DE3026617A1 - Druckgeber zur messung von heissen druckmedien - Google Patents
Druckgeber zur messung von heissen druckmedienInfo
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Description
ELI&A*»ETH JUNG dr. phil, dipl-cke«. "
JÜRGEN SCHIRDEWAHN dr. rer. nat.. dipl-phys. GERHARD SCHMITT-NILSON dr.-inq.
GERHARD B. HAGEN dr.phil. 9
PETER HIRSCH dipl-inq. O
8000 MÖNCHEN 40, $ U £. D U I /
P. O. BOX 4014 68
CLEMENSSTRASSE 30 TELEFON: (089) 34 60 67 TELEQRAMM/CABLE: INVENT MÖNCHEN
TELEX: 5-29 βββ
u.Z.: Q 437 M
(Dr.SchN/ba)
14.JuIi 1980
Professor Dipl.Ing.Dr.Dr.h.c. Hans LIST
Heinrichstraße 126, Graz, Österreich
"Druckgeber zur Messung von heißen Druckmedien"
Beanspruchte Priorität:
9.August 1979 Österreich Nr. A 5449/79
130008/0676
Die Erfindung betrifft einen Druckgeber zur Messung von heißen Druckmedien, mit einem ein Meßelement enthaltenden,
in eine Öffnung in der Druckraumbegrenzung einsetzbaren Gebergehäuse und einer mit dem Gebergehäuse verbundenen
Membrane, welche über ein Kraftübertragungselement
mit dem Meßelement in Verbindung steht und wobei zwischen der Membrane und/oder dem Kraftübertragungselement
einerseits und dem Gebergehäuse andererseits ein enger, vorzugsweise nur 0,01 bis 0,1 mm breiter Spalt gebildet
ist.
Druckgeber zur Messung von heißen Druckmedien, welche z.B. zur Messung an Verbrennungsmotoren bestimmt sind,
sind so aufgebaut, daß die Meßelemente selbst nur verhältnismäßig niedrigen Temperaturen ausgesetzt werden, äa sie
bei höheren Temperaturen ihre Meßeigenschaften einbüßen wurden.
Es ist bekannt, die Meßelemente vor den im DruckrauE
auftretenden hohen Temperaturen dadurch zu schützen, daß die Wärme von dem das Meßelement enthaltenden Teil des
Druckgebers über eine eigens für den Druckgeber vorzusehen-. de Kühleinrichtung abgeführt wird. Weiters ist ein Druckgeber
bekannt, bei welchem die Übertragung des zu messenden Druckes auf das Meßelement mittels eines längeren Kolbens
bewerkstelligt wird, welcher einerseits mit der das Meßsystem gegen den Druckraum abdichtenden Membrane und andererseits
über eine Vorspanneinrichtung mit dem Meßelement in Verbindung steht und so das Meßelement von der Wärmer
quelle distanziert. Dieser Übertragungskolben ist in einem
Aufnahmeteil in axialer Richtung gleitbar geführt, wobei Kolben und Aufnahmeteil etwa dasselbe Temperaturdehungsverhalten
aufweisen müssen, um ein Verklemmen des Kolbens im Aufnahmeteil zu verhindern. Der Aufnahmeteil ist dabei
in unmittelbarer Nähe der Vorspanneinrichtung und damit des temperaturempfindlichen Meßelementes in das Gebergehäuse
eingeschraubt und bildet gegenüber dem Teil des Gebergehäuses, welcher in die gekühlte Druckraumwand einge-
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schraubt ist, einen relativ großen Spalt. Obwohl also die temperaturempfindlichen Meßelemente außerhalb des unmittelbar
wärembeaufschlagten .Bereiches liegen, wird bei dieser
Anordnung über den Druckübertragungskolben und den Aufnahmeteil, welche ja beide ungekühlt sind und aus gut
wärmeleitendem Material bestehen, noch immer soviel Wärme zu den temperaturempfindlichen Elementen geleitet, daß ein
zufriedenstellender Langzeitbetrieb dieser Anordnung nicht
möglich erscheint.
