DE102019101049A1

DE102019101049A1 - Lagerschale eines Lagers eines drehenden Bauteils eines Motors, System mit dem drehenden Bauteil, Körperschalldetektor und Lager mit Lagerschale sowie Verfahren zum Bestimmen des Verschleißes eines Lagers

Info

Publication number: DE102019101049A1
Application number: DE102019101049.7A
Authority: DE
Inventors: Horst Weidele; Thomas Kottke; Christian Immeke; Miroslav Marinovic
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2019-01-16
Filing date: 2019-01-16
Publication date: 2020-07-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagerschale (100) oder dergleichen abnutzungbehaftetes Lagerelement eines Lagers eines drehenden Bauteils (1100), vorzugsweise eines Motors (1000), vorzugsweise eine Lagerschale (100) eines Grundlagers (1200) eines drehenden Bauteils eines Motors, insbesondere einer Kurbelwelle (1300) oder einer Nockenwelle, vorzugsweise für eine Brennkraftmaschine, wobeidie Lagerschale oder dergleichen abnutzungbehaftetes Lagerelement zum Lagern des drehenden Bauteils aufweist:- einen Grundkörper (130) der Lagerschale, insbesondere aus Stahl, und- eine dem drehenden Bauteil zugwandte abnutzungbehaftete Gleitschicht (140), die dafür ausgebildet ist, dass das drehende Bauteil an dieser lagernd gleitet, und- an einer von dem drehenden Bauteil abgewandten Seite der abnutzungbehafteten Gleitschicht und von eine dieser unterscheidbaren Zwischenschicht (120). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass- die Zwischenschicht ein geordnetes Muster (150) mit einer, insbesondere regelmäßig, angeordneten Anzahl von Strukturelementen (110) aufweist, wobei- ein Strukturelement (110) des Musters (150) dazu ausgebildet ist, bei Verschleiß der abnutzungbehafteten Gleitschicht (140) bis zum Strukturelement (110), an dem drehenden Bauteil des Motors zu reiben, und aufgrund der Reibung des drehenden Bauteils an dem Strukturelement (110) ein Körperschall (160) am Grundkörper (130) zu erzeugen, derart, dass- die Anzahl der Strukturelemente (110) ein dem geordneten Muster (150) zugeordnetes Akustik-Merkmal (170) erzeugen, das detektierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lagerschale oder dergleichen abnutzungsbehaftetes Lagerelement eines Lagers eines drehenden Bauteils, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, vorzugsweise eine Lagerschale eines Grundlagers eines drehenden Bauteils eines Motors, insbesondere einer Kurbelwelle oder einer Nockenwelle, vorzugsweise für eine Brennkraftmaschine. Die Lagerschale oder dergleichen abnutzungbehaftetes Lagerelement zum Lagern des drehenden Bauteils, insbesondere des Motors, weist auf: einen Grundkörper der Lagerschale, insbesondere aus Stahl, und eine dem drehenden Bauteil zugewandte abnutzungbehaftete Gleitschicht, die dafür ausgebildet ist, dass das drehende Bauteil an dieser lagernd gleitet, und an einer von dem drehenden Bauteil abgewandten Seite der abnutzungbehafteten Gleitschicht und von dieser unterscheidbaren Zwischenschicht.
Das Prinzip wird anhand einer Lagerschale eines Motors als ein maßgebliches abnutzungsbehaftetes Lagerelement eines Lagers für ein drehendes Bauteil eines Motors einer Brennkraftmaschine dargestellt. Ein Motor einer Brennkraftmaschine basiert grundsätzlich auf der Umwandlung einer von einer Expansion hervorgerufenen Hubbewegung in eine rotatorische Antriebsbewegung. Die Expansion wird in der Regel durch eine Verbrennung hervorgerufen. Auf diese Weise kann chemische Energie eines Kraftstoffes in mechanische Energie umgewandelt werden. Durch stetig steigende Anforderungen an Motorleistung, Effizienz und kompakte Bauweise bei Motoren steigen gleichzeitig die Motorrandbedingungen. Unter anderem durch höher werdende, in den Zylindern der Motoren wirkende Mitteldrücke, ergeben sich gesteigerte Belastungen auf die Motorkomponenten wie beispielsweise Kolben, Pleuel, Kolbenbolzen und Kurbelwelle und insbesondere auch auf die eingesetzten Lager zur Lagerung vorstehender Motorkomponenten.
Insbesondere die Grundlager der Kurbelwelle, die Lager der Nockenwelle, aber auch die Kolben- und Pleuelbolzenlagerung zur drehbeweglichen Verbindung von Pleuelstange und Kolben, unterliegen hohen Beschleunigungen und Kräften. Eine effektive, verschleißresistente Lagerung der Stellen, an denen eine Relativbewegung zwischen Kurbelwelle und Motorgrundkörper, zwischen Nockenwelle und Motorgrundkörper, aber auch zwischen Kolbenbolzen und Pleuelstange stattfindet, ist daher von großer Bedeutung. Vorrichtungen zum Lagern dieser Komponenten sind allgemein bekannt.
Allgemein werden Lager eines drehenden Bauteils eines Motors, insbesondere aber die Grundlager der Kurbelwelle, die Lager der Nockenwelle als Gleitlager ausgeführt. Diese Lagerart kann aber beispielsweise auch zur drehbeweglichen Verbindung von Pleuelstange und Kolben eingesetzt werden. Im Gleitlager haben die beiden sich relativ zueinander bewegenden Teile direkten Kontakt. Insbesondere kann es zu Festkörper-/ Mischreibung kommen - vor allem beim Start eines Betriebs des Lagers bzw. des Motorbetriebs. Im laufenden Betrieb bzw. Motorbetrieb bildet sich ein hydrodynamischer Schmierfilm. Die sich relativ zueinander bewegenden Teile, insbesondere Lagerschale oder dergleichen abnutzungsbehaftetes Lagerelement und drehendes Bauteil gleiten aufeinander gegen den durch Gleitreibung verursachten Widerstand. Dieser kann niedrig gehalten werden durch Wahl einer reibungsarmen Materialpaarung, durch Schmierung oder durch Erzeugen eines Schmierfilms, der die beiden Kontaktflächen voneinander trennt. Wenn sich die beiden Teile berühren, das heißt bei Festkörperreibung, was bei den meisten verwendeten Gleitlagern der Fall ist, entsteht in den Kontaktflächen Verschleiß, der die Lebensdauer begrenzt.
In Gleitlagern mit Festkörperreibung werden in der Regel reibungsarme Werkstoffpaarungen verwendet. Mitunter hat einer der beiden Partner, beispielsweise die Gleitschicht, eine sogenannte „Selbstschmierungs-Eigenschaft“, beispielsweise ein mit Blei oder Zinn legierter Werkstoff, ein Kunststoff wie PTFE oder dergleichen. Der zweite Partner, beispielsweise die Kurbelwelle, ist zumeist aus Stahl.
