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Kompensationszylinder zur Umwandlung zu messender Kräfte in Druckwerte,
vorzugsweise zur Fernübertragung von Meßwerten Es sind Meßeinrichtungen bekannt,
bei denen die die Meßwerte liefernden Kräfte durch Drücke mittels Druckkompensationszylindern
in der Weise ausgewogen werden, daß die Kräfte auf in Zylindern bewegliche Kolben
wirken, welche ihrerseits den Druckmittelauslaß aus dem Druckzylinder, dem auf der
anderen Seite ständig Druckmittel zugeführt wird, steuern. Die Einrichtungen arbeiten
in der Weise, daß die zu messenden Kräfte auf die eine Seite des Kolbens wirken,
während dem Zylinder auf der anderen Kolbenseite ständig Druckmittel zugeführt wird,
welches durch eine Auslaßöffnung wieder abströmt, die durch den Kolben mehr oder
weniger verschlossen werden kann. Steigt die den Meßwert liefernde, auf den Kolben
wirkende Kraft, so ist der Kolben bestrebt, den Druckmittelauslaß weiter zu schließen,
der -Druck in dem Zylinder hinter dem Kolben steigt infolgedessen und sucht den
Auslaß weiter zu öffnen. Es stellt sich daher ein Gleichgewichtszustand ein, bei
dem die den Meßwert liefernde 'Kraft durch den Druck in dem Zylinder auf der anderen
Kolbenseite ausgewogen wird. Der gesuchte Meßwert kann daher in einfachster Weise
durch ein Manometer erhalten werden, welches an den Druckraum in dem Zylinder anzuschließen
ist. Meßeinrichtungen dieser Art sind daher dann besonders vorteilhaft, wenn es
gilt, die Meßwerte an eine von der Stelle, von welcher die sie liefernden Kräfte
wirksam werden, weit entfernte Stelle zu übertragen. In der Erwägung, daß diese
Einrichtungen um so genauer arbeiten, je geringer die Bewegungen sind" die der Meßkolben
auszuführen hat, hat man auch bereits vorgeschlagen, die Druckmeßzylinder in der
'Weise zu verbessern, daß der Meßkolben nicht nur zur Steuerung des Druckmittelauslasses,
sondern gleichzeitig auch zur Steuerung des Druckmitteleinlasses herangezogen wird,
und zwar derart, daß, wenn bei steigendem Meßwert der Druckmittelauslaß verkleinert,
der Druckmitteleinlaß gleichzeitig vergrößert wird und umgekehrt.
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Bei diesen bekannten Druckkompensationszylindern lag die Gefahr von
Kolbenklemmungen vor, denn da der Kolben mit leichtem Spiel in den Zylinder passen
muß, so war es unvermeidlich, daß er ständig der Gefahr unterworfen war, durch zwischen
Kolben und Zylinderwand hindurchtretendes Druckmittel einseitig gegen eine Wand
des Zylinders gepreßt zu werden. Schädliche Reibungen und Meßfehler verursachende
Kraftverluste waren die Folge.
Durch die Erfindung werden diese
Nachteile in einfachster Weise überwunden und wird ein vollkommen einwandfrei arbeitender
Kompensationszylinder zur Umwandlung beliebiger Kräfte in Druckwerte, vorzugsweise
zur Fernübertragung von Meßwerten, geschaffen. Die Erfindung besteht im wesentlichen
darin, daß in den Mantel des Meßkolbens eine zusätzliche, nicht mit dem Kompensationsdruck
in Verbindung stehende Ringnut eingeschnitten ist, welche über einer weiteren Bohrung
in der Zylinderwand spielt, die ebenfalls mit dem Druckmittelzufluß in Verbindung
steht. Das in der Ringnut sich ansammelnde Druckmittel umgibt den Kolben von allen
Seiten nach Art eines Polsters, so daß der Kolben nicht einseitig gegen die Zylinderwand
gepreßt werden kann. Der Kolben schwimmt vielmehr praktisch reibungslos in dem ihn
allseitig umgebenden Druckluftpolster, so daß Kraftverluste durch Reibung oder sonstige
Gründe ausgeschlossen sind und der sich einstellende Druck dem Meßwert mit großer
Genauigkeit verhältnisgleich wird.
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Die Druckmittelzufuhr geschieht zweckmäßig durch eine an den Zylinder
angebaute Kammer, welche mit dem Innern des Zylinders durch zwei feine Bohrungen
in Verbindung steht, von denen die eine in die Ringnut mündet, während die andere
mit der Druckseite des Zylinders in Verbindung steht und durch eine steuernde Kante
des Kolbens mehr oder weniger verschlossen wird. Der Druckmittelauslaß ist in dem
Zylinder ebenfalls in Gestalt einer feinen Bohrung in der Zylinderwand vorgesehen
und wird ebenfalls durch eine andere steuernde Kante des Zylinders bedient. Die
Druckkammer wird zweckmäßig durch ein Filter ausgefüllt, welches in an sich bekannter
Weise Staub und sonstige Unreinigkeiten von dem Druckzylinder fernhält.