Weiters ist z.B. aus der AT-PS 285 207 ein Druckgeber
der eingangs genannten Art bekannt, der über einen eigenen Flüssigkeitskreislauf gekühlt ist, wobei eine Abtrennung
des direkt von der Kühlflüssigkeit durchspülten Raumes von
dem an die Membrane bzw. das Eraftübertragungselement und das Meßelement anschließenden Raum durchgeführt wurde,
um Schwingungen bzw. Druckänderungen des Kühlmittels nicht direkt auf die Innenseite der Membrane zu übertragen, dn
dsmit insbesonders bei Niederdruckgebern, die eigentlichen
Messungen in unkontrollierbarer Weise beeinflußt wurden. Der vorzugsweise nur 0,01 bis 0,1 mm breite Spalt beim bekannten
Druckgeber ermöglicht eine gute Wärmeableitung von der Membrane bzw. vom Kraftübertr^gungselement, jedoch ist
durch die erforderliche Flüssigkeitskühlung der Aufbau und der Betrieb dieses bekannten Druckgebers relativ kompliziert.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Druckgeber der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei Messung von
heißen Druckmedien der das temperaturempfindliche Meßelenent
enthaltende Bereich des Druckgebers ohne zusätzliche
kühlung, eine Temperatur aufweist, die unter der f!ir das
"eßelement höchst zulässigen Temperatur liegt.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der den engen Spalt begrenzende Teil des Gebergehäuses bei in
die Druckraumbegrenzung eingesetztem Druckgeber im wesentlichen direkt in wärmeleitender Verbindung mit der Druckraumbegrenzung
ist. Bei Verwendung des Druckgebers zur
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Messung des Druckes z.B. im Brennraum eines Motors, ist das Gebergehäuse zumeist direkt in den wasser- oder luftgekühlten
Zylinderkopf eingesetzt und wird somit von der Kühlung des Zylinderkopfes selbst auf einer relativ niedrigen
Temperatur gehalten. Der enge Spalt zwischen der Ilerbrane
und/oder dem Kraftübertragungselement einerseits und dem Gebergehäuse andererseits ist gerade so groß, daS eine
vollkommen freie axiale Beweglichkeit des Kraftübertragungselementes und der Membrane gegenüber dem Gebergehäuse bei
allen auftretenden Temperaturen gewährleistet ist. Das Kraftübertragungselement und die Membrane können aber über
den engen Spalt genügend Wärme an das an das llotorkühlsystem
angeschlossene Gebergehäuse abgeben, womit gesichert ist, daß auch bei hoher Tempera tarbeauf schlagung der llembrane
das am anderen Ende des Kraftübertragungselementes befindliche temperaturempfindliche Meßelement keine unzulässig
hohe Erwärmung erfährt.
Das Kraftübertragungselement kann nach einem weiteren
Vorschla.g der Erfindung aus einem an sich bekannten verstärkten Mittelteil der Membrane bestehen. Durch diesen fest an
der Membrane angebrachten verstärkten Mittelteil ist eine sichere kraftschlüssige Übertragung der druckbedingten
Kembranbewegungen auf das Meßelement gewährleistet. Der verstärkte Mittelteil der Membrane kann dabei mit dieser
einstückig ausgeführt sein, oder aber aus einem auf die Membrane aufgesetzten Teil bestehen.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann die Membrane in an sich bekannter Weise an dem verstärkten
Mittelteil einen sie zumindest teilweise übergreifenden Hitzeschild aufweisen. Durch die Anordnung dieses Hitzeschildes
am verstärkten Mittelteil der Membrane können auf sehr einfache Weise kurzzeitige Temperaturschwankungen
von der empfindlichen Membrane ferngehalten werden, was sich im Zusammenhang mit der durch den Spalt ermöglichten
verbesserten Wärmeableitung von der Membrane an das Gehäuse, bzw. auch von der Membrane über das Kraftübertra-
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gungselement an das Gehäuse in einer weiteren Erhöhung
der Lebensdauer der Membrane bemerkbar macht.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann zwischen dem verstärkten Mittelteil der Membrane und
ceir. lleßelement ein Stempel als zusätzliches Krsf^übertragungselement
angeordnet sein. Dieser Stempel bedeutet eine Vergrößerung der Oberfläche die für die Übertragung der mem
branseitig aufgebrachten Wärme über den Spalt an das gekühlte
G-ebergehäuse zur Verfügung steht. Im weiteren ist über die Länge des Stempels der Abstand des temperaturempfindlichen
Meßelementes von der unmittelbar wärmebeaufschlagten Membrane frei wählbar, so daß es möglich ist
α?s Meßelement zur Vermeidung von unzulässigen Temperaturen
in kühlere Zonen des Gebergehäuses zu verlegen.
