DE102014221862A1

DE102014221862A1 - Device for optically monitoring a pressure chamber or a combustion chamber, in particular an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102014221862A1
Application number: DE102014221862.4A
Authority: DE
Inventors: Oliver Heinold; Armin Schuelke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-10-27
Filing date: 2014-10-27
Publication date: 2016-04-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur optischen Überwachung eines Druckraumes oder einer Brennkammer (1), die einen optisch transparenten Ringkörper (5) aufweist, dessen innere Mantelfläche (6) zumindest einen Teil des Druckraumes beziehungsweise der Brennkammer (1) bildet, und der durch in Axialrichtung wirkende Einspannmittel fixiert ist, wobei die kraftschlüssigen Einspannmittel für einen hohlzylinderförmigen Ringkörper (5) stirnseitig hieran zur Anlage kommende Axialspannringe (7a, 7b) umfassen, die aus einem Material mit einem höheren Elastizitätsmodul als das Elastizitätsmodul des transparenten Ringkörpers (5) bestehen.The invention relates to a device for optically monitoring a pressure chamber or a combustion chamber (1), which has an optically transparent annular body (5), the inner circumferential surface (6) forms at least part of the pressure chamber or the combustion chamber (1), and by Axialspannringe acting (7a, 7b), which consist of a material having a higher modulus of elasticity than the modulus of elasticity of the transparent annular body (5), the axial force acting chuck means is fixed, the non-positive clamping means for a hollow cylindrical annular body (5).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur optischen Überwachung eines Druckraums oder einer Brennkammer, vorzugsweise eines Verbrennungsmotors, die einen optisch transparenten Ringkörper aufweist, dessen innere Mantelfläche zumindest einen Teil des Druckraums bzw. der Brennkammer bildet, und der durch in axialer Richtung wirkende Einspannmittel fixiert ist.The present invention relates to a device for optically monitoring a pressure chamber or a combustion chamber, preferably an internal combustion engine, which has an optically transparent annular body whose inner circumferential surface forms at least part of the pressure chamber or the combustion chamber, and which is fixed by clamping means acting in the axial direction ,

Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf die Kraftfahrzeugtechnik, insbesondere in Bezug auf die Überwachung von Verbrennungsvorgängen in der Brennkammer eines Verbrennungsmotors oder in Bezug auf eine Partikelanalyse bei Hochdruckpumpen, Hochdruckinjektoren oder anderen Hochdruckkomponenten. Optische Überwachungseinrichtungen der hier interessierenden Art werden für die Optimierung von unter hohem Druck ablaufenden Prozessen verwendet. Dies betrifft insbesondere die Optimierung von motorischen Verbrennungsprozessen und die chemischen Reaktionen, die zur Überwachung und Kontrolle optisch zugänglich gemacht werden müssen. Die optische Überwachung wird jedoch dadurch erschwert, dass die unter hohem Druck ablaufenden Prozesse in der Regel in einem geschlossenen Druckraum oder in einer Brennkammer stattfinden. An die Dimensionierung und die Festigkeit des Druckraums bzw. des Brennraums werden hohe Anforderungen gestellt, da diese durch die im Inneren vorherrschenden hohen Druckkräfte erheblich belastet werden. Bei Verbrennungsmotoren mit optischem Zugang zur Brennkammer werden beispielsweise mit laseroptischen Verfahren Gemischbildungs- und Verbrennungsprozesse untersucht. Weiterhin wird auch die Funktionsweise von Hochdruckkomponenten, wie Injektoren, an diesen speziell präparierten Verbrennungsmotoren untersucht, um deren Funktion zu optimieren. Durch die optimierte Funktion können erhöhte gesetzliche Emmissionsvorschriften eingehalten und der Kraftstoffverbrauch reduziert werden oder zuvor durchgeführte Simulationsergebnisse praktisch validiert werden.The field of application of the invention extends primarily to the motor vehicle technology, in particular with respect to the monitoring of combustion processes in the combustion chamber of an internal combustion engine or with respect to a particle analysis in high-pressure pumps, high-pressure injectors or other high-pressure components. Optical monitors of the type of interest here are used to optimize high pressure processes. This applies in particular to the optimization of engine combustion processes and the chemical reactions that must be made optically accessible for monitoring and control. However, optical monitoring is made more difficult by the fact that the processes taking place under high pressure generally take place in a closed pressure chamber or in a combustion chamber. High demands are placed on the dimensioning and the strength of the pressure chamber or of the combustion chamber, since these are considerably burdened by the high pressure forces prevailing in the interior. In internal combustion engines with optical access to the combustion chamber, for example, laser-optical processes are used to investigate mixture formation and combustion processes. Furthermore, the mode of operation of high-pressure components, such as injectors, on these specially prepared internal combustion engines is investigated in order to optimize their function. Through the optimized function, it is possible to comply with increased statutory emission regulations and to reduce fuel consumption or to practically validate previously performed simulation results.

