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Title:
METHOD AND DEVICE FOR MONITORING PLAIN BEARINGS OF A RECIPROCATING PISTON MACHINE, ESPECIALLY AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/065205
Kind Code:
A1
Abstract:
A reciprocating piston machine, especially an internal combustion engine, comprises at least one cylinder (Z¿1?, Z¿2?, Z¿3?) having a displaceable piston (13) that is connected to a crankshaft (1) via a connecting rod (9). A thermocurrent (I) is generated when a lubricating film (5) is broken between bearing parts which move relative to one another and which are comprised of different electrically conductive materials, and is generated due to a temperature gradient on such a plain bearing (2a, 10, 11). The thermocurrent (I) is used as a control signal in a control device (14). In order to differentiate between different plain bearings (2, 10, 11) and/or bearing states, the curve of this generated thermocurrent (I) is composed by enlarging and spreading according to the angle of rotation of the crankshaft (1), and the curve obtained is interrogated during a complete operating cycle in order to determine significant symptoms of the plain bearings.

Inventors:
STEDHAM DAVID (US)
Application Number:
PCT/CH2000/000175
Publication Date:
November 02, 2000
Filing Date:
March 24, 2000
Export Citation:
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Assignee:
ELECTRICAL ENG CO LTD (LI)
STEDHAM DAVID (US)
International Classes:
F01M1/16; F01M11/10; F02D45/00; G01M99/00; F16C3/14; F16C17/24; F16N29/04; G01M13/04; (IPC1-7): F01M1/16; F16N29/04; F01M11/10
Foreign References:
US4167172A1979-09-11
EP0141348A21985-05-15
US4109506A1978-08-29
EP0021524A11981-01-07
US4406169A1983-09-27
EP0203910A21986-12-03
Attorney, Agent or Firm:
SCHMAUDER & PARTNER AG (Zürich, CH)
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Überwachung von Gleitlagern einer Hubkolben Maschine, insbesondere eines Verbrennungsmotors, bei der mindestens in einem Zylinder (Zltz2z3) ein verschiebli cher Kolben (13) über eine Pleuelstange (9) mit einer Kurbelwelle (1) verbunden ist, wobei ein Thermostrom (I), der jeweils beim Abreissen eines Schmierfilmes (5) zwi schen sich relativ zueinander bewegenden Lagerteilen aus unterschiedlichen, elektrisch leitenden Werkstoffen und auf Grund eines Temperaturgradienten an einem solchen Gleitlager (2a, 10,11) entsteht, in einem Steuergerät (14) als Steuersignal benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Unterscheidung verschiedener Gleitlager (2a, 10,11) und/oder Lagerzustände die Kurve des erhaltenen Thermostromes (I) durch Vergrösserung und Spreizung in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Kurbelwelle (1) setzt, und dass man die erhaltene Kurve mindestens über ein ganzes Arbeitsspiel nach jeweils signifikanten Symptomen der Gleitlager abfragt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man für die Ermittlung des Steuersignals eines Gleitlagers als Parameter die Winkelstellung wählt, in der die Schmierfilmdicke während des Normalbetriebes am kleinsten ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man für die Ermittlung des Steuersignals eines Gleit lagers als Parameter die Verlagerungsbahn des Lagerzapfens wählt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man für die Ermittlung des Steuersig nals als Parameter die Stellung der Kurbelwelle (1) wählt, in der sich der zugehörige Kolben (13) im Bereich des oberen Totpunktes (OT) in der Verdichtungsphase befindet.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man für die Ermittlung des Steuersig nals als Parameter das Drehmoment und/oder die Drehzahl der Kurbelwelle (1) verwendet.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man den Thermostrom (I) bei einem Verbrennungsmotor in Abhängigkeit von der Zündfolge der Zylinder (Zltz2'z3) setzt.
7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem mittels Leitungen (16,17) einerseits mit dem Gehäuse (7) und andererseits mit der Kurbelwelle (1) der HubkolbenMaschine verbindbaren Steu ergerät (14), welches bei Auftreten eines Thermostromes (I) ein Steuersignal abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Steuergerät (14) Mittel (20,20a) zur Erfassung des Drehwinkels der Kurbelwelle (1) verbunden sind.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Steuergerät (14) Mittel zur Erfassung der Tot punktStellungen des Kolbens (13) verbunden sind.
9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet dass sie ein mit der Kurbelwelle (1) der HubkolbenMaschi ne verbindbares Übermittlungsgerät (30) für den Thermo strom (I) aufweist.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Übermittlungsgerät (30) einen Drehgeber (20) zur Erfassung der Winkellage und der Drehzahl der Kurbelwelle (1) aufweist.
11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn zeichnet, dass das Übermittlungsgerät (30) einen Kollektor (18) mit mehreren über den Umfang und vorzugsweise auf verschiedene mit der Kurbelwelle (1) koppelbare Umlaufbah nen (60) verteilten Schleifkontakten (58) aufweist, die mittels Federarme (59) mit einem den Abtastbereich umge benden feststehenden Gehäuseteil (53) verbunden sind.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Übermittlungsgerät (30) minde stens einen mit der Kurbelwelle (1) koppelbare Beschleuni gungsgeber (42) aufweist.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Übermittlungsgerät (30) einen mit der Kurbelwelle (1) koaxial verbindbaren Adapter (31) aufweist, der über eine flexible Koppelungsvorrichtung (43) mit einer Welle (44) verbunden ist, die in einem ortsfesten Gehäuse (53) gelagert ist, an dem Leitungen (17,23) des Übermittlungsgerätes (30) zum Steuergerät (14) angeschlossen sind.
14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Koppelungsvorrichtung (43) zwei koaxial übereinander angeordnete Hohlzylinder (45,46) aufweist, die jeweils mehrere bis auf einen Verbindungssteg (47,48) über den ganzen Umfang verlaufende Umfangsschlitze (49, 50) aufweisen, wobei die Verbindungsstege (47,48) benachbarter Umfangsschlitze (49,50) um 180° versetzt sind und überdies die Verbindungsstege (47,48) der beiden Hohlzylinder (45,46) um 90° zueinander versetzt sind, wobei weiter die beiden Hohlzylinder (45,46) an einem Ende miteinander und am anderen Ende einerseits mit dem Adapter (31) und ande rerseits mit der Welle (44) verbunden sind.
Description:
Verfahren und Einrichtung zur Uberwachung von Gleitlagern einer Hubkolben-Maschine, insbesondere eines Verbrennungsmo- tors Technisches Gebiet Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Gleitlagern einer Hubkolben-Maschine, insbesondere eines Ver- brennungsmotors gemäss Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Oberbegriff des Anspruches 7.

