CH692868A5

CH692868A5 - Gerät zur Anzeige einer Temparaturdifferenz zwischen einem Messobjekt und einem Vergleichsobjekt sowie Verwendung des Gerätes.

Info

Publication number: CH692868A5
Application number: CH02555/97A
Authority: CH
Inventors: David Stedham
Original assignee: Electrical Eng Co Ltd
Priority date: 1997-11-05
Filing date: 1997-11-05
Publication date: 2002-11-29
Also published as: AU9250198A; WO1999024800A1; DE19881683D2

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Anzeige einer Temperaturdifferenz zwischen einem Messobjekt, insbesondere einem Bauteil eines Verbrennungsmotors, und einem Vergleichsobjekt.

Stand der Technik

Bei Verbrennungsmotoren, insbesondere Grossmotoren, wie Dieselmotoren spielt die Überwachung der einzelnen Bauteile eine bedeutende Rolle. Hierfür sind verschiedene Einrichtungen bekannt, insbesondere solche, die die Temperatur im Motorgehäuse überwachen. Eine solche Einrichtung ist beispielsweise in der PCT/CH 97/00 338 beschrieben. Nachteilig ist es jedoch, dass zwischen einem auf einen Fehler hindeutenden Alarmsignal und dem Zeitpunkt der tatsächlichen Überprüfung eine längere Wartezeit vergeht, bei der sich die Temperaturverhältnisse im Motorgehäuse ausgleichen, sodass keine eindeutigen Schlüsse auf einen Schadensort mehr möglich sind. Das hat zur Folge, dass der Motorbetreiber von einem Fehlalarm ausgeht, den Motor wieder startet und so grössere Schäden verursacht werden können.

Gegenstand der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gerät zu schaffen, das eine Temperaturdifferenz zwischen einem Messobjekt insbesondere einem Bauteil eines Verbrennungsmotors und einem Vergleichsobjekt ermöglicht, um die oben genannten Nachteile zu beseitigen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1. Dadurch, dass das Gerät ein Thermoelement aufweist, welches mittels mindestens einer Messlötstelle mit einem mit dem Messobjekt verbindbaren Basisteil und mittels mindestens einer Nebenlötstelle mit dem der Umgebung des Messobjektes ausgesetzten Vergleichsobjekt verbunden ist, wobei das Thermoelement mit einem Komparator in Verbindung steht, dem ein Anzeiger mit einem Signalsender nachgeschaltet ist, kann das Gerät eine Temperaturdifferenz zwischen einem Messobjekt und dem Vergleichsobjekt und damit ein sich gegenüber der Umgebung plötzlich stärker erwärmendes Messobjekt, beispielsweise einen schadhaften Bauteil, erfassen und damit lokalisieren.

Eine solche Temperaturdifferenz kann sich wie folgt ergeben. Ausgehend von einem thermischen Gleichgewichtszustand, der einem Normalbetriebszustand entspricht, erwärmt sich das Messobjekt, beispielsweise eine überwachte Lagerstelle eines Verbrennungsmotors, und damit gleichzeitig auch die Messlötstelle des Thermoelementes. Die Nebenlötstelle des Thermoelementes ist mit dem vorzugsweise thermisch trägen Vergleichsobjekt verbunden und erwärmt sich dementsprechend langsamer als an der Messlötstelle, wodurch die Temperaturdifferenz im Signalsender angezeigt wird. Daraus ergeben sich entscheidende Vorteile.

Im Normalzustand weisen das Messobjekt und das Vergleichsobjekt die gleiche Temperatur auf, wodurch am Thermoelement keine Temperaturdifferenz vorhanden und somit auch die Thermospannung gleich null ist. Somit wird am Signalsender keine Temperaturdifferenz angezeigt. Dies ermöglicht eine hohe Verstärkung des Messsignals und damit eine grosse Sensorempfindlichkeit. Da keine Absoluttemperatur gemessen werden muss, kann eine einzige Sensorausführung für die verschiedensten Anwendungsfälle verwendet werden. Durch das Null-Signal wird ein sehr geringer Stromverbrauch einer elektrischen Schaltung möglich, da diese erst bei Überschreiten einer bestimmten Thermospannung aktiviert werden muss.

