CH646789A5 - Druckgeber zur messung von heissen druckmedien. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckgeber zur Messung von heissen Druckmedien, mit einem ein Messelement enthaltenden, in eine Öffnung in der Druckraumbegrenzung einsetzbaren Gebergehäuse und einer mit dem Gebergehäuse verbundenen Membrane, welche über ein Kraftübertragungselement mit dem Messelement in Verbindung steht und wobei zwischen der Membrane und/oder dem Kraftübertragungselement einerseits und dem Gebergehäuse ansererseits ein enger Spalt gebildet ist.

Druckgeber zur Messung von heissen Druckmedien, welche z.B. zur Messung an Verbrennungsmotoren bestimmt sind, sind so aufgebaut, dass die Messelemente selbst nur verhältnismässig niedrigen Temperaturen ausgesetzt werden, da sie bei höheren Temperaturen ihre Messeigenschaften einbüs-.sen würden.

Es ist bekannt, die Messelemente vor den im Druckraum auftretenden hohen Temperaturen dadurch zu schützen, dass die Wärme von dem das Messelement enthaltenden Teil des Druckgebers über eine eigens für den Druckgeber vorzusehende Kühleinrichtung abgeführt wird. Weiters ist ein Druckgeber bekannt, bei welchem die Übertragung des zu messenden Druckes auf das Messelement mittels eines längeren Kolbens bewerkstelligt wird, welcher einerseits mit der das Messsystem gegen den Druckraum abdichtenden Membrane und andererseits über eine Vorspanneinrichtung mit dem Messele-5 ment in Verbindung steht und so das Messelement von der Wärmequelle distanziert. Dieser Übertragungskolben ist in einem Aufnahmeteil in axialer Richtung gleitbar geführt, wo-, bei Kolben und Aufnahmeteil etwa dasselbe Temperalurdeh-nungsverhalten aufweisen müssen, um ein Verklemmen des io Kolbens im Aufnahmeteil zu verhindern. Der Aufnahmeteil ist dabei in unmittelbarer Nähe der Vorspanneinrichtung und damit des temperaturempfindlichen Messelementes in das Gebergehäuse eingeschraubt und bildet gegenüber dem Teil des Gebergehäuses, welcher in die gekühlte Druckraumwand is eingeschraubt ist, einen relativ grossen Spalt. Obwohl also die temperaturempfindlichen Messelemente ausserhalb des unmittelbar wärmebeaufschlagten Bereiches liegen, wird bei dieser Anordnung über den Druckübertragungskolben und den Aufnahmeteil, welche ja beide ungekühlt sind und aus gut 20 wärmeleitendem Material bestehen, noch immer soviel Wärme zu den temperaturempfindlichen Elementen geleitet, dass ein zufriedenstellender Langzeitbetrieb dieser Anordnung nicht möglich erscheint.

Weiters ist z.B. aus der AT-PS 285 207 ein Druckgeber 25 der eingangs genannten Art bekannt, der über einen eigenen Flüssigkeitskreislauf gekühlt ist, wobei eine Abtrennung des direkt von der Kühlflüssigkeit durchspülten Raumes von dem an die Membrane bzw. das Kraftübertragungselemcnl und das Mcsselcmcnt anschliessenden Raum durchgeführt wurde, 30 um Schwingungen bzw. Druckänderungen des Kühlmittels nicht direkt auf die Innenseite der Membrane zu übertragen, da damit insbesonders bei Nicderdruckgcbern, die eigentlichen Messungen in unkontrollierbarer Weise beeinflusst würden. Der vorzugsweise nur 0,01 bis 0,1 mm breite Spalt 35 beim bekannten Druckgeber ermöglicht eine gute Wärmeableitung von der Membrane bzw. vom Kraftübertragungselc-ment, jedoch ist durch die erforderliche Flüssigkeitskühlung der Aufbau und der Betrieb dieses bekannten Druckgebers relativ kompliziert.