Stand der Technik Verfahren und Einrichtungen zur Überwachung von Gleitlagern insbesondere einer Hubkolben-Maschine wie eines Verbrennungs- motors sind aus der EP-B-0 141 348 bekannt. Anhand der Überwa- chung der Grundlager einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmo- tors wird ein Verfahren und eine Einrichtung zur Überwachung der Schmierung an der Berührungsstelle zwischen zwei durch den Schmierfilm gegeneinander isolierten, sich relativ zueinander bewegenden Teilen aus unterschiedlichen, elektrisch leitenden Werkstoffen beschrieben. Die beiden Teile liegen in einem durch die Schmierstelle selbst gehenden elektrischen Strom- kreis mit einer Spannungsquelle und äusserer Verbindung. Der sich beim Abriss des Schmierfilms verringernde Stromkreis- widerstand einerseits und die beim Abriss des Schmierfilmes an der Berührungsstelle durch die Reibungswärme auftretende als galvanische Spannungsquelle dienende Thermospannung anderer- seits werden benutzt, um beim Auftreten einer durch Schmier- mangel hervorgerufenen, grossflächigen und einen Hitzeschaden ankündigenden metallischen Berührung der beiden Gleitlagertei- le über die äussere elektrische Verbindung des Stromkreises einen Stromfluss zu erzeugen, der als Steuer-beziehungsweise als Alarmsignal dient. Die Verbindung des Stromkreises ist als ein der grossflächigen Berührungsstelle elektrische angepas- ster Widerstand ausgebildet. Der an dem Widerstand der äusse- ren Verbindung auftretende Spannungsabfall wird gemessen und dazu verwendet, ein Steuersignal auszulösen. Das Steuersignal sei hier in breiter Form verstanden, wobei es auch als Schalt- signal zum Auslösen weiterer Aktionen, wie zum Beispiel zum Anhalten des Verbrennungsmotors oder Auslösen einer Alarmvor- richtung dienen kann. Zweckmässigerweise sind das Verfahren und die Einrichtung so ausgebildet, dass im Falle von kurzzei- tig auftretenden Spannungsspitzen die Steuersignalabgabe so lange unterdrückt wird, bis eine vorher bestimmte zeitliche Häufigkeit der Spannungsspitzen und/oder eine ansteigende Tendenz der Amplitude auftritt.

Bei der gleichzeitigen Überwachung mehrerer in einer gemeinsa- men Baueinheit oder getrennt angeordneter Schmierstellen beziehungsweise Gleitlagern ist es nicht möglich, anhand des Thermostromes festzustellen, von welchem Gleitlager der Ther- mostrom ausgeht. Zur Feststellung der betroffenen Gleitlager ist es notwendig, die einzelnen Schmierstellen mit einer zusätzlichen Thermoüberwachung zu versehen und die an den einzelnen Gleitlagern auftretenden Temperaturen zu messen und zu vergleichen, um dann feststellen zu können, welche Lager- temperatur einen ein Steuersignal auslösenden Wert erreicht hat. Eine solche Massnahme ist relativ aufwendig und insbeson- dere nicht geeignet für Gleitlager, an denen keine geeignete zusätzliche Thermoüberwachung angeordnet werden kann, wie dies beispielsweise für Pleuellager und den Kolbenbolzen eines Kolbens der Fall ist.

