DE440410C - Indiziervorrichtung fuer schnellaufende Kolbenmaschinen - Google Patents

Description

Es ist bekannt, auf eine in einem Gehäuse eingespannte, elastische metallische Trennwand (Membran) auf der einen Seite den Druck im Zylinder und auf der anderen Seite den eines Druckgases wirken zu lassen, in der Absicht, für jeden einzelnen Punkt des Kolbenweges den Druck im Zylinder durch den mittels Druckmessers (Manometer) leicht meßbaren Gasdruck auszugleichen und so den ίο Druckverlauf im Zylinder Punkt für Punkt zu bestimmen. Es ist weiter bekannt, die Mittellage der elastischen metallischen Trennwand, die das Kennzeichen für Druckgleichheit auf beiden Seiten ist, durch eine elektrische Kontaktvorrichtung kenntlich zu machen und ferner durch einen auf Kurbelwinkel einstellbaren und einen mit Kurbelwellendrehzahl umlaufenden Kontakt sowie ein in den Stromkreis eingeschaltetes TeIephon den Kurbelwinkel und die Tatsache der Druckgleichheit festzustellen. Man ist durch eine solche Einrichtung in der Lage, zu einem bestimmten Kurbelwinkel die zugehörigen Drucke oder zu einem bestimmten Gasdruck den Kurbelwinkel zu bestimmen und an Hand einer großen Anzahl von aufgenommenen Drucken den Druckverlauf des Arbeitsspieles der Kolbenkraftmaschine, das sogenannte Diagramm, aufzuzeichnen. Dieses Verfahren ist zwar sehr mühsam, stellt jedoch eine der wenigen Möglichkeiten dar, das Diagramm bei einer schnellaufenden Kraftmaschine einigermaßen zuverlässig aufzunehmen.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Indiziervorrichtung dar, die auf dem gleichen Grundgedanken aufgebaut ist, dabei aber die Aufgabe löst, die Einrichtung so zu vervollkommnen, daß das pv-Diagramm unmittelbar aufgeschrieben wird.

Zu diesem Zweck stellt man zunächst auf der einen Seite der elastischen metallischen Trennwand einen Gasdruck her, der etwas | höher ist als der ja einigermaßen bekannte j höchste Verbrennungsdruck, also sagen wir einmal 30 Atm., und läßt diesen Druck durch eine feine regelbare Bohrung nach einer Vakuumpumpe langsam bis unter die Atmosphäre absinken. Durch Bemessung der Bohrung und der Vakuumpumpe hat man es in der Hand, diese Ausdehnung in einer beliebig langen Zeit erfolgen zu lassen. In dieser Zeit, beispielsweise 2 Minuten, findet auf der anderen Seite der elastischen metallischen Trennwand eine große Zahl von Arbeitsspielen statt. Bei jedem Arbeitsspiel wird zweimal Druckgleichheit auf beiden Seiten vorhanden sein. Macht also eine schnellaufende Fahrzeugkraftmaschine 4000 Umdr./Min. und ist die Ausdehnungszeit für das Druckgas 2 Minuten, so ergeben sich bei einer Viertaktmaschine 2 · 4 000 = 8 000 Punkte, in denen Druckgleichheit auf beiden Seiten der elastischen metallischen Trennwand vorhanden ist.

Um diese Punkte, die naturgemäß zum hinreichend genauen Aufzeichnen eines pv-Diagramms nicht alle erforderlich sind, zu einem pv-Diagramm aufschreiben zu lassen, ist eine elektrische Einrichtung in Verbindung mit einem Indikator üblicher Ausführung vorgesehen, die folgendermaßen ausgebildet ist.

Die elastische metallische Trennwand berührt in der Mittellage zwei außerhalb des Mittelpunktes gegenüberliegende Kontakte. Solange der Druck auf der einen Seite gegenüber dem auf der anderen Seite herrschenden überwiegt, ist jeweils nur ein Kontakt in Berührung, während der andere erst bei Druckgleichheit zum Anliegen kommt. Der eine dieser Kontakte ist geerdet oder an die Masse der Maschine gelegt, während von dem anderen eine Leitung zu einem mit Kurbelwellendrehzahl umlaufenden Kontaktfinger führt, der sich innerhalb eines aus einem Nichtleiter hergestellten Gehäuses dreht. Am

inneren Umfang dieses Gehäuses befinden sich schmale Metallkontakte in der erforderlichen Anzahl, um genügend Punkte für die Aufzeichnung des pv-Diagramms zu erhalten. Von jedem einzelnen dieser Kontakte führt je eine Leitung zu den gleichliegenden Kontakten eines genau gleichen Gehäuses, in dem sich ein Verteilerfinger mit einem Bruchteil der Kurbelwellendrehzahl dreht. Durch

