Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Anzeige einer Temperaturdifferenz zwischen einem Messobjekt, insbesondere einem Bauteil eines Verbrennungsmotors, und einem Vergleichsobjekt.
Stand der Technik
Bei Verbrennungsmotoren, insbesondere Grossmotoren, wie Dieselmotoren spielt die Überwachung der einzelnen Bauteile eine bedeutende Rolle. Hierfür sind verschiedene Einrichtungen bekannt, insbesondere solche, die die Temperatur im Motorgehäuse überwachen. Eine solche Einrichtung ist beispielsweise in der PCT/CH 97/00 338 beschrieben. Nachteilig ist es jedoch, dass zwischen einem auf einen Fehler hindeutenden Alarmsignal und dem Zeitpunkt der tatsächlichen Überprüfung eine längere Wartezeit vergeht, bei der sich die Temperaturverhältnisse im Motorgehäuse ausgleichen, sodass keine eindeutigen Schlüsse auf einen Schadensort mehr möglich sind. Das hat zur Folge, dass der Motorbetreiber von einem Fehlalarm ausgeht, den Motor wieder startet und so grössere Schäden verursacht werden können.
Gegenstand der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gerät zu schaffen, das eine Temperaturdifferenz zwischen einem Messobjekt insbesondere einem Bauteil eines Verbrennungsmotors und einem Vergleichsobjekt ermöglicht, um die oben genannten Nachteile zu beseitigen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1. Dadurch, dass das Gerät ein Thermoelement aufweist, welches mittels mindestens einer Messlötstelle mit einem mit dem Messobjekt verbindbaren Basisteil und mittels mindestens einer Nebenlötstelle mit dem der Umgebung des Messobjektes ausgesetzten Vergleichsobjekt verbunden ist, wobei das Thermoelement mit einem Komparator in Verbindung steht, dem ein Anzeiger mit einem Signalsender nachgeschaltet ist, kann das Gerät eine Temperaturdifferenz zwischen einem Messobjekt und dem Vergleichsobjekt und damit ein sich gegenüber der Umgebung plötzlich stärker erwärmendes Messobjekt, beispielsweise einen schadhaften Bauteil, erfassen und damit lokalisieren.
Eine solche Temperaturdifferenz kann sich wie folgt ergeben. Ausgehend von einem thermischen Gleichgewichtszustand, der einem Normalbetriebszustand entspricht, erwärmt sich das Messobjekt, beispielsweise eine überwachte Lagerstelle eines Verbrennungsmotors, und damit gleichzeitig auch die Messlötstelle des Thermoelementes. Die Nebenlötstelle des Thermoelementes ist mit dem vorzugsweise thermisch trägen Vergleichsobjekt verbunden und erwärmt sich dementsprechend langsamer als an der Messlötstelle, wodurch die Temperaturdifferenz im Signalsender angezeigt wird. Daraus ergeben sich entscheidende Vorteile.
Im Normalzustand weisen das Messobjekt und das Vergleichsobjekt die gleiche Temperatur auf, wodurch am Thermoelement keine Temperaturdifferenz vorhanden und somit auch die Thermospannung gleich null ist. Somit wird am Signalsender keine Temperaturdifferenz angezeigt. Dies ermöglicht eine hohe Verstärkung des Messsignals und damit eine grosse Sensorempfindlichkeit. Da keine Absoluttemperatur gemessen werden muss, kann eine einzige Sensorausführung für die verschiedensten Anwendungsfälle verwendet werden. Durch das Null-Signal wird ein sehr geringer Stromverbrauch einer elektrischen Schaltung möglich, da diese erst bei Überschreiten einer bestimmten Thermospannung aktiviert werden muss.
Erwärmt sich ein Messobjekt, beispielsweise ein Lager eines Verbrennungsmotors plötzlich, wie dies in einem Schadensfall gegeben ist, so verharrt das thermisch träge Vergleichsobjekt bei der Umgebungstemperatur und an der Messlötstelle tritt gegenüber der Nebenlötstelle eine Temperaturdifferenz auf, die zur Auslösung eines Signals, in der Regel eines Alarmsignals, am Anzeiger führt, sodass beispielsweise ein schadhafter Bauteil einwandfrei lokalisiert werden kann.
Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 9 beschrieben.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausbildung nach Anspruch 2, wenn zwischen dem Thermoelement und dem Komparator ein Differenzverstärker angeordnet ist, der überdies vorzugsweise regelbar ist, sodass nicht jede Temperaturdifferenz am Thermoelement zu einem Signal führt, sondern ein Sollwert eingestellt werden kann, ab dem ein Signal erzeugt wird.
