DE2527161A1

DE2527161A1 - Vorrichtung zur messung der druecke in zylindern von maschinen

Info

Publication number: DE2527161A1
Application number: DE19752527161
Authority: DE
Inventors: William S Heggie
Original assignee: Canadian Patents and Development Ltd
Current assignee: Canadian Patents and Development Ltd
Priority date: 1974-09-16
Filing date: 1975-06-18
Publication date: 1976-03-25
Also published as: CA1020771A; US3939703A; GB1492657A

Description

PATENTANWÄLTE

MANITZ, FINSTERWALD & G R Ä M K

München, den 18. JUNI 1975

P/Sv - C 3617

CANADIAN PATENTS AND DEVELOPMENT LIMITED

275 Slater Street
Ottawa, Canada K1A OR 3

Vorrichtung zur Messung der Drücke in Zylindern von Maschinen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung bzw. Überwachung der Drücke in Zylindern von Maschinen, und insbesondere einen Wandler bzw. Transducer, um den Zeit-Druck-Verlauf im bzw. am Zylinder einer Kolbenkraftmaschine zu erhalten; in einem solchen Zeit-Druck-Diagramm läßt sich die dynamische Beanspruchung, inbesondere Belastung oder Verformung bzw. Dehnung der einzelnen Teile der Maschine aufzeichnen.

Von den verschiedenen Parametern, die bei einer Kolbenkraftmaschine überwacht werden können, ist die Änderung

DF G. Λ1ΑΝΙΤΖ · D1PL.-ING. M. FINSTERWALD DIP L.-ING. W. GRAMKOW ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN

β MÖNCHEN 22. ROBERT-KOCH-STRASSE I 7 STUTTGART 50 (BAD CANNSTATT) MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 7270

TEL. (089) 224211. TELEX 5-29672 PATMF SEELBERGSTR. 23/25. TEL. (0711)56 72 61 POSTSCHECK: MÖNCHEN 77062-805

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des Zylinderdrucks mit der Zeit besonders wesentlich. Das Druck-Zeit-Diagramm liefert zunächst eine vollständige eigene Information; darüberhinaus können ihm Informationen entnommen werden, die mit den Informationen verglichen werden, die bei anderen Überwachungsvorrichtungen abgenommen werden.

Alle Punktionen und Bewegungsabläufe einer Maschine erzeugen charakteristische Beanspruchungen bzw. Belastungen und Spannungen an allen Teilen einer Maschine; bei der Gewinnung des Verlaufs des Zylinderdrucks mit der Zeit tritt deshalb das Problem auf, einen Abfühlpunkt auszuwählen, der am besten zugänglich ist; außerdem muß eine Vorrichtung verwendet werden, die Anzeigen erzeugt, die genau sind und sich aslativ einfach analysieren lassen. Es sind verschiedene Wege vorgeschlagen worden, die Messung der dynamischen Beanspruchung bzw. Belastung durchzuführen; so können beispielsweise die Belastungen bzw. Spannungen in den Kopf schrauben der Zylinder, in den Wänden des Kurbelgehäuses oder in den Zylinderkopfdichtungen gemessen werden.

Es hat sich herausgestellt, daß die Spannung bzw. Verformung in den Zylinderkopfdichtungen sich am besten zur Durchführung der Messung eignet. Maximale Verformungsbzw. Dehnungswerte (beispielsweise etwa 800 χ 10" cm/cm unter Testbedingungen) ergeben ein ausreichend hohes Signal und eine gute Anzeige für Ermüdungserscheinungen und die Lebensdauer. Die Wandler können leicht an jedem zugänglichen Punkt rund um den Umfang des Zylinderkopfes angeordnet werden; dadurch können an den verschiedenen Stellen unterschiedliche Kennlinien abgenommen werden, was insofern einen wesentlichen Vorteil darstellt, daß die Beanspruchungs- bzw. Verformungswerte in Richtung auf die Mitten der Zylinder zunehmen (sie sind am höchsten zwischen Bolzen-bzw. Schraubenpaaren).

