DE102015109332B3 - Vorrichtung und Verfahren zur Reibkraftmessung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Messung von mindestens zwei Kräften auf ein innerhalb einer Brennkraftmaschine in einer umlaufenden Ausnehmung (1) eines Kolbens (2) zwischen zwei ringförmigen Kraft-sensierenden Messaufnehmern (3, 4) angeordnetes, ringförmiges Gleitelement (5), welches an seinem äußerem Umfang einen oder keinen Kontaktbereich (6) zu einer Innenwandung (7) eines Zylinders (8) sowie einen radialen Überstand (9) mit dem Kolben (2) aufzeigt und die Kraft-sensierenden Messaufnehmer (3, 4) jeweils mindestens ein Messelement (10) aufweisen. Erfindungsgemäß der Vorrichtung weist mindestens einer dieser Kraft-sensierenden Messaufnehmer (3, 4) auf mindestens einer Seite in axialer Richtung des Gleitelementes (5) mit dem Gleitelement (5) einen vollständig umlaufenden Flächenkontakt (11) auf. Die Messelemente (10) auf den Kraft-sensierenden Messaufnehmern (3, 4) sind radial in Mittenrichtung dieser Kraft-sensierenden Messaufnehmer (3, 4) so angeordnet, dass sie weder einen Kontaktbereich mit der umlaufenden Ausnehmung (1) des Kolbens (2) noch mit dem Gleitelement (5) ausbilden sowie auf beiden Seiten der Kraft-sensierenden Messaufnehmer (3, 4) angeordnet sind. Der Kolben (2) ist weiterhin so ausgeformt, dass in der umlaufenden Ausnehmung (1) des Kolbens (2) ein Gasdruck-sensierender Messaufnehmer (12) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von mindestens zwei Kräften auf ein innerhalb einer Brennkraftmaschine in einer umlaufenden Ausnehmung eines Kolbens zwischen zwei ringförmigen Kraft-sensierenden Messaufnehmern angeordnetes ringförmiges Gleitelement, welches an seinem äußerem Umfang einen Kontaktbereich zu einer Innenwandung eines Zylinders sowie einen radialen Überstand mit dem Kolben aufzeigt und die Kraft-sensierenden Messaufnehmer jeweils mindestens ein Messelement aufweisen.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Messung von mindestens einer Kraft auf ein innerhalb einer Brennkraftmaschine in einer umlaufenden Ausnehmung eines Kolbens zwischen zwei ringförmigen Kraft-sensierenden Messaufnehmern angeordnetes, ringförmiges Gleitelement, welches einen radialen Überstand mit dem Kolben aufzeigt und die Kraft-sensierenden Messaufnehmer jeweils mindestens ein Messelement aufweisen.
  • Der Einsatzbereich von Brennkraftmaschinen reicht beispielsweise vom Kraft- über den Nutzfahrzeug- bis hin zum Schiffsbau und wird durch die hohen Energie- bzw. Leistungsanforderungen in den beiden letztgenannten Gebieten, bedingt durch die höheren Energiedichten von Flüssigkraftstoffen, auch in einer geraumen Zeitspanne das noch dominierende Antriebssystem darstellen.
  • Hierdurch ist es von Bedeutung, die Effizienz dieser Brennkraftmaschinen zu steigern und hiermit verbunden den Kraftstoffverbrauch sowie den Schadstoffausstoß zu vermindern.
  • Eine besondere Rolle stellt somit neben der Optimierung des Verbrennungsprozesses die Reduzierung von mechanischen Verlusten innerhalb einer solchen Brennkraftmaschine dar. Da vor allem an, in einer solchen Brennkraftmaschine vorhandenen Kolbengruppen 50 % bis 60 % der gesamten mechanischen Verluste entstehen können, nimmt die Optimierung der Reibung einer solchen Kolbengruppe bestehend aus Kolben, Kolbenring, Schmierstoff und Zylinderlaufbuchse eine exponierte Stellung ein.
  • Zur Messung der Kolbengruppenreibung beschreiben Furuhama und Takiguchi in der Schrift "Measurement of Piston Frictional Force in Actual Operating Diesel Engine", SAE Technical Paper 790855, 1979, die sogenannte Floating Liner Methode, bei welcher die bei der Kolbenbewegung entstehenden Reaktionskräfte auf eine mittels einer axial beweglichen Zylinderlaufbuchse auf eine Kraftmesseinrichtung, z.B. eine Kraftmessdose, übertragen werden.
