Messgerät/Sensor für Motorvibrationen gesucht

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andye
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Messgerät/Sensor für Motorvibrationen gesucht

#1 Beitrag von andye » 2018-06-28 13:24:55

Wie in der Betreffzeile beschrieben:
Ich suche einen Sensor der idealerweise mit einem Magnet an einen Motorblock geheftet wird und die Vibrationen des Motors aufnimmt. Ob er jetzt mittels Bluetooth zum Handy oder eine kabelbasierende Anzeige hat, ist für das erste einmal sekundär interessant. Toll wäre, wenn er auch die Drehzahl anzeigt und Regelmäßigkeiten/Unregelmäßigkeiten in der Zündfolge bzw. der Amplitude zwischen den einzelnen Zylindern erkennbar sind. Ach ja, wenn es dabei noch bezahlbar ist, um so besser :-)

Hintergrund der Frage: Neugierde.
Ich habe ein paar LKW mit identen (baugleichen) Motoren. Wenn man diese startet und die Drehzahl verändert, spürt man mit einem "empfindlichen" PopoMeter, daß die Motoren ganz leicht unterschiedlich laufen. Der eine läuft "seidenweich" im Leerlauf, der zweite etwas rauher untenherum und wird oben runder und dritte hat wenn man ganz genau aufpasst zwischen 900-1000 U/min eine leichte Resonanzüberlagerung und der vierte ist komplett unauffällig. Wenn man draußen steht, hört man keinen Unterschied, sind ja baugleiche Motoren. Ich würde aber gerne mit einem Messgerät quanifizieren, wann ein Motor seidenweich läuft - oder eben nicht und welche Art die "Unregelmäßigkeiten" sind.

Nur um das klarzustellen, es geht mir hier um Nuancen in den Vibrationen. Die Motoren laufen alle ganz normal und jeder ist für sich vermutlich innerhalb der Serientoleranzen.

Fragen, die sich mir dabei unter anderem stellen:
1) Kann man damit deutliche Kompressionsunterschiede zwischen den Zylindern erkennen ?
2) Kann man damit unterschiedliche Verbrennungsdrücke in den Zylindern erkennen (eventuell durch unterschiedlich arbeitende Düsen, oder Unregelmäßigkeiten in der ESP) ?
3) Gibt es gemeinsame Vibrationsmuster, die einem Typ eigen sind ?
4) Wie unterscheiden sich die Muster im kalten und warmen Zustand?
5) Wird es besser, wenn (1) und (2) angepasst werden?

Also, falls ihr solche Messgeräte/Sensoren kennt, würde mich ein Hinweis sehr freuen. Umso bezahlbarer, umso besser.

Vielen Dank & LG,
Andy

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Bobbele
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Re: Messgerät/Sensor für Motorvibrationen gesucht

#2 Beitrag von Bobbele » 2018-06-28 13:37:48

Das einzige was ich in dieser Richtung kenne ist eine Schwingungsanalyse.
Hier muss aber eine Referenzmessung gemacht werden um später Abweichungen zu erkennen.
Wir nutzen das Hauptsächlich in Hauptspindeln für Drehmaschinen und der gleichen.
Hier sind dann aber Kugellager verbaut und keine Gleitlager.

Die Sensoren die ich kenne kommen von der Firma IFM...

Alles andere muss dir jemand mit mehr wissen beantworten ;)
MAN G90 bis 03.2021, jetzt mit Mercedes 1222 unterwegs...

brunnerm
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Re: Messgerät/Sensor für Motorvibrationen gesucht

#3 Beitrag von brunnerm » 2018-06-28 14:20:47

Wenn Du im LKW sitzend Unterschiede spürst, muss das nicht unbedingt heissen, dass die Motoren isoliert betrachtet auch Unterschiede zeigen.
Ich kann mir gut vorstellen, dass das ganze Drumherum (Anbauteile, Kabine) eher mit Resonanzen behaftet ist, als der nackte Motor.

Fragen, die sich mir dabei unter anderem stellen:
1) Kann man damit deutliche Kompressionsunterschiede zwischen den Zylindern erkennen ?
Ich denke kaum.
2) Kann man damit unterschiedliche Verbrennungsdrücke in den Zylindern erkennen (eventuell durch unterschiedlich arbeitende Düsen, oder Unregelmäßigkeiten in der ESP) ?
Dies evtl. schon. Aber wie schon gesagt wurde, dürfte es ohne Referenzmesung schwierig werden, einzelne Frequenzen oder ganze Spektren einzelnen Bauteilen oder Einstellungen zuordnen zu können.
3) Gibt es gemeinsame Vibrationsmuster, die einem Typ eigen sind ?
Sehr wahrscheinlich.