Gemäss Anspruch 3 ist das Gerät vorzugsweise mit einem Zeitglied, zum Beispiel einem löschbaren Speicher, ausgestattet, um ein ausgesandtes Signal über einen längeren Zeitraum festzuhalten, selbst wenn sich die Temperatur im Thermoelement zwischen der Messlötstelle und der Nebenlötstelle ausgeglichen haben sollten. Damit wird sichergestellt, dass beispielsweise ein Alarmsignal so lange erhalten bleibt, bis der Fehler tatsächlich geortet und behoben ist.
Das Gerät kann vorteilhaft mit einem Rechner gemäss Anspruch 4 ausgestattet sein, der zweckmässigerweise im Anzeiger angeordnet ist und eine Auswertung der Messwerte nach verschiedenen Kriterien ermöglicht. Der Rechner kann das im Anspruch 3 erwähnte Zeitglied beispielsweise als löschbaren Speicher enthalten. Mithilfe eines solchen Rechners können gegebenenfalls auch die Absolutwerte der Temperatur bestimmt werden. Mit einem Rechner können auch die Signalwerte zusätzlich codiert werden, sodass Alarmsignale benachbarter Geräte unterscheidbar sind.
Grundsätzlich kann der Signalsender Signale der verschiedensten Art aussenden, bevorzugt ist jedoch eine Ausbildung nach Anspruch 5, wonach der Signalsender optische Signale aussendet, die gegebenenfalls gepulst sind. Das optische Signal kann durch eine Aufladungs-Blitzlampe erzeugt werden, um eine möglichst hohe Lichtintensität pulsartig zu erzeugen.
Gemäss Anspruch 6 kann der Anzeiger derart ausgestaltet sein, dass er mindestens eine Zusatzinformation aussendet, so beispielsweise eine Information, die das Gerät von benachbarten Geräten unterscheidet. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn mehrere Geräte eingebaut sind, die mit einer gemeinsamen Überwachungsvorrichtung, beispielsweise gemäss der PCT/CH 97/00 338, in Verbindung stehen, welche eine Fernüberwachung ermöglicht. Eine solche Anlage kann beispielsweise zu jedem Gerät Lichtadern führen, um Signale der Signalsender erfassen zu können.
Das Gerät ist gemäss Anspruch 7 vorzugsweise mit mindestens einer Batterie als Energiequelle ausgestattet. Es sind aber auch andere Energiequellen möglich, so beispielsweise gemäss Anspruch 8 eine in einem Magnetfeld angeordnete, äusseren mechanischen Schwingungen ausgesetzte Erregerspule.
Der Anspruch 9 beschreibt eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Gerätes. Der Basisteil des Gerätes kann an den in Motoren üblichen und häufig standardmässig vorhandenen Gewinden befestigt werden. Der Basisteil kann auch mit Befestigungsmöglichkeiten für übliche Temperaturfühler ausgestattet sein.
Der Anspruch 10 beschreibt eine besonders vorteilhafte Verwendung des Gerätes zur Überwachung eines Lagers in einem Verbrennungsmotor. In einem Kompartment eines Dieselmotortrieb raumes gibt es verschiedene mögliche Schadstellen, so bei einem 4-Takter insbesondere die Grundlager einer Kurbelwelle, die Pleuellager, Kolbenbolzen und die Zylinderlauffläche. Bei einem 2-Takter sind es wiederum die Grundlager der Kurbelwelle, die Pleuellager und insbesondere auch der Kreuzkopf des Kolbens. Es genügt dann, zwei oder drei Bauteile eines Kompartments zu überwachen, nämlich das Grundlager und das Pleuellager, wenn das Kompartment bereits durch ein \lnebelüberwachungssystem überwacht wird, dann kann eine effektive Schadstelle leicht lokalisiert werden.
Die Unterscheidung, ob die beobachteten Lichtsignale von einem Grundlager, das fest stehend ist, oder einem Pleuellager, das rotiert, kommen, ist anhand der Signalform ohne weiteres möglich. Die Unterschiede in der Signalform ergeben sich bei identischen Geräten dadurch, dass die Lichtsignale einmal von einem fest stehenden Gerät und einmal von einem mit der Motordrehzahl rotierenden Gerät ausgesendet werden und insofern gepulst sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher beschrieben, dabei zeigen:
Fig. 1 das Schaltschema eines Gerätes;
Fig. 2 ein solches Gerät im Vertikalschnitt; und
Fig. 3 eine Kolben/Kurbelwellen-Anordnung eines Verbrennungsmotors in schematischer Darstellung.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt das Schaltschema eines Gerätes zur Anzeige einer Temperaturdifferenz. Das Gerät enthält ein Thermoelement 2, welches mehrere Messlötstellen 4 aufweist, die mit einem Messobjekt 6 verbindbar sind. Diesen Messlötstellen 4 sind in der entsprechenden Anzahl Nebenlötstellen zugeordnet, die mit einem thermisch trägen Vergleichsobjekt 10 verbunden sind. Das Thermoelement steht über eine Leitung 12 mit einem Schaltkreis 14 in Verbindung.
Der Schaltkreis 14 enthält zunächst einen Differenzverstärker 16 mit einem Regler 18, mit dem die Grösse der Verstärkung eingestellt werden kann. Dem Differenzverstärker ist ein Komparator 20 nachgeschaltet, der das ermittelte Signal mit einem vorzugsweise einstellbaren Sollwert vergleicht. Am Differenzverstärker ist eine Energiequelle 21, vorzugsweise eine Batterie, angeschlossen. Dem Komparator 20 ist schliesslich ein Anzeiger 22 nachgeschaltet, der vorzugsweise einen Rechner enthält und das erhaltene Signal verarbeitet und an einem Signalsender 24 ein entsprechendes Signal auslöst. Der Signalsender 24 arbeitet vorzugsweise optisch.
Die Fig. 2 zeigt den Aufbau des Gerätes. Dieses enthält einen Basisteil 26, welcher ein Anschlussgewinde 28 aufweist, um das Gerät mit einem Gegenstand, d.h. einem Messobjekt, zu verbinden. Am Basisteil 26 sind die Messlötstellen 4 des Thermoelementes 2 angeordnet. Die Nebenlötstellen 8 sind dem thermisch trägen Vergleichsobjekt 10 zugeordnet, welches über eine thermische Isolation 30 vom Basisteil 26 getrennt ist. Die Leitung 12 führt zu Schaltkreis 14, der beispielsweise ebenfalls im Vergleichsobjekt 10 eingebettet ist. Ferner enthält das Gerät Batterien 21 und den Signalsender 24. Die Bauteile sind in einem wärmeisolierenden Gehäuse 32 angeordnet, aus dem praktisch nur das Aussengewinde 28 des Basisteiles 26 sowie der Signalsender 24 herausragen.
Die Fig. 3 zeigt die schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors, der eine Kurbelwelle 34 aufweist, die in Grundlagern 36 der Kompartments 38 gelagert ist. An der Kurbelwelle 34 sind Pleuelstangen 40 von Kolben 42 über Pleuellager 44 angeschlossen. Sowohl die Grundlager 36 als auch die Pleuellager 44 enthalten jeweils Geräte 46, welche die Temperaturen der jeweiligen Lager überwachen und bei einem plötzlichen Anstieg ein Alarmsignal aussenden. Dadurch ist innerhalb eines Kompartments 38 ein fehlerhaftes Lager lokalisierbar.
Bei der Ausnutzung der Temperaturdifferenz ist die Fehleranzeige am wenigsten von spezifischen Eigenschaften eines Motors bzw. speziellen Lagers abhängig. Die Thermospannung des Thermoelementes ist im Normalbetrieb null. Damit ist das Gerät für viele Motoren unabhängig von deren Eigenschaften verwendbar, da keine bestimmte Normaltemperatur zu Grunde gelegt ist, die gemessen werden muss. Aber auch bei der Ausnutzung der Temperaturdifferenz ist ein möglichst tief liegender Grenzwert zu wählen. Temperaturänderungen durch normale Betriebssituationen dürfen keine Alarmsignale auslösen, sondern allenfalls zur Anzeige ihrer Betriebsbereitschaft beim Anfahren eines Motors dienen. Die im Normalbetrieb auftretenden Werte differieren sicher von Motor zu Motor und von Lager zu Lager.
Mithilfe des vorliegenden Gerätes ist es aber ohne weiteres möglich, eine sichere Grenze zwischen Normal- und Schadensfall zu ziehen, da ein entsprechender Schwellenwert bzw. Sollwert für jeden Motor am Gerät selbst auf einfache Weise einstellbar ist.
Bezugszeichenliste
2 Thermoelement
4 Messlötstelle
6 Messobjekt
8 Nebenlötstelle
10 Vergleichsobjekt
12 Leitung
14 Schaltkreis
16 Differenzverstärker
18 Regler
20 Komparator
21 Batterie
22 Anzeiger
24 Signalsender
26 Basisteile
28 Anschlussgewinde
30 thermische Isolation
32 Gehäuse
34 Kurbelwelle
36 Grundlager
38 Kompartment
40 Pleuelstange
42 Kolben
44 Pleuellager
46 Gerät
Technical field
The invention relates to a device for displaying a temperature difference between a measurement object, in particular a component of an internal combustion engine, and a comparison object.
