DE1648574B2

DE1648574B2 - Druckmesseinrichtung

Info

Publication number: DE1648574B2
Application number: DE1967L0056302
Authority: DE
Inventors: Hans Prof. Dipl.-Ing. Dr.Dr. h.c Graz List (Österreich); Hatschek, Rudolf, Dr., Freiburg (Schweiz); Zeiringer, Rudolf, Ing., Graz (Österreich)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1966-05-03
Filing date: 1967-04-20
Publication date: 1976-12-09
Also published as: AT261935B; US3403561A; DE1648574A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckmeßeinrichtung mit einem Druckfühler, insbesondere einem piezoelektrisehen Meßwandler, einem dem Druckfühler über einen Verbindungskanal vorgeschalteten und mit dem Druckfühler in einem Gehäuse vereinigten Umschalter, der in einer ersten Schaltstellung den Verbindungskanal zur Druckmeßstelle hin öffnet und ihn in einer zweiten Schaltstellung mit einer Druckleitung verbindet, die über ein elektromagnetisch betätigtes Umschaltventil wahlweise mit Atmosphärendruck oder einem vorbestimmten Bezugsdruck beaufschlagbar ist.

Aus der DT-AS 12 05 311 ist eine Druckmeßeinrichtung dieser Art bekannt, bei welcher der Umschalter als in einer Kammer frei beweglicher Ventilkörper ausgebildet ist, dessen Stirnflächen je mit einem Ventilsitz zusammenarbeiten, von denen der eine der unter dem Bezugsdruck stehenden Druckleitung und der andere dem vom Meßdruck beaufschlagten Indizierkanal zugeordnet ist. Der Verbindungskanal zum Druckfühler mündet seitwärts im Bereich zwischen den beiden Ventilsitzen in die Kammer ein. Diese Ausführung bezweckt eine Beschränkung der Druckmessung bzw. -aufzeichnung auf einen oberhalb bzw. unterhalb des vorbestimmten Bezugsdruckes liegenden Bereich. Diese Beschränkung zielt darauf ab, die Druckwertanzeige in einen verzerrungsfreien Arbeitsbereich der verwendeten Verstärker und Anzeigegeräte verlegen zu können. Die bekannte Einrichtung hat jedoch den Nachteil, daß das Meßergebnis infolge verschiedener kaum erfaßbarer Einflüsse in unkontrollierbarer Weise von den tatsächlichen Druckverhältnissen abweicht. Einerseits bleibt die Masse des Ventilkörpers und deren Einfluß auf die Schaltbewegung des Ventils unberücksichtigt, andererseits neigt der Ventilkörper, insbesondere bei raschen, periodisch wiederkeh-. renden Druckänderungen zu Schwingungserscheinungen, die einen sicheren Abschluß der vom Ventilkörper gesteuerten druckbeaufschlagten Leitungen in Frage stellen. Da eine willkürliche Umschaltung der Einrichtung von außen überhaupt nicht möglich ist, sondern beim Anstieg bzw. beim Absinken des zu messenden Druckes selbsttätig erfolgt, wird stets ein Teil des zu messenden Druckes für den Umschaltvorgang gebraucht, was natürlich die Meßgenauigket beeinträchtigt und zu einer Verfälschung des Meßergebnisses führt Außerdem ist es von Nachteil, daß das von der Einrichtung gelieferte Druckdiagramm bei Erreichen des eingestellten Bezugsdruckes einfach abgeschnitten wird, so daß man den Druckverlauf oberhalb bzw. unterhalb der Bezugsdrucklinie nicht ersehen kann. Schließlich ist auch bei der bekannten Druckmeßeinrichtung weder die Dichtheit des nur durch den Druck hin- und herbewegten Ventilkörpers noch die leichte Beweglichkeit desselben mit Sicherheit gewährleistet, und zwar insbesondere dann nicht, wenn an der Meßstelle höhere Temperaturen vorliegen und, wie beim Indizieren von Brennkraftmaschinen, mit einer Rußabscheidung aus den Verbrennungsgasen gerechnet werden muß. Durch Rußbelag an den Ventilsitzen ist dann mit erheblichen Meßfehlern zu rechnen.