Stand der Technik State of the art

Aus dem allgemein bekannten Stand der Technik gehen bislang optische Zugänge zu Brennkammern von Verbrennungsmotoren hervor, welche prinzipiell auf Glasfenstern oder Glasringen basieren, die im Bereich des Zylinders des Verbrennungsmotors eingesetzt werden und durch die ein Laserstrahl oder dergleichen optisch eingekoppelt und durch die Messebene aufgespannt werden kann. Wird die Brennkammer und insbesondere deren Durchmesser vergrößert, lassen sich die auf dem Prinzip eines Glasrings basierenden technischen Lösungen nicht einfach proportional Skalieren, da die Tangentialspannungen zunehmen und die im Glasmaterial auftretenden Spannungen kritische Werte erreichen. From the well-known prior art go so far optical approaches to combustion chambers of internal combustion engines, which are based in principle on glass windows or glass rings, which are used in the region of the cylinder of the internal combustion engine and can be optically coupled by a laser beam or the like and spanned by the measuring plane , If the combustion chamber and in particular its diameter is increased, the technical solutions based on the principle of a glass ring can not simply be scaled proportionally, since the tangential stresses increase and the stresses occurring in the glass material reach critical values.

Aus der DE 43 20 943 A1 geht eine technische Lösung für eine optische Überwachung eines Druckraums hervor, die sich eines Glasfensters bedient. Zum Einsatz kommt hierfür Quarzglas, das aus reinem Siliziumdioxid besteht. Die Festigkeit der optisch durchlässigen Abschnitte der Druckraumwandung stellt eine Obergrenze für den Druck des zu beobachtenden Prozesses dar. Nachteilig bei dieser technischen Lösung ist eine deutlich eingeschränkte optische Zugänglichkeit in Folge der recht begrenzten Abmessungen der Glasfenster. From the DE 43 20 943 A1 is a technical solution for an optical monitoring of a pressure chamber, which uses a glass window. Quartz glass, which consists of pure silicon dioxide, is used for this purpose. The strength of the optically transparent sections of the pressure chamber wall is an upper limit for the pressure of the process to be observed. A disadvantage of this technical solution is a clearly limited optical accessibility due to the rather limited dimensions of the glass windows.

