DE2642520A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des verschleissgrades eines elementes mit vorbestimmten magnetischen eigenschaften, das mit einem zweiten element in gleitender beruehrung steht - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des verschleissgrades eines elementes mit vorbestimmten magnetischen eigenschaften, das mit einem zweiten element in gleitender beruehrung stehtInfo
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Description
• .0·
SOCIETE D1ETUDES DE MACHINES THERMIQUES S.E.M.T.
2, Quai de Seine, 93202 SAINT DENIS, Frankreich.
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Verschleißgrades eines Elementes mit vorbestimmten magnetischen Eigenschaften,
das mit einem zweiten Element in gleitender Berührung steht.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Bestimmung des Verschleißgrades eines Elementes mit vorbestimmten magnetischen Eigenschaften, welches
mit einem zweiten Element in gleitender Berührung steht, insbesondere eines am höchsten belasteten Kolbenringes
einer Brennkraftmaschine mit hin- und hergehendem Kolben.
Die vorliegende Erfindung hält sich in dem allgemeinen Rahmen der Probleme, die sich bei der Überwachung und Wartung
von Stücken stellen, welche Veränderungen, wie einem
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• «f.
sich unter der Wirkung zum Beispiel eines Druckes, einer Temperatur od. dgl. ergebenden Verschleiß, ausgesetzt
werden, wobei Beschädigungen entstehen, die zu einem bestimmten Zeitpunkt den Ersatz der mangelhaften Stücke
notwendig machen.
Das Problem der Überwachung und der Wartung spielt dann eine große Rolle, wenn die betreffenden Stücke Bauelemente
einer Einheit sind, so daß der Zugang zu diesen Stücken zur Durchführung der Reparatur oder des gewünschten Ersatzes
nicht möglich ist, ohne daß die gesamte Einheit für eine ziemlich lange Zeit abgestellt wird. Deshalb ist es
wünschenswert, solche Instandsetzungsarbeiten nur dann auszuführen,
wenn man von deren Notwendigkeit überzeugt ist. Dieses Problem stellt sich insbesondere bei Kolbenringen von
Brennkraftmaschinen mit hin- und hergehenden Kolben.
Gemäß einem ersten bekannten Verfahren beseitigt man das Problem des Verschleißes der Kolbenringe dadurch, daß man
die Betriebszeit (Stundenanzahl) des Motors, nach welcher eine Oberprüfung durchgeführt werden soll, statisch bestimmt.
Diese Methode ist dadurch nachteilig, daß sie unsicher ist, so daß die Überprüfung entweder vorzeitig, d. h.
unnötig, oder zu spät vorgenommen wird.
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Gemäß einer zweiten bekannten Methode wird diese Unsicherheit bzw. Ungenauigkeit dadurch vermindert, daß bestimmte
Parameter im Laufe des Betriebs des Motors gemessen werden, die in Form von Impulsen umgesetzt werden, welche zum Beispiel
mit einem Oszilloskop sichtbar gemacht werden und als repräsentativ für den Zustand der zu überwachenden
Stücke betrachtet werden. Bei der Überwachung bzw. Oberprüfung der Kolbenringe einer Brennkraftmaschine benutzt
man die Induktionsveränderung wenigstens eines ortsfest angebrachten Induktionsfühlers, die durch die Kolbenringe
verursacht wird, wenn die Kolben vor den Fühlern herbeigleiten, um den Zustand der Kolbenringe im Verhältnis zu
einem Referenzzustand, der dem normalen Betrieb entspricht,
zu bestimmen. Diese Methode stellt an sich eine qualitative Auswertung dar, da man tatsächlich nicht den Verschleißgrad,
sondern den Zustand der Kolbenringe durch Beobachtung der Form der Impulse und deren Stellung bezogen auf ein Referenzniveau
bestimmt, wobei die Impulse die Induktionsunterschiede der Fühler wiedergeben. Diese Methode ist dadurch nachteilig,
daß sie für die Entwicklung des Verschleißes der Kolbenringe keinen Aufschluß gibt und ausschließlich eine Feststellung
des Betriebszustandes der Kolbenringe ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, die
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genannten Nachteile zu beheben, und schlägt zu diesem Zweck ein Verfahren vor, welches es ermöglicht, den Verschleißgrad
der Kolbenringe einer Brennkraftmaschine quantitativ zubestimmen , um mit Sicherheit den Zeitpunkt
der notwendigen Instandsetzungsarbeiten zu bestimmen, und zwar, wenn die höchst zulässige Verschleißgrenze erreicht
ist.
