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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Überwachen von Gleitlagern, insbesondere einer Kolbenmaschine, mit einer Druckumlaufschmierung, die eine Druckölleitung und von der Druckölleitung abzweigende Stichleitungen zur Ölversorgung wenigstens eines Gleitlagers aufweist, wobei ein sich mit dem Auftreten eines Lagerschadens ändernder Betriebsparamter wiederholt gemessen und ausgewertet wird.
Zur Überwachung der Gleitlager von Kolbenmaschinen wurde bereits vorgeschlagen (EP 0161644 A2, DD 249075 A1, DE 19614803 A, JP 61105306 A), die Temperatur im Bereich der Lagerschalen während des Lagerbetriebes zu überwachen, um sich durch eine Temperaturerhöhung ankündigende 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 des Lagerstützkörpers eingesetzt.
Nachteilig bei diesen bekannten Vorrichtungen zur Überwachung der Temperatur im Laufschichtbereich ist einerseits, dass die Lagerschalen angebohrt werden müssen, wenn nicht mit längeren, durch die Wärmeleitung bedingten Ansprechzeiten für die Temperaturerfassung gerechnet werden soll, und anderseits, dass trotz der Anbohrung der Lagerschale an mehreren Stellen das Ansprechverhalten zu träge ist, wenn der sich durch eine Temperaturerhöhung ankündigende Schaden ausserhalb der unmittelbaren, durch die Lage der Bohrungen für die Temperaturfühler bestimmten Messbereiche liegt. Ähnliche Nachteile ergeben sich, wenn 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 0029736 A1, JP 5782742A).
Da gegen das Ende der Lagerlebensdauer hin aufgrund der beginnenden Materialermüdung des Laufflächenwerkstoffes im Laufflächenbereich Risse auftreten, die zu einer örtlichen Verformung der Lauffläche und in weiterer Folge zu einem vermehrten metallischen Kontakt zwischen Lager und Welle führen, wurde auch schon vorgeschlagen, die dadurch bedingte Änderung des elektrischen Übergangswiderstandes zwischen Welle und Lager zur Überwachung eines Gleitlagers heranzuziehen. Der hiefür erforderliche messtechnische Einsatz ist jedoch aufwendig.
Zur Überwachung der Gleitlager eines Kurbeltriebes ist es ausserdem bekannt (AT 003 351 U2) einen Sensor zur Aufnahme des niederfrequenten hydraulischen Schmieröldruckes vorzusehen, so dass aus diesem Messsignal Anzeichen für eine mangelhafte Schmierölversorgung und/oder Schmierung erkannt werden können.
Mit Hilfe der Erfassung des niederfrequenten Schmieröldruckes lassen sich allerdings nur die jeweiligen Betriebszustände des Gleitlagers überwachen, nicht aber Aussagen über die Lebensdauer ableiten. Ähnliches gilt, wenn der durch den Ölstrom über die Gleitlager beeinflusste elektrische Widerstand in einer Brückenschaltung ausgewertet wird, um die Schmierbedingungen der Lager zu überwachen (DE 280 6 875 A1). Überschreitet der von der Exzentrizität der Welle bezüglich des Gleitlagers und damit von der Durchflussmenge abhängige elektrische Widerstand einen vorgegebenen Schwellwert, so bedeutet dies eine mangelhafte Schmierung, was jedoch noch keinen Rückschluss auf die Lebensdauer des Lagers zulässt.
Zur Abschätzung der Lagerbelastungen ist es ausserdem bekannt (JP 05-202 930 A), aus der Öltemperatur und der Ölmenge die Reibenergie zu berechnen, die ebenfalls keine Aussage über die Lebensdauer des Lagers erlaubt. Schliesslich ist es bekannt (JP 61-149 611 A), die Mischreibung beim Betrieb eines Gleitlagers dadurch zu verhindern, dass über den Ölzuführdruck für den Wellenzapfen eine entsprechende Auftriebskraft sichergestellt wird. Zur Regelung des Ölzuführdruckes wird der Öldruck und die Öldurchflussmenge gemessen. Diese Parameter geben jedoch lediglich den augenblicklichen Betriebszustand ohne Rückschluss auf die Lebensdauer des Lagers wieder.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, Gleitlager, insbesondere von Kolbenmaschinen, mit einem vergleichsweise geringen Aufwand zu überwachen, ohne an den Gleitlagern selbst Massnahmen zur Erfassung eines sich mit dem Auftreten eines Lagerschadens ändernden Betriebsparameters treffen zu müssen.