Die DE 10 2006 057 783 A1 offenbart eine andere technische Lösung zur optischen Überwachung eines Druckraums oder einer Brennkammer, welche die vorstehend genannte Problematik löst, indem dieser sich eines optisch transparenten Ringkörpers bedient. Der optisch transparente Ringkörper nimmt den oberen Teil des Zylinders ein und ist stirnseitig mit einem Zylinderdeckel versehen. Der Innenbereich des Ringkörpers bildet einen Teil der Brennkammer, welche außerdem von einem alternierend hierin bewegbar untergebrachten Kolben begrenzt ist. Ein optisch transparenter Bereich des Ringkörpers beinhaltet mindestens eine mit Druckfluid gefüllte Druckkammer. Hierdurch wird dem optisch transparenten Ringkörper eine erhöhte Festigkeit verliehen. Der während der Verbrennung in der Brennkammer auftretende hohe Druck wirkt auf die Innenfläche des Glases. Die Druckdifferenz aus dem Innendruck in der Brennkammer und dem Umgebungsdruck stellt die das Glas maßgeblich belastende Größe dar. Diese führt bei den allgemein bekannten Anordnungen zu hohen Zugspannungen im Glas, so dass die Wandstärke des Glases stark genug bemessen sein muss, damit die sich aus der Druckdifferenz ergebenen Spannungen das Glas nicht schädigen oder zerstören. Dieser Stand der Technik löst das Problem, indem durch die äußere Druckbeaufschlagung der transparenten Bereiche aus Mineralglas die auf das Glas wirkenden Zugspannungen erheblich reduziert werden, so dass auch Überwachungsanordnungen ermöglicht werden, die den typischerweise bei motorischen Verbrennungen auftretenden Spitzendrücken von derzeit bis zu 300 bar und höher standhalten können.The DE 10 2006 057 783 A1 discloses another technical solution for optical monitoring of a pressure chamber or a combustion chamber, which solves the above problem by using an optically transparent ring body. The optically transparent ring body occupies the upper part of the cylinder and is provided on the front side with a cylinder cover. The inner region of the annular body forms part of the combustion chamber, which is also delimited by an alternately movably housed piston. An optically transparent region of the annular body contains at least one pressure chamber filled with pressurized fluid. As a result, the optically transparent annular body is given increased strength. The high pressure occurring during combustion in the combustion chamber acts on the inner surface of the glass. The pressure difference from the internal pressure in the combustion chamber and the ambient pressure represents the glass significantly loading size. This leads in the well-known arrangements to high tensile stresses in the glass, so that the wall thickness of the glass must be strong enough dimensioned so that from the Pressure difference resulting voltages do not damage or destroy the glass. This prior art solves the problem by the tensile stresses acting on the glass are significantly reduced by the external pressurization of the transparent areas of mineral glass, so that also monitoring arrangements are possible, which typically occurring at motor burns peak pressures of currently up to 300 bar and can withstand higher.

Allerdings ist diese technische Lösung technisch recht aufwendig, insbesondere im Hinblick auf die erforderliche Abdichtung sowie Regelung des Druckniveaus in den Druckkammern des transparenten Bereichs des Ringkörpers. Weitere Nachteile ergeben sich durch hohe Wanddicken und optische Mehrfachbrechungen an den Phasengrenzen. However, this technical solution is technically quite complicated, in particular with regard to the required sealing and regulation of the pressure level in the pressure chambers of the transparent region of the annular body. Further disadvantages result from high wall thicknesses and optical multiple refractions at the phase boundaries.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung zur optischen Überwachung eines Druckraums oder einer Brennkammer der gattungsgemäßen Art dahingehend weiter zu verbessern, dass der hierfür zum Einsatz kommende optisch transparente Ringkörper mit technisch einfachen Mitteln hohen Betriebsbelastungen standhält.It is therefore the object of the present invention to provide a device for optical monitoring a pressure chamber or a combustion chamber of the generic type to the effect that the optically transparent ring body used for this purpose can withstand high operating loads with technically simple means.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Die Aufgabe wird ausgehend von einer Einrichtung zur optischen Überwachung gemäß dem Oberbegriff der nebengeordneten Ansprüche 1, 4 und 9 in Verbindung mit den jeweils kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die rückbezogenen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.The object is achieved on the basis of a device for optical monitoring according to the preamble of the independent claims 1, 4 and 9 in conjunction with the respective characterizing features. The dependent dependent claims give advantageous developments of the invention again.