ίο Wahl des Übersetzungsverhältnisses für den Antrieb dieses zweiten Kontaktfingers hat man es in der Hand, selbst bei sehr schnelllaufenden Maschinen die Drehzahl des zweiten Kontaktfingers so weit herabzusetzen, daß man von der Welle dieses Kontaktfingers über ein dem Schubstangenverhältnis des Motors entsprechendes Kurbelgetriebe eine Indikatortrommel üblicher Bauart in bekannter Weise durch Schnurzug antreiben kann. Für die Wahl des Übersetzungsverhältnisses muß auf die Zahl der vorhandenen Kontakte insofern Rücksicht genommen werden, als die Zahl der Kontakte durch den Nenner des Übersetzungsverhältnisses nicht teilbar sein darf, damit immer nur die gi ei chi legenden Kontakte beider Kontaktringe oder -gehäuse gleichzeitig durch die umlaufenden Kontaktfinger geschlossen werden. Also wird man beispielsweise bei 40 Kontakten in den Gehausen das Übersetzungsverhältnis zweckmäßigerweise ι : 7 wählen. Es werden dann stets nach 7 Umdrehungen der Kurbelwelle die gleichliegenden Kontakte durch die umlaufenden Kontaktfinger gleichzeitig geschlossen. Naturgemäß können statt der Kontaktgehäuse auch ebene Kontaktscheiben Verwendung finden.

Von dem Kontaktfinger des zweiten Kontaktgehäuses führt eine Leitung zu der Primarwicklung einer Transformationsspule und von dieser zu einer Batterie, deren anderer Pol an der Erde oder Masse der Maschine liegt. Herrscht jetzt auf beiden Seiten der elastischen metallischen Trennwand Druckgleichheit und stehen beide Kontaktfinger auf den gleichliegenden Kontakten der beiden Kontaktgehäuse, so tritt ein Stromschluß in der Primärleitung ein, und in der Sekundärwicklung wird ein Hochspannungsstrom induziert, der durch eine Leitung zum Schreibzeug eines Indikators üblicher Bauart führt, das gegenüber der zugehörigen Indikatortrommel elektrisch isoliert ist, während diese mit der Erde oder der Masse der Maschine verbunden ist. Der andere Pol der Sekundärwicklung liegt ebenfalls an der Masse, so daß die Leitung geschlossen ist mit Ausnahme an der Metallspitze des Schreibzeugs des Indikators, die den Trommelumfang nicht metallisch berührt,- sondern in einer gewissen Entfernung von diesem steht und so eine Funkenstrecke bildet, an der der Hochspannungsstrom als Funke überspringen kann. Legt man um die Indikatortrommel ein schwarzes Papier, so wird dieses von dem Funken durchschlagen und so der Druck bei dem betreffenden Kurbelwinkel, auf dem die Kontaktfinger stehen, durch ein feines Loch in an sich bekannter Weise aufgezeichnet. Bei der großen Zahl der Arbeitsspiele und Kontakte und bei dem langsamen Absinken des Druckes auf der einen Seite der elastischen metallischen Trennwand ist die Wahrscheinlichkeit, daß fast für jeden einem bestimmten Kurbelwinkel entsprechenden Kontakt eine Druckaufzeichnung erhalten wird, sehr groß. Durch Wiederholung der Drucksteigerung und des Druckabsinkenlassens hat man es in der Hand, die Zahl der Punkte so vollständig zu bekommen, daß man ein vollständiges, aus feinen Löchern bestehendes Diagramm erhält, das ohne weiteres benutzbar und sogar durch Lichtbild oder -pause vervielfältigungsfähig ist. Besonders interessierende Stellen des Diagramms, beispielsweise die Spitzen, kann man beliebig genau aufzeichnen lassen, indem man um die interessierenden Drucke herum den Gasdruck beliebig oft steigert und entspannen läßt. Richtet man die Kontaktgehäuse oder -scheiben verstellbar ein, so daß man sie um den Winkel zwischen den einzelnen Kontakten gemeinschaftlich verstellen kann, so ist man in der Lage, die Anzahl der erhaltenen Punkte beliebig zu vervielfachen und hierdurch die Genauigkeit zu steigern.

Mit dieser Einrichtung ist es naturgemäß auch möglich, die besonders lehrreichen Schwachfederdiagramme aufzunehmen, da der Indikatorkolbenweg auf beliebig lange Zeit ausgedehnt werden kann, so daß keinerlei die Messung störende Massenkräfte auftreten können.

Der Indikatorzylinder ist bei der vorbeschriebenen Einrichtung nicht mehr mit dem Zylinder der Kraftmaschine verbunden, sondern mit der Seite des durch eine elastische metallische Wand getrennten Gehäuses, auf der der Gasdruck langsam absinkt.

In der Zeichnung ist die Einrichtung schematisch dargestellt. Es ist 1 das unmittelbar auf den Zylinder der Kraftmaschine aufgeschraubte Gehäuse mit der metallischen Trennwand 2 und den Kontakten 3 und 4. Zu der oberen Seite des Gehäuses 1 wird durch die Leitung 5, durch ein Ventil 6 geregelt, aus der Stahlflasche 7 ein Druckgas zugeleitet, dessen Druck durch den Druckmesser 8 abgelesen werden kann. Bei 9 ist durch einen engen regelbaren Querschnitt durch Rohr 10 die Vakuumpumpe 11 ange-

schlossen," deren Bauart beliebig sein kann. Leitung 12 führt zu dem IndikatoYzylinder Γ3 mit derfl Schreibstift 14, welcher gegen- ' über 'der von dem Indikatorzylinder und Sehreibzeug' elektrisch isolierten Indikatortrommel i 5 einen gewissen Abstand' hat und sö'einef. Funkenstrecke bildet. ; .

