DE670602C - Indiziervorrichtung fuer Kolbenkraftmaschinen - Google Patents

Indiziervorrichtung fuer Kolbenkraftmaschinen

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DE670602C
DE670602C DES111480D DES0111480D DE670602C DE 670602 C DE670602 C DE 670602C DE S111480 D DES111480 D DE S111480D DE S0111480 D DES0111480 D DE S0111480D DE 670602 C DE670602 C DE 670602C
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HEWITTIC (MARCEL DEMONVIGNIER und ANDRE LABARTHE) SA
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L23/00Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
    • G01L23/06Indicating or recording by optical means

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Description

  • Indiziervorrichtun' für Kolbenkraftmaschinen Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Indizierung von Druckwechselvorgängen in geschlossenen Räumen, insbesondere zur°Aufnahme von Indikatordiagrammen von Wärmekraftmaschinen. Sie bedient sich zur Bestimmung der den Druckwechseln entsprechenden Koordinate des Diagramms einer spiegelnden Membran, deren Wölbung unter dem Einfluß der Druck-rechsel schwankt. Die wechselnde Wölbung der Membran wird dazu ausgenutzt, ein auf die Membran geworfenes Lichtbüschel mehr oder weniger stark zerstreut auf eine Photozelle zurückzuwerfen. Dabei unterliegt die Photozelle dem Einfluß spezifischer Lichtwertschwankungen des auf sie fallenden Büschels und setzt diese in Stromschwankungen um, die dem einen Kondensator einer Braunschen Röhre, die das Diagramm erzeugt, zugeführt werden.
  • Die Benutzung spiegelnder Membranen zur Aufzeichnung von Druckwechseln ist an sich bekannt, z. B. zur Schallmessung und in, der Fernsehtechnik. In diesem Falle geht man insbesondere darauf aus, die Einschnürungslage von Lichtbüscheln zu beeinflussen, die auf eine Schlitzblende geworfen werden. Dabei erhält inan dadurch, das die Einschnürungspunkte mehr oder weniger mit den Schlitzen der Blende zusammenfallen, stark schwankende Werte des durch die Schlitzblende hindurchfallenden Lichts. Diese Vorrichtungen sind jedoch für die Aufnahme von Indikatordiagrammen schnell laufender Wärmekraftmaschinen deshalb ungünstig, weil die starken Erschütterungen dieser Maschinen leicht eine relative Verschiebung zwischen den reflektierten Strahlenbüscheln und den Schlitzblenden zur Folge haben, die die Messung stark verfälschen kann. Überdies bestehen die in den genannten Fällen verwendeten Membranen im allgemeinen aus sehr feinen Häutchen, die starken Drücken, wie sie bei Wärmekraftmaschinen auftreten, nicht standhalten können.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe lag demnach darin, die Indiziervorrichtung von den Erschütterungen der untersuchten Maschinen unabhängig zu machen. Der Erfinder löst diese Aufgabe in der folgenden Weise: Das von der Membran zurückgeworfene Lichtbüschel fällt zunächst auf eine Blende, die mir einen kleinen Teil desselben nach der Photozelle zu hindurchläßt. Dabei ist die Größe des Lichtbündels so eingerichtet, das das Lichtbüschel auch bei kleinster Zerstreuung stets mehr als den Durchlas der Blende deckt. Auf diese Weise können auch relative Schwankungen zwischen der Membran und der Blende nicht dazu führen, das nur ein Teil des Blendendurchlasses von dem zurückfallenden Licht erfüllt wird. Auf die Photozelle fällt somit stets ein Lichtbüschel vom vollen Umfang des Blendendurchlasses, und die Schwankungen der Lichtmenge, die die Photozelle aufnimmt, entsprechen somit ausschließlich den spezifischen Lichtwertschwankungen des auf die Blende fallenden Lichtbüschels.
  • Auf diese Weise ist eine Unempfindlichkeit selbst gegen beträchtliche Erschütterungen erreicht, wie sie weder bei druckelektrischen Indikatoren noch bei optischen Indikatoren, bei denen die Druckordinate durch die Richtung eines Lichtstrahles bestimmt wird, vorhanden ist. Die Vorrichtung arbeitet außerdem äußerst trägheitsfrei.
