DE2848473A1 - Messwertaufnehmer zur erfassung des innendruckes von rohrleitungen - Google Patents

Messwertaufnehmer zur erfassung des innendruckes von rohrleitungen

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DE2848473A1 DE19782848473 DE2848473A DE2848473A1 DE 2848473 A1 DE2848473 A1 DE 2848473A1 DE 19782848473 DE19782848473 DE 19782848473 DE 2848473 A DE2848473 A DE 2848473A DE 2848473 A1 DE2848473 A1 DE 2848473A1
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Description

.Die Erfindung "besieht «ich auf pinen M^ßv.'nr Um Cnnh-HK?r -ur Messung des Innendrnoken koh Rohrlejtunken dumb Erfassung von Robrneformationen, insbesondere an Einspri U;--iei tunken von Dieselmotoren, tint einem mindestens ein elastisches, mindestens an einem Teil des Uiafanges der Lei\,u)U' anliegendes Meßelement "beinhaltenden, die Rohrleitung umschließenden steifen Gehäuse.
Im Zuge der Bemühungen, die Auspuffgase von Verbrennungsmotoren zu entgiften und mn einen möfili obst; v/i.rt;-HeUfI' ti i eben Betrieb zu ermöglichen, trat vor n'i Lern in "Lo U-.- VfT Z»it-die Forderung nach oxakten Diagnosesyoteinen fur die VO ι nepritivanlagen von Dieselmotoren in den Vordergrund. Jiabei erwies sich als vordringlich,den EinapritKpunkt b^w. aucb die .Finwpritszeitpunktverstellung geiiau überprüfen zu können. Bisher verwendete man zur Druckerfassung in den Einspritr,-leitunken, herkömmliche Pruckgeber, wobei Dehnmeßstreifen o'i'jr Elemente auf piezoelektrischer Basis verwendet wurden, hie r.wei.tgenannten Di^uckgo'" r wiarden in vielen AusfUhruiip.R-"Cf.illen in die Einsj)ritzleitung eingebaut und waren mit Kraftstoff "beaufschlagt. Die Montage derartiger liruck^eb^r ist jedoch sehr zeitrauhend und außerdem wegen der hohnu üt-'ücke, die in Binspritzleitunf'en auftreten, prohlpniati sch. Durch das erforderliche Öffnen der Einspritzleitun^en ergaben sich auch häufig Fehler und Störungen im Einspritzsystem infolge von Verunreinigungen "bzw. Undichtheiten. Außerdem war es erforderlich, die Einspritzleitung dergestalt auszubilden, daß für die Messung der entsprechende Druckgeber eingebaut werden konnte. In einigen Fällen wurde auch ein fest in der Leitung eingebauter Druckgeber verwendet. Dies ist jedoch eine wirtschaftlich kaum vertretbare Lösung.
Aus der DT-OS 24 40 493 ist ein Meßwertaufnehmer zur Erfassung des Innendruckes von Rohrleitungen "bekannt, der auf die Rohrleitung aufgeklemmt wird und bei dem als Meßelemente zwei einander gegenüberliegende piezoelektrische Quarzscheiben verwendet sind. Dabei wird die Änderung des Druckmessers der druckbeaufschlagten Kraftstoffleitung über metallische
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Zwischenstücke auf die Quarzscheiben übertragen, wobei entsprechend dem piezoelektrischen Prinzip Ladungen an der Oberfläche der Quarzscheiben abgegriffen und weiterverarbeitent werden können. Diese bekannte Ausführung weist erhebliche Nachteile auf. Da die Änderung des Durchmessers der Einspribssleitung über die metallischen Zwischenstücke in eine Druckbeaufschlagung der Quarzscheiben umgesetzt wird, ist es mit diesem System nicht möglich, Leitungsdurchmessernnderungen, die beispielsweise durch Leitungsverbiegungen infolge you Sohwingungszusbänden hervorgerufen werden, von infolge von .Druckbeaufschlagung der Leitung hervorgerufenen Durchmennränderungen zu unterscheiden. Dies ist jedoch von großer Bedeutung, da besonders bei Dieselmotoren die unvermeidbaren Leitungsschwingungen das Meßsignal erheblich verfälschen. Da EInspritzleitungen sehr dickwandig sind, ist die Rohrausdehnung bei Druckbeaufschlagung sehr gering. Es ist daher äußerst schwierig,bei den relativ großen Krafteinwirkungen infolge der Massenbeschleunigung eine Messung der nur sehr kleinen Rohrausdehnung störungs- und fehlerfrei vorzunehmen.
