DE746666C - Indikator - Google Patents

Description

• Indikator Obgleich verschiedene brauchbare, vor allem elektrisch arbeitende Druckindikatoren bekannt sind, besteht für das Indizieren von Verbrennungsmotoren immer noch die Schwierigkeit, daß der für die Praxis ausgeführte Motorzylinder im allgemeinen keine Bohrung für die Anbnngung des Indilcators besitzt; das Indizieren ist aliso meistens auf Versuchszylinder beschränkt, in denen eine besondere Indizieröffnung vorgesehen ist. Bei Flngmotoren behilft man sich oft damit, daß eine der beiden Zündkerzen entfernt und durch den Indikator ersetzt wird; Versuche haben jedoch ergeben, dlaß der Lauf des Motors und fnsbesonde're sein Klop.fvierhlalten durch solche Maßnahmen grundlegend geändert wird.
• Es ist schon vorgeschlagen worden, einen Indikator mit einer Zündkerze zusammen an einer Bohrung des Zylinders anzubringen, und zwar in der Art, daß ein Einschraubkanal sich in zwei Arme teilt, an dessen einem die Zündkerze, an dessen anderem der Indikator sitzt.
• Durch solche Kanäle wird jedoch ebenfalls das Verhalten des Motors geändert, außerdem tritt beim Hinundhergehen des Motorkolbens eine Pumpwirkung auf, wodurch eine außerordentliche Wärmeabgabe an das verzweigte Rohr erfolgt, und schließlich arbeitet sowohl die Zündlcerze als auch der Indikator am Ende eines solchen Kanals nicht mehr richtig.
• Andere Vorschläge versuchen, Indikator und Zündkerze unmittelbar zusammenzubauen; als gesehen von der Vielzahl der Typen von Zündkerzenindikatoren, die dann entsprechend jedem Wärmewert und jedem Gewinde vorrätig sein müßten, ist auch durch solche Verbindungen die Wirkungsweise sowohl der eingebauten und damit veränderten Zündkerze als auch des Indikators gestört.
• Nach anderen Vorschlägen wurden an bewerten Maschinenteilen auftretende Dehnungen gemessen. Ordnete man z. B. im Boden eines Brennkraftmaschinenkolbens eine D ruckmeßmemhran an, so wurde zwar eine Druck messung möglich gemacht, der Kolben litt aber im Betrieb, da der Kolbenboden als Membran ausgebildet werden mußte.
• Auch Anordnungen, bei denen die Dehnung hin und her gehender Teile, wie Pumpenstößel usw., gemessen wurde, ergeben bei Brennkraftmaschinen keine brauchbaren Werte, da bei der Übertragung dieser Anordnungen auf Brennkraftmaschinen wegen der viel'höheren Drehzahlen infolge der Trägheitskräfte falsche Angaben entstehen.
• Es ist bei solchen Messungen außerordentlich wichtig, daß eine Indizierung bei Motoren der Praxis ermöglicht wird, ohne daß man irgendwelche Veränderungen am Motor vornimmt. Bei der Druckmessung in Rohren ist es z. B. bekannt, durch Anordnung von Kohlestäbchen, die unter einem Winkel zueinander auf dem Rohr aufliegen, die Dehnung des Rohres dadurch zu messen, daß bei der Ausdehnung des Rohres die Kohlestäbchen zusammengedrückt werden, wodurch sich die elektrische Übergangsleitfähigkeit der Kohle ändert. Die Übertragung dieser Anordnung auf die Druckmessung in Verbrennungskraftmaschinenzylindern ist aber nicht nur schwierig, sondern auch wegen der Empfindlichkeit der Kohlestäbchen nicht möglich. Es müssen daher andere Lösungen gefunden werden.
