DEL0023701MA

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Publication number: DEL0023701MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 20. Dezember 1955 Bekanntgemacht am 15. November 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Für die Prüfung der Leistung, der Arbeitsweise und des richtigen konstruktiven Aufbaus von Kolbenarbeits- und -kraftmaschinen stellt das Indikatordiagramm ein sehr wertvolles Instrument dar. Die Aufzeichnung der Vorgänge im Zylinder im pV-Diagramm erlaubt die Beurteilung der Funktion der Ventile, des Zündzeitpunktes und des Verbrennungsablaufes bei Brennkraftmaschinen bzw. die Beurteilung der Funktion der Ventile und des schädlichen Raumes bei Kompressoren. Für die Dimensionierung des Antriebes und der Schwungmasse bildet es die Grundlage.

Zur Lösung dieser Aufgaben muß der Konstrukteur sich daher ein Diagramm konstruieren, wobei er aus Diagrammen ähnlicher Maschinen die Exponenten der Kompressions- und Expansionskurven ermitteln muß. Ein zu diesem Zweck benutzter Indikator stellt jedoch mit seinen Zuleitungskanälen und seinem Zylinder eine gewisse Vergrößerung des schädlichen Raumes der ' zu untersuchenden Maschine dar. Der Einfluß dieser Veränderung des schädlichen Raumes auf die Meßergebnisse ist selbstverständlich um so größer, je kleiner der Hubraum der betreffenden Maschine ist. Bei kleinsten Maschinen dieser Art, wie z. B. bei Kornpressoren für Kühlschränke, ist es daher bis jetzt nicht möglich gewesen, eine 'ausreichend genaue Indizierung vorzunehmen.

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Um dies auch bei derartigen kleinen Kolberiarbeits- bzw. -kraftmaschinen zu erreichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Arbeitskolben

': der betreffenden Maschine selbst als Indikatorkolben zu benutzen und den auf den Kolbenboden bzw. in der Kolbenstange herrschenden ■ Gesamtdruck zu messen.

Die Messung selbst kann auf irgendeine bekannte Weise erfolgen, z. B. mittels einer piezoelektrischen

ίο Druckmeßdose oder mittels Dehnungsmeßstreifen. Die Anzeige kann auf elektrischem Wege in der Weise bewirkt werden, daß der Kraftverlauf über dem Kurbelwinkel oder dem Hub, z. B. auf einem Kathodenstrahloszillographen oder Schleifenoszillographen sichtbar gemacht wird. Die so erhaltenen Indikatordiagramme unterscheiden sich Vom bekannten Indikatordiagraram dadurch* daß die Mas- ■ senkräfte der Teile des Kolbens, die vor dem elektrischen Druckmeßorgan liegen, mit angezeigt werden. Diese muß man dadurch ausgleichen, daß man die Maschine bei außer Wirkung gesetzten, z.B. ausgebauten Ventilen oder besser bei abgenommenem Zylinderdeckel mit der Betriebsdrehzahl antreibt. In dem sich dabei ergebenden. Dru'ck-Hub-Diagramm sind die Drücke den genannten

,..._::. Massenkräften gleich. Um diese Drücke müssen die Drücke der Betriebsdiagramme berichtigt werden. .

Für die praktische Durchführung des Meßverfahrens gemäß der Erfindung bestehen die ver,-: schiedensten Möglichkeiten, von denen, einige im

. ,. folgenden an Hand der in den Zeichnungen wiedergegebenen Ausführungsbeispiele kurz beschrieben werden sollen. .

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Kolben mitKurbelschleifenantrieb in Längs- und Querschnitt. Mit der Gleitbuchse 1 ist ein Dehnungsstab 2, beispielsweise durch Hartlöten, fest verbunden. Dieser Stab trägt den mit 3 bezeichneten schematisch dargestellten Dehnungsmeßstreifen. Der Stabquerschnitt kann durch Längsbohrurigen 4 geschwächt werden. Mit dem anderen Ende des Dehnungsstabes. ist.der Kolbenboden 5 mittels einer Senkschraube 6 verschraubt. Dabei kann der Kolbenboden mit der Kolbenwand 7 aus einem Stück bestehen oder auch, wie hier angedeutet, in dieser eingesetzt und mit ihr verlötet oder verschweißt sein. Zwischen Kolbenwand und Gleitbuchse ist eine Schraubendruckfeder 8 angeordnet, die sich einerseits gegen ein Auflager an der Gleitbuchse bzw. am Fuß' des Dehnungsstabes, andererseits gegen einen ringförmigen Ansatz 9 an der Kolbeninnenwand abstützt. Beim Aufsetzen des Kolbenbodens und Anziehen der Schraube 6 erhält der Dehnungsstab daher eine Zugvorspannung. Man kann diese Zugvorspannung so groß wählen, daß sie die durch den Kolbendruck und die Massenkräfte sich ergebenden Druckspannungen übersteigt. Dadurch arbeitet der Dehnungsmeßstreifen nur im Zugbereich, und der Dehnungsstab wird!von alleniKnickbeanspruchungen entlastet. Statt der dargestellten Schraubenfeder kann auch eine geeignete andere Feder, z. B. eine Tellerfeder, verwendet werden. Der so ausgebildete Kolben wird lediglich zur. Durchführung des Meßverfahrens verwendet und dann für den Normälbetrieb gegen einen, normalen Kolben. ausgetauscht.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung mit Tauchkolben und Pleuelstangenantrieb. Dabei. ist die Pleuelstange 11 nicht unmittelbar im Kolben 13 gelagert, sondern in einem besonderen Gleitstück 12, das in dem Kolben axial verschlossen gelagert ist. Der Kolben kann wie bei "dem Mantel zusammengesetzt sein. Das Gleitstück wird in seiner Lage durch die Druckmeßdose 14 und einen als Druckfeder wirkenden Gummiring 15 gehalten. Durch eine Ringmutter 16 wird diesem aus den Teilen 12, 14 und 15 bestehenden System eine Druckvorspannung erteilt. Die Druckmeßdose kann auf piezoelektrischer öder kapazitiver Grundlage arbeiten. An Stelle des .Gummiringes können auch, geeignete andere federnde Elemente verwendet werden. Die Druckvorspannung muß groß genug sein, um die durch den Saughub,, und die Massenkräfte entstehenden Zugkräfte auszugleichen.