Der Kontakt 4 des Gehäuses i~" liegt an der Masse der Maschine," während von Kontakt 3 eine Leitung 16 zu dem mit Kurbelwellendrehzahl η umlaufenden Kontaktfinger 17 führt, der im Gehäuse 18 mit den bestimmten Kurbelwirikeln entsprechenden Kontakten umläuft. Die Kontakte des Gehäuses 18 sind mit den gleichliegenden des Gehäuses 19 leitend verbunden. Im Gehäuse 19 läuft mit einem Bruchteil der Kurbelwellendrehzahl nja der Kontaktfinger 20 um, von dem eine Leitung 21 zur Primärwicklung der Transformationsspule 22 und von dort zur Batterie 23 führt, deren anderer Pol an der Masse liegt. Die beiden Gehäuse r8 und 19 sind gemeinschaftlich um eine Kontaktteilung verschiebbar" angeordnet. Die Sekundärwicklung der Transformationsspule 22 liegt ebenfalls an der Masse, während vom zweiten eine Leitung 24 zum Schreibzeug 14 des Indikators führt, dessen vom Schreibzeug elektrisch isolierte Trommel 15 ebenfalls an der Masse liegt. Durch den von der Welle des Verteilerfingers 20 angetriebenen Kurbeltrieb 25 mit dem gleichen Schubstangenverhältnis rjl wie das des Motors wird über die Rollen 26 durch ] die Schnur 27 die Indikatortrommel angetrie- ! ben. Durch die Anordnung der beiden Kon- i taktgehäuse 18 und 19 und die zugehörigen l Kontaktfinger 17 und 20 wird erreicht, daß nur jeweils ein Punkt gleichen Druckes auf ' beiden Seiten der Trennwand aufgezeichnet | wird, wenn die Stellung der von einem Kur- ; beitrieb mit gegenüber dem Motor geringerer > Drehzahl angetriebenen Indikatortrommel j genau dem Kurbelwinkel entspricht, bei dem Druckgleichheit auftritt.

Es ist ohne weiteres zu erkennen, daß man mit einer solchen Einrichtung in einfachster und bequemster Weise selbst bei beliebig hohen Drehzahlen der Kolbenkraftmaschine brauchbare Diagramme erhalten muß.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   r. Indiziervorrichtung für schnelllaufende Kolbenmaschinen, bei der dem Druck im Maschinenzylinder, von diesem durch eine elastische metallische Wand getrennt, ein sich allmählich entspannendes " elastisches Druckmittel * entgegenwirkt und die Punkte gleichen Druckes auf beiderr Seiten der elastischen metallisehen Wand durch eine elektrische Ein-" richtung aufgezeichnet werden', gekenn- zeichnet durch zwei Kontaktvorrichtungen im Niederspannungsstromkreis einer ' Induktionsspule, bestehend aus zwei Gehausen (18, 19) aus nichtleitendem Stoff, mit je einer gleich großen Anzahl gleichmäßig am Umfang verteilter schmaler Metallkontakte und je einem Kontaktfinger (17,20), von denen der eine mit der ganzen Und der andere mit einem Bruchteil der Kurbelwellendrehzahl umläuft. " - "
2. 2.' Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die unter gleichem Kurbelwinkel liegenden Metallkontakte derart leitend miteinander verbunden sind, daß bei Druckgleichheit auf beiden Seiten der elastischen metallischen Wand nur dann ein Stromschluß entsteht, wenn beide Kontaktfinger gleichzeitig auf zwei leitend miteinander verbundenen und unter gleichem Kurbelwinkel liegenden Metallkontakten stehen.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Indikator üblicher Bauart von dem mit einem Bruchteil der Kurbelwellendrehzahl angetriebenen Kontaktfinger (20) über ein Kurbelgetriebe mit einem dem Maschinentriebwerk entsprechenden Pleuelstangenverhältnis angetrieben wird. Das Schreibzeug des Indikators ist von der Papiertrommel elektrisch isoliert, und auf seinen Kolben wirkt der Druck des elastischen Mittels.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole des Hochspannungsstromkreises der Induktionsspule einerseits an das Schreibzeug und anderseits an die Papiertrommel des Indikators gelegt sind und der Schreibstift in eine solche Entfernung von der Papiertrommel fest eingestellt ist, daß dort in an sich bekannter Weise eine Funkenstrecke gebildet wird, von der das auf die Trommel aufgezogene Papier durchschlagen und so der Punkt gleichen Druckes aufgezeichnet wird.
5. 5. Indiziervorrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kontaktgehäuse gemeinschaftlich um eine Kontaktentfernung von Hand verschiebbar eingerichtet sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.