  • Eine deutlich detailliertere Betrachtung der Reibungsvorgänge, d.h. die Bestimmung der Reibung an der Kontaktstelle zwischen Kolbenring und Zylinderlaufbuchse selbst, führt jedoch zu einer erhöhten Analysemöglichkeit und Optimierungspotential im Motorbetrieb.
  • Die DE 2 324 648 A1 zeigt hierzu eine Anordnung aus einem Kolbenring und zweier ringförmiger Biegebalken zur Messung einer Kraft auf diesen Kolbenring, wobei der Kolbenring und die Biegebalken in einer bevorzugten Weiterbildung in jeweils einzelne Ringnuten eingebracht sind. Der Kolbenring befindet sich in einer mittleren Position zwischen beiden Biegebalken angeordnet. Die ringförmigen Biegebalken sind hierbei beidseitig mit Nocken sowie auf einer Seite mit Dehnungsmessstreifen versehen. Über in Bohrungen, die vertikal zwischen den einzelnen Ringnuten verlaufen, eingebrachte Verbindungsstifte erfolgt bei einer Auslenkung des Kolbenringes eine Belastung der Biegebalken durch Druck der Verbindungsstifte auf die Nocken der Biegebalken. Die somit messbare Kraft auf den Kolbenring setzt sich aus mehreren Einzelkräften, die auf den Kolbenring wirken, zusammen. Die dadurch ermittelbare Kraft stellt jedoch nicht ausschließlich die Reibkraft zwischen Kolbenring und Zylinderlaufbuchse dar, sondern ist aus der gewünschten Reibkraft, einer auf den Kolbenring wirkenden Gaskraft und einer Massekraft bedingt durch die Beschleunigung des Kolbenringes überlagert. Weiterhin ist durch die Anordnung von Nocken auf dem ringförmigen Biegebalken bzw. der Verwendung von Stiften zur Übertragung der an dem Nockenring angreifenden Kräfte auf den ringförmigen Biegebalken eine gewünschte Abdichtung des Brennraumes durch diesen Nockenring deutlich vermindert.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, die an einem ringförmigen Gleitelement, welches in einer umlaufenden Ausnehmung eines Kolbens einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, einen radialen Überstand mit dem Kolben und an seinem äußerem Umfang einen Kontaktbereich zu der Innenwandung eines Zylinders aufweist, auftretenden Reibkräfte zu bestimmen und gleichzeitig eine Dichtfunktion des ringförmigen Gleitelementes zu erhalten.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung und einem Verfahren gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 und 14 gelöst, wobei mittels der Vorrichtung nach Anspruch 1 zumindest die überlagerte Kraft sowie die Gaskraft auf dieses Gleitelement bestimmt werden. Die überdies notwendige Massekraft kann ferner mittels des zugehörigen Verfahrens nach Anspruch 14 bestimmt werden.
  • Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Erfindungsgemäß ist also eine Vorrichtung vorgesehen, die die Messung von mindestens zwei Kräften zur Bestimmung der Reibkräfte auf ein ringförmiges Gleitelement ermöglicht, wobei dieses Gleitelement innerhalb einer Brennkraftmaschine in einer umlaufenden Ausnehmung eines Kolbens zwischen zwei ringförmigen Kraft-sensierenden Messaufnehmern angeordnet ist. Das ringförmige Gleitelement zeigt dabei an seinem äußerem Umfang einen Kontaktbereich zu einer Innenwandung eines Zylinders sowie einen radialen Überstand mit dem Kolben auf und die Kraft-sensierenden Messaufnehmer verfügen jeweils über mindestens ein Messelement. Hierbei ist die Vorrichtung so ausgestaltet, dass mindestens einer dieser Kraft-sensierenden Messaufnehmer auf mindestens einer Seite in axialer Richtung des Gleitelementes mit dem Gleitelement einen vollständig umlaufenden Flächenkontakt aufweist. Die Messelemente auf den Kraft-sensierenden Messaufnehmern sind weiterhin radial in Mittenrichtung