Verfahren und Apparat zur praktischen Prüfung des Alterungsgrades von Motorölen
Das Schmieröl von Motoren mit innerer Verbrennung wird nach einer gewissen Betriebsdauer teils wegen chemischer Vorgänge, teils wegen Materialabscheidungen durch Verschleiss bekanntlich dermassen abgenützt, dass es in diesem Zustand für den weiteren Gebrauch ungeeignet ist. Dabei wird ein Öl- wechsel erforderlich, dessen Zeitpunkt jedoch von zahlreichen, zum Teil veränderlichen Faktoren abhängt, so dass dieser z. B. bei Kraftfahrzeugen nicht auf Grund der abgelaufenen Kilometer, sondern wirtschaftlich erst durch eine zuverlässige Messung des jeweiligen Ölalterungsgrades festgestellt werden kann.
Derartige Messungen wurden bisher im allgemeinen analytisch durch Feststellung der sogenannten Conradsonzahl in manchen chemischen Laboratorien auf umständlichem Wege und mit hohem Zeitverlust durchgeführt. Früher habe ich schon einen transportablen Apparat vorgeschlagen, mit welchem die Ölprüfung nicht analytisch im Laboratorium, sondern optisch an Ort und Steile während kurzer Zeit vorgenommen werden kann.
Ein bekannter Schneliprüfapparat ermöglicht die Feststellung des richtigen Zeitpunktes für den 61- wechsel auf Grund des Masses der tatsächlichen Abnützung bzw. Ermüdung des Schmieröls. Zu diesem Zwecke wird ein Probetropfen des zu prüfenden Öls auf ein Stück Filterpapier vorgeschriebener Beschaffenheit und Abmessung fallen gelassen, auf welchem dann sich der Tropfen in der Form eines Fleckens ausbreitet t (chromatographiert wird). Der öIfleck wird dann über einem intensiven Wärmestrahler (z. B. einem entsprechend starken Glühkörper) getrocknet. Im mittleren Teil des Fleckes, dessen Farbe sich in Abhängigkeit vom Verunreinigungsgrad des Öls von grau bis schwarz ändert, nehmen die abgesetzten Schmutzstoffe Platz.
Je mehr Bodensatz vorhanden ist, um so dunkler ist die Fleckmitte und um so geringer ist deren Lichtdurchlässigkeit. Der Fleck wird im Apparat durchgeleuchtet und das durchfallende Licht trifft auf eine Photozelle oder ein Photoelement, das einen Strom von einer Stärke erregt, die sich in Abhängigkeit der Belichtung ändert. Die Lichtstromstärke lässt sich auf der Skala eines Strommessgerätes, z. B. eines Zeigergalvanometers, ablesen. Letzten Endes stellt also der Ausschlag des Strommesserzeigers ein Mass für die Alterung des Öls dar.
Der bekannte Apparat zur Durchführung des Verfahrens umfasst eine Optik zum Bündeln und Richten des Lichtes, das auf das Photoelement fallen soll. Das Filterpapier mit dem verbreiteten Öftropfen wird zwischen zwei Glasplatten gefasst und in eine metallene Hülse gelegt, in welcher ein Lichtfenster ausgeschnitten ist. Letzteres sichert zu, dass jeweils ein Flächenteil gleichbleibender Grösse des Ültleckes in den Weg des Lichtstrahls zu liegen kommt.
Obwohl der geschilderte Apparat - vom Gesichtspunkt der Ölersparung aus betrachtet - eine grosse Hilfe leistet, bedarf er mehrerer Vervollkornmnungen.
Die vorliegende Erfindung bezweckt eine Beseitigung der vorhandenen Mängel. So wird in der Hauptsache nicht die Feststellung eines absoluten Masses der Ölermüdung angestrebt, sondern man begnügt sich mit der Feststellung eines relativen Masses derselben, wodurch nicht nur der Apparat, sondern auch das Messverfahren wesentlich vereinfacht werden kann. In der Praxis begnügen sich nämlich die Öl- verbraucher vollständig mit der Kenntnis eines relativen Masses des Alterungsgrades, weil damit der nötige Zeitpunkt des Ölwechseis mit einer für die Praxis ausreichenden Genauigkeit festgestellt werden kann.
