DE3026617C2

DE3026617C2 - Meßanordnung

Info

Publication number: DE3026617C2
Application number: DE3026617A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Claassen; Helmut Dipl.-Ing. List; Rudolf Ing. Graz Zeiringer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-08-09
Filing date: 1980-07-14
Publication date: 1984-04-19
Also published as: DE3026617A1; CH646789A5; US4399706A; AT374922B; ATA544979A

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung mit einem Druckgeber zur Messung von heißen Druckmedien, mit einem ein Meßelement enthaltenden, in eine Öffnung in ^4I» einer Druckraumbegrenzung einsetzbaren Gebergehäuse und einer mit dem Gebergehäuse verbundenen Membrane, welche über einen Stempel mit den. Meßclement in Verbindung steht und wobei zwischen dem Stempel einerseits und dem Gebergehäuse ⁴^ andererseits einenger, vorzugsweise nur 0.01 bis 0,1 mm breiter Spalt gebildet ist.

Druckgeber zur Messung von heißen Druckmedien, welche z. B. zur Messung an Verbrennungsmotoren bestimmt sind, sind so aufgebaut, daß die Meßelemente "^j0 selbst nur verhältnismäßig niedrigen Temperaturen ausgesetzt werden, da sie bei höheren Temperaturen ihre Meßeigenschaften einbüßen würden.

Es ist bekaiiiit, die Meßelemente vor den im Druckraum auftretenden hohen Temperaturen dadurch zu schützen, daß die Wärme von dem das Meßelement enthaltenden Teil des Druckgebers über eine eigene für den Druckgeber vorzusehende Kühleinrichtung abgeführt wird. Weiters ist pin Druckgeber bekannt, bei welchem die Übertragung des zu messenden Druckes ^b0 auf das Meßelement mittels eines längeren Kolbens bewerkstelligt wird, welcher einerseits mit der das Meßsystem gegen den Druckraum abdichtenden Membrane und andererseits über eine Vorspanneinrichtung mit dein Meßelenieni in Verbindung steht und so daß ^h' Meßelement von der Wärmequelle distanziert. Dieser Übertragungskolben ist in einem Aufnahmeteil in axialer Richtung gleitbar geführt, wobei Kolben und Aufnahmeteil etwa dasselbe Temperaturdehnungsverhalten aufweisen müssen, um ein Verklemmen des Kolbens in Aufnahmeteil zu verhindern. Der Aufnahmeteil ist dabei in unmittelbarer Nähe der Vorspanneinrichtung und damit des temperaturempfindlichen Meßelementes in das Gebergehäuse eingeschraubt and bildet gegenüber dem Teil des Gebergehäuses, welcher in die gekühlte Druckraumwand eingeschraubt ist, einen relativ großen Spalt. Obwohl also die temperaturempfindlichen Meßelemente außerhalb des unmittelbar wärmebeaufschlagten Bereiches liegen, wird bei dieser Anordnung über den Druckübertragungskolben und den Aufnahmeteil, welche ja beide ungekühlt sind und aus gut wärmeleitendem Material bestehen, noch immer soviel Wärme zu den temperaturempfindlichen Elementen geleitet, daß ein zufriedenstellender Langzeitbetrieb dieser Anordnung nicht möglich erscheint.

Aus der DE-OS 19 05 663 ist ein Meßwandler bekannt, dessen temperaturempfindliches Meßelement über einen im Inneren des Gehäuses vorgesehenen und mit einem Faltenrohr gegen das Meßelement abgedichteten Ringraum, der über Anschlüsse mit Kühlmedium versorgt ist, gekühlt wird. Das Gehäuse des Meßwertaufnehmers weist an seiner Außenseite ein Gewinde auf, welches zum Einsetzen des Meßwertaufnehmers in eine nicht dargestellte Druckraumbegrenzung dient. Das Druckgebergehäuse wird mittels eines Gewindes wärmeleitend in die Druckraumbegrenzung eingeschraubt, was aber überhaupt keinen Einfluß auf die Wärmeableitung und damit die Kühlung des Meßelementes hat.

