DE2052047C3 - Druckmeßgerät zur kontinuierlichen Überwachung eines zeitlichen Druckverlaufs in heißen Gasen oder Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckmeßgerät zur ntinuierlichen Überwachung eines zeitlichen Druckrlaufs in heißen Gasen oder Flüssigkeiten, insbesonre des Druckverlaufs in Dieselmotoren, mit einem eine Membran tragenden Membrante., von dem eine auf die Membran wirkende Druckkraft abgenommen Sid mit einem Meßgehäuse mit einem druckabtastenden Geber, der ein druckkraftabhängiges elektrisches Signal abgibt, mit zwei wärmeisol.erenden, starren Kraftübertragungselementen, von denen das eine die SSSnSS? Druckkraft von dem Membranteil zu dem Geber im Meßgehäuse überträgt und das andere din Membranteil und das Meßgehäuse zu einer mechanischen/praktisch starren Einheitt verbindet und mit vernachlässigbarer Federung die der Druckkraft entgegenwirkende Zugkraft überträgt

Bei Dieselmotoren, besonders für Fahrzeugantriebe, ist es wichtig, den Druck oder Druckverlauf in den verschiedenen Zylindern kontinuierlich zu überwachen. Versuche in dieser Richtung sind bisher nicht geglückt, weil die Druckleitung zu dem druckabtastenden Organ durch Verschmutzung und Verkohlen schnell verstopfte. Um eine zu hohe Temperatur an dem druckabtastenden Organ zu verhindern, hat man weiter versucht, die Druckleitung mit Wasser zu kühlen was aber zu Überdestillation von Wasser, Schwefelsäure und Teer im Zylinder geführt hat. Sowohl bei ungefülltem als bei wasser- oder fettgefülltem Druckkanal tritt bereits nach einer Woche eine Verstopfung auf, die nicht entfernt werden kann, ohne das an den Kühlwasserleitungen angeschlossene Gerät zu demontieren.

Es ist bereits bekannt, den Teil des Druckanzeigers, der eine druckabtastende Membran enthält, und das Meßgehäuse mit dem kraftabtastenden Organ auf Abstand voneinander anzuordnen und sie mit geraden Bolzen aus Metall mit niedrigem Wärmeleitungsvermögen zusammenzuhalten. Das Organ, das die Druckkraft von der Membran zu dem kraftabtastenden Organ überträgt, liegt zentral zwischen den peripherisch angeordneten Bolzen. Eine Druckkraft in dem druckkraftübertragenden Organ zwischen der Membran und dem kraftabtastenden Organ entspricht einer Zugkraft in den Bolzen. Bei dieser Konstruktion ist man gezwungen, Metallbolzen zu verwenden. Auch wenn diese aus einem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit, z. B. rostfreiem Stahl, hergestellt sind, wird eine große Wärmemenge von dem Membranenteil auf das Meßgehäuse übergeleitet und beeinflußt das druckabtastende Organ. Ein Ausweg, die übertragene Wärme zu verringern, ist natürlich die Länge der Bolzen zu steigern, dies ist jedoch oft wenig wünschenswert, weil in der Regel der für das Gerät zur Verfügung stehende Platz sehr begrenzt ist. Diese Schwierigkeiten behebt die Erfindung.

Gemäß der Erfindung besteht das genannte andere Kraftübertragungselement aus einem starren, kreisförmigen Ring, an dem der Membranteil und das Meßgehäuse von je einer Seite mit einer Anzahl dazwischenliegender Abstandselemente befestigt sind, und im Ring sind Befestigungselemente des Membranteiles zwischen Befestigungselementen des Meßgehäuses angeordnet.

Aus der DT-AS 12 45171 ist ein piezoelektrischer Druckwandler bekannt, bei welchem das Druckmedium über eine Membran und einen Boden auf mehrere aul der Peripherie eines Kreises aufgestellte piezoelektrische Kristalle wirkt, wobei deren elektrische Spannung durch zentral zwischen den Kristallen liegende Leitei herausgeführt wird. Zum Ausgleich der verschiedener Ausdehnungskoeffizienten sowie zum Schutz dei Kristalle gegen hohe Temperaturen ist zwischen den oberen und unteren Ende der Kristalle und den darar