dieser Kraft-sensierenden Messaufnehmer so angeordnet, dass sie weder einen Kontaktbereich mit der umlaufenden Ausnehmung des Kolbens noch mit dem Gleitelement ausbilden sowie auf beiden Seiten der Kraft-sensierenden Messaufnehmer angeordnet sind. Der Kolben ist überdies so ausgeformt, dass in der umlaufenden Ausnehmung dieses Kolbens ein Gasdruck-sensierender Messaufnehmer angeordnet ist. Durch die beidseitige Anordnung der Kraft-sensierenden Messaufnehmer ober- und unterseitig des ringförmigen Gleitelementes, beispielsweise eines Kolbenringes, ist sichergestellt, dass bei einer axialen Auf- bzw. Abwärtsbewegung des Kolbens mindestens einer dieser Kraft-sensierenden Messaufnehmer durch das Gleitelement mit einer Kraft belastet werden kann, hierbei insbesondere der untere Kraft-sensierenden Messaufnehmer bei einer Aufwärtsbewegung, der obere Kraft-sensierenden Messaufnehmer bei einer Abwärtsbewegung. Der beschriebene Flächenkontakt von ringförmigem Gleitelement mit den Kraft-sensierenden Messaufnehmern kann insbesondere dahingehend von Vorteil sein, dass eine gewünschte Dichtfunktion des Gleitelementes weitgehend aufrechterhalten werden kann. Die Anordnung der Messelemente auf beiden Seiten der Kraft-sensierenden Messaufnehmer kann eine Minderung von Störeinflüssen, z.B. thermische, auf die Messung bewirken. Zusätzlich sind diese Messelemente radial so positioniert, dass keine direkte Kraftwirkung durch die umlaufende Ausnehmung oder das Gleitelement erfolgt, da hierdurch das Messergebnis verfälscht werden kann. Die Messelemente sind weiterhin so gestaltet, dass sie die Kraft auf das Gleitelement direkt oder indirekt über eine oder mehrere Zwischengrößen, wie z.B. bei Dehnungsmessstreifen, bestimmen. Einer besonderen Bedeutung kommt dem Gasdruck-sensierenden Messaufnehmer zu, da erst durch diesen eine Bestimmung der Reibkraft zwischen dem ringförmigen Gleitelement und der Innenwandung des Zylinders ermöglicht wird, indem durch dieses Element der Gasdruck im Bereich der umlaufenden Ausnehmung des Zylinders auf das Gleitelement bestimmt werden kann. Die Bestimmung der Reibkraft auf das Gleitelement kann somit durch eine Differenzbildung der durch den Kraft-sensierenden Messaufnehmer bestimmten Gesamtkraft und der mittels Gasdruck-sensierenden Messaufnehmer bestimmten Gaskraft erfolgen.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Kraft-sensierenden Messaufnehmer eben und flächenhaft, mit geringer Dickenausdehnung ausgeführt. Diese Ausführung ermöglicht eine einfache Biegung der Kraft-sensierenden Messaufnehmer sowie den im vorhergehenden Abschnitt beschriebenen vollständig umlaufenden Flächenkontakt zwischen Kraft-sensierendem Messaufnehmer und Gleitelement.
  • Zusätzlich ist es von Vorteil, dass die Kraft-sensierenden Messaufnehmer einteilig ausgeführt sind, wodurch ein einfacher Aufbau derselben erreicht wird und keine zusätzliche Montage etwaiger Einzelkomponenten der Kraft-sensierenden Messaufnehmer notwendig ist.
  • In Zusammenhang mit den vorhergehenden Abschnitten ist es besonders zweckmäßig, wenn der Kolben mindestens zweiteilig ausgeführt ist und Einzelkomponenten des Kolbens kraftschlüssig miteinander verbunden sind, wobei diese kraftschlüssige Verbindung beispielsweise mittels einer Schraubverbindung erfolgen kann. Dies ermöglicht eine z.B. einfache Montage der Kraft- sowie Gasdruck-sensierenden Messaufnehmer und eröffnet die Möglichkeit einer beispielsweise zielführenden Gestaltung, respektive einfachen Fertigung der Einzelkomponenten des Kolbens, insbesondere hinsichtlich der Halteflächen für die Kraft-sensierenden Messaufnehmer.