Bei dem in der DE-OS 25 29 563 beschriebenen MeßwertnuT-nehmer ist ein die Rohrleitung umschließendes steifes Gehiiuc-e vorgesehen, das ein elastisches, mindestens an einem Teil dos Umfanges der Leitung anliegendes Meßelement beinhaltet. Abgesehen davon, daß bei diesem Meßwertaufnehmer ein auf die Leitung aufzuklebender und daher nicht wieder verwendbarer Dehnmeßstreifen zur Erfassung der Durchmesseränderung des Leitungsrohres herangezogen wird, wird auch das zweiteilige, sehr schwer ausgebildete Metallgehäuse fest auf die Rohrleitung aufgeklebt. Dabei werden auch die beiden Gehäusehälften miteinander verklebt, wodurch die Montage sehr erschwert ist. Auch die Möglichkeit einer wirtschaftlichen Wiederverwendung dieses Meßwertaufnehraers an verschiedenen Rohrleitungen ist nicht gegeben; vielmehr muß dieser Meßwertaufnehmer, auch wenn keine Messung stattfindet, an der Rohrleitung verbleiben. Zur Demontage ist eine Zerstörung des Meßwertaufnehmers erforderlich. Neben dem genannten Nachteil können sich bei diesem Meßwertaufnehmer auch noch technische Probleme ergeben,
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insofern, als die große Masse des Gehäuses des Meßwertauf nehmers großen Beschleunigungskräften, hervorgerufen durch an Diesel-Einspritzleitungen nicht vermeidbare Schwingungen, unterworfen ist, die zur Defoniierung der Einspritzleitunken und zu Störungen des Einspritzsystems führen können. !Der.als Meßelement verwendete unmittelbar auf die Einspritzleitung aufgesetzte Dehnmeßstreifen wäre an sich in diesem Zustand bereits voll für eine Messung einsatzfähig. Das Über dem Meßelement angebrachte Gehäuse dient hier rein zum Schutz des Meßelements und der Anschlußdrähte. Das in den Hohlraum zwischen Gehäuse und der Rohrleibung mit dem Meßelement eingebrachte Epoxyharz ist zum weiteren Schutz der Oberfläche des Meßelementes und vor allem aber zur Stützung der vom Meßelement wegführenden Anschlußdrähte gedacht. Es besteht nämlich sonst die Gefahr, daß durch die unvermeidlichen Schwingungen an Rohrleitungen von Dieselmotoren die Anschlußdrähte stark vibrieren und nach einiger Zeit brechen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meßwertaufnehmer der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der die erwähnten Nachteile der bekannten Ausführungen vermeldet, undanderzu vermessenden Rohrleitung rasch und einfach anbringbar und wieder demontierbar ist und der wieder verwendet werden kann. Es soll mit diesem Meßwertaufnehmer möglich sein, Meßsignale, die nicht von Änderungen des Innendruckes der Rohrleitung, sondern von anderen Leitungsdeformationen, beispielsweise Leitungsverbiegungen, hervorgerufen sind, zu kompensieren bzw. vom tatsächlich gewünschten Meßsignal zu trennen. Weiters soll der Meßwertaufnehmer auch an Leitungen verwendet werden können, die starken Vibrationen und damit hohen Beschleunigungskräften des Meßwertaufnehmers ausgesetzt sind.
Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß das Meßelement und das vorzugsweise zweigeteilte Gehäuse auf der Leitung lösbar befestigbar ist, daß zwischen dem Meßelement und dem Gehäuse ein das Meßelement elastisch andrückendes Stützelement angeordnet ist und daß die Deformationen des Rohres reibungsschlüssig auf das Meßelement übertragen werden.
