AT505371A2 - Druckkammer und verfahren zu deren optischer überwachung - Google Patents

Description

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Druckkammer und Verfahren zu deren optischer Überwachung

Beschreibung 5 Die Erfindung betrifft eine Druckkammer mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur optischen Überwachung einer Druckkammer bzw. einer Brennkammer mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Verfahrensanspruchs. Für die Optimierung von unter hohem Druck ablaufenden Prozessen ist in vie-10 len Fällen eine optische Überwachung unumgänglich. Dies betrifft insbesondere die Optimierung von motorischen Verbrennungsprozessen und chemischen Reaktionen, die zur Überwachung und Kontrolle optisch zugänglich gemacht werden müssen. Die optische Überwachung wird jedoch dadurch erschwert, dass die unter hohem Druck ablaufenden Prozesse in der Regel in einem Druckbehälter oder in einem Brennraum 15 stattfinden. An die Dimensionierung und Festigkeit der Druckbehälter und Brennräume werden hohe Anforderungen gestellt, da diese durch die im Inneren vorherrschenden hohen Druckkräfte erheblich belastet werden.

Stand der Technik 20 Um einen Hochdruckprozess optisch zugänglich zu machen, muss zumindest ein Teil der Wandung des Druckbehäiters bzw. Brennraums aus einem optisch durchlässigen Medium ausgeführt sein. Hierdurch entsteht ein sog. „optisch zugänglicher Druckbehälter" bzw. ein „optisch zugänglicher Brennraum“. Zur Anwendung kommt hierfür meist Quarzglas, das aus reinstem Siliziumdioxid besteht. Eine derartige Fens-25 teranordnung an einer Brennraumwand geht bspw. aus der DE 43 20 943 A1 hervor.

Eine Brennkraftmaschine mit transparentem Zylindermantel geht weiterhin aus der GB 1 345 279 A hervor. Um einen ungestörten Blick auf den bewegten Kolben und die Verbrennungsvorgänge zu gewährleisten, weist die Brennkraftmaschine keine herkömmliche Kolbenschmierung auf, ist aber in ihrer übrigen Bauausführung an bekannte ·· · ···· ι· ·· ···· • · ·· ····· ·

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Konstruktionen angelehnt. Ein metallischer Zylinderkopf ist über mehrere Gewindestehbolzen mit dem Kurbelgehäuse verschraubt, wodurch gleichzeitig der transparente Zylindermantel aus Glas verspannt ist.

Da die Temperaturdehnung des Motorenbauteile aus Stahl um ein Vielfaches 5 (ca. um den Faktor 20) höher ist als die von Quarzglas, müssen bei der Konstruktion der optisch transparenten Motorenteile die unterschiedlichen Ausdehnungen berücksichtigt werden, da die ansonsten auftretenden Temperaturspannungen im spannungsempfindlichen Glas zu Problemen führen können.

Ein weiteres praktisches Problem besteht in der Ablagerung von Verbrennungs-10 rückständen an allen Oberflächen der Brennräume, wodurch die transparenten Abschnitt nach sehr kurzer Zeit einen Belag aufweisen, der die optische Qualität reduziert bzw. weitere Beobachtungen unmöglich macht. Ab einem bestimmten Verschmutzungsgrad des Glases muss ein Versuch unterbrochen und das Glas gereinigt werden, um die Transparenz wieder herzustellen. 15

Aufgabenstellung

Ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Druckkammer zur Verfügung zu stellen, bei der unterschiedliches Temperaturdehnungsverhalten verschiedener Wandbauteile zu keinen Problemen führen. 20 Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, Reinigungszeiten von Druck- und

Brennkammern im Interesse von möglichst kurzen Unterbrechungen von Versuchsabläufen weitgehend zu minimieren.

Diese Ziele der Erfindung werden mit den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche erreicht. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich 25 aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.