Durch die vorliegende Erfindung sollen diese Nachteile behoben und soll eine Druckmeßeinrichtung der eingangs genannten Art geschaffen werden, die sich durch eine größere Meßsicherheit und absolute Dichtheit der vom Umschalter in seinen beiden Positionen hergestellten Leitungsverbindungen auszeichnet und die darüber hinaus eine Beobachtung und Auswertung des gesamten Druckdiagramms ermöglicht.

Zur Erreichung dieses Zieles ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Umschalter in an sich bekannter Weise von einer Antriebsvorrichtung wahlweise in die erste oder zweite Schaltstellung bringbar und als Schieberplatte mit planparallelen Stirnflächen ausgebildet ist, daß zwischen den planparallelen Stirnflächen der Schieberplatte ein durchgehender Überströmkanal vorgesehen ist, und daß die Schieberplatte auf der dem Druckfühler zugekehrten Stirnfläche eine den Verbindungskanal mit der Druckleitung in der zweiten Schaltstellung verbindende, querverlaufende Aussparung od. dgl., besitzt.

Planparallele Schieberplatten sind zwar auf einem anderen Gebiet der Technik als Absperrorgane von Leitungssystemen bekannt. So ist beispielsweise in der US-PS 25 56 225 ein Absperrventil beschrieben, welches einen um eine außerhalb des Leitungsquerschnittes gelegene Achse schwenkbar angeordneten Schaltarm besitzt, dessen freies Ende als in den Leitungsquerschnitt einschwenkbares Auge mit kreisrunder öffnung ausgebildet ist, In diese kreisrunde öffnung greift mit einem ringförmigen Ansatz eine undurchbrochene Schieberplatte ein, deren plane Stirnfläche mit einem den Ventilsitz bildenden ringförmigen Permanentmagneten als abdichtendes Abschlußorgan zusammenwirkt. In der ausgeschwenkten Stellung des Schwenkarmes gibt die Schieberplatte den Querschniti des Leitungsstranges frei. Das bekannte Absperrventil ermöglicht also nur den Abschluß bzw. die Freieabe

eines einzigen Leitungsstranges und hat also keine Umschaltfunktion zu erfüllen.

Demgegenüber bedient sich die erfindungsgemäße Druckmeßeinrichtung ohne Zuhilfenahme permanentmagnetischer Dichtorgar.e einer besonders gestalteten Schieberplatte, die in sämtlichen Schaltstellungen sowohl des Umschalters als auch des elektromagnetisch betätigten Umschaltventils exakte und druckdichte Verbindungen der jeweils geöffneten Leitungen und Kanäle über genau definierte Überströmquerschnitte gewährleistet, wobei während der Druckmessung jederzeit die Möglichkeit besteht, die dem Atmosphärendruck entsprechende Nullinie oder einen beliebigen anderen Bezugsdruck in das Diagramm einzublenden. Diese Einblendung der Nullinie und eines Bezugsdrukkes kann hierbei auch unmittelbar aufeinanderfolgend vorgenommen werden, was in vielen Fällen erwünscht ist, da damit die Auswertung des Oszillogrammes erleichtert wird.

Da frei bewegliche mit Massenkräften behaftete Teile bei er erfindungsgemäßen Einrichtung fehlen, bleibt auch das Ergebnis frei von den hierdurch verursachten Fehlern.

Da bei der Druckmeßeinrichtung nach der Erfindung die Umschaltung zwangsläufig von außen her erfolgt, ist sichergestellt, daß der Umschalter die beabsichtigte Schaltstellung auch tatsächlich einnimmt.

