Mini-Wirbelstromsensoren zur Weg- und Positionsmessung in Motoren

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Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

Lenord, Bauer & Co. GmbH

Novotechnik Messwertaufnehmer OHG

Dynamische Vorgänge im Verbrennungsmotor analysieren

In aktuellen Projekten werden die winzigen Wegsensoren bereits heute eingesetzt, um verlässliche Aussagen über die dynamischen Vorgänge im Verbrennungsmotor treffen zu können:

• Abstand von Zylinderblock zu Zylinderkopf ("Atmen der Kopfdichtung")

• Abstand des Kolbens oder der Ringe von der Zylinderwand oder Laufbuchse

• Ventilbewegung / Ventilstellung

• Oberer Totpunkt des Kolbens

• Düsennadelbewegung in der Einspritzpumpe oder im Injektor

• Wellenbahn und Verlagerung im Kurbelwellenhauptlager

• Verlagerungsbahn des Zapfens im oberen Pleuellager

• Axiale und radiale Bewegung der Kolbenringe in der Kolbennut

• Lage des Kolbens relativ zur Zylinderwand während des gesamten Kolbenhubs (Kolbensekundärbewegung)

• Verlagerungsbahn und Schwingungen im unteren Pleuellager

Im Verbrennungsmotor werden Wirbelstrom-Wegsensoren an verschiedenen Punkten eingebaut. Sensoren in feststehenden Motorteilen lassen sich mit relativ geringem Aufwand montieren. Die Verlegung des Sensorkabels bereitet hier keine großen Probleme.

Um einige Grade schwieriger wird der Einbau von Wegsensoren in bewegte Motorteile (Kolben, Pleuel, Kurbelwelle). Hier stellt sich dem Ingenieur das Problem der Übertragung der Signale vom bewegten Teil auf den stationären Motorblock: Übertragung durch Schleifenringe oder Funk scheidet wegen der hohen Anzahl an verschiedenartigen Messkanälen und wegen Dimensionsproblemen aus. Insbesondere bei Wirbelstromsensoren sind Übertrager im Sensorkabel ohne Beeinflussung der Messgenauigkeit und Zuverlässigkeit nicht zu realisieren.

Schwingen tragen die Sensor- und Messkabel

Dazu wurden von Anwenderseite sogenannte Schwingen konstruiert. Diese tragen die Sensor- und Messkabel der diversen Messkanäle. Die Schwinge ist zum einen am Kolbenbolzen oder am oberen Pleuelauge gelagert und bewegt sich mit diesem auf und ab. Die zweite Lagerung ist ortsfest am Kurbelgehäuse. Von dort ist eine unproblematische Weiterführung zu den Verstärkern möglich. Die kritische Stelle ist für die Kabelführung und -beanspruchung im mittleren Schwinggelenk konzentriert. An den Gelenkpunkten werden die Kabel durch die Mittelachse geführt und damit ausschließlich auf Torsion beansprucht. Zur Verlegung auf der Schwinge werden spezielle teflonisolierte Koaxialkabel mit äußerst geringem Außendurchmesser verwendet.

Eine derart aufgebaute und sorgfältig installierte Schwinge hat eine Lebensdauer der Kabelführung von vielen Stunden und ist damit für umfangreiche Versuchsreihen geeignet. Die Installation von miniaturisierten Wirbelstrom-Wegsensoren im Verbrennungsmotor, insbesondere auf bewegten Motorteilen, erfordert Know-how, Geschick und Zeit. Der Aufwand lohnt sich jedoch allemal, da mit diesen Sensoren zuverlässige Messdaten über mechanische Eigenschaften von Motoren gewonnen werden. Diese Daten und Erkenntnisse tragen wesentlich zur Weiterentwicklung und Verbesserung der Motoren bei.

Neue Anwendungen für Weg-, Abstands- und Positionssensoren

Der technologische Fortschritt und die ständige Suche nach leistungsfähigeren und zuverlässigeren Maschinen und Anlagen schafft immer wieder neue Messaufgaben und damit immer wieder neue Anwendungsfelder für Weg-, Abstands- und Positionssensoren.

Dies trifft ganz besonders auf die Bereiche Automobil, Maschinenbau und elektrotechnische Industrie zu. Aufgaben, die heute noch latent und damit nicht aktuell sind, können schon morgen durch schärfere Anforderungen an die Sensorhersteller herangetragen werden. Deshalb sind variable und schnell modifizierbare Sensorprinzipien und -konzepte in Verbindung mit flexiblen mittelständischen Unternehmensstrukturen in der Wegsensorik morgen noch wichtiger als heute. (jv)

* Dipl.-Phys. Johann Salzberger ist Geschäftsführer Marketing und Vertrieb der Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG in Ortenburg.

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