Ausgehend von einem Verfahren zur Überwachung von Gleitlagern der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Öldurchflussmengen und/oder die Öldrücke in den Stichleitungen gemessen und zeitliche Änderungen dieser auf den jeweiligen Öldruck bzw. die jeweilige Öldurchflussmenge bezogenen Betriebsparameter für die Lagerüberwachung ausgewertet werden.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die durch die beginnende Ermüdung des Lauf-
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schichtwerkstoffes bedingte örtliche Laufflächenverformung, die zu einem Verschleissanstieg führt, im Zusammenwirken mit einer zugleich auftretenden Temperaturerhöhung bei einer entsprechenden dynamischen Lagerbelastung ein sich progressiv vergrösserndes Lagerspiel nach sich zieht.
Diese Lagerspielvergrösserung wirkt sich bei vorgegebenem Schmieröldruck auf die Öldurchflussmenge bzw. bei einer gegebenen Öldurchflussmenge auf den Öldruck aus, so dass durch die Erfassung der Öldurchflussmenge und/oder des Öldrucks in einer Stichleitung das über diese Stichleitung mit Schmieröl versorgte Gleitlager bzw. die an diese Stichleitung angeschlossene Gleitlagergruppe hinsichtlich einer beginnenden Ermüdung des Laufschichtwerkstoffes in einfacher und wirkungsvoller Weise überwacht werden kann. Da der Ölbedarf eines Lagers im Vergleich zum Lagerspiel progressiv ansteigt, kann über die Messung der Öldurchflussmengen und/oder der Öldrücke in den Stichleitungen die beginnende Ermüdung des Laufflächenwerkstoffes eines der angeschlossenen Gleitlager frühzeitig erkannt werden.
Die auftretenden Änderungen hinsichtlich der Öldurchflussmengen bzw. der Öldrücke müssen allerdings auf den jeweiligen Öldruck bzw. auf die jeweilige Öldurchflussmenge, also auf die jeweiligen Förderbedingungen des Schmieröls, bezogen werden, um Fehlauswertungen zufolge von Schwankungen des Förderdruckes bzw. der Fördermenge ausschliessen zu können.
Damit Anderungen der Öldurchflussmengen bzw. der Öldrücke in den Stichleitungen in einfacher Weise auf sich ankündigende Lagerschäden der über diese Stichleitungen mit Schmieröl versorgten Gleitlager zurückgeführt werden können, können die Änderungen der Öldurchflussmengen und/oder der Öldrücke in den einzelnen Stichleitungen miteinander verglichen werden.
Da davon auszugehen ist, dass Lagerschäden vereinzelt und nicht gleichzeitig auftreten, können durch einen Vergleich der sich im Bereich einer Stichleitung ergebenden Änderungen der Öldurchflussmenge bzw. des Öldrucks mit den entsprechenden Messwerten für die anderen Stichleitungen das gesamte Schmiersystem betreffende Änderungen hinsichtlich der Schmierölförderung einfach berücksichtigt werden, so dass nur von diesen Gesamtänderungen abweichende Erhöhungen der Öldurchflussmenge bzw. des Druckabfalls in einer Stichleitung zur Lagerüberwachung herangezogen werden.
Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemässe Verfahren zum Überwachen von Gleitlagern näher erläutert, und zwar wird eine Druckumlaufschmierung für eine Verbrennungskraftmaschine in einem schematischen Blockschaltbild gezeigt.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt die Kurbelwelle 1 eines Verbrennungsmotors, von dessen sechs Zylindern lediglich ein Kolben 2 angedeutet ist. Dieser Kolben 2 ist wie die übrigen Kolben über ein Pleuel 3 mit der Kurbelwelle 1 verbunden. Der Pleuelkopf 4 ist in herkömmlicher Weise auf einem Kurbelzapfen 5 gelagert, und zwar mit Hilfe eines Gleitlagers 6. Das Gleitlager zur Lagerung des Pleuelauges 7 auf dem Kolbenbolzen 8 ist mit 9 bezeichnet. Die Kurbelwelle 1 selbst ist über Gleitlager 10 in einem nicht näher dargestellten Kurbelgehäuse gelagert, dessen Ölwanne das Bezugszeichen 11 trägt. Die Gleitlager 10,6 und 9 des Kurbeltriebes werden über eine Druckumlaufschmierung 12 mit Schmieröl versorgt.