Aus der US-PS 35 81 572 ist es bekannt, einen Druckgeber in die Öffnung einer Druckraumbegrenzung einzusetzen.

Aus der AT-PS 2 85 207 ist ein Druckgeber bekannt, der über einen eigenen Flüssigkeitskreislauf gekühlt ist, wobei eine Abtrennung des direkt von der Kühlflüssigkeit durchspülten Raumes von dem an die Membrane bzw. das Kraftübertragungselement und das Meßelement anschließenden Raum durchgeführt wurde, um Schwingungen bzw. Druckänderungen des Kühlmittels nicht direkt auf die Innenseite der Membrane zu übertragen, da damit insbesondere bei Niederdruckgebern, die eigentlichen Messungen in unkontrollierbarer Weise beeinflußt würden. Der vorzugsweise nur 0,01 bis 0,1 mm breite Spalt beim beka. nten Druckgeber ermöglicht eine gute Wärmeableitung von der Membrane bzw. vom Kraftübertragungselement, jedoch ist durch die erforderliche Flüssigkeitskühlung der Aufbau und der Betrieb dieses bekannten Druckgebers relativ kompliziert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Meßanordnung der eingangs genannten Art in konstruktiv einfacher Weise so auszubilden, daß bei Messung von heißen Druckmedien der das temperaturempfindliche Meßelement enthaltende Bereich des Druckgebers ohne zusätzliche Kühlung eine Temperatur aufweist, die unter der für das Meßelement höchst zulässigen Temperatur liegt. Um bei Druckmessungen an heißen Medien (z. B. in Brennräumen) die an der Membran anfallenden großen Wärmemenge nicht zum Meßelement gelangen zu lassen, soll die Wärme zumindest teilweise über den sehr kleinen Spalt /wischen dem Gebergehäuse und dem Stempel zum Gehäuse und von da zur kühleren Druckraumbegrenzung hin abgeleitet werden.

r.rfindiingsgemäß wird dies dadurch erreicht, d.iß die Druckraumbegrenzung gekühlt ist und daß der den engen Spalt begrenzende Teil des Gebergehäuses bei in

die Druckraumbegrenzung eingesetztem Druckgeber im wesentlichen direkt in wärmeleitender Verbindung mit der Druckraumbegrenzung ist Bei Verwendung des Druckgebers zur Messung des Druckes z. B. im Brennraum eines Motors, ist das Gebergehäuse zumeist direkt in den wasser- oder luftgekühlten Zylinderkopf eingesetzt und wird somit von der Kühlung des Zylinderkopfes selbst auf einer relativ niedrigen Temperatur gehalten. Der enge Spalt zwischen dem Stempel und dem Gebergehäuse ist gerade so groß, daß eine vollkommen freie axiale Beweglichkeit des Stempels und der Membrane gegenüber dem Gebergehäuse bei allen auftretenden Temperaturen gewährleistet ist. Der Stempel und die Membrane können aber über den engen Spalt genügend Wärme an das an das Motorkühlsystem angeschlossene Gebergehäuse abgeben, womit gesichert ist, daß auch bei hoher Tcmperaturbeaufschlagung der Membrane das am anderen Ende des Stempels befindliche ten.peraturempfindliche Meßelement keine unzulässig hohe Erwärmung erfährt.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann die Membrane in an sich bekannter Weise an dem verstärkten Mittelteil einen sie zumindest teilweise übergreifenden Hitzeschild aufweisen. Durch die Anordnung dieses Hitzeschildes am verstärkten Mittelteil der Membrane können auf sehr einfache Weise kurzzeitige Temperaturschankungen von der empfindlichen Membrane ferngehalten werden, was sich im Zusammenhang mit der durch den Spalt ermöglichten verbesserten Wärmeableitung von der Membrane an das Gehäuse, bzw. auch von der Membrane über das Kraftübertragungselement an das Gehäuse in einer weiteren Erhöhung der Lebensdauer der Membrane bemerkbar macht. Der Hitzeschild verhindert somit das Eindringen einer zu großen Wärmemenge in die Membrane und das Gebergehäuse, insbesondere über den Membranaußenring.

