DE19731960A1 - System for detecting metal particles in flowline circulated coolant - Google Patents
System for detecting metal particles in flowline circulated coolantInfo
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Abstract
Description
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur De tektion von Metallpartikeln, die auf Grund von normaler Abnutzung oder des Versagens einer Komponente erzeugt wurden, und insbesondere auf ein System, welches zwischen einem normalen Abnutzungszustand und einem katastrophalen Komponentenversagen unterscheiden kann.This invention relates to a device for de detection of metal particles due to normal Wear or failure of a component were, and in particular on a system that between a normal state of wear and a catastrophic one Component failure can distinguish.
Maschinensysteme, wie beispielsweise Motoren, Hydraulik vorrichtungen und Getriebe verwenden ein Schmiermittel, wie beispielsweise Öl, um Wärme innerhalb des Systems zu dissipieren bzw. abzuleiten, und um die Abnützung an den Systemkomponenten zu verringern. Jedoch auf Grund der Na tur der Systeme tritt eine Abnutzung auf, was die Erzeu gung von feinen Metallpartikeln oder großen Metallparti keln zur Folge hat.Machine systems, such as motors, hydraulics devices and gears use a lubricant, such as oil to add heat to the system dissipate or derive, and in order to wear the Reduce system components. However, due to the na System wear occurs, which causes of fine metal particles or large metal particles entails.
Die Partikel können das Ergebnis von normaler Abnutzung sein oder ein schwereres Problem. Bei normalen Instand haltungsprozeduren würden die Metallpartikel in dem Schmiermittel für eine ausgedehnte Zeitperiode vorhanden sein. Wenn die Metallpartikel nicht identifiziert bzw. gefunden werden, und keine Unterscheidung zwischen nor maler Abnutzung und einem Komponentenversagen vorgenommen wird, können unerwünschte Ausfallzeit und teure Repara turen die Folge sein.The particles can be the result of normal wear and tear be or a more serious problem. With normal maintenance the metal particles in the Lubricant available for an extended period of time be. If the metal particles are not identified or be found, and no distinction between nor painterly wear and component failure unwanted downtime and expensive repairs the result.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.The present invention is directed to one to overcome one or more of the problems outlined above.
Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Detektieren von Metallpartikeln innerhalb einer Komponente vorgesehen. Die Vorrichtung weist einen Partikeldetektor auf, der innerhalb der Komponente posi tioniert ist, um die Partikel innerhalb eines Strömungs mittels zu sammeln. Der Partikeldetektor weist einen er sten Magneten und einen zweiten Magneten auf, die vonein ander beabstandet sind. Die Vorrichtung weist Mittel auf, um den Abstand zwischen den ersten und zweiten Magneten zu überwachen, um einen Spannungsabfall zu verfolgen, um zwischen normalem Schmutzaufbau und größeren Abriebs stücken zu unterscheiden.According to one aspect of the present invention, one is Device for detecting metal particles inside a component provided. The device has one Particle detector on the posi is dated to the particles within a flow means of collecting. The particle detector has one most magnets and a second magnet, which by itself are spaced apart. The device has means the distance between the first and second magnets monitor to track a voltage drop to between normal dirt build-up and greater abrasion to distinguish pieces.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines in der Technik bekannten Partikeldetektors; Fig. 1 is a schematic view of a known in the art particle detector;
Fig. 2 ist eine schematische elektronische Schaltung ge mäß der vorliegenden Erfindung; und Fig. 2 is a schematic electronic circuit according to the present invention; and
Fig. 3 ist ein Graph bzw. eine Kurve von beispielhaften Testläufen eines Partikelsensors gemäß der vorlie genden Erfindung. Fig. 3 is a graph of exemplary test runs of a particle sensor according to the vorlie invention.
Mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 ist die Vorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung geeignet, um Metallpartikel zu de tektieren, und zwar auf Grund von Komponentenabnutzung oder -versagen, und zwar innerhalb des Strömungsmittels eines Getriebes oder einer Komponente 12. Es sei jedoch bemerkt, daß die Anwendung der vorliegenden Erfindung für ein Getriebe nur zu Ausführungszwecken ist und nicht auf eine solche Anwendung eingeschränkt ist. Die vorliegende Erfindung kann zur Anwendung bei Motorölwannen, Endan trieben, Differentialen, Drehmomentwandlern, Hydrauliksy stemen und anderen ähnlichen Systemen angepaßt bzw. ein gerichtet werden.With reference to FIGS. 1 and 2, the apparatus 10 of the present invention is suitable tektieren metal particles to de, namely due to component wear or failure, within the fluid of a transmission or a component 12. It should be noted, however, that the application of the present invention to a transmission is for execution purposes only and is not limited to such an application. The present invention can be adapted for use in engine oil sumps, end drives, differentials, torque converters, hydraulic systems and other similar systems.
Die Vorrichtung 10 weist einen Partikeldetektor 14 und Mittel 15 auf, um den Widerstand oder Spannungsverände rungen auf Grund von Metallpartikeln auf dem Partikelde tektor 14 zu überwachen. Die Überwachungsmittel 15 weisen eine elektrische Schaltung 16 und ein Datenaufnahme- und Logiksystem 18 auf, welches mit der elektrischen Schal tung 16 verbunden ist.The device 10 has a particle detector 14 and means 15 to monitor the resistance or voltage changes due to metal particles on the particle detector 14 . The monitoring means 15 have an electrical circuit 16 and a data acquisition and logic system 18 which device 16 is connected to the electrical circuit.
Der Partikeldetektor 14 weist ein Gehäuse 20 mit einem ersten Endteil 22 auf, der verschraubbar mit dem Getriebe 12 verbunden ist, und mit einem zweiten Endteil 24, der in das Getriebe 12 vorsteht und innerhalb des (nicht ge zeigten) Strömungsmittels des Getriebes 12 positioniert ist. Der zweite Endteil 24 weist einen ersten ringförmi gen Magneten 26 auf, einen zweiten ringförmigen Magneten 28, der vom ersten Magneten 26 beabstandet ist, und einen Abstandshalter 30 zwischen den Magneten 26, 28. Ein er ster Verbinder 32 ist mit dem ersten Magneten 26 verbun den. Ein zweiter Verbinder 34 ist mit dem zweiten Magne ten 28 verbunden. Ein Widerstand 36 ist zwischen den er sten und zweiten Verbindern 32, 34 verbunden. In der vor liegenden Erfindung ist ein Widerstand mit 30 kOhm ge zeigt, jedoch könnte dieser Wert verändert werden, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.The particle detector 14 has a housing 20 with a first end part 22 which is screwably connected to the transmission 12 , and with a second end part 24 which projects into the transmission 12 and is positioned within the (not shown) fluid of the transmission 12 . The second end portion 24 has a first annular magnet 26 , a second annular magnet 28 spaced from the first magnet 26 , and a spacer 30 between the magnets 26 , 28 . A he most connector 32 is connected to the first magnet 26 . A second connector 34 is connected to the second magnet 28 . A resistor 36 is connected between the first and second connectors 32 , 34 . In the prior invention, a resistor is shown with 30 kOhm ge, but this value could be changed without departing from the essence of the invention.
Die elektrische Schaltung 16 weist eine Leistungsquelle 38 auf, und zwar mit einer ersten Leitung 40, die mit dem ersten Verbinder 32 verbunden ist, und einer zweiten Lei tung 42, die mit dem zweiten Verbinder 34 verbunden ist. Die Leistungsquelle 38 in der vorliegenden Erfindung ist als eine 8 Volt-Leistungsquelle gezeigt. Jedoch kann der Wert verändert werden, um die Empfindlichkeit der Vor richtung 10 einzustellen. Die zweite Leitung 42 weist ei nen Widerstand 44 auf. Der Widerstand 44 besitzt in der vorliegenden Erfindung einen Wert von 18 kOhm, jedoch kann der Wert verändert werden, um die Empfindlichkeit der Vorrichtung 10 einzustellen. Ein Modul 46 ist zwi schen den ersten und zweiten Verbindern 32, 34 ange schlossen bzw. verbunden, um die Spannungsausgangsgröße der Vorrichtung 10 zu überwachen. Wenn keine Metallpar tikel den Raum zwischen den ersten und zweiten Magneten 26, 28 überbrücken, mißt das Modul 46 eine Ausgangsspan nung von 5 Volt (Maximum). Wenn die Spannung der Quelle 38 oder der Widerstand 44 verändert werden, dann wird die maximale Ausgangsspannung auch verändert werden und nicht weiter 5 Volt sein.The electrical circuit 16 has a power source 38 , namely a first line 40 , which is connected to the first connector 32 , and a second line 42 , which is connected to the second connector 34 . Power source 38 in the present invention is shown as an 8 volt power source. However, the value can be changed to adjust the sensitivity of the device 10 . The second line 42 has a resistor 44 . Resistor 44 has a value of 18 kOhm in the present invention, but the value can be changed to adjust the sensitivity of device 10 . A module 46 is connected between the first and second connectors 32 , 34 to monitor the voltage output of device 10 . If no metal particles bridge the space between the first and second magnets 26 , 28 , the module 46 measures an output voltage of 5 volts (maximum). If the voltage of the source 38 or the resistor 44 is changed, then the maximum output voltage will also be changed and will no longer be 5 volts.
