Elektrische Einrichtung zum Indizieren von Brennkraftmaschinen und Kompressoren
Die Erfindung betrifft eine elektrische Einrichtung zum Indizieren von Brennkraftmaschinen und Kompressoren, bestehend aus Einzelgeräten, z. B. solchen für die Aufnahme, Verstärkung und Registrierung von Messwerten sowie zur Triggerung und zu Kalibrierungszwecken. Solche Messeinrichtungen, die der Erfassung verschiedenartiger Betriebsgrössen dienen, erfordern in der Regel einen beträchtlichen apparativen Aufwand. Bei der Indizierung von Verbrennungskraftmaschinen und Kompressoren ist es z. B. notwendig, neben den verschiedenen Druckverläufen auch noch andere Grössen, wie Kurbelwinkel, Einspritzdruck, Nadel- und Ventilhub, Förderbeginn der Einspritzpumpe und ähnliches mehr aufzuzeichnen.
Zur Aufnahme des Druckverlaufes bedient man sich zumeist piezoelektrischer Druckaufnehmer und für die Aufnahme des Nadel- und Ventilhubes werden hauptsächlich Trägerfrequenzbrücken verwendet. Neben diesen eigentlichen Messwertaufnehmern kommt noch eine Vielzahl von Zusatzgeräten, wie Ladungsverstärker und Messbrücken, zum Einsatz. Vielfach sind darüberhinaus noch Spezialgeräte zur Erzeugung ortsgetreuer Kurbelwinkelmarken, zur Triggerung von Oszilloskopen sowie zur Kalibrierung erforderlich. Diese zahlreichen Geräte, die meist von verschiedenen Erzeugerfirmen stammen, müssen sorgfältig aufeinander abgestimmt werden und benötigen vor der eigentlichen Messung eine umfangreiche und langwierige Vorbereitungsarbeit. Der oft uneinheitliche und unübersichtliche Aufbau der Geräte kompliziert die Bedienung einer solchen Messanlage nicht unerheblich.
Je nach dem gestellten Messproblem ist die Anzahl der Geräte verschieden (z. B. Hoch- und Niederdruckindizierung) und bei der Verkabelung der Geräte können auch leicht Fehler auftreten. Da innerhalb der Messeinrichtung in der Regel auch induktive sowie kapazitive gegenseitige Beeinflussungen der Geräte und Verbindungsleitungen bestehen, ist auch die Wiederholbarkeit gleichartiger Messvorgänge unter gleichen Bedingungen erschwert.
Die Erfindung vermeidet diese Nachteile bekannter Einrichtungn und sieht vor, dlass die vorzugsweise in Haibleiterbauweise ausgeführten Einzelgeräte als Baueinheiten gleicher Aussen abmessungen ausgebildet und mit einheitlich ausgebildeten und angeordneten An schiusskonrakten versehen sind und mindestens ein mit Öffnungen zum wahlweisen Einschub wenigstens zweier Baueinheiten versehener und mit den Anschlusskontakten zusammenarbeitende Gegenkontakte aufweisender Anschlussrahmen vorgesehen ist, wobei die Anschlusskontakte der Baueinheiten mit den Gegenkontakten des Anschlussrahmens eine mehrpolige Steckverbindung bilden und wobei bei den Bauarbeiten nur die zum Betrieb des jeweiligen Gerätes erforderlichen Anschlusskontakte elektrischleitende Verbindungen herstellen,
die übrigen Anschlusskontakte hingegen leer sind. Dadurch eröffnet sich die Möglichkeit, die Einrichtung der jeweils gestellten Messaufgabe entsprechend aus den hiefür erforderlichen Baueinheiten in einfacher Weise und ohne jede Verkabelungsarbeit zusammenzustellen, wobei mit dem Einschub dieser Baueinheiten in den Anschlussrahmen selbsttätig alle erforderlichen Anschlüsse hergestellt sind und die volle Messbereitschaft gegeben ist. Durch die einheitlichen Steckverbindungen ist eine volle Austauschbarkeit sämtlicher Baueinheiten gewährleistet, da an jedem Einschubort die benötigten Gegenkontakte vorhanden sind.
Die Möglichkeit, die erfindungsgemässe Einrichtung beliebig und ohne jede Einschränkung auszubauen bzw. zu erweitern, ist vom wirtschaftlichen Standpunkt her besonders vorteilhaft. So bietet sich auch kleineren Unternehmungen die Möglichkeit, die Gesamtanlage über einen grösseren Zeitraum vorauszuplanen und die einzelnen Bauelemente je nach Massgabe der verfügbaren Investitionsmittel nach und nach anzuschaffen.