Da die meisten Gleitlagertypen verschleißbehaftet sind und somit einer begrenzten Lebensdauer unterliegen, wäre es wünschenswert, die (Rest-)Lebensdauer eines Lagers, bevorzugt im laufenden Betrieb, zuverlässig vorhersagen zu können. Bei einem sogenannten „Festfressen“ des Lagers, das heißt, bei einem vollständigen, unbemerkten Aufzehren der Gleitschicht, droht ein katastrophaler Schaden an dem betreffenden Motor oder dergleichen Brennkraftmaschine. Vor diesem Hintergrund offenbart AU 577 689 B2 ein Verfahren zur Detektion des Verschleißes eines Gleitlagers. Hierzu ist vorgesehen, eine Zwischenschicht zwischen einem Grundkörper der Lagerschale und der Gleitschicht, an welcher das drehende Bauteil lagernd gleitet, einzubringen. Diese Zwischenschicht ist zudem aus einem anderen Material gefertigt als der Grundkörper beziehungsweise die Gleitschicht, insbesondere gefertigt aus Silber oder Gold. Sobald die Gleitschicht des Gleitlagers lokal oder vollumfänglich verschlissen ist, beginnt der Abrieb der Zwischenschicht. Gemäß dem Verfahren reichern sich nun abgeriebene Partikel der Zwischenschicht im Schmieröl des Lagers an, wobei diese Partikel dann detektiert werden können, beispielsweise mittels massenspektroskopischer Messverfahren, und somit auf den Zustand des Lagers geschlossen werden kann.
Dieses Konzept ist noch verbesserungswürdig hinsichtlich der konstruktiven Ausgestaltung der eingesetzten Zwischenschicht - eine einfache, umlaufende Zwischenschicht im Gleitlager beziehungsweise eine zufällige Verteilung einzelner Messpunkte, bestehend aus lokal in die Gleitschicht eingebrachten Silber- oder Goldelementen und das dort genannte Analyseverfahren lassen nur begrenzt und mittelbar verlässliche Rückschlüsse auf den tatsächlichen Abnutzungsgrad, die Abnutzungsgeschwindigkeit oder auch auf einen in Umfangsrichtung unterschiedlichen Verschleiß des Lagers zu. Wünschenswert wäre es somit, mittels einer entsprechend ausgestalteten Zwischenschicht direkt verlässliche Rückschlüsse auf den tatsächlichen Abnutzungsgrad, die Abnutzungsgeschwindigkeit oder auch auf einen in Umfangsrichtung unterschiedlichen Verschleiß des Lagers zu erhalten. Insbesondere sollte nicht nur auf einen in Umfangsrichtung ungleichmäßigen Verschleiß des Gleitlagers geschlossen werden, sondern auch in verbesserter Weise zuverlässig auf die Verschleißgeschwindigkeit. Ebenso wäre vorteilhaft bei Einsatz von mehreren Lagern auf einer Welle zu erkennen welches Lager verschließen ist.
An dieser Stelle setzt die vorliegende Erfindung an, deren Aufgabe es ist, eine verbesserte Lagerschale eines Lagers eines drehenden Bauteils eines Motors anzugeben, insbesondere derart, dass direkt verlässliche Rückschlüsse auf den tatsächlichen Abnutzungsgrad, die Abnutzungsgeschwindigkeit oder auch auf einen in Umfangsrichtung unterschiedlichen Verschleiß des Lagers erhalten wird, vorzugsweise mittels eines einfacheren und insbesondere lokalen Messverfahrens auf einerseits einen in Umfangsrichtung ungleichmäßigen Verschleiß des Gleitlagers und andererseits, in verbesserter Weise auf eine vorliegende Verschleißgeschwindigkeit geschlossen werden kann.
Die Aufgabe betreffend die Vorrichtung wird durch die Erfindung mit einer Lagerschale eines Lagers eines drehenden Bauteils eines Motors gemäß des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung geht aus von einer Lagerschale eines Lagers eines drehenden Bauteils wie z.B. einer Achse, vorzugsweise der Achse eines Motors, besonders vorzugsweise eines Grundlagers eines drehenden Bauteils eines Motors, insbesondere einer Kurbelwelle oder einer Nockenwelle, vorzugsweise für eine Brennkraftmaschine.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Zwischenschicht der Lagerschale ein Muster mit einer Anzahl von Strukturelementen aufweist,, insbesondere ein geordnetes oder ungeordnetes Muster mit einer, insbesondere regelmäßig oder unregelmäßg, angeordneten Anzahl von Strukturelementen aufweist, wobei ein Strukturelement des Musters dazu ausgebildet ist, bei Verschleiß der abnutzungbehafteten Gleitschicht bis zum Strukturelement an dem drehenden Bauteil des Motors zu reiben, und aufgrund der Reibung des drehenden Bauteils an dem Strukturelement ein Körperschall am Grundkörper zu erzeugen, derart, dass die Anzahl der Strukturelemente ein dem Muster zugeordnetes, geordnetes Akustik-Merkmal erzeugen, das detektierbar ist.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass es zur Bestimmung des Verschleißes eines Gleitlagers vorteilhaft ist, Körperschall am Grundkörper eines Lagers zu detektieren und daraus Rückschlüsse zu ziehen auf den Zustand des Lagers, anstatt aufwendige Materialkonzentrationsanalysen im Schmieröl des betreffenden Lagers durchzuführen. Eine Schmierölanalyse erlaubt zudem nur eine Verschleißbetrachtung von ganzen Lagergruppen, da in der Regel nicht für jedes Lager ein eigener Ölkreislauf vorgesehen ist. Körperschall kann dem gegenüber grundsätzlich an beliebigen Lagern des eingesetzten Motors gemessen werden und somit auf den individuellen Zustand eines jeden Lagers geschlossen werden, sofern sich das detektierte Akustik-Merkmal von den Grundgeräuschen des Motors hinreichend unterscheidet.
Hierzu hat die Erfindung erkannt, dass es besonders vorteilhaft ist, in der Zwischenschicht der Lagerschale ein Muster, insbesondere geordnetes Muster, mit einer regelmäßig angeordneten Anzahl von Strukturelementen vorzusehen. Bei hinreichendem Verschleiß der abnutzungbehafteten Gleitschicht beginnt eine Anzahl an Strukturelementen an dem drehenden Bauteil des Motors zu reiben und erzeugt auf diese Weise am Grundkörper des Lagers ein der Anzahl der Strukturelemente des Musters der Zwischenschicht zugeordnetes, geordnetes Akustik-Merkmal, welche gegenüber den Grundgeräuschen des Motors detektierbar sind. Somit hat die Erfindung vorteilhaft erkannt, dass ein Muster, insbesondere geordnetes Muster, mit einer regelmäßig angeordneten Anzahl von Strukturelementen geeignet ist, über das erzeugte Akustik-Merkmal direkt verlässliche Rückschlüsse zu ermöglichen, nicht nur auf den grundsätzlichen Verschleiß des Gesamtlagers, sondern auf Fragen nach dem zeitlichen Verlauf des Verschleißprozesses sowie auf Fragen des homogenen Verschleißes eines individuellen Lagers des Motors in Umfangsrichtung.
Die Erfindung hat zudem weiter erkannt, dass die Verschleißanalyse eines Lagers mittels der Detektion von Körperschall besonders kostengünstig und insbesondere in situ, während des laufenden Betriebs des Motors erfolgen kann. Eine Schmierölanalyse mittels Massenspektroskopie erzwingt dem gegenüber zusätzliche Service-Intervalle und ist insbesondere aufgrund des apparativen Mehraufwands mit signifikant höheren Kosten verbunden.
Die Erfindung führt im Rahmen der Aufgabenstellung auch auf ein System zum Bestimmen des Verschleißes des Lagers, aufweisend ein drehendes Bauteil eines Motors, ein Körperschalldetektor und ein Lager mit Lagerschale entsprechend dem Konzept der Erfindung gemäß des Anspruchs 21.