Darstellung der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrich- tung zur Überwachung von Gleitlagern einer Hubkolben-Maschine, insbesondere eines Verbrennungsmotors weiter zu verbessern.

Die Aufgabe wir erfindungsgemäss gelöst : a) bei dem eingangs genannten Verfahren durch die kennzeich- nenden Merkmale des Anspruches 1 ; b) bei der eingangs genannten Einrichtung durch die kenn- zeichnenden Merkmale des Anspruches 7.

Dadurch, dass man die erhaltene Thermostrom-Kurve beispiels- weise elektronisch vergrössert und spreizt sowie in Beziehung setzt zur Winkelstellung der Kurbelwelle und die erhaltene Kurve über ein ganzes Arbeitsspiel nach signifikanten Sympto- men der Gleitlager absucht, erhält man sehr detaillierte Informationen über den Lagerzustand einerseits und über den Ort eines etwaigen Schadens andererseits. Eine solche Analyse der Thermostrom-Kurve kann vorzugsweise mittels eines Rechen- programmes erfolgen, das beispielsweise anhand von Testversu- chen erstellt werden kann. Das Verfahren und die Einrichtung liefern überdies eine vorzugsweise fehlalarmfreie Überwachung, denn bei einwandfreien Gleitlagern tritt kein Thermostrom und damit kein Steuersignal auf.

Tritt überhaupt keine Thermostrom-Kurve auf, so bedeutet dies also"einwandfreier Lagerzustand überall". Eine gleichblei- bende Thermostrom-Kurve geringen Niveaus deutet auf eine nicht schädliche Mischreibung hin. Kurzzeitig auftretende und wieder verschwindende Kurvenausschläge können ein Hinweis auf vorübergehende Schäden (Hotspots), wie zum Beispiel das Ausbrechen von Teilen der Lagerschalen, bedeuten, die sich jedoch durch Verschmelzen der ausgebrochenen Teile wieder selbst reparieren können. Treten hingegen fortlaufend einzel- ne hohe Kurvenausschläge auf, so ist dies ein Hinweis auf ein schadhaftes Gleitlager, dessen Lage sich beispielsweise anhand der Winkelstellung, in der sich der Kurvenausschlag befindet, und/oder der Kurvenform feststellen lässt. Be- stimmte Veränderungen der Kurven während eines Lastwechsels und/oder bei unterschiedlichen Drehzahlen oder Belastungen können ebenfalls Hinweise auf bestimmte Symptome der Gleitla- ger liefern. So kann beispielsweise ein Ansteigen einer Grundkurve bei höherer Drehzahl und insbesondere bei höherer Leistung ein Anzeichen für verstärkte Mischreibung bedeuten, die auf einen schlechten Schmierfilm, das heisst ungeeignetes Schmiermittel und/oder eine Überlastung der Maschine zurück- geführt werden kann. Letzteres ist insbesondere dann bedenklich, wenn die Symptome bereits unterhalb der vorgege- benen Dauerleistung auftreten.

Das Verfahren lässt sich bei allen Hubkolben-Maschinen anwenden, bei denen der Kraft-und damit auch der Lagerspiel- und Belastungsverlauf während des Arbeitsspieles nicht kon- stant ist. Solche Hubkolben-Maschinen sind beispielsweise Kolbenpumpen und insbesondere Verbrennungsmotoren, die mit einem Hubkolben in einem Zylinder arbeiten. Die Hubkolben- Maschinen können einen oder mehrere Zylinder aufweisen und nach dem 2-Takt (entspricht einer Kurbelwellenumdrehung, das heisst 360° Drehwinkel) oder 4-Takt (entspricht zwei Kurbelwellenumdrehungen, das heisst 720° Drehwinkel) Arbeits- spiel arbeiten. Dies gilt bei Verbrennungsmotoren unabhängig von dem verwendenten Treibstoff, der beispielsweise Diesel oder Schweröl, Benzin, Gas oder dergleichen sein kann.

Zur Auswertung der Thermostrom-Kurve können noch zahlreiche präzisierende oder zusätzliche Parameter verwendet werden, wie unter anderem aus den abhängigen Ansprüchen hervorgeht.

Als Parameter für die Ermittlung der Lage des Gleitlagers wählt man vorteilhaft nach Anspruch 2 die Winkelstellung, in der die Schmierfilm-Dicke während des Normalbetriebes des Gleitlagers am kleinsten ist. An dieser Stelle ist somit auch der Durchgangswiderstand des Schmierfilms am kleinsten und kann der galvanischen Leitfähigkeit entsprechen, sodass in dieser Winkelstellung ein Thermostrom feststellbar ist. Aus- serdem ist die Wahrscheinlichkeit am grössten, dass dort am frühesten ein Lagerschaden entstehen kann. Ein geeigneter Parameter hierfür ist gemäss Anspruch 3 die Verlagerungsbahn des Lagerzapfens eines Gleitlagers.