4o ' Aufgabe der Erfindung ist es, einen Druckgeber der eingangs genannten Art so auszubilden, dass bei Messung von heissen Druckmedien der das temperaturempfindliche Messelement enthaltende Bereich des Druckgebers ohne zusätzliche Kühlung eine Temperatur aufweist, die unter der für das 45 Messelement höchst zulässigen Temperatur liegt.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der den engen Spalt begrenzende Teil des Gebergehäuses bei in die Druckraumbegrenzung eingesetztem Druckgeber direkt in wärmeleitender Verbindung mit der Druckraumbegren-50 zung ist. Bei Verwendung des Druckgebers zur Messung des Druckes z.B. im Brennraum eines Motors, ist das Gebergehäuse zumeist direkt in den wasser- oder luftgekühlten Zylinderkopf eingesetzt und wird somit von der Kühlung des Zylinderkopfes selbst auf einer relativ niedrigen Temperatur ge-55 halten. Der enge Spalt zwischen der Membrane und/oder dem Kraftübertragungselement einerseits und dem Gebergehäuse andererseits ist gerade so gross, dass eine vollkommen freie axiale Beweglichkeit des Kraftübertragungselementes und der Membrane gegenüber dem Gebergehäuse bei allen auftreten-6o den Temperaturen gewährleistet ist. Das Kraftübertragungselement und die Membrane können aber über den engen Spalt genügend Wärme an das an das Motorkühlsystem angeschlossene Gebergehäuse abgeben, womit gesichert ist, dass auch bei hoher Temperaturbeaufschlagung der Membrane 65 das am anderen Ende des Kraftübertragungselementes befindliche temperaturempfindliche Messelement keine unzulässig hohe Erwärmung erfahrt.

Das Kraftübertragungselement kann nach einer weiteren

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Ausührung der Erfindung aus einem an sich bekannten ver- Nach einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfin-stärkten Mittelteil der Membrane bestehen. Durch diesen fest dung kann der Stempel einen unrunden, z.B. sternförmigen an der Membrane angebrachten verstärkten Mittelteil ist eine Querschnitt aufweisen. Dies bedeutet eine wesentliche Versichere kraftschlüssige Übertragung der druckbedingten grösserung der für die Wärmeabgabe an das gekühlte Geber-Membranbewegungen auf das Messelement gewährleistet. 5 gehäuse zur Verfügung stehenden Oberfläche des Stempels, Der verstärkte Mittelteil der Membrane kann dabei mit dieser wobei natürlich der enge Spalt gegenüber dem Gebergehäuse einstückig ausgeführt sein, oder aber aus einem auf die Mem- an allen Stellen weiterhin gewahrt bleiben muss.

brane aufgesetzten Teil bestehen. Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der

Nach einer weiteren Ausführung der Erfindung kann die Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher er-

Membrane in an sich bekannter Weise an dem verstärkten 10 läutert.

Mittelteil einen sie zumindest teilweise übergreifenden Hitze- Fig. 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen erfin-

schild aufweisen. Durch die Anordnung dieses Hitzeschildes dungsgemäss ausgeführten Druckgeber im eingebauten Zu-

am verstärkten Mittelteil der Membrane können auf sehr ein- stand und fache Weise kurzzeitige Temperaturschwankungen von der Fig. 2 einen Schnitt durch den in die Druckraumwand einempfindlichen Membrane ferngehalten werden, was sich im 15 setzbaren Teil einer anderen Ausführungsform der ErZusammenhang mit der durch den Spalt ermöglichten verbes- findung.

serten Wärmeableitung von der Membrane an das Gehäuse, Das Gebergehäuse 1 in Fig. 1 weist einen Gewindeteil 2 bzw. auch von der Membrane über das Kraftübertragungsele- auf, mit welchem es in eine entsprechende Bohrung in die ment an das Gehäuse in einer weiteren Erhöhung der Lebens- Brennraumwand 2' eines nicht näher dargestellten Motors ein-

dauer der Membrane bemerkbar macht. 20 schraubbar und mittels der Dichtung 3' abdichtbar ist. Das

In weiterer vorteilhafter Ausführung der Erfindung kann Gebergehäuse 1 ist in axialer Richtung durchbohrt und weist zwischen dem verstärkten Mittelteil der Membrane und dem an dem die Vorspannhülse 3 enthaltenden Bereich an seiner Messelement ein Stempel als zusätzliches Kraftübertragungs- Aussenseite Kühllamellen 4 auf, welche ringförmig um das element angeordnet sein. Dieser Stempel bedeutet eine Ver- Gebergehäuse 1 angeordnet sind und zur selbsttätigen Küh-grösserung der Oberfläche die für die Übertragung der mem- 25 lung dieses Bereiches durch Wärmeabstrahlung beitragen. Ei-branseitig aufgebrachten Wärme über den Spalt an das ge- ne Bohrung 5 sorgt für die notwendige Entlüftung des Innenkühlte Gebergehäuse zur Verfügung steht. Im weiteren ist raumes des Gebergehäuses. Die Vorspannhülse 3 ist mit sehr über die Länge des Stempels der Abstand des temperaturemp- geringer Wandstärke ausgeführt und wirkt sozusagen als findlichen Messelementes von der unmittelbar wärmebeauf- Rohrfeder. Sie enthält das nur schematisch dargestellte Mess-schlagten Membrane frei wählbar, so dass es möglich ist das 30 element 6 welches zur elektrischen Ableitung der Messignale Messelement zur Vermeidung von unzulässigen Temperatu- mit einem Pol mit der Gebermasse und mit dem anderen Pol ren in kühlere Zonen des Gebergehäuses zu verlegen. über das Anschlusskabel 7 mit der Anschlussbuchse 8 kon-

