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Vorrichtung zur Bestimmung der Druckverteilung von Kolbenringen auf
dem ganzen Umfang des Ringes Es sind Vorrichtungen zum Messen des Drukkes eines
Kolbenringes mit einer der zylindrischen Innenwand des Zylinders entsprechenden
Bohrung bekannt. Hierbei wird eine Anzahl belasteter Hebel verwendet, die von außen
gegen den Ring drücken, so daß es bei dieser verhältnismäßig komplizierten Vorrichtung
sehr schwierig ist, einen Gleichgewichtszustand zwischen den verschiedenen Kräften
zu erhalten; das Meßergebnis ist meistens fehlerhäft. Es sind auch mechanisch arbeitende
Prüfvorrichtungen für Kolbenringe bekannt, bei denen die Druckverteilung des zu
prüfenden Ringes nacheins ander für jede Stelle seines Umfanges durch mehrfaches
Verschieben des Ringes gegenüber der Meßvorrichtung geprüft werden kann. Der Ring
ist dabei aber nicht allseitig eingespannt, sondern an drei Punkten. Es kann jedoch
auch mit dieser Vorrichtung nicht mit Sicherheit festgestellt werden, ob der Druck
an jedem Punkte des Ringumfanges gleich ist. Auch ist die Handhabung bei Vorrichtungen
dieser Art schwierig.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur sicheren Bestimmung der
Druckverteilung auf dem ganzen Umfange des Kolbenringes durch mehrfaches Verschieben
des Ringes gegenüber der Meßvgrrichtung, wobei letztere nicht rein mechanisch, sondern
mit einem bei Druck Elektrizität erzeugenden Mittel (Piezoelement) arbeitet. An
sich ist die Anwendung von Piezokristallen zur Druckmessung bekannt. Die Anwendung
eines Piezoelementes ermöglicht im vorliegenden Falle, mit Sicherheit auf einfache
Weise den Druck an jedem Umfangspunkte des Ringes festzustellen, was bisher nicht
oder nur mit erheblichen Schwierigkeiten geschehen konnte.
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Gemäß der Erfindung besteht die Vorrichtung aus einer Platte mit einer
der Zylinderbohrung entsprechenden Bohrung und einer mit dieser, in Verbindung stehenden
Ausnehmung zur Aufnahme eines der Bohrung entsprechenden, mit einem Piezoelement
verbundenen Bogenstückes (Stempels), das mit im Verhältnis zum Druck des Kolbenringes
großer Klemmkraft derart in seine Ausnehmung eingesetzt ist, daß es zwar den Kolbenringdruck
auf das Piezoelement überträgt, dabei aber eine praktisch feste, gegenüber der Bohrung
unveränderte Lage behält, so daß kein Teil der Zylinderwand bewegt wird. Es besteht
also keine Gefahr, daß der Ring etwa in statisch unbestimmtem Zustand eingesetzt
wird. Infolgedessen kann sehr leicht ein genaues Ergebnis der Druckmessung erhalten
werden. Etwaige Reibungswiderstände zwischen den sich berührenden Flächen des Ringes
und der Zylinderwand beim Verschieben des Ringes können leicht durch Zug an z. B.
vier über den Ring geschobene Bänder bzw. Schleifen
nach der Mitte
der Bohrung zu aufgenommen werden. .
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch eine außerordentliche
einfache Ausführung und Handhabung aus.
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Auf der Zeichnung ist eine beispielsweise' Ausführung der Vorrichtung
gemäß der Erfindung dargestellt.
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Abb. i zeigt eine Aufsicht auf die Hauptteile der Meßvorrichtung,
Abb. 2 einen Schnitt nach- Linie II-II der Abb. i, Abb. 3 eine Aufsicht auf eine
bei der. Meßvorrichtung verwendete Scheibe, Abb. q. einen senkrechten Schnitt durch
dieselbe nach Linie IV-IV der Abb. 3, Abb.5 eine Aufsicht auf die Befestigung eines
durch DruckElektrizität erzeugenden Teils an der Scheibe und Abb.6 eine schematische
Aufsicht auf die ganze Vorrichtung.
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Abb. 7 und 8 zeigen zwei Druckverteilüngskurven.
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Eine starke Scheibe a z. B. aus Stahl ist mit einer zylindrischen
Bohrung a' versehen, deren. Innendurchmesser dem des Zylinders entspricht; für den
der Kolbenring benutzt werden soll. Die Scheibe a hat eine bis zur Bohrung
a'
reichende Ausnehmung i, in die ein besonderes, aus dem Stoff der Wand hergestelltes,
z. B. aus der Scheibe ausgeschnittenes Stück b herausnehmbar so eingesetzt ist,
daß seine Innenwand einen Teil der Zylinderwand der Bohrung a' bildet. 'c sind zwei
kleine Blöcke aus einem Stoff, der infolge Druck Elektrizität erzeug, z. B. aus
Quarz öder Turmalin. Zwischen den beiden Blöcken c ist -eine dünne Kupferplatte
J eingeschaltet, und d ist eine Metallplatte Beispielsweise aus Stahl, die als Abstandhalter
dient. An dein Stück b ist (s. Abb. 5) -eine Klemmplatte k starr befestigt oder
mit ihm aus einem Stück hergestellt. Diese Teile b, k, j, c und
d
werden durch vier Klemmschrauben e, die durch Flansche a"' der Scheibe a-hindurchgehen,
miteinander fest verklemmt.