Zur Lagebestimmung eignen sich insbesondere auch die Tot- punktstellungen und/oder die Verbrennungsphase gemäss An- spruch 4. Weitere Parameter können nach Anspruch 5 das Dreh- moment und/oder die Drehzahl sein. Bei Verbrennungsmotoren ist gemäss Anspruch 6 auch die Zündfolge ein wichtiger Parameter.

Zur Auswertung der ermittelten Daten wählt man zweckmässiger- weise ein gemeinsames Steuergerät, mit dem Mittel zur Erfas- sung des Drehwinkels der Kurbelwelle verbunden sind. Gemäss Anspruch 8 sind mit dem Steuergerät auch Mittel zur Erfassung der Totpunktstellungen jedes Kolbens verbunden.

Nach Anspruch 9 ist die Einrichtung zweckmässigerweise mit einem Übermittlungsgerät für den Thermostrom ausgestattet.

Dieses enthält beispielsweise gemäss Anspruch 10 einen Dreh- geber zur Erfassung der Winkellage und der Drehzahl der Kurbelwelle. Um eine möglichst störungsfreie und niederohmige Übertragung des Thermostromes zu ermöglichen ist das Über- mittlungsgerät gemäss Anspruch 11 mit einem Kollektor mit mehreren über den Umfang von Laufbahnen verteilten Schleif- kontakten versehen. Die Auswertmöglichkeiten lassen sich durch einen Beschleunigungsgeber nach Anspruch 12 erweitern.

Damit sich störende Schwingungen der Kurbelwelle bei der Übertragung nicht nachteilig auswirken, ist die Einrichtung zweckmässigerweise nach Anspruch 13 mit einer flexiblen Koppelungsvorrichtung ausgebildet, die vorzugsweise nach Anspruch 14 ausgestaltet ist.

Moderne Verbrennungsmotoren haben bereits eine umfangreiche Steuereinheit, in der die Betriebsdaten wie Drehzahlen, Zünd- zeitpunkt und dergleichen bereits verarbeitet werden, sodass solche Steuereinheiten mit dem Steuergerät zur Überwachung von Gleitlagern kombiniert werden können.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben, dabei zeigen : Figur 1 das Schema eines dreizylindrigen Verbrennungsmotors im Vertikal- schnitt ; Figur 2 ein Grundlager der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors der Figur 1 in grösserem Massstab im Vertikal- schnitt ; Figur 3 das Schema eines Stromdurchganges durch die Anordnung von Zylinder, Kolbenbolzen, Pleuellager und Grund- lager in Abhängigkeit vom Kurbel- winkel ; Figur 4 das Diagramm des Auftretens eines Thermostromes an verschiedenen Gleitlagern des Verbrennungsmotors der Figur 1 in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel ; Figur 5 ein Zapfenverlagerungsdiagramm für ein Pleuellager in Polarkoordinaten ; Figur 6 ein an einer Kurbelwelle angesetztes Übermittlungsgerät im Längsschnitt ; Figur 7 eine flexible Koppelungsvorrichtung des Übermittlungsgerätes im Aus- schnitt und teilweise geschnitten ; und Figur 8 einen Kollektor des Übermittlungsge- rätes in Ansicht quer zur Wellen- achse.

Weqe zur Ausführung der Erfindung Die vorliegende Erfindung geht aus von der Erkenntnislage der EP-B-0 141 348.

Die Figur 1 zeigt das Schema eines Hubkolben-Verbrennungsmo- tors mit beispielsweise drei Zylindern, der nach dem 4-Takt- Prinzip arbeitet, das heisst ein ganzes Arbeitsspiel verläuft über zwei Kurbelwellenumdrehungen beziehungsweise 720° Drehwinkel. Der Verbrennungsmotor enthält eine Kurbelwelle 1 eines Kurbeltriebes für die drei Zylinder Zl, Z2, Z3. Der Kurbeltrieb ist in Gleitlagern sogenannten Grundlagern 2 gelagert, in denen jeweils Lagerzapfen 2a in Lagerschalen 3 ruhen, wie insbesondere aus Figur 2 hervorgeht. Zur Erzielung guter Gleiteigenschaften sind die Lagerschalen 3 auf ihrer an dem Lagerzapfen 2a anliegenden Seite beispielsweise mit einer Weissmetallschicht 4 ausgekleidet, wobei ein zwischen dieser Weissmetallschicht 4 und dem Lagerzapfen 2a vorhandener Schmierfilm 5 ein Heisslaufen der Gleitlager verhindert. Die Lagerschalen 3 werden von Lagerböcken 6 getragen, die mit einem gemeinsamen Gehäuse 7 einteilig sind.