Diese Druckumlaufschmierung 12 umfasst eine Ölpumpe 13, die Schmieröl aus dem Ölsumpf 14 der Ölwanne 11 ansaugt und über ein Filter 15 in eine Druckölleitung 16 fördert, von der Stichleitungen 17 zur Ölversorgung der jeweils gruppenweise hinsichtlich des Schmierölflusses aufeinanderfolgenden Gleitlager 10,6 und 9 abzweigen. Das über die Stichleitungen 17 den Gleitlagern 10,6 und 9 zugeführte Schmieröl wird in der Olwanne 11des Kurbelgehäuses gesammelt und im Kreislauf wieder den Gleitlagern zugeführt.
Um die Gleitlager 10,6 und 9 des Kurbeltriebes in einfacher Weise überwachen zu können, sind in den Stichleitungen 17 Messeinrichtungen 18 vorgesehen, mit deren Hilfe jeweils die Öldurchflussmenge in herkömmlicher Weise entweder durch eine Direktmessung oder über eine Differenzdruckmessung bestimmt wird. Die Messergebnisse werden an eine Auswerteschaltung 19 weitergeleitet, der auch der über einen Druckgeber 20 ermittelte Schmieröldruck in der Öldruckleitung 16 zugeführt wird, um Druckschwankungen in der Öldruckleitung 16 bezüglich der Durchflussmengenmessung in den einzelnen Stichleitungen 17 berücksichtigen zu können.
Da bei einer üblichen Schmierölversorgung mit einem vorgegebenen Öldruck die durch die Stichleitungen 17 geförderte Ölmenge wesentlich von den Lagerspielen der Gleitlager 10,6 und 9 mitbestimmt wird, können Änderungen hinsichtlich dieser Lagerspiele über die Messeinrichtungen 18 erfasst werden. Der Umstand, dass die beginnende Ermüdung des Lagerwerkstoffes mit einer Vergrösserung des Lagerspiels einhergeht, kann somit über die Erfassung der Öldurchflussmengen
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in den Stichleitungen 17 für die Überwachung der durch die Stichleitungen 17 jeweils mit Schmieröl versorgten Gleitlager 10,6 und 9 ausgenützt werden.
Durch einen Vergleich der mit Hilfe der Messeinrichtungen 18 erfassten Durchflussmengen in den einzelnen Stichleitungen 17 können unter Berücksichtigung allfälliger Druckschwankungen in der Öldruckleitung 16 jene Erhöhungen des Durchflusses bestimmt werden, die auf einen beginnenden Lagerschaden schliessen lassen.
Gemäss dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind auch die Gleitlager 21 für die Nockenwelle 22 des Verbrennungsmotors an die Druckumlaufschmierung 12 angeschlossen. Es erübrigt sich wohl die Erwähnung, dass auch die Gleitlager 21 durch entsprechende Messeinrichtungen 18 in den Stichleitungen 23 zu ihrer Versorgung mit Schmieröl entsprechend überwacht werden können.
Wird bei der Druckumlaufschmierung 12 nicht der Schmieröldruck, sondern die Schmierölmenge vorgegeben, so kündigt sich ein beginnender Lagerschaden aufgrund des sich vergrösserenden Lagerspiels durch einen entsprechenden Druckabfall an. In einem solchen Fall muss in den Stichleitungen 17 bzw. 23 der Schmieröldruck gemessen werden.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zum Überwachen von Gleitlagern, insbesondere einer Kolbenmaschine, mit einer Druckumlaufschmierung, die eine Druckölleitung und von der Druckölleitung abzwei- gende Stichleitungen zur Ölversorgung wenigstens eines Gleitlagers aufweist, wobei ein sich mit dem Auftreten eines Lagerschadens ändernder Betriebsparamter wiederholt ge- messen und ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Öldurchflussmengen und/oder die Öldrücke in den Stichleitungen gemessen und zeitliche Änderungen dieser auf den jeweiligen Öldruck bzw. die jeweilige Öldurchflussmenge bezogenen Betriebspa- rameter für die Lagerüberwachung ausgewertet werden.