Eine Druckkammer mit den Merkmalen des Anspruchs 1, die einen Mantelbereich und einen druckfest mit dem Mantelbereich verspannten Kopfbereich umfasst, ist dadurch charakterisiert, dass zumindest ein erster Abschnitt des Mantelbereichs mittels fluidischem Druck gegen den Kopfbereich und/oder gegen weitere Abschnitte des 30 Mantelbereichs verspannt ist. Auf diese Weise kann zum einen ein definierter Vor- ♦· ···· ·· ♦ ♦♦·♦ «· • · · · ·#··· ·

P-500218-DE ··· · · « ·· · • · · ♦··♦·· • · · · ·· e ·· ··· *· · # ·« · -3- spanndruck gewährleistet werden, der unter allen Betriebsbedingungen aufrecht und weitgehend konstant gehalten werden kann. Zum anderen können hierdurch Temperaturschwankungen und unterschiedliche Temperaturdehnungsverhalten jeweils unterschiedlicher miteinander verspannter Materialien kompensiert werden. 5 Der mittels fluidischem Druck verspannte erste Abschnitt des Mantelbereichs kann insbesondere ein ringförmiger Abschnitt des hohlzylindrisch geformten Mantelbereichs sein. Die erfindungsgemäße Druckkammer kann somit weitgehend jede denkbare Ausführungsvariante einer Druckkammer, einer Brennkammer, eines Motorbrennraums o. dgl. sein, wobei die Wand- bzw. Kammerbauteile aus unterschiedlichen Mate-10 rialien bestehen können, die u.U. stark unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten bei Temperaturschwankungen haben können.

Die erfindungsgemäße Druckkammer hat insbesondere dann wesentliche Vorteile, wenn der fluidisch verspannte erste Mantelbereichsabschnitt zumindest teilweise optisch transparent ist. Für derartig optisch transparente Wandbauteile von Druck-15 kammern oder Brennkammern werden insbesondere Mineralglasabschnitte bzw. Glasringe verwendet, so dass die erwähnten Vorteile besonders dann zum Tragen kommen, wenn der fluidisch verspannte erste Mantelbereichsabschnitt Glas, insbesondere Mineralglas bzw. Quarzglas aufweist bzw. vollständig aus Mineralglas bzw. Quarzglas besteht. 20 Bei sog. Transparentmotoren, bei denen Teile einer Zylindermantelfläche aus

Glas gebildet sind, werden Zylinderkopf und Zylindermantel üblicherweise mittels Stahlschrauben mit dem Motorgehäuse verschraubt. Die unterschiedlichen Temperaturdehnungen der Stahlschrauben und des Quarzglases (astahi = 21 - aouarzgias) führen zu schwankenden Schraubenvorspannkräften, die unmittelbar von der Betriebstemperatur 25 abhängig sind. Die Vorspannkräfte sind bei niedrigen Temperaturen (z.B. Raumtemperatur) am höchsten und sinken mit steigender Betriebstemperatur ab. Die Schraubenvorspannung ist bei der Montage so zu wählen, dass auch bei hohen Betriebstemperaturen die durch unterschiedliche Temperaturdehnungen verringerte Vorspannkraft ausreicht, um den Brennraum abzudichten. Die im Betrieb des Motors nicht mehr beein-30 flussbare Schraubenvorspannkraft führt bei geringer Betriebstemperatur zu hoher axialer Druckkraft auf die Zylindermantelfläche, die bei einem Transparentmotor zumindest abschnittsweise durch einen Glasring gebildet ist. Bei der erfindungsgemäßen Druckkammer wird nun der Glasring nicht mehr über die herkömmlichen Spannschrauben

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-4- mit dem Zylinderkopf verspannt, sondern über einen fluidisch erzeugten Vorspanndruck. Die Verspannung kann wiederum gegen den Zylinderkopf erfolgen, ist jedoch von der mechanischen Vorspannung der herkömmlichen Zylinderkopfspannschrauben entkoppelt. 5 Um dies zu realisieren, kann bspw. vorgesehen sein, dass der fluidisch ver spannte erste Mantelbereichsabschnitt bzw. der Glasring an einem weiteren bzw. zweiten, linear verschiebbaren Abschnitt des Mantelbereichs anliegt. Dieser weitere bzw. zweite verschiebbare Abschnitt des Mantelbereichs ist erfindungsgemäß mit fluidisch Druck betätigbar und linear in Richtung des Kopfbereichs verschiebbar. Der zweite 10 Abschnitt des Mantelbereichs kann bei einem Verbrennungsmotor insbesondere ein Teil des Zylinders sein, der den Glasring gegen den Zylinderkopf verspannt.

Eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass bei vom Kopfbereich entferntem verschiebbarem zweiten Abschnitt des Manteibereichs der gegen den Kopfbereich verspannte erste Abschnitt des Mantelbereichs von innen zugänglich 15 ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass bei vom Kopfbereich entferntem verschiebbarem zweiten Abschnitt des Mantelbereichs der gegen den Kopfbereich verspannte erste Abschnitt des Mantelbereichs lösbar und entnehmbar ist. Um den Glasring an seiner brennraumseitigen Fläche von Verbrennungsrückständen reinigen zu können, ist mit der vorliegenden Erfindung ein Zugang zwischen Glasring und Zylin-20 derkopf bzw. zwischen Glasring und Zylindermantel geschaffen, ohne dass der Zylinderkopf oder Teile des Motors demontiert werden müssen. Während bei den herkömmlichen Transparentmotoren für derartige Reinigungen der Motor teilweise demontiert und bei der Montage aufwändig justiert werden muss, kann bei der erfindungsgemäßen Druckkammer durch einfache Absenkung des Fluiddrucks ein Zugang zum Glas-25 ring geschaffen bzw. dieser vom Motor demontiert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet die Druckkammer einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, wobei der Kopfbereich einen Zylinderkopf, der erste Mantelbereichsabschnitt ein optisch durchlässiges Fenster unterhalb des Zylinderkopfe und der fluidisch betätigbare zweite Mantelbereichsab-30 schnitt einen Teil eines Zylindermantels bildet. Bei einer solchen Anwendung der Erfindung werden deren Vorteile besonders deutlich, da bei herkömmlichen Transparentmotoren die motorische Verbrennung bisher noch nicht bei hohen Brennraumdrücken untersucht werden kann, da die Belastbarkeit des Quarzglases nicht ausreicht. Daher ·· ··♦· ·· * ··♦· «·

P-500218-DE • · ·· ····· · • · · ····· t • · · ♦····· • · ♦ ♦ · · # · ·· ·· ··· ·· ·· ·· · -5- können die bekannten Transparentmotoren bisher optisch nur im Teillastbereich untersucht werden. Die Untersuchung des Volllastbereichs, bei hohen Brennraumdrücken, war bisher aufgrund der begrenzten Belastbarkeit bzw. Festigkeit des Quarzglases noch nicht möglich. Die Belastbarkeit des Glases durch den Brennraumdruck wurde 5 durch die Schraubenvorspannkräfte wesentlich reduziert. Auch die Reinigung des Glases erforderte bei herkömmlichen Transparentmotoren eine aufwändige Demontage des Zylinderkopfs sowie der gesamten Peripherie (Einlass- und Auslasskanäle, Messtechnik, Kraftstoffversorgung etc.) oder das Absenken des Zylindermantels mit jeweils anschließender aufwändiger Einstellung der Schraubenvorspannung. Hierdurch wur-10 den die Versuchsabläufe lange unterbrochen, wobei auch eine unerwünschte Abkühlung des Motors erfolgte.

Diese Nachteile können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nunmehr allesamt zufrieden stellend beseitigt werden, da der fluidische Vorspanndruck auch bei Temperatur- und Druckänderungen der Druckkammer bzw. im Brennraum aufrechter-15 halten werden kann und insbesondere weitgehend konstant gehalten werden kann. Beim Absenken des Zylindermantels, auf dem der Glasring aufliegt, kann der Glasring wahlweise von innen gereinigt oder von seiner Auflagefläche entnommen werden. Die anschließende Justierung erfolgt vorzugsweise durch eine entsprechende Passung sowie durch die Druckbeaufschlagung mit einstellbarem fluidischem Druck, so dass 20 unter allen Betriebsbedingungen konstante Einbauverhältnisse und Druckwerte für den empfindlichen Glasring gewährleistet werden können.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass der erste Mantelbereichsabschnitt über Zwischenscheiben auch bei Temperaturdehnungen spielfrei zwischen zweitem Mantelbereichsabschnitt und Kopfbereich geklemmt bleibt. 25 Diese Zwischenscheiben können bspw. aus geeignetem Kunststoff wie PTFE o. dgl. bestehen, die bei sich ausdehnenden Metallteilen für eine spielfreie Klemmung des Glasrings sorgen können.