Der Stempel kann zumindest teilweise rohrförmig ausgebildet sein. Dies ist eine besonders einfache Möglichkeit, die Wärmeleitfähigkeit des Stempels bei gleichbleibender für die Wärmeableitung an das Gebergehäuse zur Verfügung stehender Oberfläche herabzusetzen. Andererseits wird damit auch erreicht, daß durch die verringerte Masse des als Übertragungsglied zwischen der Membrane und dem Meßelement dienenden Stempels das Frequenzverhalten des Druckgebers und im besonderen seine obere Grenzfrequenz wesentlich verbessert wird.

Es ist möglich, daß der enge Spalt mit einem Medium gefüllt ist. welches geringe Viskosität und gute Wärmeleitung aufweist. Es kann sich dabei z. B. um Quecksilber oder Silikonfett handeln, welches zur Verbesserung der Wärmeübertragung bei gleichzeinger Sicherstellung einer vollkommen freien axialen Beweglichkeit in den engen Spalt eingebracht wird.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann der Stempel einen unrunden, z. B. sternförmigen Querschnitt aufweisen. Dies bedeutet eine wesentliche Vergrößerung der für die Wärmeabgabe an das gekühlte Gebergehäuse zur Verfugung stehenden Oberfläche des Stempels, wobei natürlich der enge Spalt gegenüber dem Gcbergehäuse an allen Stellen weiterhin geu ahn bleiben muß.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Aiisfühningsbeispicles naher erläutert, das schematise!"! einen Schnitt durch eine erfindungsgenial.l ausgcliih^ru- Meßanordnung zeigt.

Das Gebergehäuse 1 weist einen Gewindeteil 2 auf, mit welchem es in eine entsprechende Bohrung in die Brennraumwand 2' eines nicht näher dargestellten Motors einschraubbar und mittels der Dichtung 3' abdichtbar ist. Das Gebergehäuse 1 ist in axialer Richtung durchbohrt und weist an dem die Vorspannhülse 3 enthaltenden Bereich an seiner Außenseite Kühllamellen 4 auf, welche ringförmig um das Gebergehäuse 1 angeordnet sind und zur selbsttätigen Kühlung dieses Bereiches durch Wärmeabstrahlung beitragen. Eine Bohrung 5 sorgt für die notwendige Entlüftung des Innenraumes des Gebergehäuses. Die Vorspannhülse 3 ist mit sehr geringer Wandstärke ausgeführt und wirkt sozusagen als Rohrfeder. Sie enthält das nur schematisch dargestellte Meßelement 6, weiches zur elektrischen Ableitung der Meßsignale mit einem Pol mit der Gebermasse und mit dem anderen Pol über das Anschlußkabel 7 mit der Anschlußbuchse 8 kontaktiert ist. Die Anschlußbuchse 8 sowie das Anschlußkabel 7 sind mittels des Isolators 9 gegenüber dem oberen Teil 10 der Vorspannhülse 3 elektrisch isoliert.