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Infolge dieser Ausbildung ergibt sich als besonderer Vorteil, daß der störende Einfluß der bei Rohrschwingungen auf kretοπ den Massenkräfte auf das eigentliche Meßelement dadurch verhindert wird, daß das folienartige Meßeleiuent über ein elastisches Stützelement auf die Leitungsoberfläche gedruckt wird. Das vorzugsweise ringförmige Stützelement, das sich seinerseits am Gehäuse des Meßwertaufnehmers abstützt, drückt dabei das Meßelement mit solcher Kraft an die Leitungsoberfläche, daß durch die dabei entstehende Reibung zwischen leitung und Meßfolie eine exakte Übertragung jeder Änderung der Leitungsoberfläche gewährleistet ist.
Auch bei eventueller erfindungsgemäßer Verwendung einer Zwischenschicht, die zum Schutz der Meßfolie auf dieser angebracht ist und im Betriebszustand zwischen Meßfolie und Leitungsoberfläche zu liegen kommt, muß ein reibungsschlüssiges Anliegen der Meßfolie gegeben sein. Die Zwischenschicht kann auch zur·Erhöhung der Reibung zwischen Leitung und Meßfolie dienen. Unvermeidbare Relativbewegungen zwischen dem Gehäuse und der Leitung, hervorgerufen durch Massenkräfte aufgrund der Leitungsschwingungen, werden vom vorzugsweise ringförmigen elastischen Stützelement abgefangen und beeinflussen die Anpreßkraft der Meßfolie kaum. Besonders vorteilhaft ist dnbei, daß nun nicht mehr die Durchmesseränderung der Leitung, sondern vielmehr die Änderung der Länge des Umfanges erfaßt wird. Als sehr vorteilhaft erweisen sich dabei die piezoelektrischen Folien als Meßelemente, da durch entsprechende Auswahl der kristallographischen Achsen der Meßfolie sowohl ein Signal aufgrund der Längenänderung als auch ein Signal aufgrund der Dickenänderung der Folie, die durch die Längenänderung hervorgerufen wird, entsteht. Es wird damit ein gewisser Verstärkungseffekt des Meßsignales erreicht. Weiters ermöglicht es die piezoelektrische Folie, ebenfalls durch entsprechende Ausrichtung der kristallographischen Achsen, daß nur Längenänderungen senkrecht zur Leitungsachse erfaßt werden, nicht aber Längenveränderungen in Achsrichtung infolge von Leitungsverbiegungen. Ähnlich vorteilhaft ist die Verwendung einer auf kapazitiver Basis messenden Folie. Weiters läßt sich auch
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bei der Verwendung von Dehnmeßstreifen als Meßfolie eine eol-. ehe Anordnung wählen, daß Längenänderungen in Achsrichtung der Leitung nicht erfaßt werden und das Meßergebnis verfälschen können.
In Weiterbildung der Erfindung kann bei einem zweiteiligen oder mehrteiligen und auf der Rohrleitung befentifjbnron Gehäuse jeder der Gehäuseteile mindestens je ein Meß- und Stützelement aufweisen. Damit ist in vorteilhafter V/eine eine •sehr einfache und zeitsparende Montageweise gewährleistet. F,n ist damit auch leicht möglich, defekte Meß- oder Stütze]emente oder beides einzeln auszutauschen.
In Weiterbildung der Erfindung sind bei einem Meßwertaufnehmer mit mehreren Meßelementen diese vorzugsweise paerweise, gegenüberliegend am Leitungsumfang angeordnet, sodaß von je zwei zusammengehörigen Meßelementen bei Leitu.ngsverbiegungen eines gestreckt und das andere gestaucht wird, wobei Meßsignale gleicher Größe mit verschiedenen. Vorzeichen entstehen, die elektrisch kompensierbar sind.
Durch diese Anordnung werden in vorteilhafter Weise Signale, die von der Vergrößerung der Leitungsoberfläche aufgrund der Druckbeaufschlagung herrühren, entsprechend verstärkt. Störsignale,die durch Leitungsverbiegungen aufgrund von Leitungsschwingungen eintreten, werden hingegen kompensiert.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das Gehäuse geteilt und die beiden Gehäuseteile sind an einer Seite beweglich, z.B. mit einem Gelenk verbunden, und das Aufklemmen des Meßwertaufnehmers auf die Rohrleitung erfolgt mittels einer auf der anderen Seite vorgesehenen Spannvorrichtung, beispielsweise einer Spannschraube, eines Schnappverschlusses oder eines Federbügels. Damit ist vor allem eine sehr einfache und rasche Montage des Meßwertaufnehmers an der zu vermessenden Leitung ermöglicht.
Nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist jedes Meßelement bzw. Meß- und Stützelement im Gehäuse leicht lösbar und austauschbar befestigt. Damit ist ein Austausch defekter Meß- und/oder Stützelemente auch einzeln leicht und kostensparend möglich.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 den erfinäuηgsgemäßen Meßwertaufnehmer im Querschnitt nach der Linie I-I in Fig. 2 und
Fig. 2 eine Ansicht gemäß Pfeil II in Fig. 1 .
Die zu vermessende Rohrleitung 1 ist von dem aus den beiden Teilen 2 und 3 bestehenden Meßwertaufnehmer-Gehause 4-ringförmig umschlossen. Zwischen der Rohrleitung 1 und der Crehäuseinnenwand ist ein elastisches Stützelement 5 angeordnet, das das folienartige Meßelement 6 an die Rohrleitung 1 andrückt. Zwischen Meßelement und Rohrleitung kann auch eine das Meßelement schützende elastische Zwischenschicht angeordnet sein. Das Andrücken des Meßelementes muß so stark sein, clgtf auch bei eventueller Verwendung einer Zwischenschicht ein Reibungsschluß des Meßelementes mit der Rohrleitung entsteht, wobei bei Veränderungen des Leitungsumfanges kein Schlupf zwischen Meßelement und Leitung auftreten darf. Als Meßeleineni-e werden Folien verwendet, bei denen infolge Druck- oder Zugbeanspruchung elektrische Werte verändert werden. So kann z.B. ein Dehnmeßstreifen verwendet v/erden, der in Umfangsrichtunp; auf die Rohrleitung aufgedrückt wird. Die Umfangslängenänderung der Leitung wird über die den Meßdraht beinhaltende Folie auf diesen übertragen, wodurch sein ohm1scher Widerstand verändert wird. Diese Widerstandsänderung ist proportional zur Längenänderung des Leitungsumfanges„
Weiters kann als folienartiges Meßelement eine piezoelektrische Folie verwendet werden, wobei nach dem bekannten Piezoprinzip bei Zug-Druckänderungen elektrische Ladungen an der Folienoberfläche entstehen, die entsprechend weiterverarbeitet werden.
Auch kapazitiv messende Folien sind einsetzbar, dabei besteht die Folie aus mindestens drei Schichten : zwei Elektrodenschichten und eine diese trennende elastische Isolierschicht. Sie bilden zusammen einen Kondensator. Als eine Elektrode kann aber auch die Rohrleitung selbst verwendet werden. Eine Umfangsänderung der Rohrleitung bewirkt eine Ab-
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etandsänderung der Elektroden, sodaß die Kapazität des Kondensators geändert wird.
Das Gehäuse 4 des Meßwertaufnehmera ist möglichst stnlf ausgebildet und an den Seiten bis an die Rohrleitung 1 heruntergezogen, wodurch über die beiden Ringflächen 7,8 mittels der Spannvorrichtung 9 eine starre Fixierung des Meßwerten Γ-neiuners auf der leitung 1 erfolgt. Das Meßelement 6 selbnt ist also vollkommen frei von Haltekräften. Gleichzeitig ejbellen die Seitenwände 10,11 einen Schutz für daa Meßelement; 6 und das Stützelement 5 dar.