Als Druckfluid kommt bspw. Gas in Frage, insbesondere Luft. Wahlweise kann das Druckfluid auch eine Flüssigkeit sein, wobei die Druckflüssigkeit wahlweise auch 30 zum Abtransport von unerwünscht hohen Temperaturspitzen sorgen kann, die auf den Zylindermantel einwirken. Durch geschickte Anordnung von Kühlkanälen kann die Druckflüssigkeit bspw. gleichzeitig als Kühlflüssigkeit fungieren. t* ·«+♦ • t · ···· ·· • · ·· ····· ·

P-500218-DE • · · ··«·· « • · · ······ • · · · ·· » · · # ·· ··· ·· ·· ·· · -6- Für die optisch transparenten Bereiche der Brennkammer kann vorzugsweise Mineralglas, insbesondere Quarzglas eingesetzt werden, da dieses Material günstige optische Eigenschaften und gleichzeitig die erforderlichen mechanischen Festigkeitswerte sowie eine ausreichende Temperaturbeständigkeit aufweist. Der optisch transpa-5 rente Bereich der Druckkammer kann wahlweise als umlaufender Ring der Brennraummantelfläche ausgebildet sein. Alternativ kann der transparente Bereich nur einen Teilumfang der Brennkammer bzw. des Druckraums überdecken und bspw. als Fenster in einem metallischen Ring ausgebildet sein.

Ein drittes Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Überwachung von 10 Druck- und Brennkammern zur Verfügung zu stellen, das über längere Zeit möglichst störungsfrei und unter weitgehend konstanten Versuchsbedingungen ablaufen kann.

Dieses Ziel wird mit dem Gegenstand des unabhängigen Verfahrensanspruchs erreicht. Das erfindungsgemäße Verfahren zur optischen Überwachung einer Druckkammer bzw. einer Brennkammer, die einen Mantelbereich und einen druckfest mit 15 dem Mantelbereich verspannten Kopfbereich umfasst, und die eine Fensteranordnung in bzw. an einem Mantelbereichsabschnitt mit einem optisch transparenten Bereich aufweist, dessen innere Oberfläche einen Teil der Brennraumwand bildet, sieht vor, dass zumindest ein erster Abschnitt des Mantelbereichs mittels fluidischem Druck gegen den Kopfbereich und/oder gegen weitere Abschnitte des Mantelbereichs verspannt 20 wird. Der weitere bzw. zweite Mantelbereichsabschnitt kann durch fluidische Druckbeaufschlagung linear gegen den Kopfbereich verschoben werden. Dies hat den Vorteil, dass der erste Mantelbereichsabschnitt bei linear vom Kopfbereich weg geschobenem zweiten Mantelbereichsabschnitt von innen zugänglich und/oder entnehmbar wird. Hierdurch kann der erste Mantelbereichsabschnitt, der insbesondere ein Glasring sein 25 kann, problemlos zugänglich und kann zu Reinigungs- oder Wartungszwecken entnommen werden.

Die Vorspannkraft bei der erfindungsgemäßen Anordnung bzw. beim erfin-dungsgemäßen Verfahren wird durch den Druck des Druckfluids eingestellt. Grundsätzlich kann als Druckfluid jede geeignete Flüssigkeit zum Einsatz kommen, bspw. ein 30 geeignetes Hydrauliköl. Ein Druckminderungsventil kann in Verbindung mit einem Druckspeicher in der Hydraulik für einen konstanten und von der Betriebstemperatur unabhängigen Öldruck und damit für eine konstante Vorspannkraft auf den Glasring ·· ··*· ·· · ··»· ·· • · ·♦ ·····

P-500218-DE • · · · · 4 ·· • · · ·*···· -7- und ebenso für die Abdichtung zwischen Glasring und Zylinderkopf sorgen. Somit wird die axiale Belastung des Glases durch die Vorspannkraft bei allen Betriebstemperaturen minimal gehalten. Der Glasring kann, im Gegensatz zu einem stark vorgespannten Glasring, höheren Brennraumdrücken standhalten. 5 Mittels eines Hydraulikventils kann das öl oder das Druckfluid aus dem Druck raum abgelassen werden, wodurch der bewegliche Teil des Zylindermantels nach unten gefahren wird und den Zugang zum Glasraum für die Reinigung freigibt. Durch die Beaufschlagung des Hydraulikzylinders mit Drucköl wird der bewegliche Teil des Zylindermantels wieder nach oben gefahren. Der zur Reinigung unterbrochene Motorenver-10 such kann bereits nach sehr kurzer Unterbrechungszeit und ohne größere Verzögerungen infolge einer Vorspannkrafteinstellung fortgesetzt werden.