Zu diesem Zweck wird nach der Erfindung, die ein Verfahren zur praktischen Prüfung des Alterungsgrades von Motorölen auf optischem Wege betrifft, die Lichtdurchlässigkeit des zu prüfenden Ölflecks mit derjenigen eines Diaphragmas verglichen, dessen Lichtdurchlässigkeit derjenigen eines bis zur Grenze seiner Verwendbarkeit gealterten Öls entspricht. Gewöhnlich wird man vorziehen, zwei verschiedene Diaphragmen zu verwenden, von denen das eine der Conradsonzahl 2 für Maschinen mit Benzinbetrieb und das andere der Conradsonzahl 4 für Dieselbetrieb entspricht. Diese sind nämlich die Grenzwerte, bis zu welchen Ö1 verwendet werden kann. Das Diaphragma und hernach der zu messende Fleck werden vorzugsweise nicht zwischen Glasplatten gelegt und es werden keine Optiken verwendet, sondern man schaltet beide zwischen die Lichtquelle und das Photoelement ein.
Diese Vereinfachung erlaubt eine sehr wesentliche Verminderung der Abmessungen bei einem zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung bestimmten Apparate (ungefähr auf einen Drittel des bisherigen Volumens). Weitere Vereinfachungen sollen anhand der weiteren, ausführlichen Beschreibung dargelegt werden.
In der Zeichnung ist der Apparat zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung als Beispiel schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt den Apparat im Längsmittelschnitt.
Fig. 2 ist eine entsprechende Draufsicht und zum Teil Schnitt.
Fig. 3 zeigt eine Stirnansicht von den Bedtienungs- knöpfen her.
Der Apparat ist in einem quaderförmigen Gehäuse 1 untergebracht, dessen Ansatz 2 geringerer Höhe die Auslassöffnung für das Kabel 3 für den Strom einer Glühlampe, eine Signallampe 4, bei genügend hoher Spannung z. B. eine Glimmlampe, zum Anzeigen des betriebsfähigen Zustands des Apparates und eine elektrische Sicherung 5 enthält. Im Hauptteil des Gehäuses 1 sind untergebracht: die Glühlampe 6, darüber ein Etalonträger 7, der horizontal in drei Stellungen gedreht und dort durch eine Schnappfeder festgelegt werden kann und dessen Betätigungsgriff 8 bzw. Arretierhebel aus dem Gehäuse 1 herausragt, ferner ein Potentiometer 9, dessen Drehknopf 10 (Nullungsknopf) sich gleichfalls ausserhalb des Gehäuses befindet, schliesslich ein Zeigergalvanometer 11 und nichtgezeigte elektrische Leitungen.
Ein kreisförmiges Photoelement 12 ist in einer um eine horizontale Achse schwenkbaren Dose 13 angeordnet, die auf ihrer Unterseite eine kreisförmige Öffnung 14 zum Durchlassen des Lichtes aufweist. Eine ähnliche Öffnung hat auch die obere Wand des Gehäuses 1 gegenüber der Öffnung 14. Eine in der Drehachse der Dose 13 versteckte, nicht dargestellte Feder ist bestrebt, die Dose in aufgeklappter Lage zu halten, die durch einen nicht dargestellten Anschlag begrenzt wird. In ihrer niedergeklappten Lage wird die Dose durch eine nicht dargestellte Schnappfeder festgelegt.
Der Stromkreis wird durch einen elektrischen Schalter 16 beim Schliessen der Dose 13 geschlossen und beim Öffnen derselben geöffnet.
Der Etalonträger 7 besteht aus einer kreissegmentförmigen Platte, die auf einem gemeinsamen Kreisbogen drei kreisförmige Öffnungen B, M, D hat.
Von diesen ist die Öffnung M leer, während die Öffnung B durch eine Scheibe ( Diaphragma ) abgedeckt ist, deren Lichtdurchlässigkeit einem Fleck aus einem Benzinmotor entnommenen, zum Wechsel reifen Öles entspricht. Die Öffnung D ist durch ein ähnliches Diaphragma abgedeckt, dessen Lichtdurchlässigkeit jedoch einem Ölfleck aus einem Dieselmotor entspricht.