Bei Druckgebern mit einer das Meßelement enthaltenden Vorspannhülse kann nach einem anderen Vorschlag der
Irfindung zumindest ein Teil des Stempels mit dem .Boden
der Vorspannhülse einstückig sein. Dadurch ist einerseits die Herstellung vereinfacht und andererseits auch die Verwendung
von verschiedenen Werkstoffen für Stempel und Vorspannhülse, die in ihrer Punktion doch sehr unterschiedlich
sind, möglich.
In weiterer Ausbildung der Erfindung kann der Stempel in axialer Richtung aus mehreren Teilen bestehen, wovon
mindestens einer in an sich bekannter Weise durch seinen Wärmeausdehnungskoeffizienten und seine Länge eine Tempera
turkompens?tion ergibt. Temperaturschwankungen, die
sich in unterschiedlichen Ausdehnungen der einzelnen Teile des Druckgebers und damit in einer temperaturbedingten
Ereft auf das Meßelement, welche das Meßsignal in unerwünschter
Weise beeinflußt, äußert, können durch diese Ausbildung des Stempels weitgehend vermieden werden.
Der Stempel kann, gemäß einem anderen Vorschlag nccjh
der Erfindung, zumindest teilweise rohrförmig ausgebildet sein. Dies ist eine besonders einfache Möglichkeit, die
Wärmeleitfähigkeit des Stempels bei gleichbleibender für
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die Wärmeableitung an das ü-ebergehäuse zur Verfugung stehender
Oberfläche herabzusetzen. Andererseits wird damit auch erreicht, daß durch die verringerte Masse des 9ls
Übertragungsglied zwischen der Membrane und dem Meßelement dienenden Stempels das Frequenzverhalten des Druckgebers
und im besonderen seine obere Grenzfrequenz wesentlich verbessert wird.
JSach einem anderen Vorschlag der Erfindung ist es möglich,
daß der enge Spalt mit einem Medium gefüllt ist, welches geringe Viskosität und gute Wärmeleitung aufweist.
Es kann sich dabei z.B. um Quecksilber oder Silikonfett handeln, welches zur Verbesserung der Wärmeübertragung bei
gleichzeitiger Sicherstellung einer vollkommen freien exialen Beweglichkeit in den engen Spalt eingebracht wird,
"sch einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Irfindung
kann der Stempel einen unrunden, z.B. sternförmigen Querschnitt aufweisen. Dies bedeutet eine wesentliche
Vergrößerung der für die Wärmeabgabe an das gekühlte G-ebergehäuse
zur Verfügung stehenden Oberfläche des Stempels, wobei natürlich der enge Spalt gegenüber dem Gebergehäuse
an allen Stellen weiterhin gewahrt bleiben muß.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch
einen erfindungsgemäß ausgeführten Druckgeber im eingebauten Zustand und
Fig. 2 einen Schnitt durch den in die Druckra.umwand einsetzbaren Teil einer anderen Ausführungsform
nach der Erfindung.
