DE3012786A1

DE3012786A1 - Anzeige- und warnvorrichtung fuer die belastung von viskositaetsschwindungsdaempfern

Info

Publication number: DE3012786A1
Application number: DE19803012786
Authority: DE
Inventors: Harald Prof. Dr. 5000 Köln Maaß
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1980-04-02
Filing date: 1980-04-02
Publication date: 1981-10-08

Description

Anzeige- und Warnvorrichtung für die Belastung von
Viskositätsschwingungsdämpfern Die Erfindung betrifft eine Anzeige- und Warnvorrichtung für die Belastung von Viskositätsschwingungsdämpfern insbesondere Drehschwingungsdämpfern von Brennkraftmaschinen.
Derartige Vorrichtungen sollen eine unzulässige Veränderung der Dämpfungseigenschaften der SchwingungsdSmpfert die zu einer aefährdung des schwingenden Systems führen können, rechtzeitig für einen Austausch des Dämpfers anzeigen.
Es ist bereits bekannt, Belastungszeiten in Abhängigkeit von bestimmten bekannten Resonanzfrequenzen des Schwingungssystems zu erfassen (Patentanmeldung P 24 35 475.5). Dies stellt eine gewisse Verbesserung gegenüber der Methode dar, einen Rückschluß von der Gesamtbetriebsdauer der Anlage auf den Abnutzungszustand eines Schwingungsdämpfers zu ziehen. Es wird allerdings hierbei nicht berücksichtigt, daß nach bestimmten Belastungen eine Ermüdung des als Dämpfungsmedium dienenden Siliconöls oder dergleichen eintritt die das Schwingungsverhalten des Dämpfers ändert und damit den weiteren Alterungsprozeß beeinflußt, und daß darüberhinaus weitere Einflußgrößen für diesen Abnutzungsvorgang wirksam sind.
Es ist die Aufgabe gestellt, die für die Alterung und Belastung eines Viskositätsschwingungsdämpfers maßgeblichen Einflußgrößen zu erfassen und beim Aufnehmen der Belastungsdauer diese Größen möglichst verhältnisgerecht entsprechend ihrem Einfluß auf Veränderungen zu bewerten.
Zwei gleichgeordnete L8sungsmöglichkeiten sind Anzeigevorrichtungen mit inem Drehschwingungsmeßwertgeber für die Amplitude und ggfs.
die Frequenz am Schwingungsdämpfer oder alternativ mit einem vorzugsweise elektrischen Fernthermometer sowie jeweils mit einem Meßwertverstärker mit progressiver Charakteristik und mit einer mit einem Anzeigeinstrument versehenen Integrierstufe für das Verstärkerausgangssignal.
Durch diese Vorrichtung ist es möglich, die in erster Linie für die Belastung des Schwingungsdämpfers und die Alterung des Siliconöls maßgeblichen Größen Temperatur und Schubspannung direkt oder indirekt zu erfassen und ihren Einfluß zutreffend zu bewerten. Das Verhalten des Siliconöls hinsichtlich Alterung ist durch ein Kennfeld mit diesen Einflußgrößen zu beschreiben, in dem ein Bereich bis zu einer Höchsttemperatur, die über zunehmender Schubspannung zunächst geringfügig etwa konstant und später stark abnimmt, durch konsistentes Verhalten des Siliconöls ohne bleibende Veränderung bei Entlastung gekennzeichnet ist und in dem je nach Schubspannung höhere Temperaturen zur irreversiblen Verflüssigung durch Ermüdung der Siliconketten und zur Abnahme der Viskosität führen. Hierdurch wird in gefährlicher Weise für das zu dämpfende System das Schwingungsverhalten des Dämpfers verändert, welches daher durch die Registrierung der entsprechenden Belastungszustände erfindungsgemäß kontrolliert werden soll.
Die Temperatur im Schwingungsdämpfer ist bei gegebenen Wärmeableitungsbedingungen eine direkte Funktion der erzeugten Wärmemenge und damit der aufgenommenen mechanischen Leistung. Sie ist der Schwingungsamplitude und dem Quadrat der Frequenz proportional, wobei die Amplitude als ein der maximalen Schubspannung analoger Wert betrachtet werden kann.
Die erste Möglichkeit eine für Temperatur und Schubspannugg kennaeichnende Größe zu erfassen ist es daher, die Schwingungsamplitude zu messen und das als Belastung8t£8ße zu erfassende Signal in Abahängigkeit von deren Höhe zunehmend zu verstrken. Diese Verfahren ist in solchen Fällen geeignet, in denen äußere Temperatureintlüsse eine untergeordnete Rolle spielen und eine unzulässige Temperatur nur als Foto hoher Schubspannungen zu erwarten ist. Hierbei sollte der Einfluß der Frequenz jedoch keine Rolle spielen. Dies ist dann gegeben, wenn im Betriebs frequenzbereich des Drehschwingungsdämpfers nur eine Harmonische auftritt und nur diese, nicht jedoch die übrigen Frequenzbereiche eine bleibende Veränderung am Schwingungrdämpfer hervorrufen. In diesem Fall spielt die Frequenz keinen Einfluß und kann unberücksichtigt bleiben bzw. durch einen konstanten Verstärkungsfaktor ausgedrückt werden. Die über die Amplitude ausgedrückte maximale Schubspannung ist damit eine hinreichende Kenngröße für die Erfassung der alterungsbehafteten Betriebszustände, die durch entsprechende Verstärkung ausschließlich oder überwiegend in die gewebte Belastungsdauer eingehen.