Bei dem System ist vorteilhafterweise vorgesehen, das durch das Muster der Anzahl an Strukturelementen am drehenden Bauteil erzeugte Akustik-Muster mittels eines Körperschalldetektors zu messen. Ein Körperschalldetektor ist ohne hohen konstruktiven Aufwand und somit kostengünstig an einem oder mehreren der relevanten Lager des Motors anzubringen und erlaubt eine zuverlässige Detektion und Beobachtung von Verschleißprozessen im betreffenden Lager.
Weiterhin ist bei dem System vorgesehen, dass das dem Muster zuzuordnende, detektierbare Akustik-Merkmal mittels eines Filters herausgefiltert wird. Hier ergibt sich der Vorteil, dass von dem Muster, insbesondere geordneten Muster, mittels der regelmäßig angeordneten Anzahl von Strukturelementen erzeugte Akustik-Merkmal, wiederum mittels vergleichsweise einfacher elektronischer Schaltungen, problemlos vom Grundgeräusch des Motors separiert und nachfolgend detektiert werden kann.
Die Erfindung führt im Rahmen der Aufgabenstellung weiterhin auch auf ein Verfahren zum Bestimmen des Verschleißes eines Lagers gemäß des Anspruchs 23.
Bei dem Verfahren wird auf vorteilhafte Weise, insbesondere durch Einbringung eines Körperschalldetektors zur Detektion von Akustik-Merkmalen, welche erzeugt werden mittels eines Musters von Strukturelementen in der Zwischenschicht durch Reibung am bewegten Bauteil, der Verschleiß eines Lagers bestimmt. Vorteilhaft sind somit Aussagen über den Verschleiß des Lagers und dessen zeitliche Entwicklung möglich. Zudem kann ungleichmäßiger Verschleiß in Umfangsrichtung des Lagers erkannt werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Anzahl der Strukturelemente, abhängig vom Verschleiß der abnutzungbehafteten Gleitschicht, ein dem Muster zugeordnetes, geordnetes Akustik-Merkmal erzeugen, das detektierbar ist. Konkret bedeutet dies insbesondere, dass vorgesehen ist, dass sich das erwartete Akustik-Merkmal ändert, abhängig vom Verschleiß der abnutzungbehafteten Gleitschicht aufgrund nicht vorhandener beziehungsweise einsetzender und dann fortschreitender Reibung der Strukturelemente am drehenden Bauteil des Motors. Es ist somit möglich, die zeitliche Entwicklung des Verschleißes des Lagers im laufenden Betrieb zu beobachten, um dieses gegebenenfalls rechtzeitig aber nicht vorzeitig zu ersetzen.
Insbesondere ist weiterbildend vorgesehen, dass die Zwischenschicht unmittelbar an der abnutzungbehafteten Gleitschicht angrenzt oder als Teil der Gleitschicht in diese eingelassen ist. Konkret bedeutet dies insbesondere, dass die Zwischenschicht entweder separat von der Gleitschicht gefertigt und dann in letztere eingepasst werden kann oder, dass die Zwischenschicht zusammen mit der Gleitschicht in diese integriert gefertigt werden kann. Grundätzlich sind kommen hier geeignete Fertigungsverfahren zur Anwendung.Weiterhin ist weiterbildend vorgesehen, dass die Zwischenschicht zwischen Grundkörper und Gleitschicht angeordnet ist. Konkret bedeutet dies insbesondere, dass es im Rahmen der Erfindung auch möglich ist, die Zwischenschicht separat zum Grundkörper der Lagerschale und der Gleitschicht zu fertigen und die Komponenten erst in einem nachfolgenden Fertigungsschritt zusammenzufügen.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Zwischenschicht unmittelbar an dem Grundkörper angrenzt oder als Teil des Grundkörpers in diesen eingelassen ist. Konkret bedeutet dies, dass es zudem im Rahmen der Erfindung auch möglich ist, die Zwischenschicht entweder separat vom Grundkörper der Lagerschale zu fertigen und diese dann in einem zusätzlichen Schritt in letztere einzupressen oder, dass die Zwischenschicht zusammen mit dem Grundkörper der Lagerschale und in diese integriert gefertigt werden kann.
Aus den drei vorstehenden Fertigungsvarianten ergibt sich der Vorteil einer besonders flexiblen und somit kostengünstigen Fertigung der Lagerschale gemäß der Erfindung. Diese Gestaltungsfreiheit der Lagerschale ist insbesondere auch dann von Vorteil, wenn die Lagerschale gemäß der Erfindung an unterschiedlichen Bereichen im Motor eingesetzt wird. In diesem Zusammenhang ist beispielsweise die Ausgestaltung des Gleitlagers mit weiterbildender Lagerschale als entweder Innen- oder Außengleitlager zu nennen.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist eine erste Zwischenschicht und eine zweite Zwischenschicht vorgesehen, wobei ein erstes Akustik-Merkmal mittels einer ersten Anzahl Strukturelemente eines ersten Musters in der ersten Zwischenschicht erzeugt wird, und/oder ein zweites Akustik-Merkmal mittels einer zweiten Anzahl Strukturelemente eines zweiten Musters in der zweiten Zwischenschicht erzeugt wird. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass eine erste Zwischenschicht in die Gleitschicht eingelassen sein könnte, wohingegen eine zweite Zwischenschicht zwischen dem Grundkörper des Lagers und der Gleitschicht angeordnet sein könnte. Somit wäre es vorteilhafterweise möglich, einerseits zwischen dem Verschleiß der Gleitschicht und dem Verschleiß der Zwischenschicht zu unterscheiden beziehungsweise andererseits, deren zeitliche Verläufe zu beobachten, um gegebenenfalls beispielsweise auf das Betriebsverhalten des Motors einzuwirken. Weiterhin würden sich insbesondere aus den zeitlichen Verschleißverläufen Möglichkeiten ergeben, zukünftige Materialpaarungen oder dergleichen im Gleitlager zu optimieren.
Es ist zudem weiterbildend vorgesehen, dass die Anzahl der Strukturelemente eine Teilanzahl einer Gesamtzahl von Strukturelementen ist. Konkret bedeutet dies insbesondere, dass bei ungleichmäßigem Verschleiß der Gleitschicht in Umfangsrichtung nur eine Anzahl von Strukturelementen freigelegt werden können die geringer ist, als die Gesamtzahl von Strukturelementen in der Zwischenschicht. Somit ergibt sich die Möglichkeit auch in Umfangsrichtung ungleichmäßigen Verschleiß des Lagers zu detektieren.
Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Akustik-Merkmal in einem vorgegebenen Akustik-Frequenzband oder einem Akustik-Amplitudenband detektierbar ist. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass durch eine entsprechende Ausgestaltung des Musters mit der regelmäßig angeordneten Anzahl von Strukturelementen sowie, sofern erforderlich, nach erfolgter Kalibrierung oder dergleichen Eichprozess des Körperschalldetektors, im Verschleißprozess des Lagers ein für diesen Prozess charakteristisches Akustik-Merkmal detektierbar wird. Dieses Merkmal kann dann beispielsweise mittels einfacher elektronischer Filter oder dergleichen in einem vorgegebenen Akustik-Frequenzband oder einem Akustik-Amplitudenband von den Grundgeräuschen des Motors separiert und anschließend zuverlässig detektiert werden.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist weiterhin vorgesehen, dass bei zunehmendem Verschleiß der abnutzungbehafteten Gleitschicht, abhängig vom Verschleiß der abnutzungbehafteten Gleitschicht eine zunehmende Anzahl von Strukturelementen ausgebildet sind, Körperschall am Grundkörper des Lagers zu erzeugen, insbesondere derart, dass abhängig vom Verschleiß in zunehmendem Maße ein dem Muster zugeordnetes, geordnetes Akustik-Merkmal erzeugt wird.