Fig. 4 zeigt .eine: Anordnung, bei der die Kraft in der "Pleuelstange' direkt gemessen wird. Der Dehnungsmeßstreifen 21 ist an einer besonders ausgebildeten Pleuelstange 22 befestigt. Die Pleuelstange ist an ihrem kurbelwellenseitigen ,Ende . λ flanschartig ausgebildet und mittels eines Gegenflansches 23. und zweier Spannschrauben 24, 25 an der Kurbelwelle 26 befestigt. Diese Spannschrauben sind jedoch: bis zum Pleuelstangenkopf verlängert und dort in Bohrungen eingeschraubt, die in am P.leuelstangenkopf vorgesehenen .Augen .27, 28 an- 95, gebracht sind. Die Schrauben wirken so als Zuganker, die dem Teil der Pleuelstange, an dem der Meßstreifen befestigt ist, eine Druckvorspannung erteilen. ^: ,

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Ermittlung des Indikatordiagramms bei kleinen Kolbenarbeits- und -kraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben der zu untersuchenden Maschine selbst als Indikatorkolben benutzt und der auf den Kolbenboden ausgeübte bzw. in der Kolbenstange herrschende Gesamtdruck gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß' als Druckmeßelement eine Druckmeßdose bzw. ein Dehnungsmeßstreifen dient und die Anzeige auf elektrischem Wege durch Aufzeichnung des Kraftverlaufs über dem Hub bzw. dem Kurbelwinkel, beispielsweise mittels eines Kathodenstrahloszillographen bewirkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Elimination des Einflusses der Massenkräfte, die von den vor dem Druckmeßorgan liegenden Kolbenteilen ausgeübt werden, auf das Meßergebnis ein Druck-Hub-Diagramm der Maschine bei der Betriebsdrehzahl und bei außer Wirkung ge-

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setzten Ventilen bzw. bei abgenommenem Zylinderdeckel· aufgenommen wird, und daß die Betriebsdiagramme um die sich bei dieser Messung ergebenden Drücke korrigiert werden.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, bei einer Kolbenmaschine mit Kurbelschleifenantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß Kolben und Gleitbuchse durch einen Dehnungsstab miteinander verbunden sind, der einen Dehnungsmeßstreifen trägt und mittels einer Feder unter Zugvorspannung gesetzt ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorspannung des Dehnungsstabes eine Schraubenfeder dient, die sich einerseits auf ein Auflager an der Gleitbuchse bzw. am Fuß des Dehnungsstabes, andererseits gegen einen ringförmigen Ansatz an der Kolbeninnenwand abstützt.

6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, das die Zugvorspannung des Dehnungsstabes so groß gewählt ist, daß sie die durch den Kolbendruck und die Massenkräfte sich ergebenden Druckspannungen überwiegt.

7. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnungsstab mit einer oder mehreren Längsbohrungen versehen ist.

8. Anordnung zur Durchführung des Ver- -30 fahrens nach Anspruch 1 bis 3, bei einer Kolbenmaschine mit Kurbelwelle und Pleuelstangenantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß der Pleuelstangenkopf in einem besonderen, innerhalb des Kolbens axial verschiebbaren Gleitstück gelagert ist, das in seiner Lage einerseits durch eine zwischen ihm und dem Kolbenboden angeordnete D ruckmeß dose und andererseits durch einen als Druckfeder wirkenden Gummiring gehalten wird, der mittels einer Ringmutter gegen das andere Ende des Gleitstückes gedrückt wird.

9. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3 bei einer Kolbenmaschine mit Kurbelwelle und Pleuel- stange, dadurch gekennzeichnet, daß dem Teil der Pleuelstange, an dem der Meßstreifen befestigt ist, durch äußere, Pleuelstangenfuß und -kopf verbindende Spannschrauben eine Zugvorspannung erteilt ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannschrauben die Befestigungsschrauben für die Befestigung der Pleuelstange an der Kurbelwelle dienen, die zu diesem Zweck durch das als Flansch ausgebildete kurbelwellenseitige Ende der Pleuelstange hindurchgeführt und bis zum Pleuelstangenkopf verlängert sind, wo sie in an diesen Kopf angebrachte Augen eingeschraubt sind.

11. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannschrauben die Schrauben für die Befestigung des Lagerdekkels des Pleuellagers dienen, die zu diesem Zweck bis annähernd zum Pleuelstangenkopf verlängert und in an der Pleuelstange in der Nähe des Kopfes befindliche Gewinde eingeschraubt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen