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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Überwachen von Gleitlagern eines Kurbeltriebes einer Kolbenmaschine mit wenigstens einem Zylinder, dessen Kolben mit einer Kurbelwelle über ein Pleuel antriebsverbunden ist, das in Abhängigkeit vom Arbeitstakt der Kolbenmaschine durch den Kolben im Bereich eines Totpunktes des Kurbeltriebes abwechselnd auf Zug und auf Druck belastet wird, wobei die Lagerspiele als sich mit dem Auftreten eines Lagerschadens ändernder Betriebsparameter über die Lageerfassung wenigstens eines Teils des Kurbeltriebes, vorzugsweise des Kolbens, im Totpunktbereich des Kurbeltriebes wiederholt gemessen und ausgewertet werden.
Da sich bei Gleitlagern im allgemeinen ein Lagerschaden durch einen Temperaturanstieg im Bereich der Lagerlauffläche ankündigt, wurde bereits vorgeschlagen (EP 0 161 644 A2, DD 249 075 A1, DE 196 14 803 A, JP 61 105306 A), die Temperatur im Bereich der Lagerschalen während des Lagerbetriebes zu überwachen, um Lagerschäden frühzeitig erkennen und für entsprechende Gegenmassnahmen Vorsorge treffen zu können. Zu diesem Zweck werden Temperaturfühler in sich teilweise bis in die Lagerschale fortsetzende Bohrungen im Lagerstützkörper eingesetzt, damit die Temperatur möglichst in den gefährdeten Bereichen der Lagerschale erfasst werden kann.
Nachteilig bei diesen bekannten Vorrichtungen zur Temperaturüberwachung im Laufschichtbereich der Lagerschalen ist vor allem, dass die Lagerschalen angebohrt werden müssen, wenn nicht mit längeren, durch die Wärmeleitung bedingten Ansprechzeiten für die Temperaturerfassung gerechnet werden muss. Trotz der Anbohrung der Lagerschalen werden die für eine frühzeitige Erkennung von Lageschäden notwendigen kurzen Ansprechzeiten in jenen Fällen überschritten, in denen der sich durch eine Temperaturerhöhung ankündigende Schaden ausserhalb der unmittelbaren, durch die Lage der Bohrungen für die Temperaturfühler bestimmten Messbereiche liegt. Dies bedeutet, dass örtliche Temperaturerhöhungen im Laufschichtbereich eines Gleitlagers nicht mit der für das frühzeitige Erkennen von Lagerschäden zu fordernden Zuverlässigkeit zeitgerecht erfasst werden können.
Ähnliche Nachteile ergeben sich, wenn nicht die Temperatur im Bereich der Laufschicht, sondern der Schmiermitteldruck im Lagerspalt über eine die Lagerschale durchsetzende Bohrung erfasst wird (JP 11072398 A) oder im Bereich der Messstelle für den Schmiermitteldruck zusätzliche Temperaturfühler vorgesehen werden (EP 0 029 736 A1, JP 57 82742A).
Zur Überprüfung der Gleitlager des Kurbeltriebs einer Kolbenmaschine ausserhalb des Kolbenmaschinenbetriebes ist es darüber hinaus bekannt (US 5814724 A), durch die Anschlussbohrung für die Zündkerze einen sich am Kolben abstützenden Messfühler in den Zylinderkopf einzusetzen, so dass über diesen Messfühler die Lage des Kolbens im oberen und im untern Totpunkt erfasst werden kann. Da im oberen Totpunkt der Abstand des Kolbenbolzens vom Kurbelwellenzapfen aufgrund der Lagerspiele ein Minimum, im unteren Totpunkt aber ein Maximum erreicht, kann aus der Differenz der gemessenen Kolbenlagen bei Kenntnis der geometrischen Abmessungen des Kurbeltriebes die Lagerspiele bestimmt und anhand der erfassten Lagerspiele auf die Betriebsicherheit der Gleitlager geschlossen werden.
Nachteilig bei diesem bekannten Verfahren zum Überwachen der Gleitlager ist allerdings, dass dieses Verfahren nicht während des Betriebes der Kolbenmaschine eingesetzt werden kann, dass die Bestimmung der Lagerspiele von der Genauigkeit der Vorgabe der geometrischen Abmessungen des Kurbeltriebes abhängt und dass Wärmedehnungen nicht berücksichtigt werden können.
Schliesslich ist es bekannt (US 4535624 A), die untere Totpunktlage einer Kolbenmaschine zu überwachen, um eine Schadensmeldung abgeben zu können, wenn der Kolbenweg ein vorgegebenes Mass überschreitet. Diese Überwachung der unteren Totpunktlage des Kolbens einer Kolbenmaschine ist aber ungeeignet, Lagerschäden mit der notwendigen Genauigkeit frühzeitig erfassen zu können, weil mit der Überwachung lediglich der tiefsten Kolbenlage die Lagerspiele in ihrer Grösse nicht bestimmt werden können.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die Gleitlager eines Kurbeltriebes einer Kolbenmaschine mit Hilfe eines Verfahrens der eingangs geschilderten Art so zu überwachen, dass bei laufender Kolbenmaschine die Lagerspiele als sich mit dem Auftreten eines Lagerschadens ändernder Betriebsparameter ausreichend genau erfasst werden können, ohne die geometrischen Abmessungen des Kurbeltriebes zu kennen. Ausserdem sollen die Lagerspiele unabhängig von Wärmedehnungen im Bereich des Kurbeltriebes erfasst werden können.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Lage des für die Lagerspielbestim-
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mung vorgesehenen Teils des Kurbeltriebes in einem Totpunkt des Kurbeltriebes einerseits bei der Druck- und anderseits bei der Zugbelastung des Pleuels gemessen und die Differenz zwischen den Lagen für die Zug- und Druckbelastung ausgewertet wird.
Da das Pleuel des Kurbeltriebes entsprechend dem Arbeitstakt der Kolbenmaschine im Totpunktbereich des Kurbeltriebes durch den Kolben einerseits einer Zugbelastung und anderseits einer Druckbelastung unterworfen wird, können in einem der beiden Totpunkte die Lagerspiele erfasst werden, ohne die geometrischen Abmessungen des Kurbeltriebes zu kennen. Wird das Pleuel einer Zugbelastung unterworfen, so wird die Kolbenlage neben den auftretenden elastischen Dehnungen der Teile des Kurbeltriebes von den Lagerspielen in Richtung der Zugbelastung bestimmt.
Bei einer Druckbelastung des Pleuels über den Kolben ergibt sich im betrachteten Totpunkt des Kurbeltriebes im Bereich der Lagerspiele ein gegensinniger Anschlag der Teile, so dass sich die Kolbenlagen einerseits für die Zugbelastung und anderseits für die Druckbelastung des Pleuels im betrachteten Totpunkt des Kurbeltriebes abgesehen von den ebenfalls gegensinnigen elastischen Verformungen der beteiligten Teile um die Summe der Lagerspiele unterscheiden, was eine ausreichend genaue Überwachung von Lagerspieländerungen zur frühzeitigen Erkennung von Lagerschäden erlaubt. Da lediglich die Differenz der Kolbenlagen erfasst wird, haben wärmebedingte Dehnungen der Teile des Kurbeltriebes keinen Einfluss auf die Genauigkeit der Lagerspielerfassung.
Es braucht wohl nicht besonders hervorgehoben zu werden, dass auch die Pleuellage oder die Lage der Kurbelwelle im entsprechenden Totpunkt des Kurbeltriebes erfasst werden kann, wenn nur die Lager des Pleuelkopfes und der Kurbelwelle bzw. nur die Kurbelwellenlager überwacht werden sollen.
Die Messung der Kolbenlagen bzw. der Lagen des jeweils erfassten Teils des Kurbeltriebes im Totpunkt des Kurbeltriebs wird vorzugsweise berührungslos vorgenommen. Zur Lagebestimmung des Kolbens können - wie für die Lageerfassung anderer Kurbeltriebsteile - unterschiedliche Bezugsgrössen herangezogen werden, weil es lediglich auf die Lage gegenüber dem Zylinder bzw. dem Kurbelgehäuse ankommt. Besonders einfache Konstruktionsverhältnisse ergeben sich allerdings, wenn hiefür in an sich bekannter Weise die pleuelseitige Stirnseite des Kolbens verwendet wird.
Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemässe Verfahren näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 den Kurbeltrieb einer Kolbenmaschine in einer Totpunktstellung des auf Zug belaste- ten Pleuels in einem schematischen Längsschnitt und
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 11-11 der Fig. 1, jedoch in einer Totpunktstellung für das druckbelastete Pleuel.
Von der schematisch angedeuteten Kolbenmaschine, beispielsweise einem Viertaktverbrennungsmotor, ist ein Zylinder 1 mit einem Kolben 2 dargestellt, dessen Kolbenbolzen mit 3 bezeichnet ist. Zwischen dem Kolbenbolzen 3 und einer Kurbelwelle 4 ist ein Pleuel 5 gelagert, dessen Pleuelkopf 6 auf dem Kurbelzapfen 7 der Kurbelwelle 4 gelagert ist. Die Kurbelwelle 4 ist über Gleitlager 8 in einem nicht näher dargestellten Kurbelgehäuse gelagert. Zur Lagerung des Pleuelkopfes 6 auf dem Kurbelzapfen 7 bzw. des Pleuelauges 9 auf dem Kolbenbolzen 3 sind ebenfalls Gleitlager 10 bzw. 11 vorgesehen. Zur besseren Veranschaulichung der für die Erfindung massge-
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net worden, und zwar in der oberen Totpunktlage des sich durch die Kurbelwelle 4 und das Pleuel 5 ergebenden Kurbeltriebs 12.