Die Ölprüfung erfolgt mit dem geschilderten Apparat in der weiter unten beschriebenen Weise.
Die Dose 13 wird in die Lage nach Fig. 1 aufgeklappt, wodurch der Stromkreis der Lampe 6 (in welchem jetzt kein Strom fliesst) unterbrochen wird.
Erst darauf wird ein nicht dargestellter Stecker, der an dem Kabel 3 befestigt ist, an ein Netz von geeigneter Spannung angeschlossen. Dabei leuchtet die Signallampe 4 auf und zeigt damit den betriebsfähigen Zustand des Apparates an. Je nachdem, ob der Öl- zustand eines Benzin- oder eines Dieselmotors geprüft werden soll, wird der Etalonschalter 8 aus der mittleren, am Gehäuse des Apparates mit dem Buchstaben M bezeichneten Lage in die Endlage B oder D gedreht, wodurch das Diaphragma B bzw. D über die Lampe 6, unter das Lichtfenster 15, zu liegen kommt. Darauf wird auch der Nullungsknopf 10 des Potentiometers 9 bis zum Anschlag gedreht, und zwar über den auch an dieser Stelle des Gehäuses angebrachten Buchstaben B bzw. D.
Dann wird die Lichtelementdose 13 heruntergeklappt und dadurch der Stromkreis der Lampe 6 eingeschaltet. Die Lampe durchleuchtet das über ihn geschwenkte Diaphragma, und das durch die Öffnungen 15, 14 hindurch auf das Photoelement treffende Licht erregt einen Photostrom, der den Zeiger des Galvanometers 11 zum Ausschlagen bringt. Darauf stellt man durch Verdrehen des Potentiometerknopfes 10 den Zeiger des Galvanometers 11 in die Nullstellung zurück. Durch Aufklappen der Dose 13 löscht die Lampe 6 aus. Nun wird der Etalonschalter 8 in die Mittelstellung (Messlage) gestellt, wodurch die Öffnung bzw. das Lichtfenster 15 frei wird. Man setzt das kreisscheibenförmige Filterpapier mit dem vorschriftsmässig entnommmenen Ölfleck über das Lichtfenster 15 und klappt wieder die Dose 13 herunter. Die Lampe 6 durchleuchtet nun den Ölfleck.
Infolge der Belichtung des Photoelementes schlägt der Zeiger des Galvanometers 11 aus. Es hängt von der Grösse dieses Ausschlags ab, was man mit dem geprüften Öl zu tun hat. Das Altöl muss ausgewechselt werden, wenn der Zeiger in der Nullstellung verbleibt oder davon in negativer Richtung ausschlägt, während bei positivem Ausschlag das Öl je nach der Grösse des Ausschlags noch weiter benützt werden kann. Die Präzision der Messung erfüllt die praktischen Anforderungen, da das Schwanken der Netz spannung, das andernfalls die Messgenauigkeit beeinflussen würde, zufolge der beschriebenen Nullung die Messung nicht mehr beeinträchtigt.
Wie es sich aus der Erfahrung herausgestellt hat, nehmen die Inbetriebhalter den Ölaustausch in 708/0 der Fälle früher und in 100/0 der Fälle später vor als notwendig. Im ersten Falle steht man einer Ölvergeudung und im zweiten einer erhöhten Maschinenabnutzung gegenüber. Der so veranlasste volkswirtschaftliche Verlust ist bei dem riesenhaft auf geschwellten und ständig wachsenden Schmierölverbrauch so bedeutsam, dass eine massenhafte Verbreitung des Ölprüfapparates als äusserst wichtig bezeichnet werden kann. Dies kann aber erst gehofft werden, wenn der Prüfapparat zuverlässig arbeitet, einfach gehandhabt werden kann und einen einfachen Aufbau hat, also billig herstellbar ist. Beim Ausarbeiten der Erfindung wurde eine mangellose Erfüllung dieser Anforderungen ins Auge gefasst.