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Wie schon erwähnt, wird die Innenwand des beweglichen Teils b so eingestellt,
-.daß sie die Innenwand der Bohrung ä' genau ergänzt. Aus später erläuterten Gründen
ist die Kraft, mit der- die erwähnten Teile miteinander verbunden sind; so gewählt;
daß sie bei weitem größer ist als der Druck des Kolbens auf die Innenwand der Bohrung.
Da zwischen der Außenwand der =Klemmbolzen e und der Innenwand der Klemmlöcher in
dem Teil k freie Ringräume k' gelassen sind, so wird jeder Druck in Richtung
von innen nach außen, d. h. in Richtung des Pfeiles x in Abb. 5, frei auf die. durch
Druck Elektrizität erzeugenden Blöcke c - durch die Teile b und k übertragen, während
die Stellung dieser Teile zur Wandung der Bohrung a' unverändert bleibt, weil eben
die Klemmkraft so groß im Verhältnis zu dem Druck des Kolbenringes gewählt ist,
daß sie -nicht durch eine Druckzunahme infolge des Kolbenringes beeinüußt wird.
Die Zunahme des Druckes infolge des Kolbenringes beeinflußt jedoch genügend die
Blöcke c und die Kupferplatte j, die elektrisch geladen ist; was an einer Anzeigevorrichtung,
z. B. an einem Elektrometer, entsprechend dem Werte der Druckzunahme gemessen werden
kann.
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Um den Kolbenring; f in. der Bohrung leichter. handhaben zu können,
sind im Abstand einzelne Ringteile h zum Tragen des Ringes an der Unterseite der
Scheibe a vorgesehen. Es sind ferner in der Scheibe kleine Ausnehmungen a" in dem
Abstand zwischen den Ringteilen lt vorgesehen, durch die Bänder g derart hindurchgeführt
werden, daß sie sich uni den Ring legen. Der Zweck dieser Bänder wird weiter unten
erläutert.
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In Abb. 6- stellt- A die Hauptteile . der beschriebenen Vorrichtung
dar, während -B einen Elektrometer zum Messen der durch Druck erzeugten Elektrizität
zeigt, die. durch die Druckänderung zwischen den Teilen c und y infolge der Zunahme
des Druckes auf - die Innenwand des Teils b durch den. Kolbenring erzeugt wird.
Die Teile A und B sind elektrisch miteinander verbunden. O ist ein
Glasgehäuse mit drei Klemmen, von denen die eine, p, mit der Kupferplatte i durch
eine Leitung t und die beiden anderen Klemmen q und r mit den entsprechenden: Polen
einer Elektrizitätsquelle m - verbunden sind. l und l' sind die beiden
Pole '.des Messers, die entsprechend init rund q verbunden sind, während n eine
elastische Metallnadel ist, die an der Klemme p befestigt und normal in der -Mitte
zwischen 'den PoIen-L und l' ist, s zeigt eine Gradeinteilung inneihalb des -Gehäuses.
-_Das freie Ende der Nadel wird sich aus-seiner neutralen oder -Mittelstellung um.
einen Winkel nach rechts, wie dargestellt, entsprechend der Größe des Zuwachses
des Kolbenringdruckes, der zu dem Druck zwischen den Teilen c und j hinzukommt,
ausbiegen.
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Die neue Meßvorrichtung arbeitet in folgender Weise Nachdem die Teile
b, k, c, i - und d in ihre richtige Stellung in der
Scheibe ä gebracht-sind; wird diese auf einem waagerechten Tisch durch Schraubenbolzen,
die durch die Löcher w hindurchgehen, befestigt; und es wird ein Kolbenring auf
die Ringteile h in die Bohrung a' gelegt und die Kupferplatte i mit
dem Elektrizitätsmesser verbunden. Dann werden die Bänder g durchgezogen und-.losgelassen,
so daß jede Deformation infolge einer. Reibung zwischen der Innenwand der Bohrung
und dem Kolbenring vollkommen ausgeschlossen ist:' Datauf wird das Band gegenüber
dem Teil b langsam nach innen gezogen, bis der Kolbenring sich von der
Innenwand
des Teils b wegbewegt hat. Es tritt dann infolge der Druckänderung in diesem Augenblick
eine Abweichung der Nadel in dem Elektrometer ein, die abgelesen wird. Diese Ablesungen
sind proportional den Ringdrücken auf den Teil b. Wenn also die Empfindlichkeit
des Elektrometers gegeben ist, so kann die Größe des Kolbenringdruckes in dem Punkt,
der den Teil b berührt, genau so gemessen werden, als wenn der Kolbenring sich im
Arbeitszylinder befinden würde. Es wird darauf der Druck an den verschiedenen Punkten
am Umfang des Kolbenringes nacheinander in der beschriebenen Weise gemessen und
auf diese Weise die Druckverteilung des Ringes erhalten. Dies geschieht, indem man
den Ring nacheinander um bestimmte Stücke dreht und die obige Messung wiederhölt.
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Abb.7 und 8 zeigen Diagramme der Verteilung des Druckes von benutzten
Kolbenringen, die mit der vorliegenden Meßvorrichtung erhalten sind, und zwar zeigt
Abb. 7 das Diagramm eines Kolbenringes, der nach einem bestimmten Verfahren hergestellt
ist, während Abb. 8 das Diagramm eines in üblicher Weise hergestellten Ringes zeigt.