Konkret ergibt sich hieraus der Vorteil, dass nicht nur ein in Umfangsrichtung des Lagers ungleichmäßiger Verschleißprozess des Lagers detektiert werden kann, sondern, dass es weiterbildend ebenfalls möglich ist, den zeitlichen Verlauf des Verschleißprozesses im laufenden Motorbetrieb zu überwachen und somit ein Austausch eines bestimmten Lagers oder dergleichen Service-Maßnahmen auslösen zu können, sobald dies tatsächlich nötig wird.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass das Maß eine Amplitude oder Frequenz des Akustik-Merkmals ist oder eine Frequenzbreite oder Lage eines vorgegebenen Akustik-Frequenzbands, eine zunehmend erkennbare Frequenzabfolge von Erkennungsfrequenzen oder dergleichen ist. Gemäß der Erfindung ergibt sich hieraus der Vorteil, dass sich auszunehmender Intensität beziehungsweise einer sich verändernden Charakteristik des detektierbaren Akustik-Merkmals, welches bedingt ist durch eine zunehmende Anzahl an Strukturelementen die am bewegten Bauteil des Motors reiben, ein zunehmender Verschleiß des betreffenden Lagers ableiten lässt. Zudem ergibt sich aus der Vielgestalt der weiterbildend möglichen Maße eine Vielzahl an elektronischen Detektionsvarianten und somit die Möglichkeit die für die aktuellen Einsatzumstände des Motors günstigste Variante auszuwählen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die radiale Ausdehnung der Zwischenschicht größer ist, als die radiale Ausdehnung der Anzahl der Strukturelemente, wobei die Zwischenschicht kreisringförmig ist und die Anzahl der Strukturelemente in Umfangsrichtung angeordnet ist. Konkret heißt dies, dass insbesondere sofern die Zwischenschicht als Notlauf-Gleitschicht für das rotierende Bauteil des Motors vorgesehen ist, eine Anzeige des Verschleißes des Lagers durch die Strukturelemente nicht sofort erfolgen muss.
Weiterhin ist weiterbildend vorgesehen, dass die radiale Ausdehnung der Zwischenschicht identisch ist mit der radialen Ausdehnung der Anzahl der Strukturelemente, wobei die Zwischenschicht ebenfalls kreisringförmig ist und die Anzahl der Strukturelemente in Umfangsrichtung angeordnet ist. Das heißt, die Zwischenschicht hat hier durchaus noch die Funktion einer Notlauf-Gleitschicht, ist jedoch primär vorgesehen als Indikator für einsetzenden Verschleiß des Lagers.
Zudem ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die radiale Ausdehnung der Zwischenschicht geringer ist, als die radiale Ausdehnung der Anzahl der Strukturelemente, wobei die Zwischenschicht hier ebenfalls kreisringförmig ist und die Anzahl der Strukturelemente in Umfangsrichtung angeordnet ist. Konkret heißt dies, dass die Strukturelemente auch in die benachbarte Gleitschicht beziehungsweise den Grundkörper hineinreichen können. Es ergibt sich hier der Vorteil, dass durch Erstreckung der Strukturelemente in die Gleitschicht hinein ein Verschleiß letzterer frühzeitig detektierbar wäre und durch Erstreckung in den Grundkörper hinein eine Übertragung des Körperschalls verbessert werden würde, womit eine Separierung gegenüber den Grundgeräuschen des Motors verbessert werden würde. Eine Kombination beider Vorteile ist ebenfalls denkbar.
Aus den drei vorstehend benannten Fertigungsvarianten ergibt sich der Vorteil, dass die weiterbildende Lagerschale flexibel dem jeweiligen Einsatzzweck des Lagers angepasst werden kann. Es ist unmittelbar ersichtlich, dass unterschiedliche Lager an unterschiedlichen Stellen im Motor unterschiedliche Anforderungen an die Ausgestaltung der Zwischenschicht stellen. Es ist beispielsweise denkbar, dass für die Grundlager der Kurbelwelle des Motors eine frühzeitige Detektion des einsetzenden Verschleißes bei guter Differenzierung des erzeugten Akustik-Merkmals gegenüber den Grundgeräuschen des Motors wünschenswert ist, da insbesondere ein Schaden an diesem Lager katastrophale Folgen für den Motor hätte.
Vorteilhaft ist es, wenn die Zwischenschicht kreisringförmig und die Anzahl der Strukturelemente in Umfangsrichtung angeordnet sind. Vorteilhaft ist es, wenn die Anzahl der Strukturelemente von gleicher Geometrie sind; insbesondere von punktförmiger und/oder rundlicher und/oder kegeliger, z.B. ovaler oder kreisförmiger Geometrie sind oder eckiger, insbesondere quadratischer oder rechteckiger oder pyramidenförmiger Geometrie sind.
So ist im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung vorgesehen, dass die Geometrie der Anzahl der Strukturelemente eine in Umfangsrichtung und/oder radialer Richtung konstante Ausdehnung aufweist, insbesondere quadratisch oder rechteckig ist, wobei die Zwischenschicht kreisringförmig ist und die Anzahl der Strukturelemente in Umfangsrichtung angeordnet ist. Konkret bedeutet dies, dass weiterbildend vorgesehen ist, die Strukturelemente als quadratische oder rechteckige Körper auszuführen und in die Zwischenschicht einzuführen. Dies hat den Vorteil, dass die Strukturelemente einfach und kostengünstig zu fertigen sind und zudem keine komplizierte Ausrichtung der Strukturelemente relativ zu den anderen Bauteilen notwendig wird.
Weiterbildend ist vorgesehen, dass die Geometrie der Anzahl der Strukturelemente eine in Umfangsrichtung und/oder radialer Richtung veränderliche Ausdehnung aufweist, insbesondere kegelig oder pyramidenförmig ist, wobei die Zwischenschicht kreisringförmig ist und die Anzahl der Strukturelemente in Umfangsrichtung angeordnet sind. Es ergibt sich hier der Vorteil, dass bei beispielsweise kegelig oder pyramidenförmig ausgeführten Strukturelementen das durch letztere erzeugte Akustik-Merkmal mit zunehmendem Verschleiß in radialer Richtung der Strukturelemente veränderlich ausfällt. Somit kann auf besonders vorteilhafte Weise auf den Zustand der Zwischenschicht geschlossen werden.