Das Datenaufnahme- und Logiksystem 18 mißt die Ausgangs größe aus dem Modul 46 und bestimmt bzw. zeichnet die Da ten über eine Zeitperiode auf, um zu bestimmen, ob die Metallpartikel aus einem normalen Abnutzungsschmutzaufbau oder aus großen Bruchstücken aufgrund eines Versagens zu sammengesetzt sind. Das System bestimmt auch das Zeitin tervall, um den Partikeldetektor zu reinigen. Das gemes sene Ausgangssignal wird über eine Zeitperiode gespei chert, so daß das Datensystem die Auslesung aufzeichnen bzw. trendmäßig erfassen wird, um das Ausmaß und die Grö ße des Partikelaufbaus zu bestimmen. Das Datenaufnahme- und Logiksystem 18 kann mit Indikatoren bzw. Anzeigen im Bedienerpanel bzw. Armaturenbrett verbunden sein, die den Bediener über den Zustand einer Komponente informieren oder über die Zeit zum Reinigen des Partikeldetektors. Der Abfall der Ausgangsspannung unter einen vorbestimmten Wert und die Rate des Ausgangsspannungsabfalls kann ver wendet werden, um die entsprechenden Indikatoren für den Bediener einzurichten.The data acquisition and logic system 18 measures the output from the module 46 and records the data over a period of time to determine whether the metal particles are composed of normal wear and tear or large debris due to failure. The system also determines the time interval to clean the particle detector. The measured output signal is stored over a period of time, so that the data system will record the reading or record it in terms of trend in order to determine the extent and size of the particle structure. The data acquisition and logic system 18 can be connected to indicators or displays in the operator panel or dashboard which inform the operator about the status of a component or about the time for cleaning the particle detector. The drop in the output voltage below a predetermined value and the rate of the output voltage drop can be used to set up the appropriate indicators for the operator.
Tests haben gezeigt, daß nicht nur die gemessene Spannung oder der Widerstand die Anwesenheit oder Abwesenheit von Metallpartikeln anzeigen, sondern daß die Größe der ge messenen Spannung oder des Widerstandes die Größe der Me tallpartikel anzeigt, die den Raum zwischen den ersten und zweiten Magneten 26, 28 überbrücken. Der Graph bzw. die Kurve der Fig. 3 zeigt den Spannungsabfall über eine Zeitperiode, wenn die Partikel den Raum zwischen den Mag neten 26, 28 überbrücken.Tests have shown that not only the measured voltage or resistance indicates the presence or absence of metal particles, but that the magnitude of the measured voltage or resistance indicates the size of the metal particles that span the space between the first and second magnets 26 , 28 bridge. The graph or curve of FIG. 3 shows the voltage drop over a period of time when the particles Neten the space between the Mag 26 bridge, 28.