Die Vorrichtung und das Verfahren ermöglichen die Untersuchung von motorischen Verbrennungsvorgängen bei höheren Brennraumdrücken als bisher, da die Entstehung axialer Temperaturspannungen im Glasring weitestgehend verhindert wird. 15 Ferner können Reinigungszeiten reduziert werden. Zudem wird eine Beschädigung des

Glases aufgrund zu hoch eingestellter Vorspannkräfte bei unsachgemäßer Montage verhindert. Da bei herkömmlichen Transparentmotoren teurere Gläser bei unsachgemäßer Montage zerstört wurden, können die Kosten durch die Erfindung verringert werden. 20 Die vorliegende Erfindung ist grundsätzlich in allen Bereichen der optischen

Beobachtung, Überwachung und Analyse von Prozessen anwendbar, die bei hohen Drücken ablaufen. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass die Erfindung nicht nur zur Beobachtung von Verbrennungsvorgängen in Brennkammern von Verbrennungskraftmaschinen geeignet ist, sondern generell zur optischen Zugänglichmachung von 25 unter Hochdruck ablaufenden Prozessen in Druckkammern der verschiedensten Bauart. Während ein typischer Brennraumdurchmesser einen Wert von ca. 100 mm aufweisen kann, lassen sich aufgrund der besser kontrollierbaren Glaseigenschaften bei deutlich kleineren Druckkammern auch höhere Brennraumdrücke realisieren. Weiterhin kann eine Halbierung des inneren Durchmessers des zu beobachtenden Druckraums 30 auf ca. 50 mm mit einer ungefähren Halbierung der Belastung der mechanischen Teile durch den Brennraumdruck, insbesondere der transparenten Wände der Druckkammer, einhergehen. Der wesentliche Effekt bei einer Verkleinerung der Druckkammer liegt in der Reduzierung der Belastung auf das Glas durch den Innendruck. Ein Neben-

P-500218-DE ·· • ···« ·· ·· ·· • · • · ·· • • • • · • · • · ·· • · • • • • · • • -8- effekt liegt in der Erhöhung der zulässigen Belastbarkeit des Glases, der u.a. auch auf der geringeren Wahrscheinlichkeit von Fehlstellen und Gefügefehlern bei geringeren Baugrößen beruht.

Deutlich kleinere Druckräume können bspw. in der chemischen Prozesstechnik 5 zur Anwendung kommen. Die Erfindung lässt sich zudem nicht nur mit Ringen und Fenstern aus Glaswerkstoffen anwenden, sondern auch mit Bauteilen aus anderen Werkstoffen, die jedoch vorzugsweise optisch durchlässig sind. Wahlweise kann die Form der optisch durchlässigen Bauteile auch von der beispielhaft erwähnten Ringform abweichen. 10

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Teile in den Figuren sind grundsätzlich mit gleichen Bezugsziffem bezeichnet und werden 15 daher teilweise nicht mehrfach erläutert. Es soll zudem an dieser Stelle betont werden, dass das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel zum Verständnis der Erfindung beitragen soll, keinesfalls jedoch einschränkend für den Erfindungsgedanken zu verstehen ist.

Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsvariante einer 20 erfindungsgemäßen Druckkammer.

Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Variante der erfindungsgemäßen Anordnung in betriebsfertigem Zustand.

Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Variante gemäß Fig. 2 in einem Wartungszustand. 25 Die schematische Schnittdarstellung der Fig. 1 zeigt eine Druckkammer 10 am

Beispiel eines Brennraums 12 einer Verbrennungskraftmaschine, die einen Mantelbereich 14 und einen druckfest mit dem Mantelbereich 14 verspannten Kopfbereich 16 aufweist. Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist ein Mantelbereichsabschnitt 18 mittels fluidischem Druck gegen den Kopfbereich 16 verspannt. Im gezeigten Ausfüh-30 rungsbeispiel, das im Wesentlichen auf einen an sich bekannten Brennraum 12 Bezug ·· * ··*· ·♦ ·· ···· • · ·· · · · # · · P-500218-DE ί ί ί *. I ! .**. .* • · · · · t ·· · · ·· ··· ·· »« t« · -9- nimmt und auch dessen Bezeichnungen verwendet, bildet der untere Bereich des Mantelbereichs 14 einen Teil des Zylinders 20, der nach unten hin in ein Kurbelgehäuse eines Motorblocks (nicht dargestellt) mündet. Der mittels fluidischem Druck gegen den Kopfbereich 16 verspannte Mantelbereichsabschnitt 18 bildet im gezeigten Ausfüh-5 rungsbeispiei den oberen Teil des Zylinders 20, der nachfolgend auch als beweglicher Teil des Zylindermantels bzw. als Laufbüchse 22 bezeichnet wird. Diese Laufbüchse 22 besteht üblicherweise aus Metall, bspw. aus Gusseisen oder aus einer Leichtmetalllegierung. Sie kann jedoch auch aus einer geeigneten Stahllegierung gefertigt sein und ggf. mit Kühlkanälen (nicht dargestellt) zur Wärmeabfuhr der Verbrennungswärme ver-10 sehen sein.