Erwärmt sich ein Messobjekt, beispielsweise ein Lager eines Verbrennungsmotors plötzlich, wie dies in einem Schadensfall gegeben ist, so verharrt das thermisch träge Vergleichsobjekt bei der Umgebungstemperatur und an der Messlötstelle tritt gegenüber der Nebenlötstelle eine Temperaturdifferenz auf, die zur Auslösung eines Signals, in der Regel eines Alarmsignals, am Anzeiger führt, sodass beispielsweise ein schadhafter Bauteil einwandfrei lokalisiert werden kann.

Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 9 beschrieben.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausbildung nach Anspruch 2, wenn zwischen dem Thermoelement und dem Komparator ein Differenzverstärker angeordnet ist, der überdies vorzugsweise regelbar ist, sodass nicht jede Temperaturdifferenz am Thermoelement zu einem Signal führt, sondern ein Sollwert eingestellt werden kann, ab dem ein Signal erzeugt wird.

Gemäss Anspruch 3 ist das Gerät vorzugsweise mit einem Zeitglied, zum Beispiel einem löschbaren Speicher, ausgestattet, um ein ausgesandtes Signal über einen längeren Zeitraum festzuhalten, selbst wenn sich die Temperatur im Thermoelement zwischen der Messlötstelle und der Nebenlötstelle ausgeglichen haben sollten. Damit wird sichergestellt, dass beispielsweise ein Alarmsignal so lange erhalten bleibt, bis der Fehler tatsächlich geortet und behoben ist.

Das Gerät kann vorteilhaft mit einem Rechner gemäss Anspruch 4 ausgestattet sein, der zweckmässigerweise im Anzeiger angeordnet ist und eine Auswertung der Messwerte nach verschiedenen Kriterien ermöglicht. Der Rechner kann das im Anspruch 3 erwähnte Zeitglied beispielsweise als löschbaren Speicher enthalten. Mithilfe eines solchen Rechners können gegebenenfalls auch die Absolutwerte der Temperatur bestimmt werden. Mit einem Rechner können auch die Signalwerte zusätzlich codiert werden, sodass Alarmsignale benachbarter Geräte unterscheidbar sind.

Grundsätzlich kann der Signalsender Signale der verschiedensten Art aussenden, bevorzugt ist jedoch eine Ausbildung nach Anspruch 5, wonach der Signalsender optische Signale aussendet, die gegebenenfalls gepulst sind. Das optische Signal kann durch eine Aufladungs-Blitzlampe erzeugt werden, um eine möglichst hohe Lichtintensität pulsartig zu erzeugen.

Gemäss Anspruch 6 kann der Anzeiger derart ausgestaltet sein, dass er mindestens eine Zusatzinformation aussendet, so beispielsweise eine Information, die das Gerät von benachbarten Geräten unterscheidet. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn mehrere Geräte eingebaut sind, die mit einer gemeinsamen Überwachungsvorrichtung, beispielsweise gemäss der PCT/CH 97/00 338, in Verbindung stehen, welche eine Fernüberwachung ermöglicht. Eine solche Anlage kann beispielsweise zu jedem Gerät Lichtadern führen, um Signale der Signalsender erfassen zu können.

Das Gerät ist gemäss Anspruch 7 vorzugsweise mit mindestens einer Batterie als Energiequelle ausgestattet. Es sind aber auch andere Energiequellen möglich, so beispielsweise gemäss Anspruch 8 eine in einem Magnetfeld angeordnete, äusseren mechanischen Schwingungen ausgesetzte Erregerspule.

Der Anspruch 9 beschreibt eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Gerätes. Der Basisteil des Gerätes kann an den in Motoren üblichen und häufig standardmässig vorhandenen Gewinden befestigt werden. Der Basisteil kann auch mit Befestigungsmöglichkeiten für übliche Temperaturfühler ausgestattet sein.

