CH697582B1

CH697582B1 - Verfahren und Einrichtung zur Steuerung der Zufuhr von Schmiermittel zur Zylinderlauffläche eines Kolbens eines Hubkolbenmotors.

Info

Publication number: CH697582B1
Application number: CH00392/04A
Authority: CH
Inventors: Werner Schaller
Original assignee: Schaller Automation
Priority date: 2004-03-09
Filing date: 2004-03-09
Publication date: 2008-12-15
Also published as: DK200601299A; CN100487230C; WO2005093226A8; JP2007527969A; TW200530492A; TWI338077B; KR101160047B1; DK178428B1; KR20070020218A; WO2005093226A1; CN1926312A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Steuerung der Zufuhr von Schmiermittel zur Zylinderlauffläche (16) eines Kolbens (6) eines Hubkolbenmotors (2), insbesondere eines 2-Takt Hubkolbenmotors. Zur Verbesserung der Steuerung der zuzugebenden Menge des Schmiermittels beobachtet man einen elektrischen Stromdurchgang zwischen Zylinderwand (4) und Kolben (6) und reduziert die Menge der Schmiermittelzufuhr graduell so lange, bis die beobachteten Signale des Stromdurchganges das Abreissen des Schmiermittelfilmes an der Zylinderlauffläche (16) signalisieren, worauf man die Menge der Schmiermittelzufuhr auf einen Wert erhöht, bei dem die beobachteten Signale nicht mehr das Abreissen des Schmiermittelfilmes an der Zylinderlauffläche (16) signalisieren.

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Zufuhr von Schmiermitteln zur Zylinderlauffläche eines Kolbens eines Hubkolbenmotors, insbesondere eines 2-Takt Hubkolbenmotors gemäss Anspruch 1 sowie eine Einrichtung zur Steuerung der Zufuhr von Schmiermittel zur Zylinderlauffläche eines Kolbens eines Hubkolbenmotors gemäss Anspruch 11.

Stand der Technik

[0002] Bei grossen Hubkolbenmotoren, insbesondere 2-Takt Hubkolbenmotoren, wie sie in der Industrie (Diesel-Elektrische Kraftwerke) und insbesondere im Schiffbau zur Anwendung gelangen, besteht das Problem, dass die Zylinderlaufflächen des Kolbens im Zylinder mittels eines separat zugeführten Schmiermittels geschmiert werden müssen.

Bei solchen Hubkolbenmotoren, deren Zylinder beispielsweise eine Grösse bis zu einem Meter und einem Hub bis zu drei Metern aufweisen können, ist es sehr schwierig, die erforderliche Menge des Schmiermittels zu bestimmen. Man stützt sich hier auf Erfahrungswerte ab, die man um 10 bis 20% erhöht, um auf der sicheren Seite zu sein. Bekannte Erfahrungswerte liegen beispielsweise bei 0,2 bis 0,6 g/kWh. Das bedeutet bei einer mittleren Motorenleistung von 30 000 kW einen Tagesverbrauch von 3600 kg. Der Schmiermittelverbrauch stellt somit einen nicht unwesentlichen Unkostenfaktor dar.

[0003] Aus der DE-A 3 338 420 sowie der WO 00/65 205 sind Verfahren und Einrichtungen bekannt, um Schmierstellen grosser Motoren zu überwachen und schon vor Beginn eines Schadens den Abriss der Schmierung anzuzeigen und Gegenmassnahmen einzuleiten.

Die bekannten Verfahren und Einrichtungen beschäftigen sich ausschliesslich mit Wellenlagern. Hinweise auf die Überwachung der Zylinderlaufflächen und einer etwaigen Schmiermittelzufuhr können diesem Stand der Technik nicht entnommen werden.

Darstellung der Erfindung

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Steuerung der Zufuhr von Schmiermitteln zur Zylinderlauffläche eines Kolbens eines Hubkolbenmotors, insbesondere eines 2-Takt Hubkolbenmotors, anzugeben.