Sind im Betriebsfrequenzbereich des Drehschwingungsdämpfers mehrere Harmonische, so ist es günstiger, in einer anderer Ausführung der Erfindung die Amplitude und die Frequenz zu erfassen und vorzugsweise unabhängig voneinander zu verstärken, um ihren Einfluß auf die Alterung wirkungsgerecht zu bewerten. Hierbei sind auch solche Zustände erfaßbar , bei denen z. B. aufgrund hoher Frequenz der zulässige Betriebsbereich durch hohe Temperatur bei an sich niedriger Schubspannung verlassen wird.
Eine dritte günstige Ausführungsform benutzt als Kenngröße ausschließlich die Temperatur, in der sich sowohl Änderungen in der Frequenz als auch der Schubspannung niederschlagen. Dazu kommt als Vorteil, daß äußere Temperatureinflüsse, die ganz wesentlich zur Alterung beitragen k8nnen, ebenfalls erfaßt werden. Dies ist besonder bei wechselnden Umgebungstemperaturen von Bedeutung bei denen Spitzenwerte zu einem Verlassen des zulässigen Betriebsbereiches des Siliconöls führen In den erfindungsgemäßen Ausführungen ist die Verstrkungsfunktion so zu wählen, daß Signale, die den zulässigen Betriebsbereich kennzeichnen, gegenüber den übrigen so niedrig bewertet werden, daß sie in Bezug auf die zulässige Gesamtbelastungsdauer nicht ins Gewicht fallen. Die erfindungsgemäne Integrierstufe summiert das Ausgangssignal der Verstärkerstufe kontinuierlich auf und bildet den Summenwert auf einem geeignetem Anzeigeinstrument ab. Bei der Amplitudenerfassung wird sinnvollerweise bereits vom Meßwertaufnehmer oder vom Verstärker ein Mittelwert über einen geringen Zeitbereich gebildet.
In besonderer erfindungsgemäner Weise stellt sich die erstärkungsfunktion so dar, daß geringe Eingangssignale, die den zulässigen Betriebsbereich des Siliconöls kennzeichnen, ein Null signal am Verstärkerausgang hervorrufen. Damit wird bei einem hohen Anteil von zuzulässigen Betriebszustnden selbst eine geringfügige Verfälschung bei der Erfassung der Betriebsdauer unterbunden.
Erfüllt der Verstärker nur eine einfache Funktion ohne Nullpunktunterdrückung, so kann erfindungsgemäß eine Klassifizierstufe dem Meßwertverstärker vorgeschaltet werden. Hierbei erfolgt eine Bewertung erst ab einer bestimmten Signalgröße.
Zur weiteren Erhöhung der Bewertungsgenauigkeit ist bei Erfassung der Belastungszustände über die Amplitude und/oder die Frequenz eine Verzögerflngsstufe einzusetzen, da die alterungsrelevante Temperaturerhöhung sich erst bei längerem Andauern unzulässiger SchwingungssustKnde einstellt und das schnelle Durchfahren von Resonanzbereichen aus diese Grunde unberücksichtigt bleiben kann.
Durch den Viskositätsabfall bei Alterung ändert sich das Resonanzverhalten des Systems. Es verschiebt sich zu niedrigeren Frequenzen und erreicht höhere Amplituden. Dabei kann sich die Resonanzfrequenz zur Nennfrequenz des Systems hin verschieben und zu einer beschleunigten Zerstörung führen. Um diesen Vorgang rechtzeitig registrieren zu können, wird erfindungsgemäß eine Differenzierstufe vorgesehen, die bei einem unzulässigen zeitlichen Anstieg des Belastungssignals eine Warneinrichtung ansprechen läßt. Eine derartige Vorrichtung kann ggfs. die Überwachung der Belastungsdauer ersetzen.
Fig. 1 zeigt das Kennfeld des Siliconöls mit den Einflußgrößen Temperatur 9 und Schubspannung r . Der Bereich a niedriger Werte ist durch konsistentes Verhalten gekennzeichnet, während es im Bereich b zur irreversiblen Verflüssigung kommt.
Fig. 2 zeigt das veränderliche Schwingungsverhalten des Systems bei Ermüdung der Siliconketten. Durch Absinken der Viskosität wandert der Resonanzbereich von a über b nach c mit zunehmenden Amplituden und damit Schubspannungen in die Nennfrequenz des Systems.
Fig. 3 zeigt den Verlauf der gewerteten Betriebsdauer über der Zeit, wobei in Kurve a der schadensfreie und in Kurve b der zum Dämpferversagen führende Betrieb dargestellt ist. Durch Unterdrückung der Signale aus zulässigen Betriebszuständen ist die Steigung der Kurve a vollständig zu nivellieren.
Fig. 4 zeigt einen Drehschwingungsdämpfer, dessen Dämpferflansch 1 am Wellenende 2 eines Schwingungssystems angeordnet ist und an dem ein Fernthermometer 3 an der Siliconölfüllung 4 des Dämpfers bzw.
ein Meßwertaufnehmer 5 für Schwingungen an der Dämpfermasse 6 angeordnet ist. Das Ausgangssignal beaufschlagt eine wahlweise vorgesehene Klassifizierstufe 7, die dem Meßwertverstärker 8 vorgeschaltet ist. Dessen Ausgangssignal wird ggfs. von armer Verzögerungsstufe 9 erst nach Ablauf einer Totzeit auf eine Integrierstufe 10 und/oder auf eine Differenzierstufe 11 übertragen. Die Integrierstufe 10 ist mit einer Anzeige 12 für die Gesamtbelastungsdauer vorgesehen, die Differenzierstufe 11 mit einer Warnvorrichtung 12 für unzulässige Belastungsanstiege.
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Claims