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Als Druckmittel wird am zweckmäßigsten in bekannter Weise Druckluft
verwandt. Es hat sich gezeigt, daß die Kompensierung erheblich sicherer arbeitet,
wenn der Kolben trocken, ohne jede Spur von Öl, in dem Zylinder läuft. Kolben und
Zylinder werden daher zweckmäßig aus Monel hergestellt, ein korrosionsbeständiges
Material, dessen Oberfläche bekanntlich im Betriebe glatt bleibt. Auch aus diesem
Grunde erweist sich die Erfindung als besonders vorteilhaft. Um ohne jede Spur von
Öl in dem Zylinder einwandfrei arbeiten zu können, muß der Kolben mit verhältnismäßig
sehr leichtem Spiel in dem Zylinder bewegbar sein. Es muß daher dafür gesorgt sein,
daß an jeder Stelle zwischen Kolben und Zylinderwand die gleichen Paßverhältnisse
herrschen. Es ist ersichtlich, daß dies durch das Ringluftpolster erreicht wird,
von welchem aus sich eine Luftschicht geringster Dicke zwischen Kolben und Zylinderwand
legt.
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Die Erfindung ist an einem Ausführungsbeispiel erläutert, das einen
in den Zeichnungen n=iedergegebenen Öldruckmesser darstellt. Abb. = und 2 zeigen
zwei Seitenansichten des Kompensationszylinders, teilweise im Schnitt. Abb. 3 zeigt
im vergrößerten Maßstab den Meßkolben und den Teil der Zylinderwand mit den Druckmitteleinlaß-
und -auslaßöfnungen im Schnitt.
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Das Gerät- besteht aus einem mit Gewinde versehenen Einschraubstutzen
i, welcher derart bemessen ist, daß er in die Ölleitung eines jeden normalen Flugzeugmotors
eingeschraubt werden kann. In den Stutzen ist der Zylinder 5 eingesetzt, in welchem
der Kolben 6 arbeitet. Auf den Kolben 6 wirkt der Druck des Öles in der Ölleitung
ein.
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Die Druckluft wird durch den Stutzen 17 zugeführt, welcher Anschluß
an einen Preßluftbehälter, eine Luftpumpe o. dgl. gestattet. Durch den Stutzen,
17 gelangt die Druckluft in die Kammer i2, welche mit einem Filter i2a ausgefüllt
ist. Um das Filter bequem erneuern zu können, ist die Kammer durch eine Schraube
13 verschlossen. Von der Kammer i2 führt die Bohrung 22 in das Innere des zweckmäßig
-aus Monel hergestellten Zylinders 23. In dem Zylinder arbeitet der gleichfalls
aus Monel hergestellte Kolben 16. Mit einem zentrisch angedrehten Ansatz 16a lehnt
er sich gegen die Verstärkungsplatte 3 der Membran z, gegen deren andere Seite der
Kolben 6 durch den zu messenden Öldruck gepreßt wird. Der Kolben ist ausgebohrt.
In die Bohrung ragt der Zapfen der Schraube 15 hinein, welche den oberen Abschluß
des Meßzylinders bildet. Der Zapfen der Schraube 15 begrenzt die Bewegung
des Meßkolbens. In den Mantel des Meßkolbens ist die Ringnut 25 eingedreht. Diese
steht durch mehrere Bohrungen 26 mit der zentrischen Bohrung des Meßkolbens 16 in
Verbindung. Oberhalb der Bohrung 22 ist der Meßzylinder mit einer weiteren Bohrung
28 (Abb. 2 und 3) versehen, welche die Auslaßöffnung für das Druckmittel bildet.
Die Höhe des Kolbens 16 ist derart bemessen und die Ringnut 25 in derartiger Entfernung
von der oberen Kante des Kolbens eingedreht, daß die obere Kante 28a des Kolbens
die Auslaßöffnung 28 zur Hälfte verschließt, wenn die obere Kante 22a der Ringnut
25 die Einlaßöffnung 22 zur Hälfte verschließt. Dies ist die Mittelstellung des
Kolbens. Bewegt sich der Kolben nach unten, so wird die Einlaßöffnung 22 weiter
verschlossen, während
die Auslaßöffnung 28 weiter geöffnet wird
und umgekehrt. Oberhalb der Bohrung 28 geht von dem Meßzylinder eine weitere Bohrung
31 (Abt. i) ab, welche in den Stutzen 29 mündet, an dem mittels Schlauchs oder Rohrverbindung
ein Manometer angeschlossen wird. Durch diese wird der sich oberhalb des Kolbens
einstellende Meßdruck auf das Manometer übertragen.