Der Anspruch 10 beschreibt eine besonders vorteilhafte Verwendung des Gerätes zur Überwachung eines Lagers in einem Verbrennungsmotor. In einem Kompartment eines Dieselmotortrieb raumes gibt es verschiedene mögliche Schadstellen, so bei einem 4-Takter insbesondere die Grundlager einer Kurbelwelle, die Pleuellager, Kolbenbolzen und die Zylinderlauffläche. Bei einem 2-Takter sind es wiederum die Grundlager der Kurbelwelle, die Pleuellager und insbesondere auch der Kreuzkopf des Kolbens. Es genügt dann, zwei oder drei Bauteile eines Kompartments zu überwachen, nämlich das Grundlager und das Pleuellager, wenn das Kompartment bereits durch ein \lnebelüberwachungssystem überwacht wird, dann kann eine effektive Schadstelle leicht lokalisiert werden.

Die Unterscheidung, ob die beobachteten Lichtsignale von einem Grundlager, das fest stehend ist, oder einem Pleuellager, das rotiert, kommen, ist anhand der Signalform ohne weiteres möglich. Die Unterschiede in der Signalform ergeben sich bei identischen Geräten dadurch, dass die Lichtsignale einmal von einem fest stehenden Gerät und einmal von einem mit der Motordrehzahl rotierenden Gerät ausgesendet werden und insofern gepulst sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher beschrieben, dabei zeigen:

Fig. 1 das Schaltschema eines Gerätes;
Fig. 2 ein solches Gerät im Vertikalschnitt; und
Fig. 3 eine Kolben/Kurbelwellen-Anordnung eines Verbrennungsmotors in schematischer Darstellung.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt das Schaltschema eines Gerätes zur Anzeige einer Temperaturdifferenz. Das Gerät enthält ein Thermoelement 2, welches mehrere Messlötstellen 4 aufweist, die mit einem Messobjekt 6 verbindbar sind. Diesen Messlötstellen 4 sind in der entsprechenden Anzahl Nebenlötstellen zugeordnet, die mit einem thermisch trägen Vergleichsobjekt 10 verbunden sind. Das Thermoelement steht über eine Leitung 12 mit einem Schaltkreis 14 in Verbindung.

Der Schaltkreis 14 enthält zunächst einen Differenzverstärker 16 mit einem Regler 18, mit dem die Grösse der Verstärkung eingestellt werden kann. Dem Differenzverstärker ist ein Komparator 20 nachgeschaltet, der das ermittelte Signal mit einem vorzugsweise einstellbaren Sollwert vergleicht. Am Differenzverstärker ist eine Energiequelle 21, vorzugsweise eine Batterie, angeschlossen. Dem Komparator 20 ist schliesslich ein Anzeiger 22 nachgeschaltet, der vorzugsweise einen Rechner enthält und das erhaltene Signal verarbeitet und an einem Signalsender 24 ein entsprechendes Signal auslöst. Der Signalsender 24 arbeitet vorzugsweise optisch.

Die Fig. 2 zeigt den Aufbau des Gerätes. Dieses enthält einen Basisteil 26, welcher ein Anschlussgewinde 28 aufweist, um das Gerät mit einem Gegenstand, d.h. einem Messobjekt, zu verbinden. Am Basisteil 26 sind die Messlötstellen 4 des Thermoelementes 2 angeordnet. Die Nebenlötstellen 8 sind dem thermisch trägen Vergleichsobjekt 10 zugeordnet, welches über eine thermische Isolation 30 vom Basisteil 26 getrennt ist. Die Leitung 12 führt zu Schaltkreis 14, der beispielsweise ebenfalls im Vergleichsobjekt 10 eingebettet ist. Ferner enthält das Gerät Batterien 21 und den Signalsender 24. Die Bauteile sind in einem wärmeisolierenden Gehäuse 32 angeordnet, aus dem praktisch nur das Aussengewinde 28 des Basisteiles 26 sowie der Signalsender 24 herausragen.