Vorzugsweise hat ein Strukturelement der Anzahl der Strukturelemente eine Geometrie und die Geometrie weist eine in Umfangsrichtung gerichtete Umfangs-Ausdehnung und/oder eine in radialer Richtung gerichtete Radius-Ausdehnung auf, wobei die Umfangs-Ausdehnung und/oder Radius-Ausdehnung für alle Strukturelemente der Anzahl der Strukturelemente gleich ist.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein erstes Strukturelement eine erste Geometrie aufweist, und ein zweites Strukturelement eine zweite Geometrie aufweist, die unterschiedlich sind. Insbesondere kann ein erstes Strukturelement eine erste Geometrie aufweisen, und ein zweites Strukturelement eine zweite Geometrie aufweisen in Umfangsrichtung. Hierbei ist es auf besonders vorteilhafte Weise möglich, beispielsweise den Beginn des Verschleißprozesses der Zwischenschicht mit der maximalen Lebensdauer der Letzteren in Relation zu setzten. Weiterbildend ist dies möglich, durch die Kombination von beispielsweise quadratischen und pyramidenförmigen oder rundlichen und kegeligen Strukturelementen, da das hierdurch erzeugte Akustik-Merkmal durch fortschreitenden Verschleiß veränderlich ist.
Insbesondere kann ein erstes Strukturelement einen Abstand zu einem zweiten benachbarten Strukturelement aufweisen, und sich der Abstand bei einem in Umfangsrichtung weiteren ersten Strukturelement zu einem weiteren zweiten benachbarten Strukturelement ändern. Weiterhin ist weiterbildend vorgesehen, dass der Abstand eines ersten Strukturelements relativ zu einem zweiten Strukturelement in Umfangsrichtung veränderlich ist. Hierbei ergibt sich der weiterbildende Vorteil, dass bei vorbekannter, in Umfangsrichtung veränderlicher Verschleißcharakteristik eines Lagers des Motors die Strukturelemente so angeordnet werden können, dass ein einseitiger Verschleiß des betreffenden Lagers frühzeitig und somit rechtzeitig detektiert werden kann.
Weiterhin ergibt sich hier der weiterbildende Vorteil, dass durch unterschiedliche Ausgestaltung der Strukturelemente eines jeden individuellen Lagers, unterschiedliche Akustik-Merkmale für individuelle Lager erzeugt werden können. Somit ist es gemäß der Erfindung möglich, zwischen unterschiedlichen Lagern sowie deren Verschleißzustand mit einer minimalen Anzahl an Körperschalldetektoren zu unterscheiden. Hier ergeben sich unmittelbar Vorteile hinsichtlich Motorkomplexität und somit Zeit und Kosten für Betrieb und Wartung.
Vorzugsweise ist ein Strukturelement der Anzahl der Strukturelemente aus einem anderen Material gefertigt, als das Material aus dem die Zwischenschicht und/oder die Gleitschicht gefertigt ist. So kann ebenso ein erstes Strukturelement aus einem anderen Material gefertigt sein, als ein zweites Strukturelement.
Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist zudem vorgesehen, dass die Anzahl der Strukturelemente aus einem anderen Material gefertigt sind, als das Material aus dem die Zwischenschicht und/oder die Gleitschicht gefertigt ist. Konkret bedeutet dies, dass das Material aus dem die Strukturelemente gefertigt sind abweichende physikalische Eigenschaften hat, beispielsweise einen abweichenden Härtegrad, Dichte, Porosität, E-Modul oder dergleichen, gegenüber den anderen eingesetzten Materialien. Hierbei ergibt sich somit der Vorteil, dass das Akustik-Merkmal, das im Ergebnis den Verschleiß des betreffenden Lagers anzeigen soll, ebenfalls auf anderem Wege erzeugbar ist, beispielsweise über besonders günstige Materialpaarungen. Denkbar ist in diesem Zusammenhang zum Beispiel, die Strukturelemente aus einem keramischen Material zu fertigen.
Zudem ist gemäß einer Weiterbildung vorgesehen, dass ein erstes Strukturelement aus einem anderen Material gefertigt ist, als das Material aus dem ein zweites Strukturelement gefertigt ist.
Der weiterbildende Vorteil hierbei ergibt sich aus der Tatsache, dass es wiederum auf alternative Weise möglich wird Aussagen zu treffen über einsetzenden Verschleiß der Zwischenschicht sowie dessen zeitliche Entwicklung. Somit ermöglicht dieser Aspekt der Erfindung eine besonders flexible, an den jeweiligen Einsatzzweck angepasste Ausgestaltung der Lagerschale.
Die Erfindung führt zur Lösung der Aufgabe, auch auf ein System vorteilhaft ausgebildet, zum Bestimmen des Verschleißes eines Lagers, aufweisend ein drehendes Bauteil eines Motors, ein Körperschalldetektor und ein Lager mit einer Lagerschale gemäß dem Konzept der Erfindung. Das System hat bevorzugt das dem Muster zuzuordnende, detektierbare Akustik-Merkmale, das mittels eines Filters (F) herausfilterbar ist aus einer akustischen Umgebung.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber werden nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:

1 schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines Motors mit einer Kurbelwelle als Beispiel eines drehenden Bauteils mit einem Grundlager, sowie -als Detail- eine Lagerschale des Grundlagers gemäß dem Konzept der Erfindung, wobei zusätzlich noch das detektierbare Akustik-Merkmal gezeigt ist sowie einige Charakteristika dieses Akustik-Merkmals aufgrund eines Musters, vorzugsweie geordneten Musters, mit einer, insbesondere regelmäßig, angeordneten Anzahl von Strukturelementen in einer Zwischenschicht zwischen Gleitschicht und Grundkörper der Lagerschale;
2 schematisch bevorzugte Ausführungsform eines Systems, aufweisend einen Motor mit einer Kurbelwelle als Beispiel eines drehenden Bauteils des Motors, ein Körperschalldetektor, und ein Grundlager mit Lagerschale für die Kurbelwelle gemäß dem Konzept der Erfindung,
3 schematisch eine bevorzugte Ausführungsform einer Lagerschale, wobei auf den Grundkörper der Lagerschale die Zwischenschicht und darauf die Gleitschicht folgt in radialer Ausdehnung wobei sich diese in Umfangsrichtung erstreckt;
4 schematisch eine vergrößerte Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung, wobei insbesondere eine Anzahl an Strukturelemente gezeigt ist;
5A - 5E eine schematische Darstellung bevorzugter Anordnungen eines Grundkörpers, einer Zwischenschicht eine Anzahl an Strukturelemente und einer Gleitschicht;
6 schematische Varianten an Mustern, hier geordnete Muster, mit einer regelmäßig angeordneten Anzahl von Strukturelementen für eine Ausführungsform.

1 zeigt in einer stark vereinfachten Darstellung schematisch einen Motor 1000 mit hier beispielsweise vier Zylindern Z1-Z4, einer Kurbelwelle 1300 und einem Grundlager 1200 zur Lagerung eben dieser Welle. Weiterhin ist am Beispiel des Grundlagers eine Lagerschale 100 gemäß dem Konzept der Erfindung im Halbschnitt und in Vergrößerung gezeigt.
Die Lagerschale 100 zeigt weiterhin schematisch einen Grundkörper 130 der Lagerschale, wobei der Grundkörper in der Regel insbesondere aus Stahl gefertigt wird, und weiter eine dem drehenden Bauteil 1100 zugewandte, abnutzungbehaftete Gleitschicht 140 des Lagers. Diese Gleitschicht 140 ist dafür ausgebildet, dass das drehende Bauteil 1100 an dieser lagernd gleitet, wenn der Motor 1000 in Betrieb ist. Zudem ist in 1 an einer von dem drehenden Bauteil 1100 abgewandten Seite der abnutzungbehafteten Gleitschicht 140, eine Zwischenschicht 120 gezeigt, wobei diese Zwischenschicht von der Gleitschicht klar unterscheidbar ist. Das heißt, die Zwischenschicht unterscheidet sich von der Gleitschicht in ihren physikalischen Eigenschaften, wie zum Beispiel hinsichtlich des Härtegrades, der Oberflächenrauheit, der Duktilität, der Porosität und so weiter.