angrenzenden Teilen je ein keramischer Ring eingefügt. und demontiert werden. Das Werkzeug hat an seinem Ein wesentlicher Temperaturschutz kann durch diese einen Ende einen zylindrischen Zapfen 10, der in die Ringe jedoch nicht erzielt werden. Der die Membran Löcher 8 der Mutter 2 paßt Der Dichtungskegel hat tragende druckabtastende Teil und dei druckmessende einen nach oben gerichteten rohrförmigen Teil 11 mit Teil liegen unter Zwischenfügung des einen kerami- s einer zylindrischen Innenfläche 12 und einer konischen sehen Ringes unmittelbar in Längsrichtung hintereinan- Außenfläche 13. Diese konische Fläche paßl in eine der und sind in ein und demselben einheitlichen konische Innenfläche des an dem Dieselmotor angeord-Stahlgehäuse untergebracht. Der diese beiden Teile des neten Anzeigehahns. Das Gewinde 5 der Mutter ist im Druckmeßgerätes umhüllende Abschnitt des Stahlge- Verhältnis zu dem Gewinde des Anzeigehahns mit häuses lbgt vollständig in dem das Druckmedium i₀ großem Spielraum ausgeführt, so daß die konische enthaltenden Gefäß. Das Problem der Erfindung, bei Fläche beim Aufschrauben des Anzeigers auf den einem Druckmeßgerät, bei welchem der druckabtasten- Anzeigehahn des Motors voll anliegen kann,
de Teil und der druckmessende Teil in verschiedenen F i g. 3b zeigt vier axial verlaufende Löcher 14, die

Gehäusen untergebracht sind, die Wärmeübertragung durch die Mutter 2 und den ringförmigen Flansch 7 des durch die die beiden Teile verbindenden Mittel i₅ Kegels 3 nahe dem Umfang beider gebohrt sind. Die möglichst gering zu halten, wird in der Entgegenhaltung Löcher sind für Schrauben bestimmt, die freigehend nicht angesprochen. Für die Verwendung temperatur- durch diese Löcher und durch Löcher 15 im empfindlicher magnetoelastischer Druckmesser ist die Membrangehäuse 4 laufen und in mit Gewinden bekannte Anordnung bei hohen Temperaturen des versehenen Löchern in einem unter dem Membrange-Druckmediums nicht geeignet. 20 häuse liegenden runden Führungselement 16 festge-

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran- schraubt sind. Dadurch werden die Mutter 2, der Kegel Sprüchen gekennzeichnet. 3, das Membrangehäuse 4 und das Führungselement 16

Diese Befestigung zwischen Membranteil und Meß- zu einer kompakten Einheit zusammengefaßt, dem gehäuse erbringt den Vorteil, daß die Gesamthöhe des bereits genannten Membranteil 1.
Gerätes vermindert werden kann und daß man 25 Das Membrangehäuse 4 hat in seiner oberen Fläche gleichzeitig eine ausreichende Wärmeisolierung erhält. eine relativ flache runde Ausnehmung 17 mit einem Der hauptsächliche Teil der Wärmeisolierungsstrecke Durchmesser, der etwas größer ist als der Durchmesser liegt nämlich in einer Richtung, die rechtwinklig zu der eines nach unten gerichteten runden Vorsprunges 18 an Längsrichtung des Gerätes verläuft. Weiter fuhrt die dem Dichtungskegel 3, den man als Fortsetzung des vorgeschlagene Befestigung der Befestigungselemente 30 nach oben gerichteten Rohres 11 betrachten kann. Die dazu, daß der zwischen dem Membranteil und dem Tiefe der Ausnehmung 17 ist etwas kleiner als die Länge Meßgehäuse liegende Körper im wesentlichen Biegebe- des Vorsprunges 18. In der Ausnehmung 17 befindet sich anspruchungen ausgesetzt wird. Dadurch ist es möglich, eine druckabtastende Membrane 19, die in größerem ihn aus einem wärmeisolierenden, nichtmetallischen Maßstab in Fig. 8a und 8b zu sehen ist. Dadurch, daß die Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von etwa 1 % 35 Tiefe der Ausnehmung 17 etwas kleiner ist als die Länge der für metallisches Material üblichen herzustellen. des Vorsprunges 18, wird die Membrane mit Sicherheit

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im zwischen dem Vorsprung und dem Boden der folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser Ausnehmung festgeklemmt. Gleichzeitig bildet sich ein zeigt schmaler ringförmiger Spalt zwischen den Flansch 7 des