Typische Ergebnisse einer Reihe von Labortests sind in Fig. 3 veranschaulicht. Die Strich-Punkt-Linie veran schaulicht eine Ansammlung von einem normalen Abnutzungs schmutzpartikelaufbau (weniger als 20 µm), der überwacht werden kann, und die Ausgangs- bzw. Ausgangsgrößenausle sungen, die aufgezeichnet bzw. trendmäßig erfaßt wurden, um zu bestimmen, wann der Partikeldetektor zu reinigen ist. Bei normalem Abnutzungsschmutz ist der Spannungsab fall über eine Zeitperiode graduell. Bei einer zweiten Serie von Tests wurden Metallpartikel im Größenbereich von ungefähr 100-250 µm eingeleitet. Die Ergebnisse der zweiten Serie von Tests sind durch die gestrichelte Linie veranschaulicht und es ist gezeigt, daß der Spannungsab fall über eine Zeitperiode schneller ist als bei normalem Abnutzungsschmutz. Bei einer dritten Serie von Tests wur den Metallpartikeln (der beim Versagen auftretenden Art) im Bereich von ungefähr 250-400 µm eingeleitet. Die Er gebnisse der dritten Serie von Tests werden durch die durchgezogene Linie veranschaulicht, und es ist gezeigt, daß der Spannungsabfall über eine Zeitperiode größer ist. Die Linien bzw. Kurven veranschaulichen, daß die Span nungsabfallrate für große Partikel höher ist. Daher zeigt die Neigung der Spannungsabfallkurve die relative Größe der Partikel, die von dem Detektor gesammelt wurden. Das Datenaufnahme- und Logiksystem kann diese Ausgangs- bzw. Ausgangsgrößenauslesung trendmäßig erfassen, um die Art der Komponentenabnutzung zu bestimmen (normal oder kata strophal) und auch das Zeitintervall zur Reinigung des Detetektors.Typical results from a series of laboratory tests are illustrated in FIG. 3. The dash-dot line indicates a build-up of normal wear dirt particle build-up (less than 20 µm) that can be monitored and the output readings that were recorded or trended to determine when the Particle detector is to be cleaned. With normal wear dirt, the voltage drop is gradual over a period of time. In a second series of tests, metal particles in the size range of approximately 100-250 µm were introduced. The results of the second series of tests are illustrated by the dashed line and it is shown that the voltage drop over a period of time is faster than with normal wear dirt. In a third series of tests, the metal particles (of the type occurring at failure) were introduced in the range of approximately 250-400 µm. The results of the third series of tests are illustrated by the solid line and it is shown that the voltage drop is greater over a period of time. The lines or curves illustrate that the voltage drop rate for large particles is higher. Therefore, the slope of the voltage drop curve shows the relative size of the particles collected by the detector. The data acquisition and logic system can trendly capture this output or output variable reading in order to determine the type of component wear (normal or catastrophic) and also the time interval for cleaning the detector.
Mit Bezug auf die Zeichnungen ist die vorliegende Erfin dung im Betrieb geeignet, um Metallpartikel zu detektie ren, die entweder auf Grund normaler Abnutzung oder des Versagens einer Komponente erzeugt werden. Sie bezieht sich auch auf ein System, das zwischen einem normalen Abnutzungszustand und dem Beginn eines Komponentenversa gens unterscheiden kann.With reference to the drawings, the present invention suitable in operation to detect metal particles ren, either due to normal wear or the Failure of a component. It relates also refer to a system that is between a normal Condition of wear and the beginning of a component versa can differentiate.
Bei der vorliegenden Erfindung wird der Partikeldetektor 14 in die Komponente geschraubt, und zwar durch ein Gewinde um den Außendurchmesser des zweiten Endteils 24. Der erste Endteil 22, der die ersten und zweiten Magnete 26, 28 enthält, ist innerhalb des Komponentenströmungs mittels positioniert, um die Metallpartikel zu sammeln. Die Partikel werden den Raum zwischen den ersten und zweiten Magneten 26, 28 überbrücken, was einen Spannungs abfall bewirkt, der vom Modul 46 detektiert wird. Ein Signal vom Modul 46 wird an das Datensystem 18 gesandt, welches gespeichert wird und über eine Zeitperiode gehal ten bzw. im Speicher gehalten wird, um die Daten trendmä ßig zu erfassen. Eine Information des Trendes bzw. der Laufrichtung wird verwendet, um den Zustand der Kompo nente zu bestimmen und die Zeit zur Reinigung des Parti keldetektors. Eine angenäherte Abschätzung der Partikel größe kann auch aus diesen Daten vorgenommen werden.In the present invention, the particle detector 14 is screwed into the component by a thread around the outer diameter of the second end portion 24 . The first end portion 22 , which includes the first and second magnets 26 , 28 , is positioned within the component flow to collect the metal particles. The particles will bridge the space between the first and second magnets 26 , 28 , causing a voltage drop that is detected by the module 46 . A signal from module 46 is sent to data system 18 , which is stored and held or held in memory for a period of time to capture the data in a fashionable manner. Information on the trend or the direction of travel is used to determine the state of the component and the time for cleaning the part detector. An approximate estimate of the particle size can also be made from this data.