Zwischen dem Mantelbereichsabschnitt 18 bzw. der Laufbüchse 22 und dem Kopfbereich 16, der nachfolgend vereinfacht als Zylinderkopf 24 bezeichnet wird, ist ein ringförmiger Abschnitt 26 des Mantelbereichs angeordnet, der mittels der Laufbüchse 22 von unten gegen den Zylinderkopf 24 verspannt ist. Der ringförmige Ab-15 schnitt 26 wird in vorliegender Beschreibung auch als .erster Mantelbereichsabschnitt“ 26 bezeichnet, während die Laufbüchse 22 in diesem Zusammenhang als weiterer bzw. als .zweiter Mantelbereichsabschnitt“ 18 bezeichnet wird. Der ringförmige Abschnitt 26 kann gemäß vorliegender Erfindung insbesondere als transparenter Ring bzw. als Glasring 28 ausgebildet sein, wodurch ein sog. Transparentmotor gebildet 20 wird, dessen Verbrennungsvorgänge sich von außen beobachten lassen, bspw. mittels einer in Fig. 1 angedeuteten Kamera 30.

Zwischen Zylinder 20 und Laufbüchse 22 ist ein Druckreservoir 32 gebildet, das mit Druckfluid 34 aus einem Speichervorrat beaufschlagbar ist, wobei der Druck des Druckfluids so einstellbar ist, dass die Laufbüchse 22 und der Glasring 28 mit definier-25 tem und konstantem Druck gegen den Zylinderkopf 24 gedrückt und verspannt sind.

In einer ersten, einfachsten Variante der erfindungsgemäßen Druckkammer 10 ist die Laufbüchse 22 sowie der Glasring 28 lediglich gegen den Zylinderkopf 24 verspannt, wobei aufgrund des von unten auf die Laufbüchse 22 wirkenden fluidischen Drucks unter allen Betriebsbedingungen und auch bei wechselnden Temperaturen und 30 Brennraumdrücken konstant gehalten werden kann. Insbesondere für den druckempfindlichen Giasring 28 können auf diese Weise definierte und konstante Druckwerte gewährleistet werden, so dass keine mechanischen Beschädigungen zu befürchten sind. Während bei herkömmlichen Transparentmotoren der Zylinderkopf über die Zy- ♦♦ *t··

P-500218-DE ·· · ·«·« »· • · ·♦ · · · « · · • · · · · · ·· # • · ♦ ·«···· • · f · « · m 9 ·· -10- linderkopfschrauben den Zylindermantel mitsamt dem darauf aufsitzenden Glasring verspannt, so dass bei steigenden Temperaturen mit den einhergehenden Temperaturdehnungen auch die Vorspannkraft für den Zylinderkopf und den Glasring reduziert wird, kann bei der erfindungsgemäßen Druckkammer mit Hilfe des fluidischen oder 5 hydraulischen Vorspanndrucks die Vorspannkraft für die miteinander verspannten Teile weitgehend konstant gehalten werden, auch wenn hohe Brennraumdrücke und hohe Verbrennungstemperaturen auftreten.

Anhand der Figuren 2 und 3 wird eine besonders bevorzugte Variante der erfindungsgemäßen Druckkammer sowie ein Verfahren zur stark vereinfachten Wartung 10 der transparenten Teile beschrieben. Dabei zeigt die Fig. 2 in einer schematischen Schnittdarstellung die erfindungsgemäße Anordnung in betriebsfertigem Zustand, während die schematische Schnittdarstellung der Fig. 3 die Variante gemäß Fig. 2 in einem Wartungszustand verdeutlicht.

Wie bereits anhand der Fig. 1 verdeutlicht, ist der Glasring 28 zwischen Zylin-15 derlaufbüchse 22 und Zylinderkopf 24 verspannt, solange das Druckreservoir 32 zwischen unterem Absatz 36 der Laufbüchse 22 und dem entsprechenden Absatz 38 des Zylinders 20 mit dem Druckfluid 34 mit definiertem Druck beaufschlagt ist. In diesem betriebsfertigen Zustand kann die Brennkammer betrieben und die stattfindenden Verbrennungsvorgänge von außen durch den transparenten Glasring 28 beobachtet 20 werden.