Das Gebergehäuse 1 in Fig. 1 weist einen Gewindeteil 2 auf, mit welchem es in eine entsprechende Bohrung in die
Brennraumwsnd 2' eines nicht näher dargestellten Motors
einschraubbar und mittels der Dichtung 3' abdichtbar ist. Das Gebergehäuse 1 ist in axialer Richtung durchbohrt und
weist an dem die Vorspannhülse 3 enthaltenden Bereich an
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seiner Außenseite Kühllamellen 4 auf, welche ringförmig
ura das Gebergehäuse 1 angeordnet sind und zur selbsttätigen Kühlung dieses Bereiches durch Wärmeabstrahlung beitragen.
Eine Bohrung 5 sorgt für die notwendige Entlüftung des Innenraumes des Gebergehäuses. Die Vorspannhülse 3 ist
mit sehr geringer Wandstärke ausgeführt und wirkt sozusagen als Rohrfeder. Sie enthält das nur schematisch dargestellte
Meßelement 6 welches zur elektrischen Ableitung der Keßsignale mit einem Pol mit der Gebermasse und mit dem anderen
Pol über das Anschlußkabel 7 mit der Anschlußbuchse kontaktiert ist. Die Anschlußbuchse 8 sowie das Anschlußknbel
7 sind mittels des Isolators 9 gegenüber dem oberen Teil 10 der Vorspannhülse 3 elektrisch isoliert.
I'2S Ileßelement 6 ist mit Hilfe der elastischen VorspennlrJlse
? sowie dem oberen Teil 10 und dem Boden 11 n"r
Ynrspannhülse ;■ vorgespannt, um einen guten elektrischen
Eontakt und einen festgelegten Nullpunkt für das Meßsigrr-1
zu gewährleisten. Mit dem Boden 11 der Vorspannhülse 3 einstückig
ausgeführt ist der Stempel 12, welcher zur Übertr-·-
gung der druckbedingten Bewegungen der Membrane 13 auf d;:s
Keßelement 6 dient. Die Länge des Stempels 12 ist hier so groß, daß die Vorspannhülse 3 und das in dieser enthaltene
temperatürempfindliche Meßelement 6 oberhalb des Gewindeteiles
2 des Gebergehäuses 1 liegt und somit bei in den Brennraum eingeschraubtem Gebergehäuse 1 das Meßelement 6
außerhalb des unmittelbar mit hoher Temperatur beaufschlagten Bereiches des Gebergehäuses 1 liegt. Wie strichpunktiert
eingezeichnet ist es auch möglich den Stempel 12 mit einer Bohrung 12' zu versehen und ihn auf diese Art zumindest
teilweise rohrförmig auszuführen. Dadurch wird die Masse des Stempels 12 bei gleichzeitig erhalten bleibender Oberfläche
zum Spalt 15 verringert. Die Membrane 13 ist an ihrem zur verbesserten Wärmeableitung a.n den Gewindeteil 2
des Gebergehäuses 1 mit vergrößerter Wandstärke ausgebildeten Rand 14 mit dem Gewindeteil 2 des Gebergehäuses 1 gasdicht
verbunden. Der Stempel 12 weist gegenüber dem Gewin-
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teil 2 des Gebergehäuses 1 einen engen Spalt 15 auf, welcher in einem gleichartigen Spalt 15' zwischen Membrane ^Z■
und Gewindeteil 2 des Gebergehäuses 1 seine Fortsetzung findet. Die Spalte 15 und 15' sichern einerseits die erforderliche
vollkommen ungehinderte Beweglichkeit von Kembrnne
13 und Stempel 12 gegenüber dem Gebergehäuse 1 und andererseits eine ausreichende Wärmeableitung sowohl von
dor Membrane 13 als auch vom Stempel 12 über die Spalte Yj
und 15' an den in die gekühlte Brennraumwand 2' eingesetzten Gewindeteil 2 des Gebergehäuses 1.