Bei Druckgebern mit einer das Messelement enthaltenden taktiert ist. Die Anschlussbuchse 8 sowie das Anschlusskabel

Vorspannhülse kann nach einer anderen Ausführung der Er- 7 sind mittels des Isolators 9 gegenüber dem oberen Teil 10

findung zumindest ein Teil des Stempels mit dem Boden der 35 der Vorspannhülse 3 elektrisch isoliert.

Vorspannhülse einstückig sein. Dadurch ist einerseits die Her- Das Messelement 6 ist mit Hilfe der elastischen Vorspannstellung vereinfacht und andererseits auch die Verwendung hülse 3 sowie dem oberen Teil 10 und dem Boden 11 der Vor-von verschiedenen Werkstoffen für Stempel und Vorspann- spannhülse 3 vorgespannt, um einen guten elektrischen Konhülse, die in ihrer Funktion doch sehr unterschiedlich sind, • takt und einen festgelegten Nullpunkt für das Messsignal zu möglich. 40 .gewährleisten. Mit dem Boden 11 der Vorspannhülse 3 ein-In weiterer Ausführung der Erfindung kann der Stempel .stückig ausgeführt ist der Stempel 12, welcher zur Übertrain axialer Richtung aus mehreren Teilen bestehen, wovon gung der druckbedingten Bewegungen der Membrane 13 auf mindestens einer in an sich bekannter Weise durch seinen das Messelement 6 dient. Die Länge des Stempels 12 ist hier Wärmeausdehnungskoeffizienten und seine Länge eine Tem- so gross, dass die Vorspannhülse 3 und das in dieser enthalte-peraturkompensation ergibt. Temperaturschwankungen, die « ne temperaturempfindliche Messelement 6 oberhalb des Ge-sich in unterschiedlichen Ausdehnungen der einzelnen Teile windeteiles 2 des Gebergehäuses 1 liegt und somit bei in den des Druckgebers und damit in einer temperaturbedingten Brennraum eingeschraubtem Gebergehäuse 1 das Messele-Kraft auf das Messelement, welche das Messignal in uner- . ment 6 ausserhalb des unmittelbar mit hoher Temperatur be-wünschter Weise beeinflusst, äussert, können durch diese aufschlagten Bereiches des Gebergehäuses 1 liegt. Wie strich-Ausbildung des Stempels weitgehend vermieden werden. so punktiert eingezeichnet ist es auch möglich den Stempel 12 Der Stempel kann gemäss einer anderen Ausführung nach mit einer Bohrung 12' zu versehen und ihn auf diese Art zu-der Erfindung, zumindest teilweise rohrförmig ausgebildet mindest teilweise rohrförmig auszuführen. Dadurch wird die sein. Dies ist eine besonders einfache Möglichkeit, die Wär- Masse des Stempels 12 bei gleichzeitig erhalten bleibender meleitfähigkeit des Stempels bei gleichbleibender für die Wär- Oberfläche zum Spalt 15 verringert. Die Membrane 13 ist an meableitung an das Gebergehäuse zur Verfugung stehender « ihrem zur verbesserten Wärmeablei tung an den Gewindeteil 2 Oberfläche herabzusetzen. Andererseits wird damit auch er- des Gebergehäuses 1 mit vergrösserter Wandstärke ausgebil-reicht, dass durch die verringerte Masse des als Übertragungs- deten Rand 14 mit dem Gewindeteil 2 des Gebergehäuses 1 glied zwischen der Membrane und dem Messelement dienen- gasdicht verbunden. Der Stempel 12 weist gegenüber dem Ge-den Stempels das Frequenzverhalten des Druckgebers und im windeteil 2 des Gebergehäuses 1 einen engen Spalt 15 auf, besonderen seine obere Grenzfrequenz wesentlich verbessert ®> welcher in einem gleichartigen Spalt 15' zwischen Membrane wird. 13 und Gewindeteil 2 des Gebergehäuses 1 seine Fortsetzung

Nach einer anderen Ausführung der Erfindung ist es mög- findet. Die Spalte 15 und 15' sichern einerseits die erforderlich, dass der enge Spalt mit einem Medium gefüllt ist, wel- liehe vollkommen ungehinderte Beweglichkeit von Membra-ches geringe Viskosität und gute Wärmeleitung aufweist. Es ne 13 und Stempel 12 gegenüber dem Gebergehäuse 1 und ankann sich dabei z.B. um Quecksilber oder Silikonfett handeln, 65 dererseits eine ausreichende Wärmeableitung sowohl von der welches zur Verbesserung der Wärmeübertragung bei gleich- Membrane 13 als auch vom Stempel 12 über die Spalte 15 und zeitiger Sicherstellung einer vollkommen freien axialen Be- 15' an den in die gekühlte Brennraumwand 2' eingesetzten Ge-weglichkeit in den engen Spalt eingebracht wird. windeteil 2 des Gebergehäuses.