Gemäß einer ersten Lösung schließt die Erfindung die technische Lehre ein, dass kraftschlüssige Einspannmittel für einen hohlzylinderförmigen Ringkörper stirnseitig hieran zur Anlage kommende Axialspannringe umfassen, die aus einem Material mit einem höheren Elastizitätsmodul als das Elastizitätsmodul des transparenten Ringkörpers bestehen. Durch diese spezielle Materialpaarung wird in Verbindung mit der in Axialrichtung wirkenden Einspannkraft eine Haftreibung zwischen dem Ringkörper und den Axialspannringen hergestellt, welche ein relatives Abgleiten der Teile bei erhöhtem Innendruck verhindert.According to a first solution, the invention includes the technical teaching that non-positive clamping means for a hollow cylindrical ring body frontally thereto abut to coming Axialspannringe comprise, consisting of a material having a higher modulus than the elastic modulus of the transparent ring body. By means of this special combination of materials, a static friction between the annular body and the axial clamping rings is produced in conjunction with the clamping force acting in the axial direction, which prevents a relative sliding of the parts at elevated internal pressure.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Elastizitätsmodul der Axialspannringe gegenüber des Elastizitätsmoduls des Ringkörpers um mindestens den Faktor 3 höher. Vorzugsweise kommt ein Hartmetallwerkstoff für die Axialspannringe zum Einsatz, dessen Elastizitätsmodul gegenüber einem aus Mineralglas bestehenden transparenten Ringkörper um etwa den Faktor 7,5 höher liegt. Ein derart hohes Elastizitätsmodul wird durch normales Stahlmaterial nicht erreicht. Alternativ zum Hartmetallwerkstoff kann auch ein Keramikwerkstoff zur Ausbildung der Axialspannringe genutzt werden, der ein ähnlich hohes Elastizitätsmodul aufweist.According to a preferred embodiment, the modulus of elasticity of the Axialspannringe against the modulus of elasticity of the annular body is higher by at least the factor 3. Preferably, a hard metal material is used for the axial clamping rings whose modulus of elasticity is higher by about a factor of 7.5 compared with a transparent annular body consisting of mineral glass. Such a high modulus of elasticity is not achieved by normal steel material. As an alternative to the hard metal material, it is also possible to use a ceramic material for forming the axial clamping rings, which has a similarly high modulus of elasticity.

Gemäß einer alternativen zweiten Lösung wird vorgeschlagen, dass stoffschlüssige Einspannmittel für einen hohlzylinderförmigen Ringkörper stirnseitig hieran zur Anlage kommende Axialspannringe umfassen, welche stoffschlüssig mit dem transparenten Ringkörper verbunden sind. Vorzugsweise sind die Axialspannringe durch Kleben oder Löten mit dem transparenten Ringkörper verbunden. Auch durch diese Verbindungsmaßnahme wird bei ausreichender Einspannkraft ein Abgleiten der zu verbindenden Bauteile verhindert und die zwischen den Bauteilen angeordnete Klebschicht dient zusätzlich auch der statischen Abdichtung des Druckraums bzw. der Brennkammer gegenüber der Umgebung.According to an alternative second solution, it is proposed that cohesive clamping means for a hollow-cylindrical annular body comprise axial clamping rings which abut against the front end of the latter and which are materially connected to the transparent annular body. Preferably, the Axialspannringe are connected by gluing or soldering with the transparent ring body. Also by this connection measure, a slipping of the components to be joined is prevented with sufficient clamping force and the adhesive layer disposed between the components additionally serves the static sealing of the pressure chamber and the combustion chamber from the environment.

Vorzugsweise wird vorgeschlagen einen Klebstoff zum Kleben zu verwenden, welcher im ausgehärteten Zustand eine Klebschicht bildet, die ein höheres Elastizitätsmodul aufweist als das Elastizitätsmodul des transparenten Ringkörpers. Hierdurch wird eine besonders stabile Einspannung erzielt. Die Aushärtung der Klebschicht erfolgt vorzugsweise bei oder oberhalb der späteren Einsatztemperatur. Hierdurch wird erreicht, dass im Ringkörper bei Raumtemperatur durch die gegenüber Mineralglas höhere Wärmedehnung des angrenzenden Materials Druckspannungen induziert werden. It is preferably proposed to use an adhesive for bonding, which forms an adhesive layer in the cured state, which has a higher modulus of elasticity than the elastic modulus of the transparent annular body. As a result, a particularly stable clamping is achieved. The curing of the adhesive layer is preferably carried out at or above the later use temperature. This ensures that compressive stresses are induced in the annular body at room temperature by the higher thermal expansion of the adjacent material compared to mineral glass.