Die Kurbelwelle 1 enthält für jeden Zylinder Zl, Z2, Z3 einen Kurbelzapfen 8, an dem eine Pleuelstange 9 über ein Pleuella- ger 10 angeschlossen ist. Die Pleuelstange 9 steht über ein weiteres Gleitlager 11 mit einem Kolbenbolzen 12 eines Kol- bens 13 in Verbindung, der im Zylinder Z1 beziehungsweise Z2 beziehungsweise Z3 auf-und abgehend geführt ist. Der Aufbau des Pleuellagers 10 und des Gleitlagers 11 des Kolbenbolzens ist analog dem Grundlager 2 der Kurbelwelle 1.

Um nun den an irgend einem Gleitlager aufgrund eines unter- brochenen Schmierfilmes, der daraus resultierenden Erwärmung und schliesslich der Paarung verschiedener Metalle an dem Gleitlager entstehenden Thermostrom zu erfassen, ist der Verbrennungsmotor mit einem Steuergerät 14 ausgestattet, das eine Anzeigevorrichtung 15 enthält. Das Steuergerät 14 ist einerseits über eine Verbindungsleitung 16 mit dem Gehäuse 7 und über eine Verbindungsleitung 17 und einem Kollektor 18 mit der Kurbelwelle 1 elektrisch leitend verbunden. Parallel zum Steuergerät 14 sind die Verbindungsleitungen 16,17 über einen niederohmigen Widerstand 19 kurzgeschlossen. Durch die in einem Gleitlager galvanisch erzeugte Thermospannung fliesst in dem niederohmigen Stromkreis 16,17,18,19 ein Thermostrom I, der an dem Widerstand 19 einen Spannungsabfall U auslöst. Dieses Signal wird in dem Steuergerät 14 verarbei- tet und der Anzeigevorrichtung 15 zugeführt.

Das Steuergerät 14 ist mit Mitteln 20 ausgerüstet, um den Drehwinkel der Kurbelwelle 1 zu erfassen. Hierzu weisen diese Mittel 20 beispielsweise eine mit der Kurbelwelle 1 verbunde- ne Impulsscheibe 21 auf, deren winkelabhängige Signale zum Beispiel am Umfang verteilte Strichkode von einem Sensor 22 erfasst und über eine Leitung 23 dem Steuergerät 14 zugeführt werden. Weiter ist das Steuergerät 14 mit Mitteln 24 ausgerüstet, die die Zündfolge an den Zylindern Zl, Z2 und Z3 ermitteln. Hierzu dient beispielsweise eine Leitung 25, die mit einem Zündverteiler 26 verbunden ist, welcher den Zünd- strom über Zündkabel 27 einzelnen Zündkerzen 28 zuführt. Die Mittel 20 für die Erfassung des Drehwinkels beziehungsweise die Mittel 24 für die Erfassung der Zündfolge können auch von einer elektronischen Steuervorrichtung des Verbrennungsmotors erhalten werden, letzteres insbesondere dann, wenn es sich bei dem Verbrennungsmotor um einen Dieselmotor handelt, der keine Zündkerzen aufweist sondern mit einer Kraftstoff-Ein- spritzung ausgerüstet ist.

Man hat nun festgestellt, dass sich während eines 4-Takt Arbeitsspieles aus Ansaug-Takt T1, Verdichtungs-Takt T2, Arbeits-Takt T3 und Ausstoss-Takt T4 in der Antriebskette eines Zylinders Z, die aus einer nicht näher dargestellten, im gemeinsamen Gehäuse 7 eingebauten Zylinderbüchse, dem Kolben 13, dem Kolbenbolzen 12, der Pleuelstange 9, dem Pleuellager 10 und der Kurbelwelle 1 gebildet ist, ein Be- triebszustand einstellt, in dem der Ubergangswiderstand in den Gleitstellen infolge geringer Schmierfilmdicke niederohmig, das heisst praktisch galvanisch leitend ist und somit ein Durchschalten von der Zylinderwandung bis zur Kurbelwelle gegeben ist. Diese Niederohmigkeit, das heisst die galvanische Leitfähigkeit tritt im zweiten Takt, in dem die Verdichtung erfolgt, im Bereich des oberen Totpunktes OT, vorzugsweise unmittelbar vor dem oberen Totpunkt OT, in dem auch der Zündvorgang erfolgt, auf, wie der Kurve der Figur 3 entnommen werden kann. Dies ist möglich, weil im oberen Totpunkt mindestens ein nicht näher dargestellter Kolbenring des Kolbens wegen der Bewegungsumkehr praktisch keine Bewe- gung an der Zylinderwandung aufweist und damit auch keine dynamische Schmierung gegeben ist. Der Kolbenring durchdringt dabei den Schmierfilm und liegt an der Zylinderwandung an.