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Die Membrane 13 weist weiters an dem mit dem Stempel 12 zusammenwirkenden verstärkten Mittelteil 16 einen Hitzeschild 17 auf, welcher die Membrane 13 teilweise übergreift. Dadurch ist die dünne Wandstärke der Membrane 13 vor der direkten Einwirkung der Flammenfront im Brennraum und den daraus resultierenden hohen Temperaturschwankungen geschützt, was sich günstig auf die Erhöhung der Lebensdauer der Membrane auswirkt.

Die von den heissen Verbrennungsgasen zwangsläufig an den Hitzeschild 17 und die Membrane 13 abgegebene Wärme breitet sich bei erflndungsgemässer Ausfuhrung des Druckgebers entlang der Pfeile 18 aus und wird somit zu einem grossen Teil bereits innerhalb des in den Brennraum eingeschraubten Gewindeteiles 2 an die gekühlte Brennraumwand 2' abgegeben. Es ist damit gesichert, dass auch ohne zusätzliche Kühlung des temperaturempfindlichen Messelementes 6

die für sein einwandfreies Funktionieren höchst zulässige Temperatur nicht überschritten wird.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausfuhrungsbeispiel nach der Erfindung besteht das Kraftübertragungselement nur aus 5 dem verstärkten Mittelteil 19 der Membrane 20. Das Messelement 6 steht hier in direktem kraftschlüssigen Kontakt mit dem Mittelteil 19 der Membrane 20 über welche auch der eine Pol der Ableitung der Messignale an den Gewindeteil 2 des nicht näher dargestellten Gebergehäuses und damit an Masse io erfolgt. Der andere Pol der Ableitung ist wieder über das Anschlusskabel 7, welches mittels des Isolators 9 gegenüber dem Vorspannteil 21 elektrisch isoliert ist, in nicht näher dargestellter Weise mit einer Anschlussbuchse kontaktiert. Der weitere Aufbau und die Funktion des Druckgebers nach Fig. 15 2 entspricht dem bereits zu Fig. 1 besprochenen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

646789 PATENTANSPRÜCHE

1. Druckgeber zur Messung von heissen Druckmedien, mit einem ein Messelement enthaltenden in eine Öffnung in der Druckraumbegrenzung einsetzbaren Gebergehäuse und einer mit dem Gebergehäuse verbundenen Membrane, welche über ein Kraftübertragungselement mit dem Messelement in Verbindung steht und wobei zwischen der Membrane und/ oder dem Kraftübertragungselement einerseits und dem Gebergehäuse anderseits ein enger Spalt gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der den engen Spalt (15,15') begrenzende Teil (2) des Gebergehäuses (1) bei in die Druckraumbegrenzung (2') eingesetztem Druckgeber direkt in wärmeleitender Verbindung mit der Druckraumbegrenzung (2') ist.

2. Druckgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement aus einem verstärkten Mittelteil (16,19) der Membrane (13,20) besteht.

3. Druckgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrane (13) an dem verstärkten Mittelteil (16) einen sie zumindest teilweise übergreifenden Hitzeschild (17) aufweist.

4. Druckgeber nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem verstärkten Mittelteil (16) der Membrane (13) und dem Messelement (6) ein • Stempel (12) als zusätzliches Kraftübertragungselement angeordnet ist.

5. Druckgeber nach Anspruch 4, mit einer das Messelement enthaltenden Vorspannhülse, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Stempels (12) mit dem Boden (11) der Vorspannhülse (3) einstückig ist.

6. Druckgeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel in axialer Richtung aus mehreren Teilen besteht, wovon mindestens einer durch seinen Wärmeausdehnungskoeffizienten und seine Länge eine Temperaturkompensation ergibt.

7. Druckgeber nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (12) zumindest teilweise rohrförmig ausgebildet ist.-

8. Druckgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der enge Spalt (15,15') mit einem Medium gefüllt ist, welches geringe Viskosität und gute Wärmeleitung aufweist.

9. Druckgeber nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel einen unrunden, z.B. sternförmigen Querschnitt aufweist.