Vorteilhaft können zumindest die einem Anschlussrahmen zugeordneten Baueinheiten für die gleiche Spannung ausgelegt und von einem gemeinsamen, im Anschlussrahmen angeordneten stabilisierten Netzgerät gespeist sein. Damit teilen sich nicht nur die Kosten des Netzgerätes auf mehrere Einheiten auf, sondern es wird auch das Auftreten kleiner und kleinster Spannungsunterschiede in den Speisestromkreisen der verschiedenen Baueinheiten vermieden, welche bei Einzelspeisung der Geräte auftreten könnten. Es empfiehlt sich, das Netzgerät ebenfalls steckbar auszubilden, so dass es gegebenenfalls auch durch eine Batterie-Einheit gleicher Abmessungen ersetzt werden kann. In diesem Fall ist auch ein mobiler Einsatz der Messanlage möglich.
Eine in einfacher Weise erweiterungsfähige Anlage erhält man, wenn zwei oder mehrere Anschlussrahmen in ein gemeinsames Gehäuse einsetzbar sind, wobei die Stromkreise dieser Anschlussrahmen über Steckverbindungen durch im Gehäuse angeordnete Verbindungsleitungen miteinander gekoppelt sind. Hierbei empfiehlt es sich, zur Vermeidung von Überlastungen jedem Anschlussrahmen ein eigenes Netzgerät zuzuordnen und von einer Verbindung der Speisestromkreise benachbarter Anschlussrahmen abzusehen.
Weiterhin können Verstärker-Baueinheiten vorgesehen sein, die zwecks Eimblendunig von Signalen bzw. von Marken in Oszillogramme als Differenzverstärker ausgeführt sind. Dies ist für die Beobachtung und Auswertung von Oszillogrammen vielfach von Vorteil.
Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, dass eine in an sich bekannter Weise Nadelimpulse liefernde Markier-Baueinheit, z. B. zum Einblenden von Kurbelwinkelmarken in Oszillogramme, vorgesehen ist sowie Schalter zum wahlweisen Anschluss der Markiereinheit an eine oder mehrere der im gleichen Anschlussrahmen eingesetzten Baueinheiten. Bei gleichzeitiger Aufnahme z. B. des Druckverlaufes im Zylinder einer Brennkraftmaschine sowie eines Einspritzdruckdiagrammes, welch letzteres erfahrungsgemäss einen sehr zerrissenen Kurvenverlauf besitzt, ist eine gleichzeitige Einblendung von Marken in beide Diagramme unerwünscht, da die Kur- belwinkelmarken das Einspritzdruckdiagramm oft un übersichtlich gestalten. Die wahlweise Anschlussmöglichkeit an die Markier-Baueinheit gemäss der Erfindung schafft hier wirksame Abhilfe.
Nach einer Ausführungsform können die Wahlschalter an der Markier-Baueinheit angeordnet sein und die zum Einblenden von Marken vorgesehenen Eingänge der übrigen Baueinheiten über Verbindungsleitungen des gemeinsamen Anschlussrahmens je an einem der Wahlschalter der Markier-Baueinheit angeschlossen sein.
Für die Bedienung der Messeinrichtung bedeutet diese übersichtliche zentrale Schalteranordnung eine Vereinfachung, welche Schaltfehler praktisch ausschliesst.
Es ist aber auch eine Ausführung möglich, bei der dem zum Einblenden von Marken vorgesehenen Eingang jeder Baueinheit ein eigener Schalter zum wahlweisen Anschluss an die Markier-Baueinheit zugeordnet ist.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Vorderansicht der erfindungsgemässen Einrichtung, Fig. 2 eine gleichfalls schematische Darstellung des prinzipiellen Aufbaues der Einrichtung gemäss Fig. 1 in Draufsicht, Fig. 3 ein Schaltbild einer aus vier Baueinheiten gebildeten Messeinrichtung gemäss der Erfindung und Fig. 4 eine schematische Ansicht einer erweiterten Anlage für einen Motorenprüfstand.