Die Idee gefällt mir, aber ich bezweifle, dass es ein fertiges System im bezahlbaren Bereich gibt. Wobei bezahlbar ein dehnbarer Begriff ist.
Als Sensor würde sich evtl. ein gewöhnlicher Klopfsensor eignen, aber die Elektronik für die Auswertung dürfte nicht ganz billig sein.

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Tomduly
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Re: Messgerät/Sensor für Motorvibrationen gesucht

#4 Beitrag von Tomduly » 2018-06-28 15:08:21

Moin!

Messtechnisch kann man das mit einem Körperschallmikrofon lösen oder mit einem Inertialsensor, wie dem BMI160 von Bosch Sensortec, der mittlerweile in 3/4 aller Smartphones verbaut ist.

Für eine erste grobe Messung kann man auch gleich das Smartphone mit einer Seismometer-App als Messgerät verwenden. Für halbwegs reproduzierbare Ergebnisse sollte man das Handy aber möglichst ungedämpft an passender Stelle am Motor fixieren.

Den BMI160 kann man aber auch als Zubehör für Bastel-Computerplattformen wie den Arduino oder Raspberry Pi bekommen. Dann muss man sich halt eine kleine Messroutine selber schreiben oder sich an jemand aus der Maker-Szene wenden, der an sowas Spass hat, FabLabs und Makerspaces gibts ja heute fast an jeder Ecke, einfach mal in Schulen oder Jugendzentren nachfragen.

Was das o.g. Körperschallmikrofon aufnimmt, könnte man z.B. mit einem Laptop aufzeichnen und dann mit einer passenden Audio-Software (z.B. mit der Freeware Sonic Visualiser) auswerten bzw. grafisch darstellen. Wahrscheinlich muss man mit dem Mikrofon etwas experimentieren, bis man eine Stelle am Aggregat gefunden hat, die nicht so laut ist, dass das Mikrofon übersteuert.

Grüsse
Tom

chris78224
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Re: Messgerät/Sensor für Motorvibrationen gesucht

#5 Beitrag von chris78224 » 2018-06-28 15:33:01

hallo andy,
da ich (auch) keinen drehzahlmesser habe, habe ich mir auch diese optionon zur bestimmung der drehzahl (und später drehzahl in abhängigkeit gang/geschwindigkeit) v.a für autobahn etc. überlegt.
bislang habe ich diese "Messgeräte" (zur bestimmung der drehzahl für abgastest älterer dieselfahrzeuge-drehzahl muss auf dem prüfprotokoll vermerkt sein ( bis -500 umdrehung/min kann man drehen-wenn man seine liebste nicht quälen will..)) nur in 220 v ausführung bei befreundeten werkstattbesitzern gefunden, leider habe ich noch keinen sinuswechselrichter :D
grüße chris

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andye
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Re: Messgerät/Sensor für Motorvibrationen gesucht

#6 Beitrag von andye » 2018-06-28 17:04:12

Danke für eure Info's.

Das Bosch Modul für die Arduino Platform schaut bis jetzt am ehesten als bezahlbare Grundlage für diese Aufgabenstellung aus. Danke Tom.

Da ja viele Handy's solche Sensoren eingebaut haben, dachte ich für den Beginn auch an "Klebe-einfach-das-Handy-an-den-Motor" Ansatz.
Der größte Nachteil der Bastellösung ist der dafür erforderliche Zeitaufwand, bis alles so weit anprogrammiert ist, daß man halbwegs damit arbeiten kann. Daher meine eingangs gestellte Frage nach einer turnkey Lösung. Also, falls es noch weitere Tipps gibt, nur her damit :-)

Betreff meiner Überlegungen und euren Einschätzungen:
Kompressionsunterschiede:
Bei den fraglichen Motoren handelt es sich um V8 Deutz BF8L413F. Laut Wartungshandbuch darf der Verdichtungsdruck pro Zylinder zwischen 22 und 30 bar liegen - eigentlich eine recht große Bandbreite. Um nun einen theoretischen Extremfall durchzuspielen: Wenn nun 7 von den 8 Zylindern 30 bar aufweisen und ein einziger Zylinder nur 22 bar, dann sollte es doch ein rythmisches 7-zu-1 Muster ergeben. Natürlich weiß man noch nicht, welcher Zylinder der Verursacher ist, aber man hat zumindest einen Hinweis. Ditto mit unterschiedlichen Einspritzmengen durch nicht perfekt abgestimmte Einspritzdüsen, bzw. ESP (im Mikrobereich). Meine Neugierde bezieht sich auf dieses "erkennen können".