  • Sind ferner die Kraft-sensierenden Messaufnehmer so in der umlaufenden Ausnehmung des Kolbens angeordnet, dass zwischen der Oberseite der umlaufenden Ausnehmung und einer Oberseite des oberen Kraft-sensierenden Messaufnehmers sowie der Unterseite der umlaufenden Ausnehmung und einer Unterseite des unteren Kraft-sensierenden Messaufnehmers ein Abstand realisiert ist und die Kraft-sensierenden Messaufnehmer zumindest teilweise über den Weg dieses Abstandes biegbar sind, kann dies als äußerst zweckdienlich angesehen werden. Durch diese Weiterbildung wird ermöglicht, dass beispielsweise eine Messung der überlagerten Gesamtkraft, die auf das Gleitelement, z.B. einen Kolbenring, wirkt in einem bestimmten Messbereich erfolgen kann. Da bei einer Bewegung des Kolbens das Gleitelement eine Kraftwirkung auf den Kraft-sensierenden Messaufnehmer ausübt, erfahren diese hierdurch ein Biegemoment und ein Biegeweg muss gewährleistet werden. Weiterhin sind durch die Anordnung der Weiterbildung die Kraft-sensierenden Messaufnehmer lediglich in bestimmten Grenzen biegbar und es wird ein außenseitiger Anschlag durch Ober- sowie Unterseite der umlaufenden Ausnehmung gebildet. Eine Biegung über einen gewünschten Messbereich hinaus, beispielsweise bis zu einem Defekt der Messelemente, kann somit vermieden werden.
  • Sind die Kraft-sensierenden Messaufnehmer in dem mindestens zweiteilig ausgeführten Kolben so angeordnet, dass sich eine lichte Weite zwischen den Kraft-sensierenden Messaufnehmern radial in Mittenrichtung dieser Kraft-sensierenden Messaufnehmer verringert, so stellt sich dies als besonders vorteilhaft dar, da hierdurch, in einem Schnitt gesehen, radialsymmetrisch eine Art V-förmiger Verlauf des Abstandes zwischen den beiden Kraft-sensierenden Messaufnehmern entsteht und sich dieser Verlauf somit der Querschnittskontur des ringförmigen Gleitelementes, beispielsweise eines handelsüblichen Kolbenringes, anpasst. Die so angeordneten Kraft-sensierenden Messaufnehmer bilden quasi eine Aufnahme für ein solches Gleitelement, die einer gebräuchlichen Gestaltung einer umlaufenden Ausnehmung, z.B. einer Ringnut, des Kolbens entspricht.
  • Überdies kann als gewinnbringend angenommen werden, dass die umlaufende Ausnehmung des Kolbens so ausgeformt ist, dass sich eine lichte Weite zwischen einer Oberseite der Ausnehmung und einer Unterseite der Ausnehmung vom Außenumfang bis zu einem Innenumfang der Ausnehmung verringert. Durch diese Gestaltung kann ermöglicht werden, dass die Kontur der umlaufenden Ausnehmung analog dem in etwa V-förmigen Verlauf der Kraft-sensierenden Messaufnehmer verläuft und hierdurch ein im bewegungslosen Zustand des Kolbens über den radialen Verlauf in Grenzen gleicher Abstand zwischen Oberseite der umlaufenden Ausnehmung und Oberseite des oberen Kraft-sensierenden Messaufnehmers sowie der Unterseite der umlaufenden Ausnehmung und Unterseite des unteren Kraft-sensierenden Messaufnehmers realisiert ist.
  • Als weiterhin vorteilhaft stellt sich dar, wenn die Kraft-sensierenden Messaufnehmer in dem Kolben kraftschlüssig festgelegt sind und Halteflächen für diese Kraft-sensierenden Messaufnehmer in dem mindestens zweiteilig ausgeführten Kolben konvex oder konkav ausgeformt sind. Diese Form kann z.B. konusartig oder in Form einer Kugelkalotte ausgeführt sein. Durch diese so gestaltete Ausführung kann bei einer kraftschlüssigen Klemmung der Kraft-sensierenden Messaufnehmer radial eine gebogene Kontur dieser Kraft-sensierenden Messaufnehmer entstehen. Bei einer solchen Gestaltung der Halteflächen beider Kraft-sensierenden Messaufnehmer lässt sich beispielsweise auf eine einfache Weise der bereits beschriebene V-förmige Verlauf des Abstandes zwischen diesen beiden Kraft-sensierenden Messaufnehmern verwirklichen.
  • Ist an einer Innenseite der umlaufenden Ausnehmung eine umlaufende Ausformung realisiert, so ist dies als vorteilhaft anzusehen. Durch diese umlaufende Ausformung an der Innenseite der umlaufenden Ausnehmung des Kolbens kann bei einer entsprechenden Gestaltung dieser Ausformung, beispielsweise so, dass Ober- sowie Unterseite der Ausformung einen geringen Abstand zu den Kraft-sensierenden Messaufnehmern bilden, ein innenseitiger Anschlag für die Kraft-sensierenden Messaufnehmer geformt werden.