Fig. 1 einen Schnitt durch ein derartiges Druckmeß- ₄₀ Dichtungskegels 3 und dem Membrangehäuse,
gerät, Die Membrane 19 besteht aus einem dünnen, wärme-

F i g. 2 ein Werkzeug zur Montage und Demontage und rostbeständigen Material. Wie aus den beiden des Anzeigers und zur Reinigung der Teile, die während letztgenannten Figuren hervorgeht, hat die Membrane des Betriebes Verschmutzung ausgesetzt sind, 19 einen äußeren ringförmigen Flansch 20 und eine

Fig.3a und 3b Einzelheiten der Befestigung des ^₅ innere runde glatte Fläche 21 sowie einen dazwischen-Druckmeßgeräts, liegenden halbkreisförmigen versenkten Teil 22. Wenn

Fig. 4a und 4b einen Teil, der die Membrane trägt, die Membrane 19 auf ihrem Platz ist und der

F i g. 5a, 5b und 5c das Meßgehäuse, Membranteil zusammengeschraubt, dichtet die Mem-

Fig.6a und 6b eine Platte, die das Meßgehäuse nach brane vollständig gegen die durch das Rohr 11 vom unten abschließt, jo Dieselmotor kommenden Gase und deren Druck wirkt

F i g. 7a und 7b ein Gehäuse, das die Schaltelemente also auf die Membrane. Das Membrangehäuse enthält des Gebers enthält und auch einen im wesentlichen zylindrischen Hohlraum mit

Fig.8a und 8b die druckabtastende Membrane in einem dem versenkten Teil 22 der Membrane größerem Maßstab als in den übrigen Figuren. entsprechenden Außendurchmesser.

F i g. 1 zeigt am oberen Ende des Druckmeßgeräts 55 Das Führungselement 16 umfaßt einen äußeren Ring einen Membranteil 1 mit einer Anschlußmutter 2, einem 24 und ein in dem Ring liegendes rundes Federelement Dichtungskegel 3 und einem Membrangehäuse 4. Die 25, das im Zentrum ein kraftübertragendes Organ in Anschlußmutter hat ein Gewinde 5, das auf das äußere Form einer Säule 26 mit einem runden Querschnitt Gewinde eines an einem Dieselmotor angeordneten trägt. Der Durchmesser der Säule entspricht dem Hahns paßt. Fig.3a zeigt einen Schnitt durch die 60 Durchmesser der zentralen ebenen Fläche 21 der Mutter 2 und den Kegel 3, während Fig. 3b diese beiden Membrane 19, und das obere Ende der Säule liegt in Teile von oben zeigt Mutter und Kegel werden von vier Linie mit der Bodenfläche der Ausnehmung 17. Wenn Schrauben 6 zusammengehalten, die die Mutter frei die Membrane 19 auf ihrem Platz ist, liegt also ihre durchsetzen und im ringförmigen Flansch des Kegels 3 ebene Fläche 21 auf dem oberen Ende der Säule .6, id eingeschraubt sind. Die Mutter hat an ihrem Umfang 65 der ringförmige Teil 22 befindet sich in dem eine Anzahl runder Löcher 8, die in Fig.3b zu sehen ringförmigen Raum um die Säule, wie in Fig. 1 gezeigt sind. Mit Hilfe dieser Löcher und eines in Fig. 2 ist. Der im Zylinder des Dieselmotors bestehende Druck Bezeigten Werkzeuges 9 kann der Anzeiger montiert wirkt also auf die Säule.

Ein ringförmiger Flansch 27 geht vom Membranenge- Meßgehäuse von oben zeigt.

häuse 4 aus und umschließt die Säule mit einem Zwischen der Unterseite der Säule 26 und der Platte

schmalen dazwischenliegenden Spalt, wodurch der 40 auf dem Meßgehäuse ist ein Element in Form einer

Hohlraum 23 in einen oberen und einen unteren Teil Säule 44 aus einem Material mit niedriger Wärmeleitfä-

aufgeteilt wird, die durch den Spalt miteinander j higkeit eingesetzt, das die signaltragende Druckkraft

verbunden sind. Vom unteren Teil des Hohlraumes 23 von dem Membrangehäuse auf den Geber im

führen mehrere radial verlaufende Kanäle 28 zu der Meßgehäuse überträgt. Die Säulen 26 und 44 werden

freien Fläche des Membrangehäuses. Diese Kanäle mit Hilfe eines Stiftes 45 zusammengehalten, der in

sollen ein Sicherheitsventil für den Fall sein, daß die einander gegenüberliegenden Löchern in den Säulen

Membrane 19 platzen und der Gasdruck im Motor dabei io eingesetzt ist.