Wie aus Pig. 2 zu erkennen ist, kann der Meßwertnufnnhmer z.B. zwei Meßelemente β', 6" aufweisen, die symmetrisch zur Teilebene 12 des Gehäuses 4 angeordnet sind. Die Gohäuoeteile 2, 3 weisen beiseitig Plansche 13, 14 auf, über die r-ie mittels einer nicht näher dargestellten Spannvorrichtung 9 zusammengehalten werden. Als Spannvorrichtung können Schrauben, Schnappverschlüsse oder Federbügel und ähnliches dienen. Sehr günstig ist es, wenn, wie in Fig. 2 dargestellt, die Flansche an einer Seite des Gehäuses 4 als Scharnier oder Gelenk 15 ausgebildet sind, sodaß die beiden Gehäuseteile 2, 3 um die Achse 16 drehbar und über die Leitung 1 klappbar sind. Das ringförmige elastische Stützelement 5 kann einteilig mit einer Teilfuge ausgeführt sein, sodaß es vor der Kontage tion Meßwertaufnehmers über die Rohrleitung 1 gesteckt werden kann oder es ist zweigeteilt, wobei die beiden Hälften dann vorzugsweise an den Gehäuseteilen, wo sie z.B. durch Klebung befestigt sind, verbleiben. Das Meßelement 6 bzw. die Meßelemente 6', 6" sind ihrerseits mit dem Stützelement 5 bzw. jeweils mit den beiden Hälften des Stützelementes verbunden.
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Claims (6)

  1. PATENTANWÄLTE
  2. H, SCHRCLTE?. - K. LEHMANN
  3. Lip'.jwskystraße 10
  4. D-6GG0 München 70
  5. Dipl.-Ing.Dr.Dr.h.e. Hans LIST, Professor k-li-15
  6. 6. 11. 1978
    Patent an a pr ü c h e
    Meßwertaufnehmer zur Messung des Innendruckes von Rohrleitungen durch Erfassung von Rohrdeformationen, insbesondere an Einspritzleitungen von Dieselmotoren,, mit einem mindestens ein elastisches, mindestens an einem Teil des Umfanges der Leitung anliegendes Meßelement beinhaltenden, die Rohrleitung umschließenden steifen Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement (6) und das vorzugsweise zweigeteilte Gehäune (4) auf der Leitung (1) lösbar befestigt ist, daß zwischen dem Meßelement (6) und dem Gehäuse (4) ein dan Ππϋ-e leinen t (6) elastisch, andrückendes Stützelement (5) angeordnet ist und daß die Deformationen des Rohre? ren"hpngsschlüssig auf das Meßelement übertragen werden.
    2. Heßwertaufnehmer nnch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Meßelemenb (6) und der Rohrleitung (1) eine vorzugsweise reibungserhühende Zwischenschicht angeordnet ist.
    3. Meßwer taufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gehäuse mindestens zweiteilig und auf der Rohrleitung befestigbar ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Gehäuseteile (2,3) mindestens je ein Meß-(6',6") und Stützelement (5) aufweist.
    4. Meßwertaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit mehreren Meßelementen, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelemente (6',6") vorzugsweise paarweise, gegenüberliegend am Leitungsumfang angeordnet sind, sodaß von je zwei zusammengehörigen Meßelementen bei Leitungsverbiegungen eines gestreckt und das andere gestaucht wird, wobei Meßsignale gleicher Größe mit verschiedenen Vorzeichen entstehen, die elektrisch kompensierbar sind.
    5. Meßwertaufnehmer nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da-
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    ORIGINAL INSPECTED
    durch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (4) geteilt ist und die beiden Gehäuseteile (2,3) an einer Seite beweglich, z.B. mit einem Gelenk (15) verbunden sind und das Aufklemrnen des Meßwertaufnehmers auf <lie Rohrleitung (1) mittels einer Spannvorrichtung (9), beispielsweise einer Spannschraube, oder mittels eines Schnappversclilusses oder eines Feder bügeis erfolgt.
    Meßwertaufnehmer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Meßelement bzw. Meß- und Stützelement im Gehäuse leicht lösbar und austauschbar befestigt i β t.
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