DE4312354C1 - Sensor zum Messen des Verschleißes der Oberfläche eines Maschinenteils - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 und einen Sensor gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 2. Solche Sensoren sind aus der DE 38 18 877 A1 bekannt.

Der aus der DE 38 18 877 A1 bekannte Sensor zum Messen des Verschleißes der Oberfläche eines Maschinenteils dient zur Überwachung eines durch Abrieb verschleißbaren Belags, insbe­ sondere des Bremsbelags eines Kraftfahrzeugs. Ein Chip bei einer Verschließmessung ist aus der DE 30 07 887 A1 bekannt, die eine Vorrichtung zum Messen des Verschleißes von Ver­ schleißblöcken, wie z. B. Bremsbelägen, beschreibt. Die Über­ wachung von Lagerverschleiß mit Hilfe von Widerstandsänderun­ gen ist aus der DE 34 16 343 A1 bekannt.

Es besteht Bedarf an einem Sensor, der den Verschleiß der Oberfläche eines Maschinenteils mißt. Ein Anwen­ dungsbeispiel ist der Verschleiß der Zylinderbüchsen von Motoren, insbesondere Großmotoren, bei denen durch den Kolbenlauf und Feststoffpartikel im Brennstoff die Lauffläche langsam ausgeschliffen wird. Ein anderes Anwendungsbeispiel sind einem Verschleiß ausgesetzte Gleitlager.

Derartige Sensoren müssen die absoluten Maßänderungen zuver­ lässig feststellen und bei hoher Standfestigkeit mit hoher Auflösung auch bei schwierigen Bedingungen, insbesondere ho­ hen Temperaturen und hohen Drücken, arbeiten.

Ausgehend von einem Sensor gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 1 bzw. 2 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diesen Sensor derart weiterzubilden, daß er die oben genann­ ten Bedingungen erfüllt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Ausbildung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 2 gelöst. Die Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung an.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung erläu­ tert. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein Ersatzschaltbild eines ersten Ausführungsbei­ spiels der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des ersten Ausfüh­ rungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig. 5 eine Darstellung einer möglichen mechanischen Ausbildung des Sensors nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt das Ersatzschaltbild eines Sensors nach ei­ nem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung und ver­ deutlicht, daß der Sensor aus einer Reihenschaltung aus einer Vielzahl von Widerständen 12 besteht, die jeweils über einen Leiter 14 überbrückt sind. Dabei sind die beiden Leiter 14, die die rechts angeordneten Widerstän­ de 12 überbrücken, als unterbrochen dargestellt. Der an den nach außen geführten Meßanschlüssen 20 zu messende Widerstand der Reihenschaltung ist von der Anzahl der unterbrochenen Leiter 14 abhängig: Bei einem Zustand, bei dem alle Leiter intakt sind, geht der Widerstand der Reihenschaltung gegen Null, bei Unterbrechung aller Überbrückungen entspricht der Widerstand der Reihen­ schaltung der Summe der einzelnen Widerstände 12. Mit der Zunahme der Anzahl der Unterbrechungen der Leiter 14 nimmt der Widerstand der Reihenschaltung damit gestuft linear zu.

Fig. 2 zeigt eine räumliche Ausgestaltung des Sensors nach dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Zeichnung ver­ deutlicht, daß der Sensor durch einen Stift 10 gebildet ist, der in das Maschinenteil derart eingesetzt ist, daß er mit dessen einem Verschleiß ausgesetzten Oberfläche fluchtet. Die die Widerstände 12 überbrückenden Leiter 14 sind mit einem mit einem unterschiedlichen Abstand von dem mit der einem Verschleiß ausgesetzten Oberfläche fluchtenden Ende 18 des Stiftes 10 verlaufenden Ab­ schnitt 16 versehen. Mit zunehmendem Verschleiß, der in Richtung des Pfeiles, also von oben nach unten, auf­ tritt, wird ein Leiter 14 nach dem anderen unterbrochen, was zu einer entsprechenden Erhöhung des Gesamtwider­ stands der Reihenschaltung von Widerständen 12 führt. Der an den nach außen geführten Meßanschlüssen 20 gemes­ sene Widerstand entspricht damit der Anzahl der nicht unterbrochenen Leiter 14 und damit gibt so die durch den Verschleiß erfolgte Kürzung des Stiftes 10 wieder.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die elektrischen Elemente als Kapazitäten 32 ausgebil­ det, die in einer Parallelschaltung angeordnet sind. Mit zunehmendem Verschleiß, der auch hier von oben nach un­ ten auftritt, werden die Leiter 34, die die Kapazitäten 32 miteinander verbinden, weggeschliffen, die Gesamtka­ pazität der Parallelschaltung nimmt entsprechend ab. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden auch die Kapazitäten 32 selbst mit weggeschliffen.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel da­ gegen werden lediglich die Leiter 34, die die Kapazitä­ ten 32 miteinander verbinden, weggeschliffen, die Kapa­ zitäten 32 selbst sind mit erheblichem Abstand von der dem Verschleiß ausgesetzten Ende des Sensors angeordnet.