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Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Messung der Drücke in Maschinenkolben geschaffen, die einen bogenförmigen Metallstreifen und^ine Einrichtung aufweist, um den Streifen an einem Ende mit dem Maschinenblock und an dem anderen Ende so mit dem Maschinenkopf zu verbinden, daß der Streifen die Dichtung des Maschinenkopfes überspannt und Dehnungen in der Dichtung eine bogenförmige Verformung des Metallstreifens bewirken; an dem Streifen ist ein Wandler angebracht, um das Ausmaß der Krümmung des Streifens zu messen und ein Ausgangssignal zu liefern, das in einer bestimmten Beziehung zu der Krümmung steht. Eine bevorzugte Einrichtung zur Befestigung des Streifens sind Metall-Dübel bzw. -Stifte, die an dem Ende des Streifens angebracht und starr in Öffnungen in dem Zylinderkopf und -Block befestigt sind; ein bevorzugter Wandler werisb ein Paar Dehnungsmesser mit Widerstandselementen auf, die an der Innenseite und der Außenseite des bogenförmigen Bereichs des MetallStreifens angebracht sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. Λ einen Querschnitt, teilweise schematisch, durch den Wandler und seine Befestigung an einer Maschine;

Pig. 2 einen Querschnitt längs Linie X-X durch den Wandler;

Fig. 3 cLLe beiden Widerstandselemente; und Fig. 4- eine mögliche Anordnung zur elek-

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trischen Messung und Ausgabe des gemessenen Wertes.

Wie sich aus Figur 1 ergibt, ist ein Wandler 10 zwischen einem Motorblock 11 und einem Zylinderkopf 12 auf zwei Metall- (nach einer bevorzugten Ausführungsform Stahl-) Stangen oder -Stiften 15 und 14 befestigt, die starr in Öffnungen in dem Kopf und dem Block angebracht sind. Dazu kann beispielsweise ein Epoxydkleber verwendet werden. Der Wandler überspannt die Dichtung 16, so daß Dehnungen bzw. Verformungen in der Dichtung in eine Relativbewegung zwischen den Stiften 13 und 14 umgesetzt werden; diese Relativbewegung wird in dem Wandler 10 gemessen und in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt, das an den Leitungen 17 auftritt.

In Fig. 2 ist dargestellt, wie diese Messung durchgeführt wird. Ein kräftiges Metall- (nach einer bevorzugten Ausführungsform Stahl-) Teil 19 verbindet die Stifte 13 und 14 miteinander und hat über seinen Arbeitsbereich eine Kreisform, wobei seine Enden umgedreht sind, um die Stifte im Kreis zu umgeben und zu halten bzw. einzuspannen. Die Kreisform ist ein Bogen auf dem Radius R von dem Punkt P. Diese Parameter werden so ausgewählt, daß sich die besten Ergebnisse zeigen, obwohl die Länge und die Lage dieser geometrischen Größen in relativ weiten Bereichen geändert werden können. Schlechte oder gar keine Resultate ergeben sich dann, wenn die Arbeitslänge des Teils19 geradlinig oder nahezu geradlinig verläuft. Zwei Widerstandselemente aufweisende Dehnungsmesser 20 und 21 sind starr, nach einer bevorzugten Ausführungsform durch ein Epoxydharz, jeweils auf einer Seite der Arbeitslänge des Teils 19 angebracht. Eine Relativbewegung zwischen den Stiften führt zu einer Durchbiegung des Teils 19» die durch die Widerstandselemente gemessen wird. Leitungen 17a und 17b führen nach außen, wobei der gesamte Wandler in einen

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Epoxydharzkleber eingekapselt ist, so daß ein Wandlergehäuse 10 entsteht; dadurch werden die Bewegungen des Teils 19 und der Widerstandselemente gedämpft.

