DE2928617C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckmeßgeber für Dieselmotore, der den in mit einer Einspritzpumpe verbun­ denen Leitungen auftretenden Druck des Dieselkraftstoffs in eine entsprechende elektrische Größe umsetzt, mit einem aus einem weichmagnetischen Material bestehenden Körper, durch den die Leitung geführt ist und der zwei Wicklungen trägt, die an einer Erreger- und Meßschaltungsanordnung angeschlos­ sen sind.

Als Druckmeßgeber sind verschiedene Systeme bekannt, die überwiegend darauf beruhen, daß unter dem Einfluß des Druckes ein Körper, beispielsweise ein Balgen, verstellt wird, und daß die Verstellung dieses Körpers auf einen Umsetzer, der eine mechanische Größe in eine elektrische Größe umsetzt, übertragen wird. Der Umsetzer kann insbeson­ dere als Potentiometer oder als Tauchspulmeßwerk ausgebil­ det sein. Diese bekannten Systeme haben jedoch den Nach­ teil, daß sie entweder verhältnismäßig kompliziert, insbe­ sondere hinsichtlich ihrer mechanischen Ausführung, sind oder direkt elektrische Abgriffe, wie Potentiometer, aufweisen, die zu Störungen Anlaß geben können.

Zur Druckmessung können auch bekannte Dehnungsmeßstreifen eingesetzt werden, welche die Dehnung eines Körpers unter Druck in eine elektrische Größe umwandeln. Diese Dehnungs­ meßstreifen müssen jedoch in gesonderten Arbeitsgängen zuverlässig auf den sich ausdehnenden Körper aufgebracht werden und dürfen sich von diesem auch während längeren Gebrauchs nicht ablösen. Diese Dehnungsmeßstreifen werden daher für Versuchsaufbauten verwendet, weniger jedoch für den Dauerbetrieb.

Es ist des weiteren ein Druckmeßgeber der eingangs beschriebenen Gattung bekannt (DE-AS 12 36 826), der aus zwei hohlen, dünnwandigen ferromagnetischen Toroiden besteht, die mit einem gasförmigen Medium beaufschlagt werden können und jeweils zwei Wicklungen tragen, die an eine Erreger- und Meßschaltungsanordnung angeschlossen sind. Ein solcher Druckmeßgeber hat den Nachteil, daß er verhält­ nismäßig bauteilaufwendig ist, da zwei Meßtoroide benötigt werden, und er nicht für einen Dauerbetrieb unter schwieri­ gen Bedingungen, insbesondere Erschütterungen und Schwin­ gungen, geeignet ist, was auf die ungünstige Form der Meßtoroide und die Zuleitungen zurückzuführen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckmeßge­ ber, insbesondere einen Drehzahlmeßgeber für Dieselmotore zu schaffen, der besonders zuverlässig unter Verzicht auf mechanisch bewegte Teile arbeitet, auch für den Dauerbe­ trieb unter schwierigen Bedingungen, insbesondere Erschüt­ terungen und Schwingungen, geeignet ist und sich durch einen verhältnismäßig geringen Herstellaufwand auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der aus weichmagnetischem Material bestehende Körper annähernd D-förmig mit zwei langen Schenkeln ausgebildet ist, daß durch den ersten Schenkel die Leitung geradlinig hindurch­ geführt ist und auf dem zweiten Schenkel die beiden Wicklungen angeordnet sind, und daß die Erreger- und Meßschaltung und die beiden Wicklungen zur Durchführung der Messung der Permeabilität nach dem Meßprinzip der Förster- Sonde ausgebildet sind.

Insbesondere die Ausbilfung der Erreger- und Meßschaltungs­ anordnung und der beiden Wicklungen zur Durchführung einer Permeabilitätsmessung nach dem Meßprinzip der Förster-Sonde erlaubt eine hochgenaue Messung der Permeabilität und damit des Druckes und der Drehzahl. Der Druckgeber ist einfach aufgebaut und insbesondere für den Dauerbetrieb unter schwierigen Bedingungen geeignet.

Als weichmagnetisches Material ist vorzugsweise ein solches einer verhältnismäßig hohen Permeabilität vorgesehen, wie es beispielsweise für Kerne elektrischer Übertrager verwen­ det wird.

Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß die an sich bekannte Veränderung der magnetischen Eigenschaften weichmagnetischer Materialien durch Zug-, Druck- und/oder Biegebeanspruchdungen ausgenutzt wird (Reinboth, Technologie und Anwendung magnetischer Werk­ stoffe, Berlin 1970, Seiten 47 ff). Diese Erscheinung hat jedoch bisher keine unmittelbare technische Anwendung im positiven Sinne gefunden (Reinboth, a.a.O. Seite 55, Mitte).

Zur genauen Messung ist der Körper aus weichmagnetischem Material so geformt, daß er unter dem Einfluß des zu messenden Druckes keine plastische Verformung erfährt, sondern lediglich elastisch verformt wird. Solange die angelegten mechanischen Spannungen im elastischen Bereich des Materials bleiben, erreichen die magnetischen Eigen­ schaften nach Wegfall der mechanischen Spannung wieder ihre Ausgangswerte und erlauben so eine exakte reproduzierbare Messung.

In Verbindung mit dem Drehzahlmesser für Dieselmotore wird die Erscheinung ausgenutzt, daß eine Einspritzpumpe einen konstanten Grunddruck liefert, von dem ausgehend abhängig von der Drehzahl eine Druckerhöhung erfolgt. Typische Werte sind für den konstanten Grunddruck ca. 120 bar, für den Druck im Leerlaufbetrieb ungefäht 150 bar und bei der maximalen Drehzahl ungefähr 300 bar. In Verbindung mit dem gemäß Anspruch 1 definierten Druckmeßge­ ber bewirkt die Druckänderung in einer Leitung, die mit dem Körper aus weichmagnetischem Material in Verbindung steht, eine entsprechende Änderung der Permeabilität, die nach dem Prinzip der Förster-Sonde erfaßt wird. Dementsprechend wird der Körper aus weichmagnetischem Material mit einem magnetischem Gleichfeld beaufschlagt. Dies kann durch eine Erregung mit einem Gleichstrom oder aber durch einen Perma­ nentmagneten geschehen. Der mit dem Gleichfeld beauf­ schlagte Körper wird ferner mit einer vorzugsweise dreieck­ förmigen Durchflutung einer Erregerwicklung erregt. In einer Sekundärwicklung auf dem Körper wird dann eine Spannung induziert, deren geradzahlige Oberwellen ein Maß für die jeweilige Permeabilität des Körpers sind.

Durch den D-förmigen Körper wird das Medium, dessen Druck gemessen werden soll, geradlinig mit einem Minimum an Strömungswiderstand durch einen Schenkel geleitet. Die auf diesen Schenkel durch das Medium ausgeübten mechanischen Spannungen werden auf den zweiten Schenkel, der mit dem ersten Schenkel fest verbunden ist, übertragen. In beiden Schenkeln, die in einem geschlossenen magnetischen Kreis angeordnet sind, können deswegen bei Druckänderungen des Mediums durch diese hervorgerufene entsprechenden mechani­ schen Spannungen Änderungen der Permeabilität, insbesondere der Hystereseschleife, erzeugt werden, die durch die auf den zweiten Schenkel aufgebrachten Wicklungen meßbar sind. Diese Ausführungsform des Druckmeßgebers ist besonders robust.

Als weichmagnetischer Werkstoff, aus dem der Körper besteht, in dem der Druck gemessen wird, ist vorzugsweise Mumetall vorgesehen.

Ein weiterer gut geeigneter Werkstoff für den Körper ist die Legierung 67Ni33Fe.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.

In der Figur ist der D-förmige Körper allgemein mit 1 bezeichnet. Dieser Körper hat im wesentlichen zwei Schenkel 2 und 3, die über Stege 4 und 5 miteinander in Verbindung stehen. Dieser gesamte Körper, der auch als Meßstutzen bezeichnet werden kann, ist einstückig aus weichmagneti­ schem Material hergestellt.

In dem Schenkel 2 ist eine Bohrung 6 vorgesehen, die in Anschlußstücke 7 und 8 übergeht. Ein Pfeil 9 gibt die an sich unkritische Strömungsrichtung des Kraftstoffs an, der durch eine nicht dargestellte Einspritzpumpe durch den Körper gepumpt wird.

Auf dem zweiten Schenkel 3 sind zwei Spulen aufgebracht, und zwar eine Primärspule 10 als Erregerwicklung und eine Sekundärspule 11 als Induktionswicklung.

Die Veränderung der Hystereseschleife des weichmagnetischen Werkstoffs, aus dem der D-förmige Körper 1 besteht, unter Einfluß des durch die Bohrung fließenden Kraftstoffs, wird nach dem Prinzip der Förster-Sonde gemessen:

Dieses Meßprinzip der Förster-Sonde besteht darin, daß bei größeren Wechselfeldaussteuerungen die durch ein überla­ gertes Gleichfeld bedingte Kurvenverzerrung mit Hilfe eines selektiven Verstärkers als Intensitätsänderung einer gerad­ zahligen Oberwelle gemessen wird.

Hierzu sind die Primärspule und die Sekundärspule 10, 11 über Leitungen 12, 13 mit der Erreger- und Meßschaltungsan­ ordnung verbunden. Die Primärspule 10 steht mit einer Gleichstromquelle 14 und einem Generator 15 in Verbindung, der einen dreieckförmigen Strom einer Frequenz von ungefähr 20 kHz erzeugt. Dieser dreieckförmige Strom durch die Pri­ märspule muß ausreichen, um den D-förmigen Körper in das Gebiet der magnetischen Sättigung zu treiben. Das durch die Gleichstromquelle 14 hervorgerufene Gleichfeld dient dazu, durch die vom Gleichfeld hervorgerufene Asymmetrie zur Nullinie in der Sekundärspule 11 Spannungsimpulse zu erzeugen, die sich nicht zu jedem Zeitpunkt vollständig kompensieren und deswegen eine Ausgangsspannung erzeugen können. Hierzu wird die Ausgangsspannung der Sekundärspule 11 über ein Filter 16, welches nur die zweite Harmonische durchläßt, einem Verstärker 17 zugeführt. Der Ausgang des Verstärkers ist über einen gesteuerten Gleichrichter 18 - zur Anzeige der Feldrichtung - mit einem Drehspulinstrument 19 verbunden. Anstelle des Drehspulinstruments kann auch ein Zähler vorgesehen sein.

Claims (3)

1. Druckmeßgeber, insbesondere Drehzahlmeßgeber für Dieselmotoren, der den in einer mit einer Ein­ spritzpumpe verbundenen Leitungen auftretenden Druck des Dieselkraftstoffs in eine entsprechende elektrische Größe umsetzt, mit einem aus einem weich­ magnetischen Material bestehenden Körper, durch den die Leitung geführt ist und der zwei Wicklungen trägt, die an eine Erreger- und Meßschaltungsan­ ordnung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der aus weichmagnetischem Material bestehende Körper (1) annähernd D-förmig mit zwei langen ersten Schenkeln (2, 3) ausgebildet ist, daß durch den ersten Schenkel (2) die Leitung (6) geradlinig hindurchgeführt ist und auf dem zweiten Schenkel (3) die beiden Wicklungen (10, 11) angeordnet sind, und daß die Erreger- und Meßschaltung und die beiden Wicklungen (10, 11) zur Durchführung der Messung der Permeabilität nach dem Meßprinzip der Förster-Sonde ausgebildet ist.

2. Druckmeßgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als weichmagnetischer Werkstoff Mumetall vorge­ sehen ist.

3. Druckmeßgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als weichmagnetischer Werkstoff die Legierung 67Ni 33Fe vorgesehen ist.