[0005] Die Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch:
a) : das Verfahren gemäss Anspruch 1; und
b) :

die Einrichtung gemäss Anspruch 11.

[0006] Dadurch, dass man einen elektrischen Stromdurchgang zwischen der Zylinderwand und dem Kolben beobachtet und die Menge der Schmiermittelzufuhr graduell so lange reduziert, bis ein Störsignal des Stromdurchganges das Abreissen eines Schmiermittelfilmes an der Zylinderlauffläche signalisiert, worauf man die Menge der Schmiermittelzufuhr wieder auf einen Wert erhöht, bei dem das Störsignal verschwunden ist, kann man sich feinfühlig an eine kritische Menge des erforderlichen Schmiermittels herantasten und dadurch die Schmiermittelzufuhr auf den tatsächlich erforderlichen Wert reduzieren.

Dies bedeutet eine erhebliche Einsparung an Schmiermitteln gegenüber den bisherigen Verfahren.

[0007] Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Einrichtung sind in den Ansprüchen 2 bis 10 sowie 12 bis 14 umschrieben.

[0008] Grundsätzlich kann man einen Hubkolbenmotor mit der kritischen Menge eines Schmiermittels betreiben, bei der kein Störsignal mehr auftritt. Vorteilhafter ist es jedoch, wenn man gemäss Anspruch 2 die kritische Menge des Schmiermittels um einen Sicherheitsfaktor erhöht. Es ist auch empfehlenswert, das Verfahren gemäss Anspruch 3 periodisch zu wiederholen. Die besten Ergebnisse erzielt man, wenn man gemäss Anspruch 4 das Verfahren bei Dauerlast des Motors durchführt.

[0009] Das Verfahren lässt sich auf verschiedene Weise realisieren.

Besonders bevorzugt ist die Ausgestaltung gemäss Anspruch 5, wonach man den Stromdurchgang durch Ausnutzen eines durch verschiedene Werkstoffe zwischen Zylinder und Kolben erzeugten Thermostromes beobachtet. Ein solcher Thermostrom entsteht schon bei kleinsten Mikro-Reib-stellen zwischen Zylinderwand und Kolben - noch bevor eine wahrnehmbare Reibschädigung zwischen Kolben und Zylinderlauffläche entsteht - und äussert sich bei einer elektrischen Auswertung als kurzzeitiges, sogenanntes Blitz-Signal.

Vorteilhaft ist hierbei, dass Übergangswiderstände im verwendeten elektrischen Stromkreis bei der Signalauswertung unberücksichtigt bleiben können.

[0010] Andernfalls kann das Verfahren durch Anlegen eines von einer Fremdstromquelle erzeugten elektrischen Stromes gemäss Anspruch 6 unterstützt oder allein durch Fremdstrom ausgeführt werden.

[0011] Fehlerquellen des Verfahrens sind am geringsten, wenn der Stromweg durch den Hubkolbenmotor möglichst kurz ist. Hierzu ist es besonders vorteilhaft, wenn gemäss Anspruch 7 der Stromkreis über die Zylinderwandung, den Kolben und eine Kolbenstange gebildet wird, an welcher ein Kollektor angeordnet ist, welcher an den Stromkreis angeschlossen ist. Vorzugsweise ist der Kollektor durch eine Stopfbuchse gebildet, welche für die Abdichtung des Kurbelraumes gegen die Kolbenunterseite sorgt.

Diese Ausführungsvariante ist insbesondere bei grossen, nach dem 2-Takt-Prinzip arbeitenden Hubkolbenmotoren von Vorteil.

[0012] Falls der Hubkolbenmotor keine Kolbenstange aufweist, sondern der Kolben über eine Pleuelstange mit einer Kurbelwelle verbunden ist, erfolgt der Anschluss des Stromkreises gemäss Anspruch 8 vorteilhafterweise an der Zylinderwand und an der Kurbelwelle.