über dem ringförmigen Federelement 25 liegen sollte, Fig.5b zeigt das Meßgehäuse in Fig.5a von unten

das eine bedeutend größere Fache als die wirksame gesehen. Das Meßgehäuse hat vier Löcher 46 mit

Fläche der Druckmembrane 19 hat. Der Spalt zwischen Gewinde. Eine in F i g. 6a und 6b gezeigte Bodenplatte

dem Flansch 27 und der Säule 26 wirkt dabei wie eine 47 hat vier versenkte Locher 48. Schrauben 49 laufen

Drossel auf die ausströmenden Gase. 15 freigehend durch die Löcher 48 in der Bodenplatte und

Im Membrangehäuse und im Ring 24 des Elementes " durch Gewinde in das Meßgehäuse, wodurch das

16 sind vier Löcher 29 ausgenommen (F i g. 4a) und an Meßgehäuse unten verschlossen wird. F i g. 6b, die die

ihrem oberen Ende mit einer Versenkung 30 versehen. Bodenplatte von unten zeigt, zeigt daß in der

Durch die Löcher laufen freigehende Schrauben 31. Bodenplatte weitere vier Löcher 50 sind, die ein

Diese Schrauben sind in einem steifen Ring 32 aus einem » Gewinde haben und symmetrisch zwischen den Löchern

wärmebeständigen Material mit niedriger Wärmeleitfä- 48 liegen. Im Zentrum der Bodenplatte ist ein Loch 51

higkeit und hohem Elastizitätsmodul eingeschraubt. mit Gewinde. Symmetrisch um dieses Loch liegen

Zwischen dem Ring 32 und dem Membranteil 1 sind um weitere vier Löcher 52, durch die die elektrischen Leiter

die Schrauben 31 Abstandsscheiben 33 angeordnet. zu dem Geber gezogen sind.

Auch die Abstandsscheiben bestehen aus Material mit 25 Unter der Bodenplatte 47 ist ein Gehäuse 53 befestigt,

niedriger Wärmeleitfähigkeit. Sowohl der Ring 32 als das die Anschlüsse für die Leitungen zu dem Geber

auch die Abstandsscheiben 33 sind aus einem geeigne- aufnimmt. Das Gehäuse ist in Fig.7a und 7b gezeigt,

ten Glimmer-Glas-Material hergestellt. Die Schrauben wobei 7a ein Schnitt entlang einer Linie ist, die einen

31 sind aus Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit, Winkel von 45° zu der Schnittlinie in Fig. 1 bildet. Das

z. B. rostfreiem Stahl. 30 Gehäuse hat Kühlflansche 54. Der oberste Flansch hat

Das Meßgehäuse 34 besteht, wie F i g. 5a zeigt, aus vier Löcher 55 mitten von den Löchern 50 in der

einem zylindrischen Rohr mit äußeren Kühlflanschen 35 Bodenplatte 47. Mittels vier nicht gezeigter Schrauben,

und enthält ein druckabtastendes Organ oder Geber 36. die frei durch die Löcher 55 gehen, aber in den Löchern

Dieser ist von bekannter Art, z. B. magnetoelastisch, 50 in der Bodenplatte festgeschraubt sind, wird das

piezoelektrisch oder enthält Drahtdehnungsgeber. Der 35 Gehäuse 53 an der Bodenplatte befestigt. Genau vor

in Fig. 1 gezeigte Typ hat einen Kern 37 aus den Löchern 55 haben die Flansche 54 Löcher 56, so daß

magnctostriktivem Material mit einer oberen Fläche in die genannten Schrauben von unten eingeführt werden

Höhe mit der Oberseite des Gehäuses 34 und eine können. Im Bodenteil 57 des Gehäuses 53 befindet sich

untere Fläche in Linie mit der Unterseite des Gehäuses. ein Loch 58 mit Gewinde für eine Verschraubung 59 für

Der Kern ist auf bekannte Weise mit einer Magnetisie- 40 ein Kabel 60. Die Leiter des Kabels sind mit den Leitern

rungswicklung 38 versehen, die an einer Wechselspan- des Gebers in einer Schaltklemme 61 zusammengefaßt,

nungsquelle angeschlossen ist, und mit einer Mcßwick- die an der Bodenplatte 47 mittels einer Schraube 62

lung 39, die an einem Meßgerät angeschlossen ist. Dns befestigt ist, diese ist in dem mit Gewinde versehenen

Mcßgehiiusc ist an seiner in Fig. 1 und 5a gezeigten Loch 51 im Zentrum der Bodenplatte eingeschraubt.