Soweit gehen meine Ansprüche nicht, daß ich mit diesen Grafiken mit traumwandlerischer Genaugkeit sagen kann "Na ja, da haben wir wohl 3 bar Verdichtungsdruck auf dem fünften Zylinder verloren. Da gehören mal die Kolbenringe und die Zylinderlaufbuchsenwand auf dem Zylinder kontrolliert. Entweder hast du 4 Riefen in der Wand, oder 2-hunderstel Spiel zuviel" :D

Ich habe auch einen F8L413F und einen F8L513C als relativ neuen Ersatzmotor heraussen herumstehen, da könnte man ein paar Versuche machen und die Komponente Fahrzeug mal aussen vor lassen. Leider habe ich keinen Turbo 413 als Ersatzmotor herumstehen (von denen sind alle eingebaut)
Bild

Wie gesagt. Es ist eher Neugierde, nicht ein Problem, daß mich hier interessiert.

LG,
Andy

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Re: Messgerät/Sensor für Motorvibrationen gesucht

#7 Beitrag von Zentralgestirn » 2018-06-28 18:23:28

Hallo Andreas,

hast du ein Oszi? Damit und einem Mikro oder Beschleunigungsmesser sollte sich doch haarklein grafisch darstellen lassen was da los ist. Mit einem DSO noch viel besser. Preiswerte Bausätze für ein 200kHz DSO gibt es ab 20€, das zusammenlöten macht mir viel Spaß. Das ist natürlich kein super genaues DSO, schlägt sich aber bis ca 150kHz gegenüber meinem 25 Jahre altem Hameg nicht schlecht, sollte dafür also reichen.

Die Vorteile sind, dass du einen erheblich größeren Frequenzbereich abdecken kannst und damit auch feiner auflösen wie mit einer Soundkarte und Mikrofon. Du kannst es grafisch darstellen ohne dabei einen besonderen Aufwand zu betrieben.

Was ich mir auch vorstellen kann, das es nicht die Zylinder sind, sondern der Schwingungsdämpfer. Der der vorne bei den Riemenscheiben das dicke rotierende Teil ist. Ich meine da ist ein Gummiring mit Schmiermittel drin. Ist das Schmiermittel auf oder das Gummi hat sein Volumen verändert, funktioniert der nicht mehr. Das soll wohl auch solche Effekte geben, wie du sie beschreibst. Das sollte man ja evtl sogar messen können, weil das dann ja vermutlich nicht symmetrisch zum Drehwinkel der KW passen sollte und eine unregelmäßige Frequenz erzeugen sollte, bei erster kurzer Überlegung.

Andreas, das ist ein sehr interessanter Ansatz den du da hast. Ich habe mal vor vielen Jahren mit einer Dame reden können die sowas beruflich macht. Das scheint ein sehr kompliziertes ding mit den Schwingungen und vor allem deren Deutung zu sein. Eine Info war, ohne dauernd periodisch wiederholende Messungen, können so gut wie keine Aussagen über den Zustand getroffen werden.

Was evtl auch gut gehen könnte ist mit einer Infrarotkamera die Zylinder zu messen. Sollte ein Zylinder weniger leisten, z.B. durch geringere Kompression oder weniger Einspritzmenge, sollte das thermisch sichtbar werden. Weiterer Vorteil, du kannst gleich sehen welcher, bei der Körperschallmessung wird die Zuordnung sehr schwer werden.

Grüße Sebastian

Marc van Endert
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Re: Messgerät/Sensor für Motorvibrationen gesucht

#8 Beitrag von Marc van Endert » 2018-06-28 19:46:06

Hallo Andreas,

nimm einfach einen Klopfsensor aus dem Pkw-Bereich, schraube ihn an den Motorblock und schließe ihn an ein Oszilloskop an. Klopfsensoren als Aftermarket-Ersatzteile gibt's (z.B. bei eBay) neu schon für 15 Euro. Wenn Du (noch) kein Oszi hast: Ich würde ein altes, analoges Speicheroszilloskop nehmen (z.B. Tektronix 7633). Damit hat man nach dem Speichern ein ruhig stehendes Bild, das man genau analysieren kann. Mit einem digitalen Oszi (ein preiswertes Teil mit USB-Schnittstelle und Speicherung/Darstellung per PC reicht, sollte aber ausreichend Bandbreit haben) geht es auch, als Laie fällt man bei den Dingern aber leicht auf Digitalisierungsartefakte rein.

Viele Grüße

Marc

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andye
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Re: Messgerät/Sensor für Motorvibrationen gesucht

#9 Beitrag von andye » 2018-06-28 23:55:24

Hallo Sebastian und Marc,
vielen Dank für eure Informantionen.

Das mit dem "Deuten" will ich ja noch gar nicht angehen. Zuerst geht es mir einmal darum ob man "ruhig" oder "nicht ruhig" irgendwie optisch sehen kann. Ob am Speicheroszilloskop oder am PC - wie auch immer. Und nicht nur ein komplettes Rauschen an Sensorwerten vor sich hat - egal was der Motor macht.

Ursachen können vermutlich vielfältig sein und die Dame wird wohl recht haben, daß dies laufende Messungen benötigt, um Trendwerte bestimmen zu können. Interessante Info betreff Schwingungsdämpfer - könnte natürlich auch eine mögliche Ursache sein. Zylinderkopftemperaturen könnte ich zur Kontrolle auch mit einem Infrarotthermometer messen - ist vermutlich die einfachste Form, mal anzufangen.

Aufgefallen sind mir diese Unterschiede dadurch, daß die Fahrzeuge ja alle in der Halle stehen. Wenn man die LKW umstellen möchte und mehr oder weniger unmittelbar von einem auf den anderen umsteigt, dann sind die Erinnerungen vom vorigen Fahrzeug noch als geistiger Referenzwert vorhanden. Es istja nur eine Minute vergangen. Wenn man die ganze Übung öfters macht, ergeben sich quasi von alleine "PoPo - Referenzwerte", die den einzelnen Fahrzeugen/Motoren zugeordnet werden können. Die "Fahrbedingungen" in der Halle sind ja auch sehr ähnlich. Wie gesagt, das geht nur mit den BF8L413F Motoren, da die öfter vorkommen.

Da gibt es einen Ausreißer (nach oben), der mit einer Weichheit und Gleichmäßigkeit im Leerlauf läuft, den die anderen Motoren (in dieser Feinheit) nicht haben. Die laufen einfach "normal".

Da stellt sich natürlich die Frage nach dem Warum?
Hat der "Sanfte" die geringsten Abweichungen pro Zylinder (Kompressionsdruck, Einspritzmenge und Einspritzbild der Düsen, ist die ESP um die eine Spur gleichmäßiger eingestellt, ist der Schwingungsdämpfer im perfekten Zustand, ist die Kurbelwelle perfekt ausgewuchtet, oder gibt es gar eine andere Ursache?) Ist es nur eine Kleinigkeit die angepasst werden muß, oder erfordert das tiefgreifende Veränderungen, etc, etc, .... Einfach die Neugierde nach dem Warum und Woher ist hier die Triebfeder.

Bei den anderen Fahrzeugen kann ich das nicht machen, da leider jeweils nur ein Modell pro Motortyp vorhanden ist.

LG,
Andy

Marc van Endert
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Re: Messgerät/Sensor für Motorvibrationen gesucht

#10 Beitrag von Marc van Endert » 2018-06-29 0:29:51

Hallo Andy,

ein sehr interessantes Projekt! Wichtig ist es übrigens auch, per Schwingungsanalyse erkannte Probleme einzelnen Zylindern oder Lagern zuordnen zu können. Das erfordert eine Synchronisation des Oszilloskops mit dem Kurbelwellen-Drehwinkel.

Das alles gab's schon vor 40 Jahren von Tektronix. Leider ist die Technik in Vergessenheit geraten. Hier ein interessanter Link: w140.com/tekwiki/wiki/Engine_Analyzer

Viele Grüße

Marc

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