Andere Aspekte, Ziele und Vorteile der vorliegenden Er findung können aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche erhalten wer den.Other Aspects, Goals, and Benefits of This Er can be found from a study of drawings that Disclosure and the appended claims obtained the.
Zusammenfassend kann man sagen:
Ein Partikeldetektor, der geeignet ist, um den Zustand
einer Komponente zu detektieren und zu überwachen, wird
offenbart. Der Partikeldetektor weist erste und zweite
voneinander beabstandete Magneten auf, um die Metallpar
tikel zu sammeln. Die Metallpartikel überbrücken den Raum
zwischen den Magneten, was einen Spannungsabfall bewirkt,
der das Vorhandensein von Partikeln an der Vorrichtung
anzeigt. Das Ausgangssignal wird trendmäßig erfaßt, um
den Zustand der Komponente und die Zeit zur Reinigung des
Partikeldetektors zu bestimmen.Summary, one can say:
A particle detector that is suitable for detecting and monitoring the state of a component is disclosed. The particle detector has first and second spaced magnets to collect the metal particles. The metal particles bridge the space between the magnets, causing a voltage drop that indicates the presence of particles on the device. The output signal is trended to determine the condition of the component and the time to clean the particle detector.
Claims (6)
einen Partikeldetektor, der innerhalb der Komponente positioniert ist, um die Metallpartikel innerhalb des Strömungsmittels zu detektieren, wobei der Par tikeldetektor einen ersten Magneten und einen zwei ten Magneten aufweist, die voneinander beabstandet sind; und
Mittel zur Überwachung der Spannung über dem Raum zwischen den ersten und zweiten Magneten, um zwi schen einem normalen Abnutzungsschmutzaufbau und großen Bruchstücken aufgrund eines Versagens zu un terscheiden, und um die Spannungsveränderung trend mäßig zu erfassen, um die Zeit zu bestimmen, um den Partikeldetektor zu reinigen, und um zwischen norma lem Schmutz und größeren Partikeln zu unterscheiden.1. Device for detecting metal particles within a fluid of a component, where the device has the following:
a particle detector positioned within the component to detect the metal particles within the fluid, the particle detector having a first magnet and a second magnet spaced apart; and
Means for monitoring the voltage across the space between the first and second magnets to distinguish between normal wear dirt build-up and large debris due to failure, and to trend the voltage change to determine the time to measure the particle detector clean, and to distinguish between normal dirt and larger particles.
Sammeln der Metallpartikel innerhalb des Strömungs mittels unter Verwendung eines Partikeldetektors mit einem ersten Magneten und einem zweiten Magneten, die voneinander beabstandet sind;
Überbrücken des Raumes zwischen den ersten und zwei ten Magneten mit den gesammelten Metallpartikeln;
Überwachen der Spannung, wenn die Metallpartikel den Raum zwischen den Magneten überbrücken;
Vorsehen eines Spannungsausgangssignals relativ zum Ausmaß und der Größe der gesammelten Metallpartikel; Speichern der Spannungsausgangssignale über eine Zeitperiode; und
trendmäßiges Erfassen der Spannungsausgangssignale zur Bestimmung, ob gesammelte Metallpartikel ein normaler Abnutzungsschmutzaufbau oder große Bruch stücke aufgrund eines Versagens sind, und um die Zeit zum Reinigen des Partikeldetektors zu bestim men.6. A method for detecting metal particles within a component with a fluid, which comprises the following steps:
Collecting the metal particles within the flow using a particle detector having a first magnet and a second magnet spaced apart;
Bridging the space between the first and second magnets with the collected metal particles;
Monitoring the voltage when the metal particles bridge the space between the magnets;
Providing a voltage output signal relative to the extent and size of the metal particles collected; Storing the voltage output signals over a period of time; and
Trend detection of the voltage output signals to determine whether collected metal particles are normal wear and tear or large fragments due to failure and to determine the time to clean the particle detector.
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