• Der Erfindungsgegenstand geht auch von der Messung der Dehnung der Werkstoffe aus. Während man hisher den Druck in Brennkraftmaschinen entweder mittels unmittelbar dem Zylinderinnendruck ausgesetzter Indikatoren oder über die Dehnung hin und her gehender Teile bestimmte, besteht nach der Erfindung der Geber aus einem ringförmigen, nach Art einer Unterlegscheibe ausgehildeten Körper, der zur Messung zwischen vom Zylinderdrucli beanspruchten ruhenden Nilotor teilen eingeklemmt ist. Man kann diese Dehnungsmessung grundsätzlich an jedem Maschinenteil des Motors ausführen, welches durch den Zylinderdruck eindeutig beanspricht wird, z. B. an den Befestigungsschrauheu des Zylinders oder an der äußeren Zylinderwandung. Die Beziehung des Meßwertes zum Zvlinderdruck kann durch Vergleichsversuche ermittelt werden, ebenso gewisse Temperatur- oder Erschütterungsfehler. Besonders günstig sind dabei Einschraubbohrungen in den Zylinder, wie Zündkerze oder Einspritzdüsen. welche unmittelbar yom Zylinderdruck beaufschlagt werden. In diesem Falle wirkt das Gewinde als Federung.
• Es sind für solche Gewinde von üblichen Dimensionen Federungswerte von etwa 3 X 10-b cm/kg ermittelt worden, so daß durch 100 kg eine Dehnung von einigen tausendstel Millimeter verursacht wird. Silan wird also besonders vorteilhaft den Dehnung messer so ansetzen, daß er die Dehnung zwischen Zylinderwand und Zündkerze mißt.
• Besonders vorteilhaft ist es, insbesondere zur Erzielung einer hohen Eigenschwingung, den Dehnungsmesser unter die Zündkerze oder Einspritzdüse zu klemmen, wie es in Abb. 1 dargestellt ist.
• D;er nach Art einer Unterlegscheibe als schmaler Ring d ausgebildete Druckindikator wird unter -den Zündkerzenflansch an Stelle der Unterlegscheibe geklemmt. Die Zündkerze a ist mit dem Gewinde b in den Zylinder c eingeschraubt, wohei ihre Stirnfläche, mit dem Gasdruck p beaufschlagt wird. Durch das Anpressen der Zündkerze gegen den Indi-Icatorringd entsteht zunächst ein konstantel Druck P. Sobald der Motor in Gang gesetzt wird, drückt der wechselnde Gasdruck p # f gegen die Zündkerze in der Richtung, daß er den konstanten Druck P vermindert. Der In dikator. der möglichst steif gebaut sein muß, kann dabei ebenso wie das Einschraubgewinde b als federnder Körper betrachtet werden, so daß der Druck p J von zwei par allel geschalteten Federn aufgenommen wird Rezeichnet man die Federungswerte mit F b und Fell, so erhält der Indikator von der Gesamtlçraft p j den Anteil Fb -r6 + Fd -Die gemessene Größe ist demnach zunächst ohne Temperaturfehler unmittelbar dem Zylinder<lruck proportional; nur die Temperaturabhängigkeit des Indikators an sich geht in die Messung ein. Ein Nachschleifen der Druckflächen von Zündkerze und Zylindereinsenkung ist empfehlenswert.
• Die Ausführung eines solchen Ringindika tors kann grundsätzlich pneumatisch, elektisch, insbesondere piezoelelitrisch, magnetisch, elektrostatisch usw. erfolgen. d. h. es kann jeder bisher verwendete Indikatoreffekt auch hier angewendet werden. Besonders geeignet wird der magnetische, der piezoelektrische und der pneumatische Effekt sein. fiir lie im folgenden Ausführungsbeispiele gegeben werden. Ebenso können mit einem solchen Indikator auch aiidere von Druck abgeleitete NIessungen ausgeführt werden. insbesondere Klopfmessungen, mit der ersten oder zweiten Ableitung des Druckes nach der Zeit.