  • In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung kann der Gasdruck-sensierende Messaufnehmer innerhalb des Kolbens an der Innenseite oder der umlaufenden Ausformung der umlaufenden Ausnehmung zwischen den Kraft-sensierenden Messaufnehmern so angeordnet sein, dass dieser Gasdruck-sensierende Messaufnehmer mit einem Druckeinlass an den Innenbereich der umlaufenden Ausnehmung anschließt. Somit kann direkt im Bereich des Gleitelementes der Gasdruck auf das Gleitelement bestimmt und hieraus eine Gaskraft abgeleitet werden, die auf dieses Gleitelement wirkt. Diese auf das Gleitelement wirkende Gaskraft stellt eine zur Bestimmung der Reibkraft zwischen Gleitelement und Zylinder essentielle Größe dar.
  • Enthält der Kolben mehr als eine umlaufende Ausnehmung, in welchen jeweils zwei Kraft-sensierende Messaufnehmer, ein ringförmiges Gleitelement und ein Gasdruck-sensierender Messaufnehmer angeordnet sind, so stellt dies eine vorteilhafte Weiterbildung dar. Da beispielsweise an einem Kolben mehrere umlaufende Ausnehmungen vorhanden sein können, die jeweils mit einem Gleitelement versehen sind, wobei beispielsweise ein solches Gleitelement jeweils eine variierende Funktion in der Kombination aus Kolben, entsprechendem Gleitelement und Zylinder ausfüllen kann, ist es durch diese Weiterbildung möglich, die jeweilige Reibkraft am Kontakt zwischen dem einzelnen Gleitelement und Zylinder zu bestimmen, was zu einer sehr detaillierten Analysemöglichkeit der Kolbengruppenreibung führt.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung stellt dar, wenn an dem Kolben eine bewegliche Treibstange, beispielsweise ein Pleuel, realisiert ist, an welcher eine Koppelschwinge angeordnet ist. Hierbei ist diese Koppelschwinge mindestens zweiteilig ausgeführt, die Teile beweglich miteinander verbunden und diese Koppelschwinge weist mindestens eine Aufnahme und/oder mindestens eine Führung für mindestens eine Signalleitung auf. Somit gestaltet sich beispielsweise eine kabelgebundene Übertragung der Messsignale von den Kraft- und Gasdruck-sensierenden Messaufnehmern so, dass ein einfaches Herausführen der Signalleitung und eine der Kolben- bzw. Treibstangenbewegung angepasste Bewegung der Signalleitung über diese Koppelschwinge ermöglicht wird.
  • Ist in und/oder an dem Kolben mindestens eine Energiequelle, mindestens eine Signal-verstärkende Einheit und mindestens eine Signal-übertragende Einheit angeordnet, so können z.B. hierdurch mittels der Kraft- und Gasdruck-sensierenden Messaufnehmer gewonnene Messsignale ortsnah verstärkt und kabellos zu einer Auswerteeinheit übertragen werden.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Messung von mindestens einer Kraft zur Bestimmung der Reibkräfte auf ein ringförmiges Gleitelement innerhalb einer Brennkraftmaschine. Dieses Gleitelement ist hierbei in einer umlaufenden Ausnehmung eines Kolbens zwischen zwei ringförmigen Kraft-sensierenden Messaufnehmern angeordnet und zeigt einen radialen Überstand mit dem Kolben auf. Die Kraft-sensierenden Messaufnehmer verfügen weiterhin jeweils mindestens über ein Messelement. Bei einer translatorischen Bewegung des Kolbens wird mittels der Kraft-sensierenden Messaufnehmer die mindestens eine Kraft auf das ringförmige Gleitelement bestimmt, welches hierbei an seinem äußeren Umfang keinen Kontaktbereich zu der Innenwandung des Zylinders aufweist. Hierdurch besteht die Möglichkeit, die bei einer beschleunigten Bewegung des Kolbens auf das Gleitelement wirkende Massekraft zu bestimmen. Die ansonsten überlagerte Reibkraft zwischen Gleitelement und Innenwandung des Zylinders ist durch den fehlenden Kontakt nicht vorhanden.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist bei einer translatorischen Bewegung des Kolbens kein ringförmiges Gleitelement in der umlaufenden Ausnehmung des Kolbens angeordnet und eine Korrekturkraft, welche auf die Kraft-sensierenden Messaufnehmer wirkt, wird bestimmt. Durch diesen Verfahrensschritt kann beispielsweise eine durch die beschleunigte Bewegung des Kolbens bedingte, auf die Kraft-sensierenden Messaufnehmer wirkende Kraft bestimmt werden, durch deren Kenntnis man in die Lage versetzt wird, die tatsächlich auf das Gleitelement wirkende Massekraft ohne Einfluss der Kraft-sensierenden Messaufnehmer zu bestimmen.