Die Einrichtung sieht eine Ausbildung der für die jeweiligen Messzwecke erforderlichen, vorzugsweise in Halbleiterbauweise ausgeführten Geräte als Baueinheiten 1 gleicher Aussenabmessungen vor. Jeweils zwei oder vier dieser Baueinheiten 1 bilden eine Geräte gruppe, für die ein gemeinsamer Anschlussrahmen 2 vorgesehen ist. Die etwa quaderförmigen Baueinheiten
1 sind wahlweise in eine beliebige Öffnung des An schlussrahmens 2 einschiebbar und an ihrer Rückwand mit den für ihren Betrieb erforderlichen Anschlüssen versehen, die mit entsprechenden Anschlüssen des An schlussrahmens 2 mehrpolige Steckverbindungen 3 bil den. Durch diese Steckverbindungen 3 werden die Bau einheiten 1 beim Einschieben selbsttätig an das Lei tungssystem des zugehörigen Anschlussrahmens 2 an geschlossen.
Die Speisespannung zumindest der einem Anschluss rahmen 3 zugeordneten Baueinheiten 1 ist gleich gross gewählt, so dlass sie einem gemeinsamen, im Anschluss rahmen 3 angeordneten stabilisierten Netzgerät 5 ent nommen und über Verbindungsleitungen 4 den jeweils eingesetzten Baueinheiten 1 zugeführt werden kann.
Bei Messanlagen grösseren Umfanges empfiehlt es sich, zwei oder auch mehrere Anschlussrahmen 2 in einem gemeinsamen Gehäuse 10 unterzubringen (Fig.
1 und 2). Die Stromkreise sämtlicher Anschlussrahmen
2 sind dann über Steckverbindungen 3' durch im Ge häuse l 10 angeordnete Verbindungsleitungen 11 mitein- ander gekoppelt. Die Eingänge der Arschlussrnhmen 2 sind je nach Fall entweder einzeln, oder wie aus Fig. 1 ersichtlich, über eine gemeinsame Geberleitung 6 an die dem jeweiligen Messzweck dienenden Messwertaufnehmer
7 angeschlossen. Eine Anschlussleitung 8 verbindet die
Ausgänge der beiden Anschlussrahmen 2 mit dem Os zilloskop 9 oder irgendeiner anderen Registriervorrich tung.
Die Prüfstandsmessanordnung nach Fig. 3 verfügt über vier einschiebbare Baueinheiten 1, von denen die ersten beiden Einheiten la und 1b als Differenzver stärker ausgebildete Ladungsverstärker sind, 1 c eine
Triggereinheit und ld eine Kurbelwinkel-Markierein heit. Jede dieser Baueinheiten la bis ld weist an ihrer
Rückwand zehn gleichartig angeordnete Anschlussklem men A bis K auf, die mit entsprechenden festen An schlüssen des zugehörigen Anschlussrahmens 2 selbst tätig wirkende Steckverbindungen 3 bilden. Die Bau einheiten la bis 1d sind einheitlich über die Anschlüsse
A, B und C in Parallelschaltung mit dem Netzgerät 5 verbunden. Für die transportable Verwendung der Ein richtung kann das Netzgerät 5 auch durch einen Bat teriesatz ersetzt werden.
Die Eingänge sämtlicher Baueinheiten la bis ld sind einheitlich über die Klemmen D mit den an der
Vorderseite des Anschlussrahmens 2 unter den Ein schuböffnungen angeordneten Eingangsbuchsen 1 2a bis 1 2d verbunden. In gleicher Weise sind sämtliche Aus gänge der Baueinheiten la bis ld über die Klemmen F an die Ausgangsbuchsen 13a bis 13d des Anschluss rahmens 2 angeschlossen. Die Differenzeingänge der Verstärkereinheiten la und lb sind einheitlich an die
Klemmen E angeschlossen.
Die Klemmen E stehen je weils mit einer der Klemmen G bis K der übrigen
Baueinheiten in Verbindung und zwar derart, dass die
Klemme E der Verstärkereinheit la mit den Klemmen
G, die Klemme E des Verstärkers ld mit den Klemmen
H, die Klemme E der Triggereinheit lc mit den Klem men J und schliesslich die Klemme E der Kurbelwinkel markiereinheit ld mit den Klemmen K der übrigen
Baueinheiten verbunden sind.