Fig. 5 zeigt, daß der Stift 10 derart ausgebildet sein kann, daß die elektrischen Elemente 12, 32 und Leiter 14, 34 in einem Chip ausgebildet sind, was in den Stift 10 eingesetzt ist. Dabei ist das Chip 22, 42 fluchtend mit dem mit dem Verschleiß ausgesetzten Oberfläche des Maschinenteils fluchtenden Ende 18, 38 des Stifts 10, 30 fluchtend eingebracht. Bei Beginn des Verschleißes wird also sogleich das Chip 22, 42 angegriffen, die in diesem dem Ende 18, 38 zugewandten Leiter werden nacheinander mit zunehmendem Verschleiß abgeschliffen, was eine Ände­ rung des elektrischen Wertes der Reihenschaltung von Wi­ derständen bzw. der Parallelschaltung von Kapazitäten bewirkt.

Zeichnerisch nicht dargestellt ist ein bevorzugtes Aus­ führungsbeispiel, bei dem zwei oder mehr gleichartige Anordnungen aus Leitern, elektrischen Elementen und Meß­ anschlüssen vorgesehen sind, wobei der Abstand der Ab­ schnitte 16, 36 der Leiter 14, 34 der einzelnen Anord­ nungen von der mit einem Verschleiß ausgesetzten Ober­ fläche des Maschinenteils fluchtenden Ende 18, 38 des Stifts 10, 30 zueinander gleichmäßig versetzt ist. Die­ ses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil einer höheren Auflösung und der Möglichkeit einer Überprüfung des bei einer Anordnung erfaßten Meßergebnisses durch Vergleich mit dem einer anderen Anordnung.

Es versteht sich, daß das Material des Stifts und des Chips nicht härter sein sollte als das Material des Maschinenteils, dessen Verschleiß gemessen werden soll. Der Abstand der einzelnen Leiterbahnen voneinander und deren Breite können etwa 10 µm betragen.

Es versteht sich weiter, daß das für eine feste Veranke­ rung des Stiftes in dem Maschinenteil Sorge zu tragen ist.

Claims (6)

1. Sensor zum Messen des Verschleißes der Oberfläche eines Maschinenteils, der in das Maschinenteil mit des­ sen einem Verschleiß ausgesetzter Oberfläche fluchtend einbringbar ist und in dem eine Vielzahl von Leitern angeordnet ist, deren dem Ende des Sensors, das mit der einem Verschleiß ausgesetzten Oberfläche des Maschinen­ teils fluchtet, zugewandte Abschnitte in unterschied­ lichem Abstand von diesem Ende verlaufen und deren dem Ende des Sensors, das mit der einem Verschleiß ausge­ setzten Oberfläche des Maschinenteils fluchtet, abgewandte Abschnitte mit einer Reihen­ schaltung aus einer Vielzahl von Widerständen verbunden sind, deren beide Enden über Meßanschlüsse nach außen geführt sind, gekennzeichnet durch eine Ausbildung des Sensors als Stift (10), in dem die Reihenschaltung aus der Viel­ zahl von Widerständen (12) angeordnet ist, wobei die Widerstände (12) über jeweils einen der im Sensor (10) angeordneten Leiter (14) überbrückt sind.

2. Sensor zum Messen des Verschleißes der Oberfläche eines Maschinenteils, der in das Maschinenteil mit des­ sen einem Verschleiß ausgesetzter Oberfläche fluchtend einbringbar ist und in dem eine Vielzahl von Leitern angeordnet ist, deren dem Ende des Sensors, das mit der einem Verschleiß ausgesetzten Oberfläche des Maschinen­ teils fluchtet, zugewandte Abschnitte in unterschied­ lichem Abstand von diesem Ende verlaufen und deren dem Ende des Sensors, das mit der einem Verschleiß ausge­ setzten Oberfläche des Maschinenteils fluchtet, abgewandte Abschnitte mit jeweils einem einer Vielzahl von parallel geschalteten elektrischen Elementen ver­ bunden sind, wobei die beiden Seiten der Parallelschal­ tung aus der Vielzahl von elektrischen Elementen über Meßanschlüsse nach außen geführt sind, gekennzeichnet durch eine Ausbildung des Sensors als Stift (10), in dem die Par­ allelschaltung aus der Vielzahl von elektrischen Ele­ menten angeordnet ist, eine Ausbildung der elektrischen Elemente als Kapazitäten (32) und die Verbindung der Kapazitäten (32) jeweils über einen der Leiter (34) mit einem der Verzweigungspunkte der Parallelschaltung.

3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Widerstände (12) bzw. Kapazitäten (32), die Leiter (14, 34) und die Meßanschlüsse (20, 40) auf einem Chip (22, 42) ausgebildet sind, der in den Stift (10, 30) mit dem mit der dem Verschleiß ausgesetzten Oberfläche des Maschinenteils fluchtenden Ende (18, 38) des Stifts fluchtend eingesetzt sind.

4. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Chip n Anordnungen aus Leitern (14, 34), den Widerständen (12) bzw. Kapazitäten (32) und Meßanschlüs­ sen (20, 40) vorhanden sind, wobei die Abschnitte (16, 36) der Leiter (14, 34) der einzelnen Anordnungen von dem mit der einem Verschleiß ausgesetzten Oberfläche des Maschinenteils fluchtenden Ende (18, 38) des Stif­ tes (10, 30) voneinander um den n-ten Teil des Abstandes der Leiter (14) der einzelnen Anordnungen versetzt sind.

5. Verwendung eines Sensors nach einem der vorangehen­ den Ansprüche für die Messung des Verschleißes der Lauffläche einer Zylinderbüchse eines Motors.

6. Verwendung eines Sensors nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für die Messung des Verschleißes eines Gleitla­ gers.