In der Fig. 1 ist die Kolbenlage im oberen Totpunkt des Kurbeltriebes 12 beim Gaswechsel eines Viertakt-Verbrennungsmotors gezeichnet. Aufgrund der Massenkräfte wird über den Kolben 2 das Pleuel 5 auf Zug beansprucht, wie dies durch den Pfeil 13 in der Fig. 1 angedeutet ist. Dies bedeutet, dass sich die Lagerspiele der Gleitlager 8,10 und 11 in Richtung des Pfeiles 13 summieren, so dass der Kolben 2 seine höchste Lage gegenüber dem Zylinder 1 einnimmt, zumal auch die elastischen Verformungen des Pleuels 5 und der Kurbelwelle 4 eine Kolbenverlagerung im Sinne des Pfeiles 13 bedingen, was jedoch in der Zeichnung nicht berücksichtigt wurde.
Wird in der oberen Totpunktlage des Kurbeltriebs 12 das Gasgemisch im Zylinder 1 gezündet, so wird der Kolben 2 gemäss der Fig. 2 im Sinne des Pfeiles 14 belastet, was eine Druckbelastung des Pleuels 5 mit der Wirkung zur Folge hat, dass die Gleitlager 8,10 und 11 gegensinnig belastet werden und sich daher die Lagerspiele im Sinne einer Verkürzung des Antriebsstranges summieren, was wegen der ebenfalls gegensinnig auftretenden elastischen Verformungen der Teile zu
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einer tiefsten Kolbenlage im Bereich des oberen Totpunktes des Kurbeltriebes 12 führt.
Abgesehen von den elastischen Verformungen, die sich vor allem durch die Dehnung und Stauchung des Pleuels 5 sowie die Durchbiegung der Kurbelwelle 4 ergeben, wird somit die Differenz 15 zwischen der in der Fig. 2 strichpunktiert angedeuteten Kolbenlage für die Zugbelastung und der in vollen Linien gezeichneten Kolbenlage für die Druckbelastung des Pleuels 5 im wesentlichen durch die Summe aller Lagerspiele bestimmt. Tritt im Bereich eines der Gleitlager 8,10, 11 eine progressive Vergrösserung des Lagerspiels auf, die auf die Ermüdung des Lagerwerkstoffes zurückzuführen ist, so macht sich diese Änderung des Lagerspiels eines der Gleitlager 8,10 und 11in einer Vergrösserung der Differenz der Kolbenlagen für die Zug- und Druckbelastung bemerkbar, was eine wesentliche Voraussetzung für eine sichere, rechtzeitige Schadenserkennung schafft.
Zur Überwachung der Gleitlager 8,10 und 11 braucht daher lediglich die Kolbenlage im oberen Totpunkt des Kurbeltriebes 12 erfasst zu werden, indem beispielsweise die Lage der pleuelseitigen Stirnseite 16 über einen berührungslos arbeitenden Lagegeber 17 erfasst und einer Auswerteschaltung 18 zugeführt wird, wie dies in der Fig. 1 angedeutet ist.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zum Überwachen von Gleitlagern eines Kurbeltriebes einer Kolbenmaschine mit wenigstens einem Zylinder, dessen Kolben mit einer Kurbelwelle über ein Pleuel antriebs- verbunden ist, das in Abhängigkeit vom Arbeitstakt der Kolbenmaschine durch den Kolben im Bereich eines Totpunktes des Kurbeltriebes abwechselnd auf Zug und auf Druck be- lastet wird, wobei die Lagerspiele als sich mit dem Auftreten eines Lagerschadens ändern- der Betriebsparameter über die Lageerfassung wenigstens eines Teils des Kurbeltriebes, vorzugsweise des Kolbens, im Totpunktbereich des Kurbeltriebes wiederholt gemessen und ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet,
dass die Lage des für die Lagerspiel- bestimmung vorgesehenen Teils des Kurbeltriebes in einem Totpunkt des Kurbeltriebes einerseits bei der Druck- und anderseits bei der Zugbelastung des Pleuels gemessen und die Differenz zwischen den Lagen für die Zug- und Druckbelastung ausgewertet wird.