Dieses Anliegen des Kolbenringes wird durch den Verbrennungs- vorgang unterstützt, bei dem Verbrennungsgase hinter den Kolbenring gelangen, so dass dieser einerseits radial nach aussen gegen die Zylinderwandung und andererseits durch den Druck der Verbrennungsgase auf die Unterseite einer Ringnut im Kolben gedrückt wird. Am Gleitlager 11 des Kolbenbolzens 12 wird ebenfalls angenommen, dass durch die kleine oder bei Bewegungsumkehr fehlende Relativgeschwindigkeit sich kein dauernder tragender dynamischer Schmierfilm aufbauen kann, sodass auch hier die Niederohmigkeit, das heisst Leitfähig- keit konstant gegeben ist.

An Stellen geringer Schmierfilmdicke kann auch am ehesten ein Schmierfilmunterbruch entstehen, der bei nachfolgender Trockenreibung zu einer Reibungserwärmung und bei Paarung verschiedener Werkstoffe zu einem galvanischen Thermostrom führt. Das Diagramm der Figur 3 zeigt die Thermospannung U eines solchen Thermostromes I für ein Pleuellager 10 bei einem Schmierfilmriss und Trockenreibung. Dieser Thermostrom kann dann fliessen und sich somit manifestieren, wenn die oben erwähnte Durchschaltstellung am oberen Totpunkt gegeben ist.

In der Regel wird aufgrund von Mischreibungen in den Gleitla- gern stets ein gewisser galvanischer Thermostrom geringer Grosse erzeugt werden, der eine Grundkurve des Thermostromes von geringer Höhe erzeugt. Wenn jedoch in dieser Antriebsket- te durch einen Lagerschaden ein hoher Thermostrom entsteht, so wird er sich in dieser bestimmten Phase des Arbeitsspieles als plötzlicher grosser Kurvenausschlag zeigen. Dies bedeutet, dass ein Thermostrom in dieser Phase des Arbeits- spieles ein Hinweis darauf ist, dass in der Antriebskette ein Schmierfilm eines Gleitlagers unterbrochen ist, was zu einem Schaden in dieser Antriebskette führen kann. Dabei könnte der Schaden natürlich in jedem Gleitlager dieser Antriebskette auftreten, vorzugsweise wird dies jedoch am Pleuellager 10 der Fall sein, wenn der Ausschlag in der oben erwähnten bestimmten Phase des Arbeitsspieles erfolgt. In dieser Phase ist der Stromdurchgang zwischen Zylinderwandung und Kolben einerseits und am Kolbenbolzen andererseits wegen der erwähn- ten Niederohmigkeit und der damit verbundenen Durchschaltei- genschaft stets gegeben. Am Pleuellager hingegen ist wegen der konstanten hohen Geschwindigkeit im Normalbetrieb ein dynamischer Schmierfilm vorhanden, der einem Stromdurchgang einen hohen Widerstand entgegen setzt, das heisst unterbre- chen würde und nur bei Auftreten eines Schadens einerseits niederohmig wird und andererseits bei einer mindestens teil- weisen Zerstörung des Schmierfilmes in Verbindung mit der Erwärmung und den unterschiedlichen Lagerwerkstoffen einen fortlaufenden galvanischen Thermostrom liefert, der den erwähnten Ausschlag der Thermostromkurve aber nur im Bereich des oberen Totpunktes, das heisst der erwähnten Durchschalt- stellung bewirkt.

Für die Grundlager 2 der Kurbelwelle 1 ergeben sich bei- spielsweise folgende Überlegungen. Die Lagerzapfen 2a werden während des grössten Teils des Arbeitsspieles gegen die untere Lagerschale 3 gedrückt, wodurch in einem Schadensfall während des Andrückens ein galvanischer Thermostrom entsteht, der fortdauert, jedoch dann unterbrochen wird, wenn sich der Lagerzapfen bei nach oben gerichteter Kraft des Kolbens 13 von der unteren Lagerschale abhebt oder diese zumindest entlastet. Eine solche Kraftumkehr findet in der Ansaugphase statt und führt zu einer Entlastung der unteren Lagerschale des Grundlagers und damit zu einem Unterbruch des Thermostromes. Da dieser kurzzeitige Unterbruch des Thermo- stromes für jedes Grundlager in einer bestimmten Winkelstel- lung stattfindet, kann dieser Unterbruch generell als Anzei- chen eines Grundlagerschadens und beim Auftreten in einer bestimmten Winkelstellung als Parameter für ein bestimmtes Grundlager dienen.

Die Figur 4 zeigt nun für den vorliegenden Dreizylinder-Ver- brennungsmotor den Thermospannungsverlauf für Schadensfälle an den verschiedenen Zylindern beziehungsweise Pleuellagern.

Wegen des zwischen den einzelnen Zylindern bestehenden Zündabstandes, der je nach Bauform und Zylinderzahl des Ver- brennungsmotors unterschiedlich ist und im vorliegenden Fall 240° beträgt, sind die für die einzelnen Zylinder massgeben- den Thermospannungskurven ebenfalls um 240° versetzt, sodass am Anzeigegerät bei bekannter Zündfolge (hier 1-3-2) genau erkennbar ist, an welchem Zylinder beziehungsweise welchem Pleuellager ein Thermostrom auftritt, der ein Hinweis für einen Schmierfilmunterbruch und einen beginnenden Schaden an dem entsprechenden Gleitlager ist.