[0013] Die im Einzelfalle zur Steuerung der Schmiermittelzufuhr geeigneten Werte müssen durch Versuche ermittelt werden, wobei insbesondere auch Störgrössen zu berücksichtigen sind, die durch andere Lagerstellen hervorgerufen werden können.

[0014] Weitere Vorteile ergeben sich durch das Verfahren nach Anspruch 9,

wonach man die Störsignale auf Überschreitung eines vordefinierten Grenzkriteriums für einen beginnenden Reibschaden überwacht und bei Überschreitung des Grenzkriteriums ein Schadensignal auslöst. Insbesondere kann man gemäss Anspruch 10 die Überwachung an jedem Zylinder einer Mehrzylindervorrichtung vornehmen, um den beginnenden Reibschaden einem entsprechenden Zylinder zuzuordnen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0015] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher beschrieben, dabei zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>das Schema eines Hubkolbenmotors, bei dem der Kolben mit einer Kolbenstange versehen ist;

<tb>Fig. 2<sep>das Schema eines Hubkolbenmotors, bei dem der Kolben über eine Pleuelstange mit einer Kurbelwelle verbunden ist.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0016] Die Fig. 1 zeigt das typische Schema eines Hubkolbenmotors 2, bei dem in einem Zylinder 4 ein Kolben 6 auf und ab bewegbar ist. Der Kolben 6 ist an einer Kolbenstange 8 angeordnet, die in einer festen Führung 10 verschieblich gelagert ist. Im gezeigten Beispiel ist die Führung 10 als Stopfbuchse ausgestaltet, welche eine gasmässige Abdichtung zwischen der Unterseite des Kolbens 6 und einem Kurbelraum 11 bildet.

Das untere Ende der Kolbenstange 8 ist über ein mit einem Kreuzkopf 12 versehenes Koppelglied 13 mit einer Kurbelwelle 14 verbunden.

[0017] Zur Überwachung des Schmierfilmes zwischen dem Kolben 6 und der Zylinderlauffläche 16 des Zylinders 4 ist ein Stromkreis 18 vorhanden, bei dem eine Leitung 20 an der Wandung des Zylinders 4 und eine weitere Leitung 22 an der als Kollektor wirkenden Stopfbuchse 10 der Kolbenstange 8 angeschlossen ist. Zu diesem Zweck ist die Stopfbuchse 10 gegenüber der Motormasse elektrisch isoliert. In einer nicht dargestellten weiteren Ausgestaltung ist der Kollektor durch ein gesondertes Kontaktelement, beispielsweise durch eine an der Kolbenstange 8 angeordnete Kohlebürste gebildet.

[0018] Der Stromkreis 18 enthält einen Widerstand 24 und gegebenenfalls eine Stromquelle 26.

Innerhalb des Hubkolbenmotors verläuft der Stromkreis zwischen der Wandung des Zylinders 4 und dem Kolben 6 sowie der Kolbenstange 8 und der Führung 10. Parallel zum Widerstand 24 liegt ein Steuergerät 28, welches Stromdurchgangsänderungen zwischen dem Zylinder 4 und dem Kolben 6 über die Zylinderlauffläche 16 feststellt, die durch ein beginnendes Abreissen des Schmiermittelfilmes an der Zylinderlauffläche 16 auftreten können. Das Steuergerät 28 ist über eine Leitung 30 mit einer Vorrichtung 32 zur Zufuhr von Schmiermittel zur Zylinderlauffläche 16 des Kolbens 6 verbunden.

Hierzu ist eine entsprechende Schmiermittelleitung 34 am Zylinder 4 angeschlossen.

[0019] Zur Ermittlung der erforderlichen Menge an Schmiermittel betreibt man den Hubkolbenmotor 2 zweckmässigerweise bei Dauerlast derart, dass die Schmiermittelzugabe an der Vorrichtung 2 graduell reduziert wird, bis im Stromkreis 18 ein Störsignal auftritt, das das beginnende Abreissen des Schmiermittelfilmes zwischen dem Kolben 6 und dem Zylinder 4 signalisiert. Das Steuergerät 28 erhöht dann die Schmiermittelzufuhr an der Vorrichtung 32 ebenfalls graduell so lange, bis das Störsignal verschwindet. Die dannzumal zugegebene Schmiermittelmenge reicht aus, um den Hubkolbenmotor störungsfrei zu betreiben. Zur Erhöhung der Sicherheit kann diese Menge um einen Sicherheitsfaktor von beispielsweise 5% erhöht werden.