  • Zur Erzeugung der zweiten Koordinate des wandernden Lichtpunktes, der das Indikatordiagramm beschreibt, verwendet der Erfinder eine Vorrichtung folgender Art: Sie besteht aus einer Schlitzblende, durch die ein Lichtbüschel hindurchgeworfen wird, und vor dem Schlitz wird mittels einer Kurbelstange, deren Kurbel auf der Welle der zu untersuchenden Maschine aufgekeilt ist, -ein Schieber hin und her bewegt, der den Schlitz entsprechend der Kurbelstellung mehr oder weniger abdeckt. Das durch den Schlitz hindurchfallende Licht steuert eine Photozelle, die ihrerseits den anderen Kondensator der Braunschen Röhre beeinflußt. Auch diese Einrichtung ist unabhängig von Erschütterungen.
  • Die Vorrichtung nach der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen Abb. i die schematische Darstellung der Vorrichtung selbst, Abb. 2 und 3 Diagramme, die mit der Vorrichtung aufgenommen sind.
  • In der ersten Abbildung stellt i den Zylinder einer Wärmekraftmaschine dar, deren Kolben z mittels der Kurbelstange 3 die Welle q antreibt. In den Boden des Zylinders ist eine kleine Druckkammer eingeschraubt, die mit dem Zylinderinnern durch den Durchlaß 7 in Verbindung steht und nach außen hin von einer federnden spiegelnden Membran 6 abgeschlossen ist. Von einer Lichtquelle 8 wird die Membran durch die Linse g hindurch angestrahlt und wirft das Licht auf eine Blende il zurück, die einem Teil des Büschels durch die Blendenöffnung den Zugang zu einer Photozelle io gestattet. Durch die Photozelle wird der an einen Verstärker 13 angeschlossene Strom einer Batterie 12 beeinflußt. An den Ausgangsklemmen des Verstärkers 13 liegt der Kondensator 1q. einer Braunschen Röhre. Die Druckänderungen im Zylinder i bewirken Änderungen in der Wölbung der Membran 6. Eine Vergrößerung des Druckes verstärkt die Wölbung der Membran und somit die Zerstreuung des auf sie fallenden Lichtbüschels. Der verstärkten Zerstreuung des Lichtbüschels entspricht eine Herabsetzung des spezifischen Lichtwertes, der auf die Blende Ir bzw. die Photozelle io fällt. Dadurch entsteht eine Änderung der Spannung des photoelektrisch beeinflußten Stromes und in verstärktem Maße eine Spannungsänderung an den Kondensatorplättchen 14. Sind auch Wölbungsänderungen der Membran und Änderungen in der Bestrahlung der Zelle nur schwach und arbeitet der Verstärker 13 ohne Verzerrung, dann werden die Spannungsänderungen, welche den Ablenkplatten 1q. aufgedrückt werden, proportional sein den Druckänderungen, und es wird eine proportionale Bewegung des Lichtflecks auf dem Schirm entstehen.
  • Es ist selbstverständlich, daß man, ohne den Erfolg prinzipiell zu ändern, den beiden Lichtstrahlen, dem einfallenden wie dem reflektierten, irgendwelche optischen Systeme 1 vorschalten kann, wie beispielsweise Linsen z'ur Änderung der Konvergenz der Bündel oder Spiegel bzw. Prismen, zur Änderung ihrer Richtung.
  • Es war eine Lichtquelle von gleichbleibender Leuchtkraft angenommen, aber man kann in bekannter Weise ebenso eine sehr schnell intermittierende benutzen, die man z. B. mit Hilfe einer schnell rotierenden, Schlitze aufweisenden Scheibe erzeugt. Es ist möglich, die Verstärkung des photoelektrischen Stroms zu vereinfachen, aber sie muß mit einer darauffolgenden Gleichrichtung verbunden sein.
  • Dem anderen Paar von Ablenkplatten, welches Bewegungen des Lichtflecks in der Achsenrichtung 17 auf dem Schirm hervorruft, können z. B. über einen Umschalter 18 drei verschiedene Spannungen aufgedrückt werden.
  • Die erste Spannung kann in bekannter Wise als Funktion der Zeit einen sägezahnartigen Verlauf besitzen, synchron mit den periodischen Druckwechseln. Eine solche Spannung kann z. B. einer Wechselstrommaschine entstammen, die fest auf der Welle der untersuchten Maschine sitzt. Auf diese Weise erhält man auf dem Schirm des Kathodenstrahl-Oszillographen die Kurve ig der Druckschwankungen in Abhängigkeit von der Zeit (Abb. 3).
  • Die zweite Spannung kann sinusförmig verlaufen. Sie entstammt z. B. der Wechselstrommaschine 2o auf der Welle der Wärmekraftmaschine. Die Phase der Spannung kann durch entsprechendes Aufkeilen der Maschine so bestimmt werden, daß die Maxima und Minima in derselben Zeit auftreten wie die Totpunkte des Kolbens der Wärmekr aftmaschine. Die sinusförmig verlaufende Spannung kann auch durch einen Schwingungskreis erreicht werden. Man erhält auf diese Weise auf dem Schirm des Oszillographen eine Kurve, etwa wie die bei 21 (Abb.2) dargestellte, ähnlich dem Druckvolu= mendiagramm eines Kurbelstangensystems mit unendlicher Kurbelstange. Es ist leicht, dieses Diagramm durch Berücksichtigung der von der Kurbel bedingten Fehler in das tatsächliche Druckvolumendiagrammüberzuführen. Die bisher zur Erzeugung der Ablenkspannung erläuterten Mittel gehören nicht zur Erfindung.