Die Kurbelwinkel-Markiereinheit ld, die in an sich bekannter Weise Nadelimpulse abgibt, die sich als Kurbelwinkelmarken in Oszillogramme einblenden lassen, ist mit einem Wahlschalter S ausgestattet, der im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 aus vier Einzelschaltern Sla bis Sld besteht. Diese Einzelschalter Sla bis Sld sind über die Klemmen G bis K mit den Eingängen E der übrigen Baueinheiten la bis lc verbunden und gestatten es, die Markiereinheit 1d wahlweise an eine oder mehrere Baueinheiten anzuschliessen. Dies ist unter anderem vorteilhaft, wenn beispielsweise gleichzeitig der Druckverlauf im Zylinder einer Brennkraftmaschine und ein Einspritzdruckdiagramm aufgenommen werden.
Die Einblendung von Kurbelwinkelmarken in das Einspritzdruckdiagramm ist im allgemeinen unerwünscht, da dieses an sich meist zerklüftete Diagramm dadurch noch unübersichtlicher wird. In diesem Falle wird beispielsweise durch Schliessen des Schalters Sla lediglich die Verstärkereinheit la, in der in diesem Fall die vom Druck aufnehmer über die Buchse 1 2a eingeleiteten Ladungen verstärkt werden, an die Markiereinheit ld angeschlossen. Der Wahlschalter S der Kurbelwinkel-Markiereinheit ld kann bei einer anderen, nicht dargestellten Ausführungsart der Messeinrichtung durch entsprechende Einzelschalter an den Baueinheiten la, 1b und lc ersetzt werden.
Die komplette Messanlage zur Indizierung von Brennkraftmaschinen gemäss Fig. 4 setzt sich aus einem Vierfach-Anschlussrahmen 2, einem Zweifach-Anschlussrah- men 2', einem weiteren, im vorliegenden Fall nur eine Trägerfrequenzbrücke 14 enthaltenden Rahmen 2" und einem Oszilloskop 9 zusammen. Als Messwertaufnehmer für den zu ermittelnden Druckverlauf der Brennkraftmaschine sind zwei piezoelektrische Druckaufnehmer vorgesehen, die hier unmittelbar an die an beiden Verstärkereinheiten la und lb zusätzlich vorgesehenen Eingangsbuchsen angeschlossen sind.
Zu Trigger- und Markierungszwecken dient eine induktive Gebereinrichtung 15 mit zwei elektromagnetischen Geberelementen 16, von denen eines mit der Eingangsbuchse der Triggereinheit lc und das andere mit der Eingangsbuchse der Kurbelwinkel-Markiereinheit 1d verbunden ist.
Der zweiteilige Anschlussrahmen 2' enthält eine Kalibriereinheit le für die beiden Ladungsverstärker la und lb. Mit 1f ist ein n Reserveeinschub bezeichnet, wei- cher jederzeit durch eine beliebige andere Baueinheit ersetzt werden kann.
Zur Aufnahme von Wegen, beispielsweise des Nadelhubes der Einspritzdüse oder des Ventilhubes, dient ein induktiver Weggeber 17, welcher an die Eingangsbuchse der Trägerfrequenzbrücke 14 angeschlossen ist.
Die Ausgänge der Baugruppen 2 und 2" sind sinngemäss mit den entsprechenden Anschlüssen des Oszilloskopes 9 verbunden.
Ausser den in den Beispielen erwähnten Baueinheiten la bis 1f lässt sich noch eine Anzahl weiterer Geräte in diese einheitliche Form bringen. Hierzu gehören z. B. Testmarkeneinheiten zur Erzeugung von Testmarken in Abhängigkeit von mechanischen Vorgängen. Anwendungsgebiete dieser Einheit sind beispielsweise Vorgänge an der Einspritzpumpe, der Ventilsteuerung, der Zündung usw. Für manche Zwecke, beispielsweise für den Betrieb von Registrieroszillographen, kommen auch Leistungsverstärker als zusätzliche Baueinheiten 1 in Frage. In gleicher Weise lassen sich auch Spitzenwertgeräte, die die Bestimmung des Spitzenwertes auch einmaliger Vorgänge, z. B. des Spitzendruckes, der maximalen Beschleumgung usw., gestatten, als einschiebbare Baueinheit ausbilden.
Die konstruktive Gestaltung sämtlicher Anlageteile unterliegt keiner Beschränkung. So können etwa die Steckverbindungen 3 und 3' fallweise durch Federkontakte ersetzt und diese Konbakbverbinìdunlgen auch z. B. an den Seitenwänden der einzelnen Baueinheiten vorgesehen werden.