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Die Einrichtung wirkt daher folgendermaßen: Der auf dem Druckkolben
6 lastende Öldruck sucht über die Membran 2 den Meßkolben nach oben zu verschieben
und dadurch die Auslaßöffnung 28 mehr zu verschließen, die Einlaßöffnung 22 weiter
zu öffnen. Infolgedessen strömt durch den Druckluftstutzen 17 durch die Kammer 12
mehr Druckluft, durch die weiter geöffnete Einlaßöffnung 22 in die Ringnut 25, durch
die Bohrungen 26 in den Zylinderraum oberhalb des Meßkolbens. -Da gleichzeitig die
Auslaßöffnung 28 weiter geschlossen ist, so erhöht sich der Druck in dem Meßzylinder
oberhalb des Kolbens. Dieser erhöhte Luftdruck sucht den Kolben nach unten zu bewegen
und entsprechend die Auslaßöffnung 28 weiter zu öffnen, die Einlaßöffnung 22 weiter
zu schließen. Sinkt umgekehrt der Öldruck, so wird der Kolben 16 durch den über
ihm lastenden höheren Luftdruck weiter nach unten bewegt, die Auslaßöffnug 28 wird
weiter geöffnet, die Einlaßöffnung 22 gleichzeitig weiter geschlossen, so daß der
Kolbenoberseite weniger Druckluft zugeführt wird. Infolgedessen spielt der Kolben
16 in eine Lage ein, bei der der Luftdruck oberhalb des Kolbens dem auf den Kolben
6 lastenden Öldruck das Gleichgewicht hält. An dem an den Stutzen 29 angeschlossenen
Manometer kann daher der Öldruck abgelesen werden.
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Erfindungsgemäß ist nun in den Mantel des Kolbens 16 die zusätzliche
Ringnut 24. eingeschnitten, die mit dem Meßdruckraum zwischen Kolben 16 und Abschlußschraube
15 keine Verbindung hat. In der Zylinderwand ist ,weiter die Bohrung 21 (Abt. 3)
vorgesehen, die ebenfalls in die Druckkammer 12 mündet. Die Ringnut 24 ist so breit
bemessen, daß sie in den beiden äußersten Lagen des Kolbens 16 stets vor der Bohrung
21 steht. In der Ringnut 2q: sammelt sich daher ein Druckluftringpolster um den
Kolben. Von diesem Ringpolster aus verteilen sich Spuren von Druckluft rings um
den Kolben zwischen Kolben und Zylinderwand; so daß der Kolben gewissermaßen ständig
von einem Druckluftpolster umgeben ist. Ein ungleiches Anpressen des Kolbens mit
den genannten schädlichen: Folgen an die eine oder andere Zylinderwand wird dadurch
ausgeschlossen. Da bei der erforderlichen spielend leichten Passung zwischen Kolben
und Zylinder stets, wenn auch nur geringe Spuren, Druckluft zwischen Kolben und
Zylinder hindurchtreten kann, so könnte sich unterhalb des Kolbens Druckluft ansammeln,
welche zu Meßfehlern Anlaß gibt. Die Kolbenunterseite des Zylinders oberhalb der
Membran 2 steht daher durch Bohrungen 23u mit der Außenluft in Verbindung. Ein Ansammeln
von Luftdruck unterhalb des Kolbens ist daher ausgeschlossen. Die an .. dem Ausführungsbeispiel
gezeigte Anwendung des Kompensationszylinders als Öldruckmesser ist selbstverständlich
nur ein Beispiel. In ganz entsprechender Weise kann der =den Erfindungsgegenstand
bildende Kompensationszylinder zur Messung von Temperaturen, Drehzahlen sowie beliebiger
sonstiger Meßwerte verwandt werden. Zur Messung von Temperaturen wird man auf den
Meßkolben z. B. die Spannkraft einer Feder wirken lassen, welche durch die Ausdehnungen
eines Ausdehnungsrohres oder einer Ausdehnungsflüssigkeit gespannt wird. Der Meßwert,
die durch die Temperaturausdehnung bedingte Spannung der Feder, wäre hier durch
Druckluft mittels des Kompensationszylinders auszuwiegen. Als Drehzahlmesser kann
der Kompensationszylinder in an sich bekannter Weise dienen, wenn man auf den Kolben
eine durch die Meßwelle erzeugte Fliehkraft wirken läßt. Der Luftdruck wiegt bei
derartiger Anordnung die Fliehkraft aus und gibt daher, an einem Manometer abgelesen,
das gewünschte Maß für die Drehzahl. Daß durch Zweigleitungen mehrere Manometer
an das Instrument angeschlossen und der Meßwert auf -diese Weise an verschiedenen
Stellen sichtbar gemacht oder auch mittels Druckschreiber gleichzeitig aufgezeichnet
werden kann, ist selbstverständlich. Wenn sich in den meisten Fällen Luft als vorteilhaftestes
Druckmittel ergeben wird, so steht auch nichts im Wege, in besonderen Fällen geeignete
Druckflüssigkeit zu verwenden.