  • Als vorteilhaft stellt sich weiterhin dar, wenn die Messung der mindestens einen Kraft und/oder der Korrekturkraft in einem gasdrucklosen Zustand der Brennkraftmaschine durchgeführt wird. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, einen Einfluss der Gaskraft auf die Messung der Massekraft zumindest zu vermindern.
  • Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
  • 1 eine Schnittansicht einer Weiterbildung der genannten Vorrichtung;
  • 2 eine vergrößerte Darstellung einer Schnittansicht einer Weiterbildung der genannten Vorrichtung;
  • 3 eine schematische Darstellung eines Kolbens mit Treibstange und Koppelschwinge.
  • 1 zeigt ein zwischen zwei ringförmigen Kraft-sensierenden Messaufnehmern 3, 4 angeordnetes, ringförmiges Gleitelement 5, welches innerhalb einer Brennkraftmaschine in einer umlaufenden Ausnehmung 1 eines Kolbens 2 angeordnet ist. Das Gleitelement 5 weist an seinem äußeren Umfang einen Kontaktbereich 6 zu einer Innenwandung 7 eines Zylinders 8 sowie einen radialen Überstand 9 mit dem Kolben 2 auf. Die Kraft-sensierenden Messaufnehmer 3, 4 verfügen jeweils über mehrere Messelemente 10, wobei einer dieser Kraft-sensierenden Messaufnehmer 3, 4 auf mindestens einer Seite in axialer Richtung des Gleitelementes 5 mit dem Gleitelement 5 einen vollständig umlaufenden Flächenkontakt 11 aufweist. Die Messelemente 10 auf den Kraft-sensierenden Messaufnehmern 3, 4 sind hierbei radial in Mittenrichtung dieser Kraft-sensierenden Messaufnehmer 3, 4 so angeordnet, dass sie weder einen Kontaktbereich mit der umlaufenden Ausnehmung 1 noch mit dem Gleitelement 5 ausbilden und auf beiden Seiten der Kraft-sensierenden Messaufnehmer 3, 4 angeordnet sind. Der Kolben 2 ist in dieser Weiterbildung so ausgeformt, dass in der umlaufenden Ausnehmung 1 des Kolbens 2 ein Gasdruck-sensierender Messaufnehmer 12 angeordnet ist. Die Kraft-sensierenden Messaufnehmer 3, 4 sind eben und flächenhaft, mit geringer Dickenausdehnung sowie einteilig ausgeführt.
  • In 2 ist dargestellt, dass die Kraft-sensierenden Messaufnehmer 3, 4 so in der umlaufenden Ausnehmung 1 des Kolbens 2 angeordnet sind, dass zwischen der Oberseite 13 der umlaufenden Ausnehmung 1 und der Oberseite 14 des oberen Kraft-sensierenden Messaufnehmers 3 sowie der Unterseite 15 der umlaufenden Ausnehmung 1 und einer Unterseite 16 des unteren Kraft-sensierenden Messaufnehmers 4 ein Abstand A realisiert ist. Die Kraft-sensierenden Messaufnehmer 3, 4 sind kraftschlüssig festgelegt und die Halteflächen 25 für diese Kraft-sensierenden Messaufnehmer 3, 4 sind konvex bzw. konkav ausgeformt. In dieser Weiterbildung verringert sich die lichte Weite W1 zwischen den Kraft-sensierenden Messaufnehmern 3, 4 radial in Mittenrichtung dieser Kraft-sensierenden Messaufnehmer 3, 4 sowie die lichte Weite W2 zwischen der Oberseite 13 der umlaufenden Ausnehmung 1 und der Unterseite 15 der umlaufenden Ausnehmung 1 vom Außenumfang 17 bis zu einem Innenumfang 18 der umlaufenden Ausnehmung 1. An der Innenseite 19 der umlaufenden Ausnehmung 1 ist eine umlaufende Ausformung 20 realisiert, wobei der Gasdruck-sensierende Messaufnehmer 12 an der umlaufenden Ausformung 20 der umlaufenden Ausnehmung 1 zwischen den Kraft-sensierenden Messaufnehmern 3, 4 so angeordnet ist, dass dieser Gasdruck-sensierende Messaufnehmer 12 mit dem Druckeinlass 21 an den Innenbereich 22 der umlaufenden Ausnehmung 1 anschließt.