Zusätzliche Scheiben 40 und 42 dienen zur besseren Zentrierung des Glasrings 28 sowie zu dessen zuverlässiger Fixierung auch bei unterschiedlichen Temperaturdehnungen des Glasrings 28 und der angrenzenden Bauteile, nämlich Zylinderkopf 24 oberhalb und Zylinderiaufbüchse 22 unterhalb des Glasrings 28. Die obere Scheibe 40 25 ist in einer entsprechenden ringförmigen Ausnehmung im Zylinderkopf 24 eingefügt und kann dort ggf. zusätzlich fixiert sein. Die untere Scheibe 42 kann von gleicher Größe und Abmessungen wie die obere Scheibe 40 sein. Sie liegt in einer entsprechend passenden Aufnahme an der oberen Stirnfläche der Zylinderiaufbüchse 22 und kann dort ebenfalls zusätzlich fixiert sein. Als Material für die Scheiben 40 und 42 eignet sich 30 bspw. PTFE oder ein anderer geeigneter Kunststoff, der ausreichend temperatur- und druckfest sein muss, um den vorgesehenen Einsatzzweck zu erfüllen. Da sich die metallischen Teile 24 und 22 bei steigender Temperatur wesentlich stärker ausdehnen als der Glasring 28, könnte dieser locker werden, was durch die Scheiben 40 und 42 zu- ···· ·· • « <ι ·· ···· P-500218-DE verlässig verhindert wird. Zusätzlich können die Scheiben 40 und 42 als Dichtungsscheiben dienen, da die unmittelbare Materialpaarung Glas-Metall die Gefahr birgt, bei längerem Betrieb Undichtigkeiten zu zeigen.

Bei entspanntem Druckreservoir 32 entsprechend Fig. 3 ist die als linear ver-5 schiebbarer Zylinder fungierende Laufbüchse 22 nach unten verschoben, wodurch der auf der oberen Stirnfläche aufliegende Glasring 28 vom Zylinderkopf 24 getrennt ist. Der Glasring 28 ist nun von innen zugänglich und kann gereinigt werden. Er kann jedoch auch problemlos vom Motor entnommen werden, so dass er noch effektiver gereinigt werden kann. Dies kann in sehr kurzer Zeit erfolgen, so dass der Transparent-10 motor kaum abkühlt. Zudem werden die Versuchsreihen während eines solchen Reinigungsvorganges nur kurz unterbrochen.

Um den Glasring 28 nach dem Absenken der Laufbüchse 22 jederzeit problemlos von seinem Platz entnehmen zu können, sind die Zylinderstehboizen 44, mit denen der Zylinderkopf 24 starr mit dem Zylinder 20 bzw. mit dem Motorblock verschraubt ist, 15 zweckmäßigerweise ausreichend beabstandet, wie dies anhand der Figuren 2 und 3 lediglich angedeutet ist.

Die weiteren Teile, die in den Figuren 2 und 3 unterhalb der Zylinderlaufbüchse 22 angeordnet sind, stellen eine optional vorhandene Spiegelanordnung 46 dar, die nicht zwingend vorhanden sein muss und die mit der vorliegenden Erfindung in keinem 20 unmittelbaren Zusammenhang steht. Derartige Spiegelanordnungen sind aus dem Stand der Technik bekannt, bspw. aus dem Dokument WO 95/00833 A, so dass auf eine nähere Erläuterung an dieser Stelle verzichtet werden kann.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger 25 Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein. Die Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Gedanken Gebrauch machen und deshalb ebenfalls in den Schutzbereich fallen.

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Bezugszeichenliste 10 Druckkammer 12 Brennraum 5 14 Mantelbereich 16 Kopfbereich 18 Mantelbereichsabschnjtt 20 Zylinder 22 Laufbüchse 10 24 Zylinderkopf 26 ringförmiger Abschnitt 28 Glasring 30 Kamera 32 Druckreservoir 15 34 Druckfluid 36 Absatz 38 Absatz 40 obere Scheibe 42 untere Scheibe 20 44 Zylinderstehbolzen 46 Spiegelanordnung

Claims (17)