Dazu v:ird gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem
Element mit vorbestimmten magnetischen Eigenschaften, das mit einer Wandung in gleitender Berührung steht, während
des Betriebes der dieses Element und die Wandung enthaltenden Einheit die Veränderungen des magnetischen Widerstandes
des durch das Element gebildeten magnetischen Kreises bestimmt.
Weitere vorteilhafte Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den folgenden Unteransprüchen.
In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 einen Teilschnitt durch die Kolbenringe eines Kolbens einer Brennkraftmaschine,
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Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt des am höchsten
belasteten Kolbenringes des Kolbens und
der Fig. 3 eine graphische Darstellung/zur Bestimmung des
Verschleißgrades verwendeten Impulse.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden am Beispiel
der Messung der Entwicklung des Verschleißgrades der Kolbenringe einer Brennkraftmaschine und insbesondere des
sogenannten am höchsten belasteten Kolbenringes erläutert.
In Fig. 1 ist schematisch eine Brennkraftmaschine 1 dargestellt, bei welcher einer der Kolben 2 mit einem Kopf 3 aus
Stahl, einem Körper 4 aus Aluminium und fünf Kolbenringen versehen ist und in einer Büchse 6 des Zylinderblockes 7
eingebaut ist. Zwei fluchtende Bohrungen 8 und 9 sind in dem Zylinderblock 7 der Büchse 6 ausgebildet und bilden
eine Lagerung für einen Induktionsfühler 10, dessen Vorderende
bzw. Eingang mit der inneren Fläche der Büchse 6 fluchtend abschließt. Die Stellung des Fühlers 10 bezogen auf
den Kolben 2 ist so gewählt, daß bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens alle Kolbenringe 5 nacheinander vor dem
Eingang des Fühlers 10 vorbeigleiten.
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Das rückwärtige Ende des Fühlers ist mit einer Schaltung 11 zur Signalverarbeitung verbunden, die zum Beispiel mit
einem Stromverstärker und einem Filter versehen ist und mit einer Anzeigevorrichtung 12 verbunden ist, die die
Beobachtung der von dem Fühler 10 herrührenden Signale ermöglicht.
In Fig. 2 ist eine Einzelheit des sogenannten am höchsten belasteten Kolbenringes 5a des Kolbens 2 dargestellt,
der im allgemeinen aus Stahl besteht und in an sich bekannter Weise einen Chrombelag 13 zur Erhöhung seiner Härte
besitzt.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, liefert der Fühler 10 ein konstantes Ausgangssignal bzw. einen Ausgangspegel S1, wenn
keiner der Kolbenringe 5 gegenüber dem Fühler 10 steht und wenn der Kolben 2 in seiner oberen Stellung steht.
Wenn der erste Kolbenring bzw. Schleifring 5e vor dem Fühler vorbeigleitet, erscheint auf dem Oszilloskop ein Impuls
I1, der sich aus einer Veränderung der Induktion in dem
Fühler 10 ergibt. Der Kolbenring 5e, der wie die anderen Kolbenringe aus einem Material mit magnetischen Eigenschaften
besteht, schafft dabei einen magnetischen Kreis, der die Induktion in dem Fühler 10 und demzufolge dessen Ausgangsstrom
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verändert, so daß auf dem Leuchtschirm ein Impuls I^
sichtbar ist. Der Fühler 10 liefert erneut das gleichbleibende Signal S1 zwischen den Kolbenringen 5e und 5d
und den folgenden Kolbenringen 5d, 5c, 5b, 5a während der Abwärtsbewegung des Kolbens 2, so daß jeweils die Impulse
Io, I·? > I4, Ir entstehen. Aus der graphischen Darstellung
der Fig. 3 kann man einen sich von dem konstanten Pegel S-unterscheidenden
gleichbleibenden Pegel S2 ersehen, der darauf zurückzuführen ist, daß die drei Kolbenringe 5a, 5b,
5c in dem aus Stahl bestehenden Kopf des Kolbens 2 angeordnet sind, während die Kolbenringe 5d, 5e in dem aus Aluminium
bestehenden Kolbenmantel angeordnet sind, so daß ein geringer Unterschied in der durch den Fühler 10 erfaßten
Induktion auftritt.