Patentansprüche 1. Anzeige- und Warnvorrichtung für die Belastung von Viskositätsschwingungsdämpfern, insbesondere Drehschwingungsdämpfern von Brennkraftmaschinen, gekennzeichnet durch einen Schwingungsmeßwertgeber (5) für die Amplitude und ggfs. die Frequenz am Schwingungsdampfer, einen Meßwertverstärker (e) mit progressiver Charakteristik und eine mit einem Anzeige- und/oder Warninstrument (11) versehene Integrierstufe (10) für das Verstarkerausgangssigal.
2. Anzeige- und We.rnvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertverstärker (8) ein Ausgangssignal g aus der Frequenz f und der Amplitude f erzeugt nach Maßgabe der Gleichung
3. Anzeige- und Warnvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsmeßwertgeber (5) als induktiver Wegaufnehmer zwischen Dämpferflansch (1) und Dämpfermasse (6) angeordnet ist.
4. Anzeige- und Warnvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsmeßwertgeber (5) als piezo-elektrischer Beschleunigungsaufnehmer an der Dämpfermasse (6) angeordnet ist.
5. Anzeige- und Warnvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, gekennzeichnet durch ein Fernthermometer (3) am Schwingungsdämpfer, einen Meßwertverstärker (8) mit progressiver Charakteristik und eine mit einem Anzeige- und/oder Warninstrument (11) versehene Integrierstufe (10) für das Verstärkerausgangssignal.
6. Anzeige- und Warnvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertverstärker (8) ein Ausgangssignal d aus der Temperatur + erzeugt nach Maßgabe der Gleichung
7. Anzeige- und Warnvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine dem Meßwertverstärker (8) nachgeschaltete Differenzierstufe (12) mit Warnvorrichtung (13) für eine über ein bestimmtes Maß hinausgehende Steigung des Verstärkerausgangssignals als Ergänzung oder Ersatz der mit einem Anzeige- und/oder Warninstrument (11) versehenen Integrierstufe (10) für das Verstärkerausgangssignal.
8. Anzeige- und Warnvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine vorzugsweise vor dem Meßwertverstärker (8) angeordnete Klassifizierstufe (7) zur Unterdrückung unter einem Mindestwert liegender Signale.
9. Anzeige- und Warnvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch eine Verzögerungsstufe ~(9) vor der Integrierstufe (8) zum Aufschalten einer Totzeit nach Ansprechen der Klassifizierstufe (7).
10. Anzeige-und Warnvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch ein Überwachungsgerät mit Warnvorrichtung zum Vergleich der registrierten Belastungsdauer mit einer einstellbaren zulässigen Gesamtbelastungsdauer.