Die Figur 5 zeigt eine weitere Möglichkeit auf, einen Thermo- strom an einem bestimmten Pleuellager festzustellen. Als Parameter dient hierfür die in einem bestimmten Betriebszu- stand sich einstellende Schmiermitteldicke h, die von der Zapfenverlagerung des Pleuellagers während des Betriebes herrührt. Man hat nämlich festgestellt, dass aufgrund von Gas-und Massenkräften sowie den wechselnden Lastzuständen sich die Lagerkräfte ständig in Richtung und Grosse ändern.

In Figur 5 ist diese Verlagerungsbahn des Kurbelzapfens und die sich daraus ergebende Schmiermitteldicke h eines Pleuel- lagers im Polardiagramm für ein Arbeitsspiel eines 4-Takt- Verbrennungsmotors in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Kurbel- welle dargestellt. Wegen des periodischen Verlaufes dieses Arbeitsspieles ergibt sich eine geschlossene Kurve, auf der jeweils die Kurbelstellung in Grad angegeben ist. Dadurch entsteht eine Bahn des Zapfenmittelpunktes, die sogenannte Zapfenverlagerungsbahn, die während eines jeden Arbeitsspie- les einmal durchlaufen wird. Der Zapfen verändert seine Lage nicht nur in Umfangsrichtung, sondern auch in radialer Richtung. Die Annäherung des Zapfens an die Lagerlauffläche bewirkt eine Verdrängung des Schmiermittels aus dem sich dabei verengenden Spalt h. Ist dieser Spalt sehr klein so wird der Widerstand des Schmierfilmes reduziert und der entsprechende Ort ist eine als Parameter geeignete Winkelstellung, um einen entstandenen schwankenden Thermo- strom einem entsprechenden Pleuellager zuzuordnen. Für das Grundlager ergeben sich analoge Verhältnisse jedoch mit umgekehrter Lagerbelastung, das heisst, wenn beim Grundlager -wie oben angegeben-die Hauptbelastung an der unteren Lagerschale gegeben ist findet die Hauptbelastung beim Pleu- ellager an der oberen Lagerschale statt.

Die Figuren 6 bis 8 zeigen ein an der Kurbelwelle lösbar befestigtes Übermittlungsgerät 30, welches den Kollektor 18 für die Übermittlung des Thermostromes und die Mittel 20,20a für die Feststellung des Drehwinkels enthält. Im einzelnen ist das Übermittlungsgerät 30 wie folgt aufgebaut.

Das Übermittlungsgerät enthält einen Adapter 31, der mittels einer Schraube 32 mit der Kurbelwelle 1 verschraubt ist, wobei ein konischer Teil 33 am Adapter 31 mit einer entspre- chenden konischen Ausnehmung 34 an der Welle zur ersten Zentrierung zusammenwirkt. Der Adapter hat auf der der Kur- belwelle 1 abgewandten Seite einen weiteren konischen Teil 35, in den ein Zentrierflansch 36 eingreift, der über eine zentrale Schraube 37 mit der Schraube 32 verschraubt ist, die den Adapter 31 an der Kurbelwelle 1 hält. Der Zentrierflansch 36 ist auf der der Befestigungsseite abgewandten Seite mit einem Hohlzylinder 38 versehen, der nach aussen über ein Lager 39 mit einem ersten feststehenden Gehäuseteil 40 in Verbindung steht. Gegen den Adapter 31 ist das Lager 39 mittels eines Dichtringes 41 abgeschlossen. Auf der gegen- überliegenden Seite ist dem Lager 39 ein nicht näher darge- stellter jedoch bekannter Beschleunigungsgeber 42 zugeordnet, der beispielsweise aus drei einzelnen Beschleunigungsgebern besteht, die die Beschleunigungen in allen drei Achsen fest- stellen können. Im Inneren des Hohlzylinders ist eine elasti- sche Koppelungsvorrichtung 43 angeordnet, die eine antriebs- mässige Verbindung zwischen dem Hohlzylinder 38 und einer vorzugsweise hohl ausgebildeten Welle 44 bildet.

Die flexible Koppelungsvorrichtung 43 weist zwei koaxial übereinander angeordnete Hohlzylinder 45,46 auf, die jeweils mehrere bis auf einen Verbindungssteg 47,48 über den ganzen Umfang verlaufende Umfangsschlitze 49,50 aufweisen. Die Ver- bindungsstege 47,48 benachbarter Umfangsschlitze 49,50 des gleichen Hohlzylinders 45,46 sind um 180° versetzt. Zusatz- lich sind die Verbindungsstege 47,48 der beiden Hohlzylinder 45,46 um 90° zueinander versetzt. Dadurch wird erreicht, dass Unregelmässigkeiten des Laufes der Kurbelwelle 1 soweit wie möglich von der Welle 44 ferngehalten werden.