Die Membrane 13 weist weiters an dem mit dem Stempel
12 zusammenwirkenden verstärkten Mittelteil 16 einen Hitzeschild
17 nuf, welcher die Membrane 13 teilweise übergreift. On durch ist cie dünne V.'andstärke der Membrane 13 vor der direkten LJnwirKung der Flsmmenfront im Brennraum und äen dvrnus
resultierenden hohen Tempereturschwankungen geschätzt,
w;is sich günstig auf die Erhöhung der Lebensdauer der HeTnr'ine
auswirkt.
Die von den heizen Verbrennungsgasen zwangsläufig ~n
eier- T"i t-seschild 1? und die Membrane 13 abgegebene >."-Irr.e
breitet sich bei erfindungsgemäßer Ausführung des Druck-Gebers
entlang der Pfeile 18 aus und wird somit zu einem großen Teil bereits innerhalb des in den Brennraum eingeschraubten Gewindeteiles 2 an die gekühlte 3rennraumwand 2'
abgegeben. Es ist damit gesichert, daß auch ohne zusätzliche Kühlung des temperaturempfindlichen Meßelementes 6
die für sein einwandfreies Funktionieren höchst zulässige Temperatur nicht überschritten wird.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung besteht das Eraftübertragungselement nur
nus dem verstärkten Mittelteil 19 der Membrane 20. Das Meßelement 6 steht hier in direktem kraftschlüssigen Kontakt
mit dem Mittelteil 19 der Membrane 20 über welche auch der eine Pol der Ableitung der Meßsignale an den Gewindeteil 2
des nicht näher dargestellten Gebergehäuses und damit an Masse erfolgt. Der andere Pol der Ableitung ist wieder über
ia0008/0675
AA
- ys -
άηε Anschlußkabel 7, welches mittels des Isolators 9 gegi-r.-'.;ber
den Vorsparjiteil 21 elektrisch isoliert ist, in nicht sillier dargestellter Weise mit einer Anschlußbuchse konf-ktiert.
Ler \veitere Aufbau und die Punktion des Druckr-'oors
n^ch ?ig. 2 entspricht dem bereits zu Pig. 1 besrrochenpn.
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Nach der Lehre der Erfindung läßt sich ein Druckgeber erstellen, der - kurz zusammengefaßt - folgendermaßen aufgebaut
ist:
'-.in Iruc"■:£eier zur I-Iessung von heißen Druckmedien, "-it
einem ein Keielement enthaltenden, in eine C ffnv.nr in äer Druckroumbegrenzung einsetzbaren Gebergehäuse und einer mit dem Gebergehäuse verbundenen Membrane, welche ücsr
cir. Enftübertrogungselement mit dem He 13element in Verbindung steht und wobei zwischen der Membrane und/oder den: T'7v'Ttäbertr.?gungselement einerseits und dem Gebergehäuse .'•nJcrc-rseits ein enger, vorzugsweise nur 0,01 bis 0, ' mm
;i:-i?iter Spalt gebildet ist, ist, um einen Setrieb des Lruclcgeb'?rs ohne zusätzliche Kühlung zu ermöglichen, εο λ umgebildet, daß der den engen Spalt begrenzende Teil des Geber- £oh;i.uses bei in die Druccraumbegrenzung eingesetztem L'ruci:- <yhr.T in wesentlichen direlrt in wärmeleitender Verbindung η:4, eier Druclrrnucbegrenzung ist.
einem ein Keielement enthaltenden, in eine C ffnv.nr in äer Druckroumbegrenzung einsetzbaren Gebergehäuse und einer mit dem Gebergehäuse verbundenen Membrane, welche ücsr
cir. Enftübertrogungselement mit dem He 13element in Verbindung steht und wobei zwischen der Membrane und/oder den: T'7v'Ttäbertr.?gungselement einerseits und dem Gebergehäuse .'•nJcrc-rseits ein enger, vorzugsweise nur 0,01 bis 0, ' mm
;i:-i?iter Spalt gebildet ist, ist, um einen Setrieb des Lruclcgeb'?rs ohne zusätzliche Kühlung zu ermöglichen, εο λ umgebildet, daß der den engen Spalt begrenzende Teil des Geber- £oh;i.uses bei in die Druccraumbegrenzung eingesetztem L'ruci:- <yhr.T in wesentlichen direlrt in wärmeleitender Verbindung η:4, eier Druclrrnucbegrenzung ist.