Mit dem Gebrauch des neuen Apparates lässt sich erfahrungsgemäss eine Ölersparnis von etwa 10 bis 30 /o erzielen. Der Apparat ist mit irgendeiner Stromart, also z. B. mit Netzstrom von 110 oder 220 Volt oder bei Kraftfahrzeugen mit dem Akkumulatorstrom von 6,12 oder 24 Volt, verwendbar. Hierzu müssen nur die Glühlampe 6 und die Signallampe 4 entsprechend gewählt werden.
Process and apparatus for the practical testing of the degree of aging of motor oils
The lubricating oil of engines with internal combustion is known to be so worn out after a certain period of operation partly due to chemical processes, partly due to material deposits due to wear, that it is unsuitable for further use in this state. An oil change is required, the timing of which, however, depends on numerous, sometimes variable factors. B. in motor vehicles not on the basis of the expired kilometers, but can only be determined economically by a reliable measurement of the respective oil age.
Measurements of this kind have hitherto generally been carried out analytically by determining the so-called Conradson number in some chemical laboratories in a laborious way and with a high loss of time. Earlier I proposed a portable device with which the oil test could not be carried out analytically in the laboratory, but optically on location and on the slope within a short period of time.
A known high-speed testing device enables the correct point in time for the change to be determined on the basis of the degree of actual wear or fatigue of the lubricating oil. For this purpose, a sample drop of the oil to be tested is dropped onto a piece of filter paper of the specified composition and dimensions, on which the drop then spreads in the form of a spot (is chromatographed). The oil stain is then dried over an intensive radiant heater (e.g. a suitably strong incandescent body). In the middle part of the stain, the color of which changes from gray to black depending on the degree of contamination of the oil, the deposited contaminants take their place.
The more sediment there is, the darker the center of the stain and the lower its light permeability. The spot is illuminated in the apparatus and the light passing through hits a photocell or photo element that excites a current with a strength that changes depending on the exposure. The luminous flux can be measured on the scale of an ammeter, e.g. B. a pointer galvanometer. In the end, the deflection of the ammeter pointer is a measure of the aging of the oil.
The known apparatus for carrying out the method comprises an optical system for focusing and directing the light that is to fall on the photo element. The filter paper with the widespread drop of oil is held between two glass plates and placed in a metal sleeve in which a light window has been cut out. The latter ensures that a surface part of constant size of the ugly corner comes to lie in the path of the light beam.
Although the described apparatus - viewed from the point of view of saving oil - is of great help, it requires several perfectings.
The present invention aims to remedy the present deficiencies. The main aim is not to determine an absolute amount of oil fatigue, but to be content with determining a relative amount of the oil fatigue, whereby not only the apparatus but also the measuring process can be considerably simplified. In practice, the oil consumers are completely satisfied with knowing a relative degree of the degree of aging, because this allows the necessary time to change the oil to be determined with an accuracy sufficient for practice.
For this purpose, according to the invention, which relates to a method for the practical testing of the degree of aging of engine oils by optical means, the light transmission of the oil stain to be tested is compared with that of a diaphragm, the light transmission of which corresponds to that of an oil aged to the limit of its usability. Usually it will be preferred to use two different diaphragms, one of which corresponds to Conradson number 2 for petrol engines and the other to Conradson number 4 for diesel engines. These are the limit values up to which Ö1 can be used. The diaphragm and then the spot to be measured are preferably not placed between glass plates and no optics are used, but both are switched between the light source and the photo element.
This simplification allows a very substantial reduction in the dimensions of an apparatus intended for carrying out the method according to the invention (approximately to a third of the previous volume). Further simplifications are to be presented on the basis of the further, detailed description.
In the drawing, the apparatus for performing the method according to the invention is shown schematically as an example.
Fig. 1 shows the apparatus in longitudinal center section.
Fig. 2 is a corresponding plan view and partly in section.
3 shows an end view from the control buttons.