• Abb. 2 zeigt ein magnetisches Beispiel. In deni aus magnetischem Material bestehendei-i Ring e ist eine Spule g aufgewickett, der Abschluß nach außen erfolgt durch einen mehr oder weniger lose eingeführten Ankerringh, welcher aus einzelnen Stücken zusammengesetzt oder in einem Stück in die Ringform gebogen sein kann. Je nach dem Aufrauhen oder Glattschleifen der Berührungsflächen zwischen lt und e wird der Federungswert der Anordnung, gleichzeitig die Empfindlichkeit in magnetischer Hinsicht beeinflußt. Ein größerer Luftspalt ist aus beiden Gründen nicht zu empfehlen. Die Spule kann nun in bekannter Weise auf ihre Indnktivität untersucht werden, z. B. in Brückenschaltungen nach dem Trägerfrequenzverfahren (Kraftlaufmesser). Der gesuchte Verlauf des Zylinderdrucks ist dann aus dem Verlauf der Induktivität zu entnehmen.
• Abb. 3 zeigt ein piezoelektrisches Ausführungsbeispiel. In einen Kupfermantel i, der durch ITmbördeln oder Hartlöten geschlossen ist, sind zwei Ringes aus piezoelektrischem Kristall, insbesondere Quarzkristall, eingesetzt. welche entgegengesetzt gepolt sind, so daß beim Zusammendrücken ihre auf die Elektrocle m abgegebenen Ladungen addieren. Da die Kristallringe bei solchen Dimensionen zerbrechlich sind, werden sie auf ihren Abnahmeflächen verkupfert und dann mit der aus Kupferf ie bestehenden Elektrode m verlötet, so daß selbst bei mehreren Bruchstellen die einzelnen Bruchstücke der Ouarze durch die Kupferfolie m zusammengehalten werden und der Indikator trotzdem fehlerfrei arbeitet.
• Zur Isolation des'Mittelleiters m können seitliche Glimmerringe eingeschoben werden oder noch besser, wie in Abb. 3 dargestellt, durch schräges Abkanten der Quarzringe ein isolierender Luftraum geschaffen werden. Die Herausführung der Elektrode erfolgt vorteilhaft durch ein angeschweißtes oder angelötetes Kupferröllrchen, in welches ein mit dünnem Glas rohr oder dünnen Isolierperlen isolierter Leiter eingeschoben ist. Es ist auf diese Weise möglich, den Ringindikator mit einer Höhe von nur wenigen Millimetern auszuffihren, so daß am Motor und an der Zündkerze praktisch nichts verändert wird.
• Bei der pneumatischen Lösung wird einfach ein Hohlring aus Stahl oder Kupfer unter die Zündkerze gelegt, der mit hochsiedendem (51 oder einer anderen geeigneten Flüssigkeit, wie Quecksilber, gefüllt ist. Durch ein ange-(schweißtes Röhrchen wird der in der Flüssigkeit erzeugte hydrostatische Druck nach außen übertragen und n bekannter Weise gemessen.
• 1nsbesondere ist zur Messung eine stroboslcopische Einrichtung geeignet, bei welcher ein bekannter Gegendruck gegen diesen 01-druck angesetzt wird, unter Zwischenschaltung einer Kontaktmembran, welche jeweilig bei Erreichung von Druckgleichheit einen elektrischen Kreis umschaltet.
• Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in Abb. 4 dargestellt. Der unter die Zündkerze geklemmte Indikator besteht aus einem Hohlring I, der mit Ö1 gefüllt ist und in den ein Kupferröhrchen n eingesetzt ist. An das Kupierrohr 11 ist eine Schaltkapillarröhre o angeschlossen, welche nur der Deutlichkeit halber so groß gezeichnet ist, in Wirklichkeit jedoch mit außerordentlich kleiner Bohrung ausgeführt wird. Auf die andere Seite der Kapillarröhre o wird der Eichdruck p0 mit Hilfe einer Ölpresse, Preßluftflasche 0. dgl. gegeben. In der Schaltröhre befindet sich ein Quecksilbertropfen q, welcher sich entsprechend den Druckänderungen hin und her bewegt und dabei die Kontaktes und s kurzschließt, welche eine Glimmlampe aufleuchten lassen.