  • 3 zeigt eine an dem Kolben 2 mit mehreren umlaufenden Ausnehmungen 1 realisierte bewegliche Treibstange 23, an welcher eine Koppelschwinge 24 angeordnet ist. Diese Koppelschwinge 24 ist mindestens zweiteilig ausgeführt und die Teile sind beweglich miteinander verbunden.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Umlaufende Ausnehmung
    2
    Kolben
    3
    Messaufnehmer
    4
    Messaufnehmer
    5
    Ringförmiges Gleitelement
    6
    Kontaktbereich zu Innenwandung
    7
    Innenwandung Zylinder
    8
    Zylinder
    9
    Radialer Überstand
    10
    Messelement
    11
    Umlaufender Flächenkontakt
    12
    Messaufnehmer
    13
    Oberseite umlaufende Ausnehmung
    14
    Oberseite Messaufnehmer
    15
    Unterseite umlaufende Ausnehmung
    16
    Unterseite Messaufnehmer
    17
    Außenumfang umlaufende Ausnehmung
    18
    Innenumfang umlaufende Ausnehmung
    19
    Innenseite umlaufende Ausnehmung
    20
    Umlaufende Ausformung
    21
    Druckeinlass
    22
    Innenbereich umlaufende Ausnehmung
    23
    Treibstange
    24
    Koppelschwinge
    25
    Halteflächen
    A
    Abstand
    W1
    Erste lichte Weite
    W2
    Zweite lichte Weite

Claims (16)

  1. Vorrichtung zur Messung von mindestens zwei Kräften zur Bestimmung der Reibkräfteauf ein innerhalb einer Brennkraftmaschine in einer umlaufenden Ausnehmung (1) eines Kolbens (2) zwischen zwei ringförmigen Kraft-sensierenden Messaufnehmern (3, 4) angeordnetes, ringförmiges Gleitelement (5), welches an seinem äußerem Umfang einen Kontaktbereich (6) zu einer Innenwandung (7) eines Zylinders (8) sowie einen radialen Überstand (9) mit dem Kolben (2) aufzeigt und die Kraft-sensierenden Messaufnehmer (3, 4) jeweils mindestens ein Messelement (10) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer dieser Kraft-sensierenden Messaufnehmer (3, 4) auf mindestens einer Seite in axialer Richtung des Gleitelementes (5) mit dem Gleitelement (5) einen vollständig umlaufenden Flächenkontakt (11) aufweist, die Messelemente (10) auf den Kraft-sensierenden Messaufnehmern (3, 4) radial in Mittenrichtung dieser Kraft-sensierenden Messaufnehmer (3, 4) so angeordnet sind, dass sie weder einen Kontaktbereich mit der umlaufenden Ausnehmung (1) des Kolbens (2) noch mit dem Gleitelement (5) ausbilden sowie auf beiden Seiten der Kraft-sensierenden Messaufnehmer (3, 4) angeordnet sind und der Kolben (2) so ausgeformt ist, dass in der umlaufenden Ausnehmung (1) des Kolbens (2) ein Gasdruck-sensierender Messaufnehmer (12) angeordnet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft-sensierenden Messaufnehmer (3, 4) eben und flächenhaft, mit geringer Dickenausdehnung ausgeführt sind.
  3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft-sensierendern Messaufnehmer (3, 4) einteilig ausgeführt sind.
  4. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (2) mindestens zweiteilig ausgeführt ist und Einzelkomponenten des Kolbens (2) kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
  5. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft-sensierenden Messaufnehmer (3, 4) so in der umlaufenden Ausnehmung (1) des Kolbens (2) angeordnet sind, dass zwischen der Oberseite (13) der umlaufenden Ausnehmung (1) und einer Oberseite (14) des oberen Kraft-sensierenden Messaufnehmers (3) sowie der Unterseite (15) der umlaufenden Ausnehmung (1) und einer Unterseite (16) des unteren Kraft-sensierenden Messaufnehmers (4) ein Abstand (A) realisiert ist und die Kraft-sensierenden Messaufnehmer (3, 4) zumindest teilweise über den Weg dieses Abstandes biegbar sind.