The apparatus is housed in a cuboid housing 1, the approach 2 of which is lower in height, the outlet opening for the cable 3 for the current of an incandescent lamp, a signal lamp 4, z. B. a glow lamp to display the operational status of the apparatus and an electrical fuse 5 contains. In the main part of the housing 1 are housed: the incandescent lamp 6, above an etalon support 7, which can be rotated horizontally in three positions and fixed there by a snap spring and whose operating handle 8 or locking lever protrudes from the housing 1, furthermore a potentiometer 9, whose Rotary button 10 (zeroing button) is also located outside the housing, finally a pointer galvanometer 11 and electrical lines (not shown).
A circular photo element 12 is arranged in a can 13 which is pivotable about a horizontal axis and which has a circular opening 14 on its underside for the passage of light. The upper wall of the housing 1 opposite the opening 14 also has a similar opening. A spring, not shown, hidden in the axis of rotation of the can 13 strives to keep the can in the opened position, which is limited by a stop, not shown. In its folded-down position, the can is fixed by a snap spring, not shown.
The circuit is closed by an electrical switch 16 when the can 13 is closed and opened when the same is opened.
The etalon support 7 consists of a circular segment-shaped plate which has three circular openings B, M, D on a common circular arc.
Of these, the opening M is empty, while the opening B is covered by a disc (diaphragm), the transparency of which corresponds to a stain taken from a gasoline engine and ripe for changing oil. The opening D is covered by a similar diaphragm, the transparency of which, however, corresponds to an oil stain from a diesel engine.
The oil test is carried out with the apparatus described in the manner described below.
The can 13 is opened into the position according to FIG. 1, whereby the circuit of the lamp 6 (in which now no current flows) is interrupted.
Only then is a plug, not shown, attached to the cable 3, connected to a network of suitable voltage. The signal lamp 4 lights up and shows the operational status of the device. Depending on whether the oil condition of a gasoline or diesel engine is to be checked, the etalon switch 8 is rotated from the middle position, marked on the housing of the apparatus with the letter M, to the end position B or D, whereby the diaphragm B or D over the lamp 6, under the light window 15, comes to rest. Then the zeroing button 10 of the potentiometer 9 is turned as far as it will go, using the letter B or D, which is also attached to this point on the housing.
Then the light element box 13 is folded down and thereby the circuit of the lamp 6 is switched on. The lamp shines through the diaphragm pivoted over it, and the light hitting the photo element through the openings 15, 14 excites a photocurrent which causes the pointer of the galvanometer 11 to deflect. Then, by turning the potentiometer button 10, the pointer of the galvanometer 11 is reset to the zero position. By opening the can 13, the lamp 6 extinguishes. Now the etalon switch 8 is set to the middle position (measuring position), whereby the opening or the light window 15 becomes free. The circular disk-shaped filter paper with the oil stain removed in accordance with the regulations is placed over the light window 15 and the can 13 is folded down again. The lamp 6 now shines through the oil stain.
As a result of the exposure of the photo element, the pointer of the galvanometer 11 deflects. It depends on the size of this rash what you have to do with the tested oil. The used oil must be replaced when the pointer remains in the zero position or when it deflects in a negative direction, while with a positive deflection the oil can still be used depending on the size of the deflection. The precision of the measurement meets the practical requirements, since fluctuations in the mains voltage, which would otherwise affect the measurement accuracy, no longer affect the measurement as a result of the zeroing described.
Experience has shown that the commissioning engineers carry out the oil exchange earlier than necessary in 708/0 of cases and later in 100/0 of cases. In the first case, you are faced with oil waste and in the second, increased machine wear. The economic loss caused in this way is so significant, given the gigantic and constantly growing consumption of lubricating oil, that the widespread use of the oil testing device can be described as extremely important. But this can only be hoped if the test apparatus works reliably, can be handled easily and has a simple structure, that is to say it can be manufactured cheaply. In working out the invention, it was envisaged that these requirements would not be met.
With the use of the new apparatus, experience has shown that an oil saving of about 10 to 30 / o can be achieved. The apparatus can be operated with some kind of current, B. with mains current of 110 or 220 volts or in motor vehicles with the accumulator current of 6, 12 or 24 volts, can be used. For this, only the incandescent lamp 6 and the signal lamp 4 have to be selected accordingly.