, wenn keine oder nur eine geringe Vorspannung der Kristalle verlangt ist.