1. P-500218-DE ·· • ·«*· ·· ·· «··« • · • · • • · • · • • · • • • · ·· • • » • » • · • • -13- Patentansprüche 1. Druckkammer, die einen Mantelbereich und einen druckfest mit dem Mantelbereich verspannten Kopfbereich umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zumin- 5 dest ein erster Abschnitt (26) des Manteibereichs mittels fluidischem Druck ge gen den Kopfbereich (16) und/oder gegen weitere Abschnitte (18) des Mantelbereichs verspannt ist.
2. 2. Druckkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mittels fluidischem Druck verspannte erste Abschnitt (26) des Mantelbereichs ein ringför- 10 miger Abschnitt des hohlzylindrisch geformten Mantelbereichs ist.
3. 3. Druckkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der flui-disch verspannte erste Mantelbereichsabschnitt (26) zumindest teilweise optisch transparent ist.
4. 4. Druckkammer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der fluidisch 15 verspannte erste Mantelbereichsabschnitt (26) Glas, insbesondere Mineralglas bzw. Quarzglas aufweist.
5. 5. Druckkammer nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der fluidisch verspannte erste Mantelbereichsabschnitt (26) an einem weiteren bzw. zweiten, linear verschiebbaren Abschnitt (18) des Mantel- 20 bereichs anliegt.
6. 6. Druckkammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere bzw. zweite verschiebbare Abschnitt (18) des Mantelbereichs mit fluidisch Druck betätigbar und linear in Richtung des Kopfbereichs (16) verschiebbar ist.
7. 7. Druckkammer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei vom 25 Kopfbereich (16) entferntem verschiebbarem zweiten Abschnitt (18) des Man telbereichs der gegen den Kopfbereich (16) verspannte erste Abschnitt (26) des Mantelbereichs von innen zugänglich ist. ·· ···· P-500218-DE ·· · ···· Μ • · ·· · · # f I · • · · ··*·· · • · · ·· ·«· - 14-
8. 8. Druckkammer nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei vom Kopfbereich (16) entferntem verschiebbarem zweitem Abschnitt (18) des Mantelbereichs der gegen den Kopfbereich (16) verspannte erste Abschnitt (26) des Mantelbereichs lösbar und entnehmbar ist.
9. 9. Druckkammer nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Druckkammer (10) einen Brennraum (12) bildet, wobei der Kopfbereich (16) einen Zylinderkopf (24), der erste Mantelbereichsabschnitt (26) ein optisch durchlässiges Fenster (28) unterhalb des Zylinderkopfe (24) und der fluidisch betätigbare zweite Mantelbereichsabschnitt (18) einen Teil ei-10 nes Zylindermantels bildet.
10. 10. Druckkammer nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der fluidische Vorspanndruck auch bei Temperatur- und Druckänderungen in der Druckkammer (10) bzw. im Brennraum (12) aufrechterhalten, insbesondere weitgehend konstant bleibt.
11. 11. Druckkammer nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der erste Mantelbereichsabschnitt (26) über Zwischenscheiben (40, 42) auch bei Temperaturdehnungen spielfrei zwischen zweitem Mantelbereichsabschnitt (18) und Kopfbereich (16) geklemmt bleibt.
12. 12. Druckkammer nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekenn- 20 zeichnet, dass das Druckfluid (34) ein Gas, insbesondere Luft ist.
13. 13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckfluid (34) eine Flüssigkeit ist.
14. 14. Verfahren zur optischen Überwachung einer Druckkammer bzw. einer Brennkammer, die einen Mantelbereich und einen druckfest mit dem Mantelbereich 25 verspannten Kopfbereich umfasst, und die eine Fensteranordnung in bzw. an einem Mantelbereichsabschnitt mit einem optisch transparenten Bereich aufweist, dessen innere Oberfläche einen Teil der Brennraumwand bildet, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erster Abschnitt (26) des Mantelbereichs mittels fluidischem Druck gegen den Kopfbereich (16) und/oder gegen weitere 30 Abschnitte (18) des Mantelbereichs verspannt wird. P-500218-DE - 15-
15. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der fluidische Vorspanndruck auch bei Temperatur- und Druckänderungen in der Druckkammer (10) bzw. im Brennraum (12) aufrechterhalten, insbesondere weitgehend konstant bleibt.
16. 16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere bzw. zweite Mantelbereichsabschnitt (18) durch fluidische Druckbeaufschlagung linear gegen den Kopfbereich (16) verschoben werden kann.
17. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mantelbereichsabschnitt (26) bei linear vom Kopfbereich (16) weg geschobenem zweitem Mantelbereichsabschnitt (18) von innen zugänglich und/oder entnehmbar wird.