Fig. 3 stellt die Widerstandselemente 20 und 21 des Wandlers dar, während in Pig. 4- ein Schaltdiagramm einer Brükkenmeßschaltung dargestellt ist, die dazu verwendet werden kann, einen ermittelten Wert zu einem Meßgerät, zu einem Bandschreiber, zu einem Oszilloskop und so weiter weiterzugeben. Bei der in !Fig. 4- dargestellten Anordnung handelt es sich um eine Wechselstrombrücke, wobei mit dem gezeigten Aufbau gleichzeitig Messungen an drei Zylindern von den Wandlern 22, 23 und 24· vorgenommen werden können. Zusätzliche Elemente 25 und 26 sind für die optimale Abstimmung und Funktionsweise der Brücke erforderlich.

Obwohl die oben beschriebene Vorrichtung nach der Erfindung keine Kennlinie liefert, die identisch mit der ist, die von einer in Kontakt mit dem fluiden Medium befindlichen Membran erhalten wird, ist diese Kennlinie in ausreichendem Maße repräsentativ, um ein in gleicher Weise nützliches diagnostisches Hilfsmittel zu bilden. Geringe Kosten, lange Lebensdauer und leichte Installierbarkeit ohne größere Modifikation der Maschine bringen wirtschaftliche Vorteile mit sich. Im Bereich des Straßenverkehrs kann die Überprüfung und Wartung der Fahrzeuge weitgehend vereinfacht werden, wenn die hier beschriebene Technik als einfaches klinisches Analysemittel eingesetzt wird. Der größte Vorteil dürfte jedoch bei Großgeräten liegen, wie beispielsweise Kraftwerken und Eisenbahnsystemen mit Diesellokomotiven, wo bei einzelnen Einheiten und/oder Werken ein vollständiges Datenerfassungssystem vorgesehen sein kann.

- Patentansprüche - 6 -

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Claims

Patentansprüche

■ 1.") Vorrichtung zur Messung der Drücke in Zylindern von — Maschinen, gekennzeichnet durch einen bogenförmigen Metallstreifen (19), durch eine Einrichtung, um den Metallstreifen (19) mit einem Ende an dem Zylinderblock (11) und mit dem anderen Ende in der Weise an dem Zylinderkopf (12) zu befestigen, daß der Metallstreifen (19) eine Zylinderkopfdichtung (16) überspannt und Verformungen in der Dichtung (16) eine Durchbiegung des Metallstreifens (19) bewirken, und durch einen an dem Streifen (19) angebrachten Wandler (10) zur Messung der Größe der Biegung des Streifens (19) und zur Lieferung eines darauf bezogenen Ausgangssignals .
2. Vorrichtung zur Messung der Drücke in Zylindern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Befestigung des Streifens (19) ein Paar Metallstifte (13, 14) sind, die an den Enden des Streifens (19) angebracht sind, wobei ein Stift (13) starr in einer Öffnung in dem Zylinderblock (11) und der andere Stift (14·) starr in einer öffnung in dem Zylinderkopf (12) befestigt ist.
3. Vorrichtung zur Messung der Drücke in Zylindern nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (10) ein Paar Dehnungsmesser (20, 21) mit Widerstandselementen aufweist, von denen einer auf der Innenseite und der andere auf der Außenseite des bogenförmigen oder gekrümmten Bereichs des Metallstreifens (19) angebracht ist_/und die miteinander und mit dem Ausgang in der Weise verbunden sind, daß ein starkes elektrisches Ausgangssignal abgegeben wird, das in Beziehung zu der Größe der Durchbiegung des Streifens (19) steht.

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4. Vorrichtung zur Messung der Drücke in Zylindern nach einem der Ansprüche 1 bis 3> gekennzeichnet durch ein den Streifen (19) und den Wandler (10) bedeckendes Einkapselungsmaterial, das ein Schutzgehäuse bildet und eine dämpfende Wirkung auf den Streifen (19) und den daran befestigten Wandler hat.
5. Vorrichtung zur Messung der Drücke in Zylindern nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine mit dem Wandler (10) verbundene Einrichtung zur Messung des Ausgangssignals.

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