Das Meßelement 6 ist mit Hilfe der elastischen Vorspannhülse 3 sowie dem oberen Teil 10 und dem Boden 11 der Vorspannhülse 3 vorgespannt, um einen guten elektrischen Kontakt und einen festgelegten Nullpunkt für das Meßsignal zu gewährleisten. Mit dem Boden 11 der Vorspannhülse 3 einstückig ausgeführt ist der Stempel 12, welcher zur Übertragung der druckbedingten Bewegungen der Membrane 13 auf das Meßelement 6 dient. Die Länge des Stempels 12 ist hier so groß, daß die Vorspannhülse 3 und das in dieser enthaltene temperaturempfindliche Meßelement 6 oberhalb des Gewindeteiles 2 des Gebergehäuses 1 liegt und somit bei in den Brennraum eingeschraubten Gebergehäuse 1 das Meßelement 6 außerhalb des unmittelbar mit hoher Temperatur beaufschlagten Bereiches des Gebergehäuses 1 liegt. Wie stricnpunktiert eingezeichnet, ist es auch möglich den Stempel 12 mit einer Bohrung 12' zu versehen und ihn auf diese Art zumindest teilweise rohrförmig auszuführen. Dadurch wird die Masse des Stempels 12 bei gleichzeitig erhalten bleibender Oberfläche zum Spalt 15 verringert. Die Membrane 13 ist an ihrem zur erbesserten Wärmeableitung an den Gewindeteil 2 ücs Gebergehäuses 1 mit vergrößerter Wandstärke ausgebildeten Rand 14 mit dem Gewindeteil 2 des Gebergehäuses 1 gasdicht verbunden. Der Stempel 12 weist gegenüber dem Gewindeteil 2 des Gebergehäuses 1 einen engen Spalt

15 auf, welcher in einem gleichartigen Spalt 15' zwischen Membrane 13 und Gewindeteil 2 des Gebergehäuses 1 seine Fortsetzung findet Die Spalte 15 und 15' sichern einerseits die erforderliche vollkommen ungehinderte Beweglichkeit von Membrane 13 als auch vom Stempel 12 über die Spalte 15 und 15' an den in die gekühlte Brennraumwand 2' eingesetzten Gewindeteil 2 des Gebergehäuses 1.

Die Membrane 13 weist weitere an dem mit dem Stempel 12 zusammenwirkenden verstärkten Mittelteil

16 einen Hiltzeschild 17 auf, welcher die Membrane 13 teilweise übergreift. Dadurch ist die dünne Wandstärke der Membrane 13 vor der direkten Einwirkung der FIu." imenfront im Brennraum und den daraus resultierenden hohen Temperaturschwankungen geschützt, was sich günstig auf die Erhöhung der Lebensdauer der Membrane auswirkt.

Die von den heißen Verbrennungsgasen zwangsläufig an den Hitzeschild 17 und die Membrane 13 abgegebene

Wärme breitet sich bei erfindungsgemäßer Ausführung des Druckgeber entlang der Pfeile 18 aus und wird somit zu einem großen Teil bereits innerhalb des in den Brennraum eingeschraubten Gewindeteiles 2 an die gekühlte Brennraumwaiid 2' abgegeben. l:s ist damit gesichert, daß auch ohne zusätzliche Kühlung t temperatiiremplindlichen Meßelementes 6 die für se einwandfreies l'unktionieren höchst zulässige Temper tür nicht überschrillen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Meßanordnung mit einem Druckgeber zur Messung von heißen Druckmedien, mit einem ein Meßelement enthaltenden, in eine Öffnung in einer Druckraumbegrenzung einsetzbaren Gebergehäuse und einer mit dem Gebergehäuse verbundenen Membrane, welche über einen Stempel mit dem Meßelement in Verbindung steht und wobei zwischen dem Stempel einerseits und dem Gebergehäuse andererseits ein enger, vorzugsweise nur 0,01 bis 0,1 mm breiter Spalt gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckraumbegrenzung gekühlt ist und daß der den engen Spalt (15,15') begrenzende Teil des Gebergehäuses (1) bei in die Druckraumbegrenzung (2') eingesetztem Druckgeber im wesentlichen direkt in wärmeleitender Verbindung mit der Druckraumbegrenzung (2') ist.

2. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (13) in an sich bekannter Weise an dem verstärkten Mittelteil (16) einen sie zumindest teilweise übergreifenden Hitzeschild (17) aufweist.

3. Meßanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (12) ²°* zumindest teilweise rohrförmig ausgebildet ist.

4. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß der enge Spalt (15, 15') mit einem Medium gefüllt ist, welches geringe Viskosität und gute Wärmeleitung aufweist. ^Ju

5. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel einen unrunden, z. B. sternförmigen Querschnitt aufweist.