Die Fig. 3 zeigt die schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors, der eine Kurbelwelle 34 aufweist, die in Grundlagern 36 der Kompartments 38 gelagert ist. An der Kurbelwelle 34 sind Pleuelstangen 40 von Kolben 42 über Pleuellager 44 angeschlossen. Sowohl die Grundlager 36 als auch die Pleuellager 44 enthalten jeweils Geräte 46, welche die Temperaturen der jeweiligen Lager überwachen und bei einem plötzlichen Anstieg ein Alarmsignal aussenden. Dadurch ist innerhalb eines Kompartments 38 ein fehlerhaftes Lager lokalisierbar.

Bei der Ausnutzung der Temperaturdifferenz ist die Fehleranzeige am wenigsten von spezifischen Eigenschaften eines Motors bzw. speziellen Lagers abhängig. Die Thermospannung des Thermoelementes ist im Normalbetrieb null. Damit ist das Gerät für viele Motoren unabhängig von deren Eigenschaften verwendbar, da keine bestimmte Normaltemperatur zu Grunde gelegt ist, die gemessen werden muss. Aber auch bei der Ausnutzung der Temperaturdifferenz ist ein möglichst tief liegender Grenzwert zu wählen. Temperaturänderungen durch normale Betriebssituationen dürfen keine Alarmsignale auslösen, sondern allenfalls zur Anzeige ihrer Betriebsbereitschaft beim Anfahren eines Motors dienen. Die im Normalbetrieb auftretenden Werte differieren sicher von Motor zu Motor und von Lager zu Lager.

Mithilfe des vorliegenden Gerätes ist es aber ohne weiteres möglich, eine sichere Grenze zwischen Normal- und Schadensfall zu ziehen, da ein entsprechender Schwellenwert bzw. Sollwert für jeden Motor am Gerät selbst auf einfache Weise einstellbar ist.

Bezugszeichenliste

2 Thermoelement
4 Messlötstelle
6 Messobjekt
8 Nebenlötstelle
10 Vergleichsobjekt
12 Leitung
14 Schaltkreis
16 Differenzverstärker
18 Regler
20 Komparator
21 Batterie
22 Anzeiger
24 Signalsender
26 Basisteile
28 Anschlussgewinde
30 thermische Isolation
32 Gehäuse
34 Kurbelwelle
36 Grundlager
38 Kompartment
40 Pleuelstange
42 Kolben
44 Pleuellager
46 Gerät

Claims

1. Gerät zur Anzeige einer Temperaturdifferenz zwischen einem Messobjekt (6), insbesondere einem Bauteil eines Verbrennungsmotors, und einem Vergleichsobjekt (10), dadurch gekennzeichnet, dass es ein Thermoelement (2) aufweist, welches mittels mindestens einer Messlötstelle (4) mit einem mit dem Messobjekt (6) verbindbaren Basisteil (26) und mittels mindestens einer Nebenlötstelle (8) mit dem der Umgebung des Messobjektes (6) ausgesetzten Vergleichsobjekt (10) verbunden ist, wobei das Thermoelement (2) mit einem Komparator (20) in Verbindung steht, dem ein Anzeiger (22) mit einem Signalsender (24) nachgeschaltet ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Thermoelement (2) und dem Komparator (20) ein vorzugsweise regelbarer Differenzverstärker (16) angeordnet ist.

3.

Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Zeitglied zum Halten eines ausgesandten Signals während einer vorzugsweise einstellbaren Zeitspanne aufweist.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Rechner aufweist.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalsender (24) optisch ausgebildet ist.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anzeiger (22) derart ausgebildet ist, dass er mindestens eine Zusatzinformation anzeigt.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es als Energiequelle (21) mindestens eine Batterie aufweist.

8.

Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es als Energiequelle (21) eine in einem Magnetfeld angeordnete, äusseren mechanischen Schwingungen ausgesetzte Erregerspule aufweist.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestandteile des Gerätes unter Freilassung des Basisteils (26) und des Signalsenders (24) in einem vorzugsweise thermisch isolierenden Gehäuse (32) angeordnet sind.

10. Verwendung des Gerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 9 an einem Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät mit einem Lager (36, 44) vorzugsweise Grundlager (36) oder Pleuellager (44) einer Kurbelwelle (34) des Verbrennungsmotors verbunden ist.