Im Falle des Kolbenringes 5a, des am höchsten belasteten Kolbenringes, kann man sehr genau die Entwicklung des Verschleißgrades
des Kolbenringes beobachten, da dessen Außenfläche verchromt ist. Chrom besitzt einen geringeren Permeabilitätskoeffizienten,
so daß mit der steigenden Abnutzung des Chrombelages die Schwankung des magnetischen Widerstandes
bei diesem Kolbenring im Vergleich zu einem nicht verchromten Kolbenring, der im Prinzip aus Stahl besteht, welcher eine
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höhere Permeabilität besitzt, ansteigt. Da das Ausgangsstromsignal
des Fühlers 10 zu der Schwankung des magnetischen Widerstandes proportional ist, erhöht sich der
Ausgangsstrom um so mehr, je mehr die Chromschicht 13 abgenutzt wird. Auf diese Weise erzielt man eine zeitliche
Vergrößerung des dem verchromten Kolbenring zugeordneten Impulses Ir· Dies ist auf Fig. 3 durch die Impulse I' , I"
gezeigt. Mit einer geeigneten Eichung des Oszilloskops kann man eine Schwelle feststellen, die die höchst zulässige
Amplitude für den Impuls I5 in Abhängigkeit von einem
höchst zulässigen Verschleißgrad begrenzt.
Ein aus Stahl bestehender Kolbenring, der mit einem Chrombelag versehen ist, ermöglicht es daher, gemäß der vorliegenden
Erfindung den Verschleißgrad des Kolbenringes sehr genau zu messen, weil die Permeabilität des Chromes wesentlich
geringer als jene des Stahls ist, was zu größeren Veränderungen des Ausgangssignales des Fühlers 10 führt.
Wenn man mindestens zwei auf derselben Höhe in dem Zylinder eingebaute, diametral entgegengesetzte Fühler einsetzt,
kann eine Verformung des Kolbenringes festgestellt werden, wenn die zwei von den zwei jeweiligen Fühlern gelieferten
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Impulse nicht zusammenfallen bzw. sich nicht überlagern.
Um den Verschleißgrad des am höchsten belasteten Kolbenringes besser feststellen zu können, ist es vorteilhaft,
über Filter in den Verarbeitungsschaltungen 11 die den
anderen Kolbenringen zugeordneten Impulse auszuschließen
und nur den Impuls, der sich auf den am höchsten belasteten Kolbenring bezieht, beizubehalten. Außerdem kann das Signal
verstärkt werden und in Verbindung mit einer geeichten Kurve, die die zulässigen Grenzwerte angibt, abgelesen
werden.
Zur Messung des Verschleißgrades eines ersten Elementes, welches in gleitender Berührung mit einem zweiten Element
steht, ist es daher vorteilhaft, das erste Element aus zwei Werkstoffen herzustellen, die stark unterschiedliche
magnetische Eigenschaften besitzen, wobei das dem Verschleiß ausgesetzte Material vorteilhaft die geringere Permeabilität
besitzen soll.
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Leerseite
Claims (5)
1. Verfahren zur Bestimmung des Verschleißgrades eines
ersten Elementes mit vorbestimmten magnetischen Eigenschaften, welches mit einem zweiten Element zum Beispiel
einer Wandung in gleitender Berührung steht, dadurch gekennzeichnet, daß zur quantitativen Feststellung des
Verschleißgrades während des Betriebes einer die beiden Elemente enthaltenden Einheit die Veränderung des magnetischen
Widerstandes des durch das erste Element (5a, 5b, 5c, 5d, 5e) gebildeten magnetischen Kreises bestimmt wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element (5a) mit
einem Belag (13) aus einem ersten Werkstoff versehen ist, dessen magnetische Permeabilität im Verhältnis zu dem
restlichen zweiten Werkstoff dieses Elementes gering ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der erste Werkstoff aus Chrom besteht.
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4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element durch
den Kolbenring des Kolbens (2) einer Brennkraftmaschine gebildet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenring (5a) der am höchsten belastete
Kolbenring ist.
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