Es ist hinreichend, die Klebschicht derart dünn auszubilden, dass diese im Wesentlichen nur Oberflächenrauhigkeiten zwischen den Verbindungspartnern ausgleicht. Hierdurch wird materialsparend sowohl die angestrebte stoffschlüssige Verbindung zwischen den Bauteilen als auch die Dichtwirkung erzielt. It is sufficient to form the adhesive layer so thin that it substantially only compensates for surface roughness between the connection partners. As a result, the desired material-locking connection between the components as well as the sealing effect is achieved to save material.

Alternativ zum Kleben ist es jedoch auch möglich, die Axialspannringe durch Löten mit dem transparenten Ringkörper stoffschlüssig zu verbinden. In diesem Fall sollten die zur Anlage an die Axialspannringe kommenden gegenüberliegenden Stirnseiten des Ringkörpers zuvor metallisiert werden, um ein Löten mit dem vorzugsweise aus lötbarem Metall bestehenden Axialspannring überhaupt zu ermöglichen.As an alternative to gluing, however, it is also possible to connect the axial clamping rings by soldering to the transparent annular body in a material-locking manner. In this case, the opposite end faces of the annular body coming into contact with the Axialspannringe should be previously metallized to allow soldering with the preferably made of solderable metal Axialspannring at all.

Gemäß einer alternativen dritten Lösung wird vorgeschlagen, als formschlüssige Einspannmittel für einen beidseitig stirnseitig außenkonisch ausgebildeten transparenten Ringkörper hierzu korrespondierend innenkonisch ausgebildete Schrägspannringe vorzusehen. Als außenkonischer Ringkörper ist in diesem Falle eine geometrische Form zu verstehen, bei welcher die innere Mantelflächenlänge länger ist als die äußere Mantelflächenlänge, so das sich bei den Stirnseiten des Ringkörpers symmetrisch zueinander angeordnete Konusflächen ergeben. Vorzugsweise ist die Konizität des doppelt außenkonisch transparenten Ringkörpers derart bemessen, dass die innere Mantellängenfläche um einen Faktor von mindestens 1,2 länger als dessen äußere Mantellängenfläche ist. Je größer die Schrägstellung der Stirnflächenseiten des Ringkörpers ausfällt, desto mehr Kraft, welche durch den Innendruck im Brennraum oder der Druckkammer auf den Ringkörper ausgeübt wird, wird in Radialrichtung aufgenommen. Dies verringert analog die erforderliche axiale Einspannkraft. Diese formschlüssige Lösung kann hinsichtlich der Konizität und der axialen Einspannkraft dahingehend optimiert werden, dass die im Ringkörper auftretenden Spannungen in einem Bereich bleiben, die vom Werkstoff des Ringkörpers, vorzugsweise Mineralglas, ertragbar sind. According to an alternative third solution is proposed to provide as a form-fitting clamping means for a two-sided end-side outer conical transparent annular body corresponding thereto formed innenkonisch Schrägspannringe. As outer conical annular body is to be understood in this case a geometric shape in which the inner lateral surface length is longer than the outer lateral surface length, so that arise symmetrically to each other at the end faces of the annular body conical surfaces. Preferably, the conicity of the double outer conical transparent annular body is dimensioned such that the inner shell length surface is by a factor of at least 1.2 longer than the outer jacket length surface. The greater the inclination of the end face sides of the annular body fails, the more force which is exerted by the internal pressure in the combustion chamber or the pressure chamber on the annular body is received in the radial direction. This similarly reduces the required axial clamping force. With regard to the conicity and the axial clamping force, this form-fitting solution can be optimized such that the stresses occurring in the annular body remain within a range that can be borne by the material of the annular body, preferably mineral glass.