1 zeigt insbesondere, dass die Zwischenschicht 120 ein geordnetes Muster 150 mit einer, insbesondere regelmäßig angeordneten Anzahl von Strukturelementen 110 aufweist. Erfindungsgemäß sind es diese Strukturelemente 110 des Musters 150 die dazu ausgebildet sind, bei hinreichendem Verschleiß der abnutzungbehafteten Gleitschicht 140 bis zum Strukturelement 110 an dem drehenden Bauteil 1100 des Motors 1000 zu reiben. Aufgrund der entstehenden Reibung des drehenden Bauteils 1100 an dem Strukturelement 110, wird in der Folge ein Körperschall 160 am Grundkörper 130 des betreffenden Lagers erzeugt. Erfindungswesentlich ist hierbei, dass die Anzahl der Strukturelemente 110 ein dem jeweiligen Muster 150 zugeordnetes, geordnetes Akustik-Merkmal 170 erzeugen. Dieses erzeugte Akustik-Merkmal ist dann klar von den Grundgeräuschen des Motors 1000 unterscheidbar und somit verhältnismäßig einfach detektierbar.
Das detektierbare Akustik-Merkmal 170 ist zumindest schematisch ebenfalls in 1 gezeigt, zusammen mit einer schematischen Darstellung der gemäß dem Konzept der Erfindung relevanten physikalischen Größen, die benutzt werden, um den Verschleiß des Lagers zuverlässig zu detektieren. Bei den vorgenannten Größen handelt es sich insbesondere um eine Amplitude 195 oder Frequenz 185 des Akustik-Merkmals 170, wobei weiter vorgesehen ist, diese wiederum durch vorteilhafte Gestaltung der Lagerschale 100 in einem vorgegebenen Akustik-Frequenzband 180 oder einem Akustik-Amplitudenband 190 detektierbar zu machen. Zusätzlich hängen diese Größen maßgeblich von der Drehzahl des Motors 1000 sowie von dem tatsächlichen Verschleißzustand des Lagers ab. Alternativ ist zur Detektion des Akustik-Merkmals 170 aber auch eine Frequenzbreite oder Lage eines vorgegebenen Akustik-Frequenzbands 180, eine zunehmend erkennbare Frequenzabfolge von Erkennungsfrequenzen oder dergleichen heranziehbar gemäß dem Konzept der Erfindung.
2 zeigt ein System 200 zum Bestimmen des Verschleißes eines Lagers, wobei das System ein drehendes Bauteil 1100 eines Motors 1000, ein Körperschalldetektor 1400 und ein Lager, beispielsweise ein Grundlager 1200, mit einer Lagerschale 100 gemäß dem Konzept der Erfindung aufweist. Der in 2 gezeigte Körperschalldetektor 1400 ist vorgesehen zur Detektion des Akustik-Merkmals, welches durch Reibung einer Anzahl von Strukturelementen an einem drehenden Bauteil 1100 eines Motors 1000, beispielsweise einer Kurbelwelle 1300, erzeugt wird. Das auf vorgenannte Weise detektierte Akustik-Merkmal kann dann anschließend in einem Steuergerät (S) im laufenden Motorbetrieb ausgewertet werden. Basierend auf dem kontinuierlich ermittelten Auswertesignal kann somit zuverlässig auf den Verschleißzustand des betreffenden Lagers geschlossen werden.
3 zeigt schematisch den Aufbau der Lagerschale 100 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Dabei ist in der hier gezeigten Ausführungsform die Zwischenschicht 120 lokalisiert zwischen einem äußeren Grundkörper 130 des Lagers und einer inneren, abnutzungbehafteten Gleitschicht 140.
Es kann aber auch -wie in 5 schematisch dargestellt- vorgesehen sein, dass die Zwischenschicht unmittelbar an der abnutzungbehafteten Gleitschicht 140 angrenzt oder als Teil der Gleitschicht 140 in diese eingelassen ist oder, unmittelbar an dem Grundkörper 130 angrenzt oder als Teil des Grundkörpers 130 in diesen eingelassen ist, wobei die Zwischenschicht 120 dennoch gemäß den obigen Ausführungen hinsichtlich der physikalisch unterschiedlichen Eigenschaften klar unterscheidbar bleibt. Insbesondere eignet sich die Lagerschale für Innensowie für Außenlager.
Weiterhin ist in 3 ein Koordinatensystem gezeigt, das einerseits eine radiale Ausdehnung (R), das heißt eine radiale Koordinate und andererseits eine Umfangsrichtung (U), das heißt eine Koordinate in Umfangsrichtung der Lagerschale 100 definiert. Die in diesem Zusammenhang in 3 gezeigten Pfeilrichtungen sind bei Bedarf zudem umkehrbar.
4 zeigt ebenfalls schematisch den Aufbau der Lagerschale 100 gemäß der bevorzugten Ausführungsform, wobei in dieser Darstellung zudem das geordnete Muster 150 mit einer, insbesondere regelmäßig, angeordneten Anzahl von Strukturelementen 110 gezeigt ist. Aus 4 ist ersichtlich, dass bei hinreichendem Verschleiß der abnutzungbehafteten Gleitschicht 140 eine Anzahl von Strukturelementen freigelegt werden. Diese erzeugen dann durch Reibung am drehenden Bauteil 1100 des Motors 1000 ein charakteristisches Akustik-Merkmal 170. In Abhängigkeit von der Anzahl der reibenden Strukturelemente, der Drehzahl des Motors, der Zusammensetzung der verwendeten Materialen und so weiter, erlaubt die Lagerschale 100 Rückschlüsse auf den Verschleißzustand des Lagers. Ein in Umfangsrichtung ungleichmäßiger Verschleiß wird auf diese Weise detektierbar, ebenso wird eine Abschätzung des zeitlichen Verlaufs des Verschleißprozesses im laufenden Motorbetrieb möglich. Ein Wechsel des betreffenden Lagers kann somit gezielt eingeleitet werden.
5A - 5E zeigen in jeweils einer schematischen Darstellung bevorzugte Anordnungen eines Grundkörpers 130, einer Zwischenschicht 120 mit einer Anzahl an Strukturelemente 110 und einer Gleitschicht 140 bei einer Lagerschale 100.
5A zeigt eine erste Variante einer bevorzugten Anordnung 300, bei welcher die Zwischenschicht 120 als Teil der Gleitschicht 140 in diese eingelassen ist.
5B zeigt eine zweite Variante einer bevorzugten Anordnung 310, bei welcher die Zwischenschicht 120 als unmittelbar an der abnutzungbehafteten Gleitschicht 140 angrenzend angordnet ist.
5C zeigt eine dritte Variante einer bevorzugten Anordnung 320, bei welcher die Zwischenschicht 120 als Teil des Grundkörpers 130 in diesen eingelassen ist.
5D zeigt eine vierte Variante einer bevorzugten Anordnung 330, bei welcher die Zwischenschicht 120 als unmittelbar an den Grundkörper 130 angrenzend angeordnet ist.