Bezüglich der Auswertung des Meßergebnisses ergibt sich der Vorteil, daß das Druckdiagramm nicht abgeschnitten wird, sondern immer der gesamte Druckverlauf zu ersehen ist. Man kann daher den vollen Druckverlauf entsprechend lang beobachten und erst zu einem späteren Zeitpunkt, beispielsweise wenn die zu indizierende Kolbenmaschine den gewünschten Betriebszustand erreicht hat, auf Bezugsdruck bzw. Atmosphärendruck umschalten und das Druckdiagramm sodann photographieren bzw. aufzeichnen.

Die erfindungsgemäße Ausführung der Schieberplatte ermöglicht relativ große Überströmquerschnitte bei verhältnismäßig kleinen Schaltwegen der Schieberplatte. Man kommt deshalb auch mit relativ geringen Schaltkräften aus. Für die Funktion der Einrichtung ist es überdies vorteilhaft, daß die den Verbindungskanal mit der Druckleitung verbindende Aussparung der Schieberplatte verhältnismäßig kurz ausgeführt werden kann, so daß sich nur kleine druckführende Räume zwischen dem Druckfühler und dem Verbindungskanal ergeben. Damit wird der Ausbildung von Schwingungserscheinungen im Bereich der druckführenden Räume entgegengewirkt und die Meßgenauigkeit der Einrichtung noch weiter verbessert.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht die Antriebsvorrichtung für die Schieberplatte aus einem mit dieser antriebsverbundenen Drehmagneten, der zusammen mit dem als Dreiweg-Magnetventil ausgebildeten Umschaltventil von einem gemeinsamen Steuergerät aus fernbetätigbar ist. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, sämtliche Schaltstellungen der Einrichtung zentral, z. B. vom Schaltpunkt eines Prüfstandes aus, zu steuern. Es empfiehlt sich hierbei eine Anordnung, bei der dem stromlosen Zustand der Erregerwicklungen sowohl des Drehmagneten als auch des Magnetventils die während des Betriebes am häufigsten gebrauchten Schaltkombinationen zugeordnet sind. Die Wicklungen der Magnete stehen daher nur kurzzeitig unter Spannung, so daß sich ein geringer Stromverbrauch einstellt. Selbstverständlich ist auch eine Programmsteuerung der elektrisch betätigten Schaltglieder möglich.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert Es zeigen in schematischen Darstellungen

F i g. 1 und 2 den Schnitt eines Ausführungsbeispieles der Einrichtung in zwei Schaltstellungen,

Fi g. la und 2a die den Schaltstellungen nach Fig. i und 2 zugeordneten Oszillogramme,

Fig.3 einen Axialschnitt durch das Meßwandlergehäuse mit eingebautem Umschalter einer abgeänderter Ausführungsform der Einrichtung,

F i g. 4 eine Draufsicht auf das Gehäuse nach F i g. 3,

Fig.5 einen weiteren Axialschnitt des Gehäuses gemäß der Linie V-V in F i g. 4,

F i g. 6 eine Draufsicht des Schaltschiebers und die

F i g. 7 und 8 Schnittdarstellungen des Schiebers der F i g. 6 gemäß den Linien VII-VII und VIII-VIlI.

Die Druckmeßeinrichtung umfaßt einen Adapter 1, der in einer exzentrisch angeordneten Aufnahmeboh-i rung 2 einen beispielsweise piezoelektrischen Meßwandler 3 enthält. An der dem Meßwandler 3 gegenüberliegenden Stirnseite des Adapters 1 ist eine Anschlußhülse 4 mit ihrem Flansch 5 druckdicht befestigt. Der Adapter 1 und die Anschlußhülse 4 schließen miteinander eine Kammer 6 cm, in der sich ein Schaltschieber 7 befindet, der um eine zur Achse des Adapters 1 parallele Achse begrenzt schwenkbar ist.