"Dr-s Ernftübertragungselement und die Hembrcne könnei. über
don ent"f>n Spplt geniigenä Värme an άεε im eingesetzten Zustind
des Gebers direkt mit der Bruckraumbegrenzung in
Verbindung stehende Gebergehäuse abgeben, womit gesichert. irt, d.--3i?. auch bei hoher Temperaturbeaufschlsgung der Membr'r:·'1 cHs °.in anderen Ende des Kr.iftübertrogungselenr-ntes v-»fjr.dliche tempernturempfindliche HeSelement keine unsu-1"If:rig hohe Erwärmung erfährt.
Verbindung stehende Gebergehäuse abgeben, womit gesichert. irt, d.--3i?. auch bei hoher Temperaturbeaufschlsgung der Membr'r:·'1 cHs °.in anderen Ende des Kr.iftübertrogungselenr-ntes v-»fjr.dliche tempernturempfindliche HeSelement keine unsu-1"If:rig hohe Erwärmung erfährt.
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Leerseite
Claims (1)
- Patent ansprücheDruckgeber zur Kessung von heißen Druckmedien, mit einen, ein Meßelement enthaltenden, in eine Öffnung in der Drue1·: rpumbegrenzung einsetzbaren Gebergehäuse und einer mit dem Gebergehäuse verbundenen Membrane, welche über ein Kraftübertragungselement mit dem Meßelement in Verbindung steht und wobei zwischen der Membrane und/oder den Ώ?8 ^übertragungselement einerseits und dem Gebergehä^se andererseits ein enger-,vorzugsweise nur 0,01 bis 0,1 mm breiter Spnlt gebildet ist, dadurch gekenn-" zeichnet, daß der den engen Spalt (15, 15') begrenzende Teil des Gebergehäuses (.1) bei in die Druckraumbegrenzung (21) eingesetztem Druckgeber im wesentlichen direkt in wärmeleitender Verbindung mit der Druckraumbegrenzung (.2') ist.Druckgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ä:S> das Kraftübertragungselement aus einem an sich bekannten verstärkten Mittelteil (16, 19) der Membrane (13, 20) besteht.Druckgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, anH die Membrane (13) in an sich bekannter Weise an dem verstärkten Mittelteil (.16) einen sie zumindest teilweise übergreifenden Hitzeschild (17) aufweist. Druckgeber nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem verstärkten .'iiitelteil (16) der Membrane (1"J und dem IIeielenent (C) ei.·- Stempel (12) als zusätzliches Kraftübertrogun^selemen ■. angeordnet ist.Druckgeber nach Anspruch 4, mit einer das Meßelement enthaltenden Vorspannhülse, dadurch gekennzeichnet, di.ß zumindest ein Teil des Stempels (12) mit dem Boden (11) der Vorspannhülse (3) einstückig ist. Druckgeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dr.J?130008/0675
ORIGINAL INSPECTEDder Stempel in axialer Richtung aus mehreren Teilen besteht, wovon mindestens einer in an sich "bekannter Weise durch seinen Wärmeausdehnungskoeffizienten und seine Länge eine Temperaturkompensation ergibt.
Druckgeber nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (.12) zumindest teilweise
rohrförmig ausgebildet ist.Druckgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der enge Spalt (.15» 15') mit einem Medium gefüllt ist, welches geringe Viskosität und gute
Wärmeleitung aufweist.Druckgeber nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel einen unrunden, z.B.
sternförmigen Querschnitt aufweist.130008/0675
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