5E zeigt eine fünfte Variante einer bevorzugten Anordnung 340, bei welcher die Zwischenschicht 120 angeordnet ist zwischen dem Grundkörper 130 und der Gleitschicht 140.
In der 5A bis 5E ist jeweils eine Anzahl an Strukturelemente 110 gezeigt, wobei diese entsprechend jeweils der Anordnung der Zwischenschicht 120 als Teil der Gleitschicht 140 in diese eingelassen (5A), als unmittelbar an der abnutzungbehafteten Gleitschicht 140 angrenzend (5B), als Teil des Grundkörpers 130 in diesen eingelassen (5C), als unmittelbar an den Grundkörper 130 angrenzend (5D), bzw. zwischen dem Grundkörper 130 und der Gleitschicht 140 vollständig in der Zwischenschicht 120 angeordnet sind.
6 zeigt eine nicht abschließende Auswahl an möglichen Geometrien (G) für die Formgebung der Strukturelemente 110 des Musters 150 der Zwischenschicht 120. Die in 5 gezeigten Geometrien (G) sind unterteilbar in rundliche oder eckige, insbesondere rechteckige beziehungsweise quadratische Geometrien oder aber in rampen- beziehungsweise kegelige oder rpyramidenförmige Geometrien. Gemäß der Erfindung ist es möglich, die verwendeten Geometrien in Umfangsrichtung (U) der Zwischenschicht 120 zu variieren, das heißt, auf ein beispielsweise quadratisches Strukturelement kann, wiederum beispielsweise, ein kegeliges oder pyramidenförmiges Strukturelement folgen. Ebenfalls ist vorgesehen, dass der Abstand benachbarter Strukturelemente 110 in Umfangsrichtung (U) veränderlich ausgeführt sein kann. Das heißt, dass der Abstand zwischen beispielsweise Strukturelement eins und zwei nicht identisch sein muss zu dem Abstand zwischen Strukturelement zwei und drei. Hier sind beliebige Ausführungsformen zulässig, sofern diese als technisch sinnvoll erachtet werden.
Zudem ist es gemäß dem Konzept der Erfindung möglich, mehrere, geometrisch geeignete, Strukturelemente 110 in radialer Richtung (R) vorzusehen und zu beabstanden. Hieraus ergibt sich vorteilhafterweise ebenfalls die Möglichkeit, den Verschleißprozess der Zwischenschicht 120 zuverlässig zu überwachen, um somit ein Wechsel des verschlissenen Lagers gezielt einleiten zu können. Ein ähnlich vorteilhafter Effekt lässt sich alternativ zudem mit kegeligen oder pyramidenförmigen Strukturelementen erzielen. Durch eine individuelle Ausgestaltung der Geometrie (G) der Zwischenschicht 120 eines jeden relevanten Lagers ist es weiterhin möglich, ein für ein individuelles Lager charakteristisches Akustik-Merkmal 170 zu generieren, welches dann über eine Mindestanzahl an Körperschalldetektoren 1400 detektierbar ist. Beispielsweise wäre es denkbar, ein erstes Grundlager 1200 einer Kurbelwelle 1300 mit einer Kombination aus quadratischen und pyramidenförmigen oder rundlichen und kegeligen Strukturelementen auszuführen und, bei einem zweiten Grundlager 1200 einer Kurbelwelle 1300 eine Kombination aus rechteckigen und rampenförmigen Strukturelementen vorzusehen. Beide Grundlager würden somit ein unterscheidbares Akustik-Merkmal 170 erzeugen, welche über einen gemeinsamen Körperschalldetektor 1400 an der Kurbelwelle 1300 detektierbar und unterscheidbar wären. Somit könnte exakt vorhergesagt werden, welches Lager ausgetauscht werden muss.
Bezugszeichenliste

100: Lagerschale
110: Strukturelement
120: Zwischenschicht
130: Grundkörper
140: Gleitschicht
150: geordnetes Muster
160: Körperschall
170: Akustik-Merkmal
180: Akustik-Frequenzband
185: Frequenz
190: Akustik-Amplitudenband
195: Amplitude
200: System
300: Zwischenschicht in Gleitschicht eingelassen
310: Zwischenschicht an Gleitschicht angrenzend
320: Zwischenschicht in Grundkörper eingelassen
330: Zwischenschicht an Grundkörper angrenzend
340: Zwischenschicht zwischen Grundkörper und Gleitschicht
1000: Motor
1100: Drehendes Bauteil
1200: Grundlager
1300: Kurbelwelle
1400: Körperschalldetektor
F: Filter
G: Geometrie
R: Radiale Ausdehnung
U: Umfangsrichtung
S: Steuergerät
Z1-Z4: Zylinder 1-4

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

AU 577689 B2 [0006]

Claims

Lagerschale (100) oder dergleichen abnutzungbehaftetes Lagerelement eines Lagers eines drehenden Bauteils (1100), wobei die Lagerschale oder dergleichen abnutzungbehaftetes Lagerelement zum Lagern des drehenden Bauteils aufweist: - einen Grundkörper (130) der Lagerschale, insbesondere aus Stahl, und - eine dem drehenden Bauteil zugwandte abnutzungbehaftete Gleitschicht (140), die dafür ausgebildet ist, dass das drehende Bauteil an dieser lagernd gleitet, und - an einer von dem drehenden Bauteil abgewandten Seite der abnutzungbehafteten Gleitschicht und eine von dieser unterscheidbaren Zwischenschicht (120), dadurch gekennzeichnet, dass - die Zwischenschicht ein Muster mit einer Anzahl von Strukturelementen (110) aufweist, insbesondere ein geordnetes oder ungeordnetes Muster (150), mit einer, insbesondere regelmäßig oder unregelmäßig, angeordneten Anzahl von Strukturelementen (110) aufweist, wobei - ein Strukturelement (110) des Musters (150) dazu ausgebildet ist, bei Verschleiß der abnutzungbehafteten Gleitschicht (140) bis zum Strukturelement (110), an dem drehenden Bauteil des Motors zu reiben, und aufgrund der Reibung des drehenden Bauteils an dem Strukturelement (110) einen Körperschall (160) am Grundkörper (130) zu erzeugen oder auch alternativ am Drehkörper 1100, derart, dass - die Anzahl der Strukturelemente (110) ein dem geordneten Muster (150) zugeordnetes Akustik-Merkmal (170) erzeugen, das detektierbar ist.
Lagerschale (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das abnutzungbehaftete Lagerelement ausgebildet ist für das Lager eines drehenden Bauteils (1100) eines Motors (1000), vorzugsweise einer Brennkraftmaschine, ist, insbesondere die Lagerschale (100) ausgebildet ist als Teil eines Grundlagers (1200) des drehenden Bauteils des Motors ist, insbesondere einer Kurbelwelle (1300) oder einer Nockenwelle.
Lagerschale (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Strukturelemente (110), abhängig vom Verschleiß der abnutzungbehafteten Gleitschicht (140), ein dem Muster (150) zugeordnetes Verschleiß abhängiges Akustik-Merkmal (170) erzeugen, über welches der Verschleiß detektierbar ist.
Lagerschale (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (120) unmittelbar an der abnutzungbehafteten Gleitschicht (140) angrenzt (310) oder als Teil der Gleitschicht (140) in diese eingelassen ist (300).