State of the art
In the case of internal combustion engines, in particular large engines, such as diesel engines, the monitoring of the individual components plays an important role. Various devices are known for this, in particular those that monitor the temperature in the motor housing. Such a device is described for example in PCT / CH 97/00 338. However, it is disadvantageous that a longer waiting time passes between an alarm signal indicating an error and the time of the actual check, during which the temperature conditions in the motor housing compensate, so that no clear conclusions can be drawn as to a location of damage. As a result, the engine operator assumes a false alarm, starts the engine again, and major damage can be caused.
Subject of the invention
The object of the invention is to provide a device which enables a temperature difference between a measurement object, in particular a component of an internal combustion engine, and a comparison object in order to eliminate the disadvantages mentioned above.
The object is achieved according to the invention by the characterizing features of claim 1. The fact that the device has a thermocouple which is connected by means of at least one measurement soldering point to a base part which can be connected to the measurement object and by means of at least one secondary soldering point to the comparison object exposed to the surroundings of the measurement object, where the thermocouple is connected to a comparator, which is followed by an indicator with a signal transmitter, the device can detect a temperature difference between a measurement object and the comparison object and thus a measurement object that suddenly warms up more strongly than the environment, for example a defective component locate.
Such a temperature difference can result as follows. Starting from a thermal equilibrium state, which corresponds to a normal operating state, the measurement object, for example a monitored bearing point of an internal combustion engine, and thus also the measurement soldering point of the thermocouple, heats up. The secondary soldering point of the thermocouple is connected to the preferably thermally inert comparison object and accordingly heats up more slowly than at the measuring soldering point, as a result of which the temperature difference is displayed in the signal transmitter. This has decisive advantages.
In the normal state, the measurement object and the comparison object have the same temperature, as a result of which there is no temperature difference at the thermocouple and thus the thermal voltage is also zero. This means that no temperature difference is displayed on the signal transmitter. This enables a high amplification of the measurement signal and thus a high sensor sensitivity. Since no absolute temperature has to be measured, a single sensor version can be used for a wide variety of applications. The zero signal enables a very low power consumption of an electrical circuit, since it only has to be activated when a certain thermal voltage is exceeded.
If a measuring object, for example a bearing of an internal combustion engine, suddenly heats up, as is the case in the event of a damage, the thermally inert comparison object remains at the ambient temperature and a temperature difference occurs at the measuring soldering point compared to the secondary soldering point, which generally triggers a signal an alarm signal on the indicator so that, for example, a defective component can be located correctly.
Embodiments of the subject matter of the invention are described in claims 2 to 9.
An embodiment according to claim 2 is particularly advantageous if a differential amplifier is arranged between the thermocouple and the comparator, which is also preferably controllable, so that not every temperature difference on the thermocouple leads to a signal, but rather a setpoint can be set from which a signal is generated becomes.
According to claim 3, the device is preferably equipped with a timer, for example an erasable memory, in order to record a transmitted signal over a longer period of time, even if the temperature in the thermocouple between the measuring soldering point and the secondary soldering point should have equalized. This ensures that, for example, an alarm signal is retained until the error is actually located and corrected.
The device can advantageously be equipped with a computer according to claim 4, which is expediently arranged in the display and enables evaluation of the measured values according to various criteria. The computer can contain the timer mentioned in claim 3, for example, as an erasable memory. With the aid of such a computer, the absolute values of the temperature can also be determined, if necessary. The signal values can also be encoded with a computer, so that alarm signals from neighboring devices can be distinguished.
In principle, the signal transmitter can send out signals of the most varied of types, but an embodiment according to claim 5 is preferred, according to which the signal transmitter sends out optical signals which may be pulsed. The optical signal can be generated by a charging flash lamp in order to generate the highest possible light intensity in a pulsed manner.
According to claim 6, the indicator can be designed in such a way that it sends out at least one additional piece of information, for example information that distinguishes the device from neighboring devices. This is particularly advantageous if several devices are installed that are connected to a common monitoring device, for example according to PCT / CH 97/00 338, which enables remote monitoring. Such a system can, for example, lead light conductors to each device in order to be able to detect signals from the signal transmitters.
The device is preferably equipped with at least one battery as an energy source. However, other energy sources are also possible, for example an excitation coil arranged in a magnetic field and exposed to external mechanical vibrations.