Der Schaltschieber 7 besitzt parallele ebene Stirnflächen 27 und 28, zwischen denen sich ein durchgehender, schräg verlaufender Überströmkanal 9 erstreckt. An der dem Meßwandler 3 zugewendeten Stirnfläche 27 befindet sich außerdem eine querverlaufende offene Nut 11. In der aus Fig. 1 ersichtlichen Stellung des Schaltschiebers 7 ist der Raum vor dem Meßwandler 3 über einen Verbindungskanal 8 und den Überströmkanal 9 mit der Aufnahmebohrung 10 des Adapters 1 verbunden (Fig. 1). Der Meßwandler 3 wird somit in dieser Schaltstellung von dem über die Aufnahmebohrung 10 eingeleiteten Meßdruck beaufschlagt, wenn der Adapter 1, z. B. durch Einschrauben der Anschlußhülse 4 in eine Indizierbohrung des Zylinders einer Brennkraftmaschine, druckdicht an der Meßstelle angeschlossen ist.

Neben der Aufnahmebohrung 2 des Meßwandlers 3 verläuft eine in die Kammer 6 ausmündende Druckleitung 12. In der aus Fig. 2 ersichtlichen zweiten Schaltstellung des Schaltschiebers 7 sieht diese Druckleitung 12 über die Überströmnut 11 des Schiebers und den Verbindungskanal 8 mit dem Raum vor dem Meßwandler 3 in Verbindung. Der Meßwandler 3 kann daher in dieser Schaltstellung über die Druckleitung 12 mit einem beliebigen Bezugsdruck beaufschlagt werden. Die Druckleitung 12 ist zu diesem Zweck über ein in einem Ventilgehäuse 18 angeordnetes Dreiwegmagnetventil 17 in der einen Schaltstellung des Ventils über eine Entlüftungsleitung 20 mit der Atmosphäre oder in der anderen Schaltstellung des Ventils über eine Druckanschlußleitung 21 mit einer regelbaren Druckquelle verbindbar. Das über einen Schalter 19 betätigbare Dreiwegmagnetventil 17 hält in stromlosem Zustand, also bei geöffnetem Schalter 19, die Verbindung zwischen der Druckleitung 12 und der Atmosphäre offen (F i g. 1 und 2). In erregtem Zustand des Dreiwegmagnetventils 17 (Schalter 19 geschlossen) ist hingegen die Verbindung zwischen der Druckleitung 12 und der den vorbestimmten Bezugsdruck liefernden Druckquelle geöffnet. Das Ventilgehäuse 18 weist durch Verschlußstücke 23 verschließbare Nebenanschlüsse 22

bei

auf, die zum Anschluß weiterer Adapter 1
Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen dienen.

Die Schaltbewegung des Schaltschiebers 7 wird von einem über einen Schalter 16 erregbaren Drehmagneten 15 über eine Schaltwelle 14 eingeleitet, deren in die Kammer 6 ragendes Ende als Mitnehmer 13 ausgebildet ist, welcher in eine seitliche parallelflächige Ausnehmung 29 des Schaltschiebers 7 eingreift. In stromlosem Zustand des Drehmagneten 15 (Schalter 16 geöffnet) befindet sich der Schaltschieber 7 in der aus F i g. 1 ersichtlichen Schaltstellung, in der der Meßwandler 3 vom Meßdruck beaufschlagt ist Bei eingeschaltetem Drehmagneten 15 (Schalter 16 geschlossen) nimmt der Schaltschieber 7 die zweite Schaltstellung (F i g. 2) ein, in der der Meßwandler 3 vom Bezugs- bzw. Atmosphärendruck beaufschlagt ist.

Am Bildschirm eines an den Meßwandler 3 in an sich bekannter, nicht dargestellter Weise über einen Ladungsverstärker nachgeschaiteten Oszilloskops erscheint somit in der ersten Schaltstellung (Fig. la) die voll ausgezeichnete Druckkurve 24. In der zweiten Schaltstellung (F i g. 2a) ist hingegen, entsprechend der Stellung des Dreiwegventils 17, die Atmosphärenlinie 25 sichtbar. Beim Umschalten des Dreiwegeventils 17 erschiene dagegen die strichliert eingezeichnete Be- »5 zugsdrucklinie 26 am Bildschirm. Die Einblendung der Atmosphären- bzw. Bezugslinie erfolgt zweckmäßigerweise selbsttätig durch ein zentrales Steuergerät durch wechselweise Betätigung der Schalter 16 und 19.