Die vorstehend beschriebenen, der Einspannung des transparenten Ringkörpers dienenden Axialspannringe bzw. Schrägspannringe können sowohl als separate Bauteile ausgebildet sein oder als einstückiger Bestandteil eines Zylinders oder eines Zylinderdeckels eines Motors, vorzugsweise Verbrennungsmotors, oder einer Pumpe, vorzugsweise Hochdruckpumpe, sein. The above-described, the clamping of the transparent annular body serving Axialspannringe or Schrägspannringe may be formed either as separate components or as an integral part of a cylinder or a cylinder cover of an engine, preferably an internal combustion engine, or a pump, preferably high-pressure pump.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt. Further measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of the preferred embodiments of the invention with reference to figures.

Ausführungsbeispieleembodiments

Es zeigt: It shows:

1 einen schematischen Längsschnitt einer Einrichtung zur optischen Überwachung eines Druckraumes oder einer Brennkammer mit kraftschlüssigen Einspannmitteln für einen transparenten Ringkörper, 1 a schematic longitudinal section of a device for optical monitoring of a pressure chamber or a combustion chamber with non-positive clamping means for a transparent annular body,

2 einen schematischen Längsschnitt einer Einrichtung zur optischen Überwachung eines Druckraumes oder einer Brennkammer mit stoffschlüssigen Einspannmitteln für einen transparenten Ringkörper, und 2 a schematic longitudinal section of a device for optical monitoring of a pressure chamber or a combustion chamber with cohesive clamping means for a transparent annular body, and

3 einen schematischen Längsschnitt einer Einrichtung zur optischen Überwachung eines Druckraumes oder einer Brennkammer mit formschlüssigen Einspannmitteln für einen transparenten Ringkörper. 3 a schematic longitudinal section of a device for optical monitoring of a pressure chamber or a combustion chamber with positive clamping means for a transparent annular body.

Nach 1 wird eine Brennkammer 1 im Wesentlichen durch einen Zylinder 2 mit Zylinderdeckel 3 gebildet. Die Brennkammer 1 wird ferner von einem linear bewegbaren Kolben 4 begrenzt. In dem an dem Zylinderkopf 3 angrenzenden Bereich ist die Brennkammer von einem optisch transparenten Ringkörper 5 umgeben, der einen optischen Zugang für – nicht weiter dargestellte – optische Messmittel zur Brennkammer 1 gestattet. Der optisch transparente Ringkörper 5 besteht aus einem Mineralglas, speziell aus Quarzglas, und dessen innere Mantelfläche 6 bildet einen Teil der Wandung der Brennkammer 1. Der Ringkörper 5 ist durch in Axialrichtung, also Kolbenbewegungsrichtung, wirkende – nicht weiter dargestellte – Einspannmittel am Zylinder 2 befestigt. To 1 becomes a combustion chamber 1 essentially by a cylinder 2 with cylinder cover 3 educated. The combustion chamber 1 is also a linearly movable piston 4 limited. In the on the cylinder head 3 adjacent area is the combustion chamber of an optically transparent ring body 5 surrounded, the optical access for - not shown - optical measuring means to the combustion chamber 1 allowed. The optically transparent ring body 5 consists of a mineral glass, especially of quartz glass, and its inner surface 6 forms part of the wall of the combustion chamber 1 , The ring body 5 is by in the axial direction, ie piston movement direction, acting - not shown - clamping means on the cylinder 2 attached.

Zur kraftschlüssigen Einspannung des hohlzylinderförmigen Ringkörpers 5 dienen zwei stirnseitig hieran zur Anlage kommende Axialspannringe 7a und 7b. Die hohlzylinderförmigen Axialspannringe 7a und 7b bestehen aus einem Hartmetall und weisen insoweit ein weit höheres Elastizitätsmodul als das Elastizitätsmodul des transparenten Ringkörpers 5 auf. For non-positive clamping of the hollow cylindrical annular body 5 serve two end-side here to the system coming Axialspannringe 7a and 7b , The hollow cylindrical axial clamping rings 7a and 7b consist of a hard metal and have so far a much higher modulus of elasticity than the modulus of elasticity of the transparent ring body 5 on.