Lagerschale (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (120) zwischen Grundkörper (130) und Gleitschicht (140) angeordnet ist (340).
Lagerschale (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (120) unmittelbar an dem Grundkörper (130) angrenzt (330) oder als Teil des Grundkörpers (130) in diesen eingelassen ist (320).
Lagerschale (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass - eine erste Zwischenschicht und eine zweite Zwischenschicht vorgesehen ist, und das Akustik-Merkmal - ein erstes Akustik-Merkmal mittels einer ersten Anzahl Strukturelemente eines ersten Musters in der ersten Zwischenschicht umfasst, und/oder - ein zweites Akustik-Merkmal mittels einer zweiten Anzahl Strukturelemente eines zweiten Musters in der zweiten Zwischenschicht umfasst.
Lagerschale (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Strukturelemente (110) eine Teilanzahl einer Gesamtzahl von Strukturelementen (110) ist.
Lagerschale (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das geordnete Muster (150) mit der, insbesondere regelmäßig, angeordneten Anzahl von Strukturelementen (110) derart ausgebildet ist, dass das Akustik-Merkmal (170) in einem vorbestimmten Akustik-Frequenzband (180) oder einem Akustik-Amplitudenband (190) detektierbar ist.
Lagerschale (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht derart ausgebildet ist, dass bei einem zunehmenden Verschleiß der abnutzungbehafteten Gleitschicht (140), abhängig vom Verschleiß der abnutzungbehafteten Gleitschicht (140) eine zunehmende Anzahl von Strukturelementen (110) Körperschall (160) am Grundkörper (130) erzeugen, insbesondere derart, dass abhängig vom Verschleiß in zunehmendem Maße ein dem Muster (150) zugeordnetes, Akustik-Merkmal (170) erzeugt wird.
Lagerschale (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zunehmende Maß - eine Amplitude (195) oder Frequenz (185) des Akustik-Merkmals (170) ist, und/oder - eine Frequenzbreite oder Lage eines vorgegebenen Akustik-Frequenzbands (180), und/oder - eine zunehmend erkennbare Frequenzabfolge von Erkennungsfrequenzen oder dergleichen ist.
Lagerschale (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (120) kreisringförmig ist und die Anzahl der Strukturelemente (110) in Umfangsrichtung (U) angeordnet ist.
Lagerschale (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine radiale Ausdehnung (R) der Zwischenschicht (120) größer ist, als die radiale Ausdehnung (R) eines Strukturelements der Anzahl der Strukturelemente (110) oder identisch ist mit der radialen Ausdehnung (R) eines Strukturelements der Anzahl der Strukturelemente (110).
Lagerschale (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Ausdehnung (R) der Zwischenschicht (120) geringer ist als die radiale Ausdehnung (R) eines Strukturelements der Anzahl der Strukturelemente (110) oder identisch ist mit der radialen Ausdehnung (R) eines Strukturelements der Anzahl der Strukturelemente (110).
Lagerschale (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Strukturelemente (110) von gleicher Geometrie sind, insbesondere von punktförmiger und/oder rundlicher, z.B. ovaler oder kreisförmiger Geometrie sind oder eckiger, insbesondere quadratischer oder rechteckiger oder pyramidenförmiger Geometrie sind.
Lagerschale (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strukturelement der Anzahl der Strukturelemente (110) eine Geometrie hat und die Geometrie eine in Umfangsrichtung (U) gerichtete Umfangs-Ausdehnung und/oder eine in radialer Richtung (R) gerichtete Radius-Ausdehnung aufweist, wobei die Umfangs-Ausdehnung und/oder Radius-Ausdehnung für alle Strukturelemente der Anzahl der Strukturelemente (110) gleich ist.
Lagerschale (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Strukturelement (110) eine erste Geometrie (G) aufweist, und ein zweites Strukturelement (110) eine zweite Geometrie (G) aufweist, die unterschiedlich sind.
Lagerschale (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Strukturelement (110) einen Abstand zu einem zweiten benachbarten Strukturelement (110) aufweist, und sich der Abstand bei einem in Umfangsrichtung (U) weiteren ersten Strukturelement (110) zu einem weiteren zweiten benachbarten Strukturelement (110) ändert.
Lagerschale (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strukturelement der Anzahl der Strukturelemente (110) aus einem anderen Material gefertigt ist, als das Material aus dem die Zwischenschicht (120) und/oder die Gleitschicht (140) gefertigt ist.
Lagerschale (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Strukturelement (110) aus einem anderen Material gefertigt ist, als ein zweites Strukturelement (110).
System (200) zum Bestimmen eines Verschleißes eines abnutzungbehafteten Lagerelements eines Lagerseines drehenden Bauteils (1100), vorzugsweise eines Motors (1000), vorzugsweise einer Brennkraftmaschine, aufweisend das drehende Bauteil (1100), das Lager mit einem abnutzungbehafteten Lagerelement, insbesondere einer Lagerschale (100), nach einem der Ansprüche 1 bis 20 und aufweisend einen Körperschalldetektor (1400).
System (200) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Muster zuzuordnende, detektierbare Akustik-Merkmal (170) mittels eines Filters (F) herausgefilterbar ist aus einer akustischen Umgebung.
Verfahren zum Bestimmen des Verschleißes einer Lagerschale oder dergleichen abnutzungbehafteten Lagerelements eines Lagers eines drehenden Bauteils (1100), vorzugsweise eines Motors (1000), vorzugsweise einer Brennkraftmaschine, insbesondere zum Bestimmen des Verschleißes einer Lagerschale oder dergleichen abnutzungbehafteten Lagerelements nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: - Einbringen einer kreisringförmigen Zwischenschicht (120) zwischen einen Grundkörper (130) der Lagerschale (100) und einer abnutzungsbehafteten Gleitschicht (140), wobei die Zwischenschicht (120) von Grundkörper (130) und Gleitschicht (140) unterscheidbar ist, und - Anordnen von einer Anzahl von Strukturelementen (110) in Umfangsrichtung (U) in der Zwischenschicht (120), insbesondere Anordnen von einer Anzahl von Strukturelementen (110) in einem geordneten Muster (150), und - Installation eines Körperschalldetektors (1400) oder dergleichen Messmittel, wobei bei Verschleiß der abnutzungbehafteten Gleitschicht (140) bis zum Strukturelement (110) das Strukturelement an dem drehenden Bauteil (1100) des Motors (1000) reibt und aufgrund der Reibung des drehenden Bauteils an dem Strukturelement ein Körperschall (160) am Grundkörper (130) erzeugt wird, und - Überwachen des Lagers im Betrieb, wobei bei hinreichendem Verschleiß der abnutzungbehafteten Gleitschicht (140) die Anzahl der Strukturelemente (110) ein dem Muster (150) von Strukturelementen zugeordnetes, geordnetes Akustik-Merkmal (170) erzeugen, und - Detektieren des dem Muster (150) von Strukturelementen (110) zugeordneten, geordneten Akustik-Merkmals (170) in einem vorgegebenen Akustik-Frequenzband (180) oder einem Akustik-Amplitudenband (190) mittels des Körperschalldetektors (1400) oder dergleichen Messmittel und eines Filters (F), und - Erkennen eines kritischen Verschleißes der Lagerschale und Anzeige zum Einstellen des Betriebs des Lagers, vorzugsweise Abschalten eines Motors, sobald der kritische Verschleiß des Lagers erkannt wird.