  • Drittens kann eine Spannung verwendet werden, die proportional ist dem Weg des Kolbens und welche es gestattet, unmittelbar das Druckv olumendiagramm zu erhalten. Diese Spannung erhält man erfindungsgemäß in folgender Art: Ein in paralleler Stellung zu dem der zu untersuchenden Maschine laufendes und auf ihrer Welle sitzendes Kurbelstangengetriebe 22 bewegt einen undurchsichtigen Schieber 23 vor einem Fenster 24 und einer Lichtquelle 25 mit einem optischen System hin und her. Das Strahlenbündel fällt auf eine photoelektrische Zelle 26, deren Strom verstärkt durch den Verstärker 27 die für die Ablenkung erforderliche Spannung liefert, welche über den Umschalter 18 dem zweiten Paar von Ablenkplatten 16 aufgedrückt wird. Es ist klar, daß man durch geeignete Größenwahl des Fensters 24 bewirken kann, daß der auf die Zelle 26 fallende Lichtstrom proportional ist, dem Zylindervolumen des Motors. Wenn unter diesen Umständen der Verstärker keine Verzerrungen erzeugt, wird die Bewegung des Lichtflecks auf dem Schirm in der Achsenrichtung 17 in gleicher Weise proportional sein dem Zylindervolumen, und man wird unmittelbar das gewünschte Druckvolumendiagramm erhalten.
  • Die -Membran 6 kann verschiedene Stärke haben, je nach dem Bereich der zu untersuchenden Drücke; sie wird aus einem Werkstoff hergestellt, dessen Federung möglichst wenig dem Einfluß der Temperatur unterworfen ist. Notfalls kann sie auf gleicher Temperatur gehalten werden. Sie kann beliebig klein sein, und ihre Eigenschwingungszahl kann in einem beliebig entfernten Bereich liegen, damit auch sehr schwache Konvergenzschwankungen des reflektierten Lichtbündels elektrisch verstärkt werden können.
  • Ein anderer Vorteil dieser Anordnung liegt in ihrer Unempfindlichkeit gegen Erschütterungen der untersuchten Maschine. Hinsichtlich der Membran und der von ihr beeinflußten Photozelle io wurde auf die maßgebenden Gesichtspunkte bereits oben hingewiesen. In gleicher Weise unempfindlich gegen Erschütterungen der Maschine ist auch die Einrichtung der Blende 24 mit dem davor bewegten Abdeckschieber 23. Alle Erschütterungen der Maschine können nur ein Zittern des Abdeckschiebers um seine theoretische Lage zur Folge haben, d. h. die freie Kante des Abdeckschiebers wird in schnellem Wechsel zwischen zwei Stellungen hin und her gehen, die um das gleiche Maß vor bzw. hinter ihrer theoretischen Stellung liegen. Auf diese Weise wird der mittlere Wert des durch den Schlit- in der Blende 24 hindurchfallenden Lichts seinem theoretischen Wert entsprechen.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Indiziervorrichtung für Kolbenkraftmaschinen o. dgl. mittels der spezifischen Lichtwertschwankungen eines Lichtbündels, das von einer spiegelnden Membran mit dem Druck entsprechender wechselnder Wölbung reflektiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des von der Membran über eine Blende auf eine Photozelle geworfenen divergenten Lichtbündels im Zustand der stärksten Konzentration die Größe der Blendenöffnung derart übertrifft, daß auch bei stärksten Erschütterungen der untersuchten Kraftmaschine die Blendenöffnung innerhalb des Lichtbündels bleibt.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i zur Untersuchung einer Maschine mit Kurbelstangengetriebe unter Benutzung einer Braunschen Röhre, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Kathodenstrahls in der zweiten Koordinatenichtung (i7) durch einen Strom erfolgt, welzher von einer Photozelle (26) seinen Ausgang nimmt, deren Erregung dadurch schwankt, daß die sie beeinflussende Lichtquelle (25) durch einen mittels Kurbelgetriebe (22) zum Kolben der Maschine gleichlaufend gesteuerten Schirm (23) periodisch abgedeckt wird.
DES111480D 1932-11-17 1933-10-27 Indiziervorrichtung fuer Kolbenkraftmaschinen Expired DE670602C (de)

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