Nach 2 bildet die innere Mantelfläche 6‘ eines hohlzylinderförmigen transparenten Ringkörpers 5‘ einen oberen Teil der Brennkammer 1‘, die außerdem von einem alternierend bewegbaren Kolben 4‘ und – auf der gegenüberliegenden Seite – von einem Zylinderkopf 3‘ begrenzt ist. Die beidseits stirnseitig am hohlzylinderförmigen transparenten Ringkörper 5‘ zur Anlage kommenden Axialspannringe 7a‘ und 7b‘ bestehen hier aus einem Stahlmaterial und sind stoffschlüssig mit dem transparenten Ringkörper 5‘ verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung wird durch eine dünne Klebschicht 8a bzw. 8b zwischen dem transparenten Ringkörper 5‘ und der jeweils zugeordneten Stirnfläche der Axialspannringe 7a‘ sowie 7b‘ realisiert, die im Wesentlichen nur Oberflächenrauhigkeiten zwischen den Verbindungspartner ausgleicht und neben der Verbindungsfunktion auch eine Dichtungsfunktion zwischen den Bauteilen wahrnimmt. Dabei besitzt der zum Kleben verwendete Klebstoff im ausgehärteten Zustand der Klebschicht 8a und 8b ein Elastizitätsmodul, das ähnlich hoch oder höher ist als das Elastizitätsmodul des transparenten Ringkörpers 5‘, der hier ebenfalls aus Quarzglas besteht. To 2 forms the inner lateral surface 6 ' a hollow cylindrical transparent ring body 5 ' an upper part of the combustion chamber 1' in addition to an alternately movable piston 4 ' and - on the opposite side - from a cylinder head 3 ' is limited. The front side on both sides of the hollow cylindrical transparent annular body 5 ' coming to rest axial clamping rings 7a ' and 7b ' consist here of a steel material and are cohesively with the transparent ring body 5 ' connected. The cohesive connection is made by a thin adhesive layer 8a respectively. 8b between the transparent ring body 5 ' and the respective associated end face of the Axialspannringe 7a ' such as 7b ' realized, which compensates substantially only surface roughness between the connection partners and in addition to the connection function also performs a sealing function between the components. In this case, the adhesive used for bonding has in the cured state of the adhesive layer 8a and 8b a modulus of elasticity which is similar to or higher than the elastic modulus of the transparent ring body 5 ' which also consists of quartz glass here.

Nach 3 ist der transparente Ringkörper 3‘‘ beidseits stirnseitig außenkonisch geformt. Hieran kommen korrespondierend innenkonisch ausgebildete Schrägspannringe 9a und 9b stirnseitig zur Anlage, um formschlüssige Einspannmittel in Verbindung mit der durch in Axialrichtung wirkenden Einspannkraft zu bilden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der eine Schrägspannring 9a Bestandteil des Zylinderkopfes 3‘‘ und der gegenüberliegende Schrägspannring 9b ist Bestandteil des Zylinder 2‘‘. Der doppelt außenkonische transparente Ringkörper 2‘ weist eine vollsymmetrische Gestalt auf. Die innere Mantelflächenlänge L_i ist um einen Faktor 1,2 länger als die äußere Mantellängenfläche L_a. Hierdurch ergibt sich eine Konizität des Ringkörpers 5‘‘, welche bei Innendruckbelastung der Brennkammer 1‘‘ eine effiziente Kraftaufteilung in Axial- und Radialrichtung bewirkt.To 3 is the transparent ring body 3 '' formed on both sides of the front side outer conical. This is followed by corresponding internally trained Schrägspannringe 9a and 9b the end face to the plant to form positive clamping means in connection with the acting by axial clamping force. In this embodiment, the one biased clamping ring 9a Component of the cylinder head 3 '' and the opposite inclined clamping ring 9b is part of the cylinder 2 '' , The double outer conical transparent ring body 2 ' has a fully symmetrical shape. The inner lateral surface length L _i is longer by a factor of 1.2 than the outer jacket longitudinal surface L _a . This results in a taper of the ring body 5 '' , which at internal pressure load of the combustion chamber 1'' causes an efficient force distribution in the axial and radial directions.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst werden. So ist es beispielsweise auch möglich, mehrere der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele – soweit sinnvoll – miteinander zu kombinieren, um einen entsprechend kombinierten Form-Stoffschluss oder dergleichen zu realisieren. The invention is not limited to the preferred embodiments described above. On the contrary, modifications are conceivable which are included within the scope of the following claims. Thus, it is also possible, for example, to combine a plurality of the exemplary embodiments described above-where appropriate-with one another, in order to realize a correspondingly combined form-material connection or the like.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 4320943 A1 [0004]
DE 102006057783 A1 [0005]