Die Adapterausführung gemäß F i g. 3 bis 8 weist eine zusätzliche, speziell für Niederdruckmessungen geeignete Ausrüstung auf. Diese besteht aus einer in die Aufnahmebohrung 2 eingesetzten scheibenförmigen Kupferdichtung 30 mit einer Anzahl durchgehender Bohrungen 31. Die Kupferdichtung 30 füllt den sonst zwischen dem Meßwandler 3 und dem Verbindungskanal 8 freibleibenden Raum aus. Die Aufnahmebohrung 10 der Anschlußhülse 4 weist einen zur Kammer 6 hin erweiterten Abschnitt auf, in dem sich ein zylindrischer Einsatz 32 mit Flansch 33 befindet, auf dem der Schaltschicber 7 mit seiner unteren Stirnfläche 28 aufliegt. Der Einsatz 32 stützt sich mit der gegenüberliegenden ringförmigen Fläche seines Flansches 33 auf ein von sechs übereinander geschichteten Ringspannsternfedern 34 gebildetes Federelement, das seinerseits auf einem Einsatzring 35 aufliegt, der sich an einem in einem konischen Abschnitt der Aufnahmebohrung 10 eingesetzten elastischen Dichtring 36 abstützt. Der zylindrische Einsatz 32 ist in ähnlicher Weise wie die Kupferdichtung 30 mit einer Anzahl paralleler durchgehender Bohrungen 37 versehen. Durch diese Ausbildung ergeben sich sehr kleine druckbeaufschlagte Räume im Bereich des Adapters, was insbesondere bei Niederdruckmessungen anzustreben ist

Bei Verwendung dieser Einrichtung für Messungen im Niederdruckbereich empfiehlt es sich überdies, zwischen den Adapter 1 und die Indizierbohrung ein elastisches Zwischenglied einzuschalten, um vom Körperschall verursachte Einflüsse auf die Messung zu vermeiden. Dieses Zwischenglied kann zugleich auch ein selbsttätig wirksames Druckbegrenzungsventil enthalten, damit schädliche Druckspitzen vom Meßwandler 3 ferngehalten werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Druckmeßeinrichtung mit einem Druckfühler, insbesondere einem piezoelektrischen Meßwandler, einem dem Druckfühler über einen Verbindungskanal vorgeschalteten und mit dem Druckfühler in einem Gehäuse vereinigten Umschalter, der in einer ersten Schaltstellung den Verbindungskanal zur Druckmeßstelle hin öffnet und ihn in einer zweiten Schaltstellung mit einer Druckleitung verbindet, die über ein elektromagnetisch betätigtes Umschaltventil wahlweise mit Atmosphärendruck oder einem vorbestimmten Bezugsdruck beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalter in an sich bekannter Weise von einer Antriebsvorrichtung (13 — 16) wahlweise in die erste oder zweite Schaltstellung bringbar und als Schieberplatte (7) mit pJanparaUeJen Stirnflächen (27, 28) ausgebildet ist, daß zwischen den planparallelen *o Stirnflächen (27, 28) der Schieberplatte (7) ein durchgehender Überströmkanal (9) vorgesehen ist, und daß die Schieberplatte (7) auf der dem Druckfühler (3) zugekehrten Stirnfläche (27) eine den Verbindungskanal (8) mit der Druckleitung (12) in der zweiten Schaltstellung verbindende, querverlaufende Aussparung (11) od. dgl. besitzt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung für die Schieberplatte (7) aus einem mit dieser antriebsverbundenen Drehmagneten (15) besteht, der zusammen mit dem als Dreiweg-Magnetventil (17) ausgebildeten Umschaltventil von einem gemeinsamen Steuergerät aus fernbetätigbar ist.

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