DE2642520A1

DE2642520A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des verschleissgrades eines elementes mit vorbestimmten magnetischen eigenschaften, das mit einem zweiten element in gleitender beruehrung steht

Info

Publication number: DE2642520A1
Application number: DE19762642520
Authority: DE
Inventors: Jean Rouam
Original assignee: Societe dEtudes de Machines Thermiques SEMT SA
Current assignee: MAN Energy Solutions France SAS
Priority date: 1975-10-01
Filing date: 1976-09-22
Publication date: 1977-04-14
Also published as: FI761750A; DE2642520B2; YU142176A; IN147161B; BE842369A; IT1069151B; DE2642520C3; AU513929B2; NO143004B; AU1474176A; FI59874B; SE7606292L; SE431255B; BR7604947A; SU710530A3; JPS5243450A; FR2346713A1; GB1537552A; US4143319A; FI59874C

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

70981 B/0760

COMMERZBANK HAMBURG 22/58226 (BLZ 200 400 00) · POSTSCHECKAMT HAMBURG 225058-208

• «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.

709815/0760

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

709816/0760

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,

709815/0760

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.

709815/0760

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

70981 5/0760

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

70981 5/0760

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

709815/0760

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.

70981 5/0760

Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

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.

709815/0760

GOMMERZBANK HAMBURG 22/58226 (BLZ 200 400 0O)-POSTSCHECKAMt

HAMBURG 225058-208

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.

70981 5/0760