Claims

Device for optically monitoring a pressure chamber or a combustion chamber ( 1 ), which has an optically transparent annular body ( 5 ), whose inner circumferential surface ( 6 ) at least a part of the pressure chamber or the combustion chamber ( 1 ), and which is fixed by means acting in the axial direction clamping means, characterized in that the non-positive clamping means for a hollow cylindrical annular body ( 5 ) Axialspannringe coming to the end face of this ( 7a . 7b ), which consist of a material with a higher modulus of elasticity than the modulus of elasticity of the transparent annular body ( 5 ) consist.

Device according to claim 1, characterized in that the modulus of elasticity of the Axialspannringe ( 7a . 7b ) relative to the modulus of elasticity of the annular body ( 5 ) is at least a factor of 3 higher.

Device according to claim 2, characterized in that the two Axialspannringe ( 7a . 7b ) consist of a hard metal or a ceramic material.

Device for optically monitoring a pressure chamber or a combustion chamber ( 1' ), which has an optically transparent annular body ( 5 ' ), whose inner circumferential surface ( 6 ' ) at least a part of the pressure chamber or the combustion chamber ( 1' ), and which is fixed by means acting in the axial direction clamping means, characterized in that the cohesive clamping means for a hollow cylindrical annular body ( 5 ' ) Axialspannringe coming to the end face of this ( 7a ' . 7b ' ), which cohesively with the transparent annular body ( 5 ' ) are connected.

Device according to claim 4, characterized in that the Axialspannringe ( 7a ' . 7b ' ) by soldering with the transparent ring body ( 5 ' ) are materially connected, which is metallized on the front side.

Device according to claim 4, characterized in that the Axialspannringe ( 7a ' . 7b ' ) by gluing with the transparent ring body ( 5 ' ) are cohesively connected.

Device according to claim 6, characterized in that the adhesive used for bonding in the cured state, an adhesive layer ( 8a . 8b ), which has an elasticity modulus or higher than the modulus of elasticity of the transparent annular body ( 5 ' ).

Device according to claim 6, characterized in that the adhesive layer ( 8a . 8b ) is made so thin that it compensates substantially only surface roughness between the connection partners.

Device for optically monitoring a pressure chamber or a combustion chamber ( 1'' ), which has an optically transparent annular body ( 5 '' ), whose inner circumferential surface ( 6 '' ) at least a part of the pressure chamber or the combustion chamber ( 1'' ), and which is fixed by means acting in the axial direction clamping means, characterized in that as a form-locking clamping means for a both sides of the front side outer conical transparent annular body ( 5 '' ) corresponding to internally conically formed Schrägspannringe ( 9a . 9b ) are provided.

Device according to claim 9, characterized in that the double outer conical transparent annular body ( 5 '' ) has an inner lateral surface length (L _i ) which is longer by a factor of at least 1.2 than its outer lateral surface length (L _a ).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the annular body ( 5 ; 5 '; 5 '' ) consists of a glass material, preferably of mineral glass.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the inclined clamping ring ( 9a ; 9b ) or the axial clamping ring ( 7a . 7b ; 7a ' . 7b ' ) is an integral part of a cylinder or a cylinder head of a motor or a pump.