Zweckmässigerweise wird die erforderliche Schmiermittelmenge periodisch in der genannten Weise neu überprüft. Durch geeignete Software kann diese Überwachung und Steuerung vollautomatisch erfolgen.

[0020] Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1, sodass gleiche Bezugszeichen für gleiche Teile verwendet werden. Im Gegensatz zum Hubkolbenmotor 2 der Fig. 1 weist der Hubkolbenmotor 2a der Fig. 2 einen Kolben 6a auf, der über eine Pleuelstange 36 mit einer Kurbelwelle 14a verbunden ist.

Die Funktionsweise entspricht jener der Fig. 1, wobei jedoch der längere Stromweg des Stromkreises 18a über die Pleuelstange 36 und die Kurbelwelle 14a eine grössere Störanfälligkeit beinhaltet, da mehrere Lagerstellen überwunden werden müssen, die zusätzliche Widerstände darstellen.

[0021] Bei mehrzylindrigen Hubkolbenmotoren ist es von Vorteil, wenn an jedem Zylinder ein getrenntes Steuergerät und eine getrennte Einrichtung zur Zuführung von Schmiermittel angeordnet ist, um eine individuelle Schmierung und Überwachung der einzelnen Zylinder zu gewährleisten.

Denkbar wäre auch, dass eine für alle Zylinder gemeinsame Vorrichtung zur Zuführung von Schmiermittel zu den Zylindern vorhanden ist, wobei jedoch die Steuerung von jedem Zylinder einzeln aus erfolgt und die Einrichtung so eingestellt ist, dass die Schmiermittelzufuhr jenem Steuergerät gehorcht, welches die grösste Schmiermittelmenge signalisiert.

[0022] Eine weitere Verwendung der beschriebenen Vorrichtung besteht darin, Triebschäden zwischen Kolben und Zylinder so frühzeitig zu erkennen, dass Kolbenfresser vermieden werden. Zweckmässigerweise überwacht man die Störsignale des Stromdurchganges auf Überschreitung eines vordefinierten Grenzkriteriums, welches für einen beginnenden Triebschaden charakteristisch ist.

Triebschäden sind unter anderem daran erkennbar, dass ein aufgetretenes Störsignal trotz erhöhter Schmiermittelzufuhr nicht zum Verschwinden gebracht werden kann. Alternativ oder ergänzend dazu kann die zeitliche Rate oder die Form von impulsartigen Störsignalen auf Überschreitung vordefinierter, namentlich in Vorversuchen ermittelter Grenzwerte überwacht werden.

Bei Überschreitung des Grenzkriteriums wird ein Schadensignal auslöst, das beispielsweise in einem optischen beziehungsweise akustischen Alarmsignal oder aber in einem Signal zum Abstellen des Motors bestehen kann.

[0023] Zweckmässigerweise wird die oben beschriebene Überwachung an jedem der Zylinder einer Mehrzylindervorrichtung installiert, da auf diese Weise bereits ein beginnender Reibschaden lokalisiert, d.h. einem bestimmten Zylinder zugeordnet werden kann.