  6. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft-sensierenden Messaufnehmer (3, 4) in dem mindestens zweiteilig ausgeführten Kolben (2) so angeordnet sind, dass sich eine lichte Weite (W1) zwischen den Kraft-sensierenden Messaufnehmern (3, 4) radial in Mittenrichtung dieser Kraft-sensierenden Messaufnehmer (3, 4) verringert.
  7. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft-sensierenden Messaufnehmer (3, 4) in dem Kolben (2) kraftschlüssig festgelegt sind und Halteflächen (25) für diese Kraft-sensierenden Messaufnehmer (3, 4) in dem mindestens zweiteilig ausgeführten Kolben (2) konvex oder konkav ausgeformt sind.
  8. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Ausnehmung (1) des Kolbens (2) so ausgeformt ist, dass sich eine lichte Weite (W2) zwischen der Oberseite (13) der umlaufenden Ausnehmung (1) und der Unterseite (15) der umlaufenden Ausnehmung (1) vom Außenumfang (17) bis zu einem Innenumfang (18) der umlaufenden Ausnehmung (1) verringert.
  9. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Innenseite (19) der umlaufenden Ausnehmung (1) eine umlaufende Ausformung (20) realisiert ist.
  10. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdruck-sensierende Messaufnehmer (12) innerhalb des Kolbens (2) an der Innenseite (1) oder der umlaufenden Ausformung (20) der umlaufenden Ausnehmung (1) zwischen den Kraft-sensierenden Messaufnehmern (3, 4) so angeordnet ist, dass dieser Gasdruck-sensierende Messaufnehmer (12) mit einem Druckeinlass (21) an den Innenbereich (22) der umlaufenden Ausnehmung (1) anschließt.
  11. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (2) mehr als eine umlaufende Ausnehmung (1) enthält, in welchen jeweils zwei Kraft-sensierende Messaufnehmer (3, 4), ein ringförmiges Gleitelement (5) und ein Gasdruck-sensierender Messaufnehmer (12) angeordnet sind.
  12. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kolben (2) eine bewegliche Treibstange (23) realisiert ist, an welcher eine Koppelschwinge (24) angeordnet ist, diese Koppelschwinge (24) mindestens zweiteilig ausgeführt ist, die Teile beweglich miteinander verbunden sind und diese Koppelschwinge (24) mindestens eine Aufnahme und/oder mindestens eine Führung für mindestens eine Signalleitung aufweist.
  13. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in und/oder an dem Kolben (2) mindestens eine Energiequelle, mindestens eine Signal-verstärkende Einheit und mindestens eine Signal-übertragende Einheit angeordnet ist.
  14. Verfahren zur Messung von mindestens einer Kraft zur Bestimmung der Reibkräfte auf ein innerhalb einer Brennkraftmaschine in einer umlaufenden Ausnehmung (1) eines Kolbens (2) zwischen zwei ringförmigen Kraft-sensierenden Messaufnehmern (3, 4) angeordnetes, ringförmiges Gleitelement (5), welches einen radialen Überstand (9) mit dem Kolben (2) aufzeigt und die Kraft-sensierenden Messaufnehmer (3, 4) jeweils mindestens ein Messelement (10) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer translatorischen Bewegung des Kolbens (2) mittels der Kraft-sensierenden Messaufnehmer (3, 4) die mindestens eine Kraft auf das ringförmige Gleitelement (5) bestimmt wird, welches hierbei an seinem äußerem Umfang keinen Kontaktbereich (6) zu der Innenwandung (7) des Zylinders (8) aufweist.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer translatorischen Bewegung des Kolbens (2) kein ringförmiges Gleitelement (5) in der umlaufenden Ausnehmung (1) der Kolbens (2) angeordnet ist und eine Korrekturkraft, welche auf die Kraft-sensierenden Messaufnehmer (3, 4) wirkt, bestimmt wird.
  16. Verfahren nach den Ansprüchen 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der mindestens einen Kraft und/oder der Korrekturkraft in einem Gasdruck-losen Zustand der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.
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