Oberseite mit einer weichen Platte 40 aus einem 45 Das in F i g. 2 gezeigte Werkzeug 9 hat an seinem

Materini mit guter Wärmeleitfähigkeit versehen, z. B, unteren Ende eine reduzierte Breite. Diese Breite ist

Kupfer. Dns Mcßgehäusc ist mittels vier Schrnuben 41 etwas kleiner als der Innendurchmesser des rohrförmi-

mit dem wttrmcisolicrcndcn Ring verbunden, von diesen gen Teiles 11 auf dem Dichtungskegel 3. Weiter hat dns

Schrauben sieht man nur die Köpfe von zwei Schrauben Werkzeug zwei hcrnusrngende halbrunde Vorsprünge

In Fig. 1. Die Schrauben laufen freigehend durch den $0 63, die dem Querschnitt des Versenkten Teiles 22 der Ring 32 und hoben je eine Abstandsscheibe 42 zwischen Membrane 19 entsprechen. Der untere Teil des Ring und Mcßgehäusc. Diese Abstandsscheiben sind Werkzeuges 9 kann deshalb zum Innenscitigcn Reinigen

zwcckmäßlgcrwcise gleich den Scheiben 33. Die des rohrförmigen Teiles 11 des Dichtungskcgels

Schrnuben sind danach in Löchern 43 im Meßgehausc verwendet werden, eingeschraubt, wus nus F1 g. 5c hervorgeht, die das 53

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Druckmeßgerät zur kontinuierlichen Überwachung eines zeitlichen Druckverlaufs in heißen Gasen oder Flüssigkeiten, insbesondere des Druck-Verlaufs in Dieselmotoren, mit einem eine Membran tragenden Membranteil, von deni eine auf die Membran wirkende Druckkraft abgenommen wird, mit einem Meßgehäuse mit einem druckabtastenden Geber, der ein druckkraftabhängiges elektrisches Signal abgibt, mit zwei wärmeisolierenden, starren Kraftübertragungselementen, von denen das eine die signaltragende Druckkraft von dem Membranteil zu dem Geber im Meßgehäuse überträgt und das andere den Membranteil und das Meßgehäuse zu einer mechanischen, praktisch starrren Einheit verbindet und mit vernachlässigbarer Federung die der Druckkraft entgegenwirkende Zugkraft überträgt, dadurch geke η η zeichnet, daß das genannte andere Kraftübertragungselement aus einem starren, kreisförmigen Ring (32) besteht, an dem der Membranteil (1) und das Meßgehäuse (34) von je einer Seite mit einer Anzahl dazwischenliegender Abstandselemente (33,42) befestigt sind, und daß im Ring (32) Befestigungselemente (31) des Membranteils zwischen Befestigungselementen (41) des Meßgehäuses angeordnet sind.

2. Druckmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte, aus dem Ring (32) bestehende Kraftübertragungselement das Kraftübertragungselement (44) zwischen der Membran (19) und dem Geber (36) im Meßgehäuse (34) zentral umschließt.

3. Druckmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungselemente (31) des Membranteils symmetrisch zwischen den Befestigungselementen (41) des Meßgehäuses (34) angeordnet sind.

4. Druckmeßgerät nach Anspruch!, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden wärmeisolierenden Kraftübertragungselemente (32, 44) und die Abstandselemente (33, 42) aus Glimmer-Glas-Material bestehen.

5. Druckmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine verschiedenen Teile durch Schrauben aus Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit, z. B. rostfreiem Stahl, zusammengehalten sind.

6. Druckmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgehäuse (34) an seinem dem Membranteil (1) zugewandten Ende mit einer weichen Platte (40) aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit, z. B. Kupfer, verschlossen ist.

7. Druckmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgehäuse (34) mit äußeren Kühlflanschen (35) versehen ist.

8. Druckmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Meßgehäuses (34) einen hohen Absorptionskoeffizienten für Niedrigtemperaturausstrahlung hat.