Bezugszeichenliste

[0024]
2 : Hubkolbenmotor
2a : Hubkolbenmotor
4 : Zylinder
6 : Kolben
6a : Kolben
8 : Kolbenstange
10 : Führung
11 : Kurbelraum
12 : Kreuzkopf
13 : Koppelglied
14 : Kurbelwelle
14a : Kurbelwelle
16 : Zylinderlauffläche
18 : Stromkreis
18a : Stromkreis
20 : Leitung
22 : Leitung
24 : Widerstand
26 : Fremdstromquelle
28 : Steuergerät
30 : Leitung
32 : Vorrichtung
34 : Schmiermittelleitung
36 : Pleuelstange

Claims

1. Verfahren zur Steuerung der Zufuhr von Schmiermittel zur Zylinderlauffläche eines Kolbens eines Hubkolbenmotors, insbesondere eines 2-Takt Hubkolbenmotors, dadurch gekennzeichnet, dass man einen durch eine Stromquelle in einem Stromkreis erzeugten elektrischen Stromdurchgang zwischen Zylinderwand (4) und Kolben (6, 6a) beobachtet und die Menge der Schmiermittelzufuhr graduell so lange reduziert, bis die beobachteten Signale des Stromdurchganges das Abreissen des Schmiermittelfilmes an der Zylinderlauffläche (16) signalisieren, worauf man die Menge der Schmiermittelzufuhr auf einen Wert erhöht, bei dem die beobachteten Signale nicht mehr das Abreissen des Schmiermittelfilmes an der Zylinderlauffläche (16) signalisieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Menge der Schmiermittelzufuhr um einen vorbestimmten Sicherheitsfaktor über die kritische Menge erhöht, nachdem die beobachteten Signale nicht mehr das Abreissen des Schmiermittelfilmes an der Zylinderlauffläche (16) signalisieren.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Schritte des Beobachtens und des Reduzierens der Menge der Schmiermittelzufuhr und des anschliessenden Erhöhens periodisch wiederholt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man die Schritte des Beobachtens und des Reduzierens der Menge der Schmiermittelzufuhr und des anschliessenden Erhöhens bei Dauerlast des Hubkolbenmotors (2, 2a) durchführt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man den Thermostromdurchgang durch Ausnutzen der thermoelektrischen Spannungsreihe verschiedener Werkstoffe zwischen Zylinder (4) und Kolben (6, 6a) beobachtet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man den Stromdurchgang mindestens teilweise mittels einer Fremdstromquelle (26) erzeugt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Stromkreis (18) über die Zylinderwand (4), den Kolben (6), eine Kolbenstange (8), einen Kollektor (10) an der Kolbenstange (8) sowie einen Widerstand (24) und gegebenenfalls eine Fremdstromquelle (26) bildet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Stromkreis (18a) über die Zylinderwand (4), den Kolben (6a), eine Pleuelstange (36), eine Kurbelwelle (14a) sowie einen Widerstand (24) und gegebenenfalls eine Fremdstromquelle (26) bildet.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man die beobachteten Signale auf Überschreitung eines vordefinierten Grenzkriteriums für einen beginnenden Reibschaden überwacht und bei Überschreitung des Grenzkriteriums ein Schadensignal auslöst.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass man die Beobachtung des Stromdurchganges an jedem der Zylinder eines Mehrzylinderkolbenmotors vornimmt, um den beginnenden Reibschaden einem entsprechenden Zylinder zuzuordnen.

11. Einrichtung zur Steuerung der Zufuhr von Schmiermittel zur Zylinderlauffläche eines Kolbens eines Hubkolbenmotors, insbesondere eines 2-Takt-Hubkolbenmotors, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einem Stromkreis (18, 18a), der mindestens eine Zylinderwand (4) und einen Kolben (6, 6a) eines Hubkolbenmotors (2, 2a) sowie ein Steuergerät (28) beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (28) mit einer Vorrichtung (32) zur Zufuhr von Schmiermittel zur Zylinderlauffläche (16) des Kolbens (6, 6a) verbunden ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromkreis (18) vom Kolben (6) über eine Kolbenstange (8) des Kolbens (6) und einen Kollektor (10) an der Kolbenstange (8) zum Steuergerät (28) verläuft.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor durch eine Stopfbuchse (10) für die Kolbenstange (8) gebildet ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromkreis (18a) vom Kolben (6a) über eine Pleuelstange (36) und eine Kurbelwelle (14a) zum Steuergerät (28) verläuft.