Die als Hohlwelle ausgebildete Welle 44 ist in zwei Lagern 51,52 in einem zweiten ortsfesten Gehäuseteil 53 gelagert, der sich in einem ortsfesten Ständer 54 abstützt. Der Ständer 54 enthält ein Schutzrohr 55, das über äussere Befestigungs- flansche 56 an geeigneten Mitteln, wie beispielsweise dem Motorengehäuse, befestigbar ist. Der Gehäuseteil 53 stützt sich über einen Gummiring 57 auf der Innenseite des Schutz- rohres 55 ab.

Auf der Welle 44 ist einerseits das Mittel 20 zur Ermittlung des Drehwinkels angeordnet, das die Inkrementscheibe 21 aufweist, deren nicht näher dargestellte, am Umfang verteilte Strichfolge von dem Sensor 22 abgetastet wird. Im vorliegen- den Fall ist vorzugsweise ein zweites Mittel 20a zur Drehwin- kelermittlung angeordnet, das gegenüber dem ersten Mittel um 90° versetzt ist. Das zweite Mittel dient einerseits der Sicherheit und andererseits zum Ausgleich etwaiger Schwankun- gen in der Drehbewegung der Welle.

Auf der Welle sitzt weiter der Kollektor 18, der mehrere über den Umfang verteilte Schleifkontakte 58 besitzt, die jeweils mittels eines Federarmes 59 mit dem feststehenden Gehäuseteil 53 verbunden sind. Es sind vorzugsweise acht am Umfang ver- teilte Schleifkontakte vorhanden, die auf verschiedene Um- laufbahnen 60 verteilt sind, wobei vorzugsweise jeweils zwei Schleifkontakte 58 um 180° versetzt mit der gleichen Umlauf- bahn 60 zusammenwirken können. Diese Ausbildung des Kollek- tors soll einen möglichst genauen, störungsfreien und wider- standsfreien Abgriff des Thermostromes ermöglichen und etwai- ge Laufungenauigkeiten der Welle 44 ausgleichen.

Die feststehenden Gehäuseteile 40 und 53 werden gebildet durch ein Mantelrohr 61, das über einen grossen Teil der Länge mit Umfangsschlitzen 62 versehen ist, die analog den Umfangsschlitzen 49,50 der Hohlzylinder 45,46 ausgebildet sind, um auch hier Laufungenauigkeiten, das heisst Schwingun- gen der Kurbelwelle auszugleichen. Das Mantelrohr 61 ist mit einer flexiblen Schutzhülle 63 versehen.

An einem Anschlussteil 64 werden die nicht näher dargestell- ten Leiter der einzelnen Geber und Sensoren mit den An- schlussleitungen 17,23 für das Steuergerät 14 verbunden.

BEZUGSZEICHENLISTE 1 Kurbelwelle 2 Grundlager 2a Lagerzapfen 3 Lagerschale 4 Weissmetallschicht 5 Schmierfilm 6 Lagerbock 7 Gehäuse 8 Kurbelzapfen 9 Pleuelstange 10 Pleuellager 11 Gleitlager 12 Kolbenbolzen 13 Kolben 14 Steuergerät 15 Anzeigevorrichtung 16 Verbindungsleitung 17 Verbindungsleitung 18 Kollektor 19 Widerstand 20 Mittel für Drehwinkel 20a Mittel für Drehwinkel 21 Inkrementscheibe 22 Sensor <BR> <BR> 23 Leitung<BR> <BR> 24 Mittel für Zündfolge<BR> <BR> 25 Leitung<BR> <BR> 26 Zündverteiler<BR> <BR> 27 Zündkabel<BR> <BR> 28 Zündkerze<BR> <BR> 30 Übermittlungsgerät 31 Adapter 32 Schraube 33 konischer Teil 34 konische Ausnehmung 35 konischer Teil 36 Zentrierflansch 37 Schraube 38 Hohlzylinder 39 Lager 40 Gehäuseteil 41 Dichtung 42 Beschleunigungsgeber 43 Koppelungsvorrichtung 44 Welle 45 Hohlzylinder 46 Hohlzylinder 47 Verbindungssteg 48 Verbindungssteg 49 Umfangsschlitz 50 Umfangsschlitz 51 Lager 52 Lager 53 Gehäuseteil 54 Ständer<BR> 55 Schutzrohr 56 Flansch 57 Gummiring 58 Schleifkontakt 59 Federarm 60 Umlaufbahn 61 Mantelrohr 62 Umfangsschlitz 63 Schutzhülle 64 Anschlussteil h Schmierfilm-Dicke I Thermostrom U Thermospannungsabfall OT oberer Totpunkt UT unterer Totpunkt T1 Ansaug-Takt T2 Verdichtungs-Takt T3 Arbeits-Takt T4 Ausstoss-Takt Zl erster Zylinder Z2 zweiter Zylinder Z3 dritter Zylinder