Claim 9 describes a particularly advantageous embodiment of the device. The base part of the device can be attached to the threads that are common and often standard in motors. The base part can also be equipped with mounting options for common temperature sensors.
Claim 10 describes a particularly advantageous use of the device for monitoring a bearing in an internal combustion engine. In a compartment of a diesel engine drive room, there are various possible damage points, for example, in the case of a 4-stroke engine, in particular the base bearings of a crankshaft, the connecting rod bearings, piston pins and the cylinder running surface. In the case of a 2-stroke engine, the base bearings of the crankshaft, the connecting rod bearings and in particular the crosshead of the piston are used. It is then sufficient to monitor two or three components of a compartment, namely the base bearing and the connecting rod bearing, if the compartment is already being monitored by a fog monitoring system, then an effective damage location can easily be located.
The signal shape makes it easy to distinguish whether the observed light signals come from a fixed bearing or a connecting rod bearing that rotates. The differences in the signal form for identical devices result from the fact that the light signals are emitted once by a fixed device and once by a device rotating at the motor speed and are therefore pulsed.
Brief description of the drawings
Exemplary embodiments of the invention are described in more detail below with the aid of schematic drawings, in which:
Figure 1 shows the circuit diagram of a device.
Figure 2 shows such a device in vertical section. and
Fig. 3 shows a piston / crankshaft arrangement of an internal combustion engine in a schematic representation.
Ways of Carrying Out the Invention
Fig. 1 shows the circuit diagram of a device for displaying a temperature difference. The device contains a thermocouple 2 which has a plurality of measurement soldering points 4 which can be connected to a measurement object 6. The corresponding number of secondary soldering points, which are connected to a thermally inert comparison object 10, are assigned to these measuring soldering points 4. The thermocouple is connected to a circuit 14 via a line 12.
The circuit 14 initially contains a differential amplifier 16 with a controller 18, with which the size of the gain can be adjusted. A comparator 20 is connected downstream of the differential amplifier and compares the determined signal with a preferably adjustable target value. An energy source 21, preferably a battery, is connected to the differential amplifier. Finally, the comparator 20 is followed by an indicator 22, which preferably contains a computer and processes the received signal and triggers a corresponding signal at a signal transmitter 24. The signal transmitter 24 preferably operates optically.
Fig. 2 shows the structure of the device. This contains a base part 26, which has a connection thread 28, to connect the device with an object, i.e. a measurement object. The measurement soldering points 4 of the thermocouple 2 are arranged on the base part 26. The secondary soldering points 8 are assigned to the thermally inert comparison object 10, which is separated from the base part 26 via a thermal insulation 30. The line 12 leads to the circuit 14, which is also embedded in the comparison object 10, for example. Furthermore, the device contains batteries 21 and the signal transmitter 24. The components are arranged in a heat-insulating housing 32, from which practically only the external thread 28 of the base part 26 and the signal transmitter 24 protrude.
FIG. 3 shows the schematic representation of an internal combustion engine which has a crankshaft 34 which is mounted in base bearings 36 of the compartments 38. Connecting rods 40 of pistons 42 are connected to crankshaft 34 via connecting rod bearings 44. Both the base bearings 36 and the connecting rod bearings 44 each contain devices 46 which monitor the temperatures of the respective bearings and send out an alarm signal in the event of a sudden rise. As a result, a faulty bearing can be localized within a compartment 38.
When using the temperature difference, the error display is least dependent on the specific properties of a motor or special bearing. The thermal voltage of the thermocouple is zero in normal operation. This means that the device can be used for many motors regardless of their properties, since there is no specific normal temperature that must be measured. However, the lowest possible limit value should also be selected when using the temperature difference. Changes in temperature due to normal operating situations must not trigger alarm signals, but rather serve to indicate their operational readiness when starting an engine. The values that occur during normal operation certainly differ from motor to motor and from bearing to bearing.
With the help of this device, however, it is easily possible to draw a safe boundary between normal and damage, since a corresponding threshold value or setpoint for each motor can be easily set on the device itself.
LIST OF REFERENCE NUMBERS
2 thermocouple
4 measuring soldering point
6 target
8 secondary soldering point
10 comparison object
12 line
14 circuit
16 differential amplifiers
18 controllers
20 comparator
21 battery
22 indicators
24 signal transmitters
26 base parts
28 connection thread
30 thermal insulation
32 housing
34 crankshaft
36 base camp
38 compartment
40 connecting rod
42 pistons
44 connecting rod bearings
46 device