• Wie schon obenerwähnt, kann dadurch ein Temperaturfehler auftreten, daß der Piezo effekt oder ein anderer zur Messung herange zogener Effekt temperaturabhängig ist. Durch Verstärken der Elektrode nz, welche aus Kupfer, Aluminium oder Zink bestehend einen größeres WärmeCausdehnungskoeffizienten als der Stahl besitzt, läßt sich die auf die Quarzringe wirkende Vorspannung so erhöhen, daß die Verminderung des Piezoeffektes durch größere Flächenpressung wieder ausgeglichen wird.
• Eine einfachere Vermeidung des Tempera turfehlers besteht darin, daß Kühl ringe von ähnlicher Fonn wie die Ringe nach den Abb. 2 bis 4 jedoch mit einem Ein- und einem Auslaufrohr versehen und von Wasser durchspült, unter oder über oder unter und über den Ringindikator gelegt werden. Diese Kühl ringe müssen mit Rücksicht auf die obenerwähnte Formel eine möglichst hohe Steifigkeit aufweisen. Soweit der Motorzylinder genügend Platz freigibt, können die Ringe aus größerem Durchmesser gefertigt werden und unter bzw. über den Indikator nur noch mit einem massiven Ansatz greifen. der durch seine Wärmeleitfähigkeit die Kühlwirkung ausübt; diese Ausführuilg beansprucht eine kleinere Höhe, so daß die Zündkerze nahezu gleich tief eingeschraubt werden kann, wie ohne Kühlring.
• Da der Indikator bei jedem Einschrauben eine etwas andere Empfindlichkeit besitzen wird, empfiehlt es sich, ihn im Motor zu eichen, indem z. B. der Verblrennungsraum auf einen mit einem Manometer gemessenen Druck angefüllt wird oder ein Verdichtungsdiagramm gefahren wird, dessen Höchstdruck aus früheren Messungen oder Berechnungen, bekannt ist oder schließlich durch Vergleich mit einem anderen Indikator.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Indikator, der den Zylinderdruck von Verbrennungsmotoren durch Messung der Dehnung von Motorteilen bestimmt, ohne daß Teile des Motors einer Abänderung bedürfen, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber aus einem ringförmigen, nach Art einer Unterlegscheibe ausgebildeten Körper besteht, der zur Messung zwischen vom Zylinderdruck beanspruchten ruhenden Motorteilen eingeklemmt wird.
2. 2. Indikator nach Anspruch I auf magnetischem Prinzip, gekennzeichnet durch einen hohl ringförmigen magnetischen Rörper (c. h), in dessen Innerem eine Spule (g) liegt, mit welcher die Induktivität der Vorrichtung gemessen wird.
3. 3. Indikator nach Anspruch I auf piezoelektrischem Prinzip, gekennzeichnet durch zwei ringförmige piezoelektrische Isristalle ('k), in deren Mitte sich eine Abnahmeelektrode (-»z! befindet.
4. 4. Indikator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen I(ristalle (kj mit ihren metallisierten 01xrflächen auf die Elektrode (m) aufgelötet oder aufgeschweißt sind.
5. 5. Indikator nach Anspruch I auf pneumatischem Prinzip, gekennzeichnet durch ei neu Hohlring, der mit möglichst inkompressibler Flüssigkeit gefüllt ist, so daß der hydrostatische Druck dieser Flüssigkeit ein Maß für den Zyliuderdruck darstellt.

   Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik ist im Er teilungsverfahren folgende Druckschrift in Betracht gezogen worden: K. T. de Juhasz und J. Geiger, Der lndikator, Verlag Springer, Berlin 1938, 5.1 10, 145.