DE10026223A1

DE10026223A1 - Verfahren zum Bestimmen der Lebensdauer eines Fluids, insbesondere eines Öls

Info

Publication number: DE10026223A1
Application number: DE10026223A
Authority: DE
Inventors: Johannes Braun
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Buehl Verwaltungs GmbH
Priority date: 1999-06-16
Filing date: 2000-05-26
Publication date: 2001-01-25

Abstract

Ein Verfahren zum Bestimmen der Lebensdauer eines Fluids, insbesondere eines Getriebeöls, enthält folgende Schritte: (a) Bestimmen einer Referenzlebensdauer bei einer Referenztemperatur, (b) Erfassen der Betriebstemperatur während der Gebrauchsdauer des Fluids und (c) Errechnung der Lebensdauer aus einem Algorithmus, der die Veränderung der Lebensdauer mit der Temperatur in umgekehrte Beziehung zur Veränderung einer Reaktionsgeschwindigkeit mit der Temperatur setzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Lebensdauer eines Fluids, insbesondere eines Öls.

Fluide, insbesondere Hydraulikfluide und/oder Öle, werden vorwiegend nach starren zeitlichen Intervallen oder nach starren Nutzungsdauern gewechselt. Vereinzelt werden Algorithmen eingesetzt, die beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug die Anzahl von Kaltstarts berücksichtigen. Starre Ölwechselintervalle müssen so festgelegt sein, daß auch unter für die Lebensdauer des Öls ungünstigen Bedingungen das Öl gebrauchsfähig bleibt. Am individuellen Einsatz orientierte Wechselintervalle haben den Vorteil, daß das Öl gegebenenfalls länger im Einsatz bleiben kann, wodurch Kosten gespart und die Umwelt entlastet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bestimmen der Lebensdauer eines Fluids, insbesondere eines Getriebeöls anzugeben, das einerseits einfach durchführbar ist und andererseits eine möglichst aussagekräftige Bestimmung der Lebensdauer zuläßt.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich den Effekt zu Nutze, daß ganz allgemein chemische Reaktionsgeschwindigkeiten mit steigender Temperatur zunehmen, woraus resultiert, daß die Lebensdauer eines Fluids, die beispielsweise durch eine in ihm ablaufende Reaktion bestimmt ist, in umgekehrter Beziehung zur Veränderung der Reaktionsgeschwindigkeit mit der Temperatur steht, d. h. bei zunehmender Reaktionsgeschwindigkeit nimmt die Lebensdauer ab und umgekehrt.

Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Durchführungsformen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gerichtet.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann für alle Arten von Fluiden verwendet werden, die bei ihrer Benutzung thermischen Einflüssen ausgesetzt sind, die für die Funktion des Fluids wesentliche Eigenschaften verschlechtern.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes mit daran angebrachten Temperatursensoren und

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Anordnung, in der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.

Gemäß Fig. 1 weist ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe, wie es beispielsweise aus der DE 195 44 644 A1 bekannt ist, eine Antriebswelle 2 mit einem ersten Paar von Kegelscheiben 4, 6 auf, wobei die Kegelscheibe 6 einteilig mit der Welle 2 ausgebildet ist und die Kegelscheibe 4 über eine Axialverzahnung drehfest, jedoch axial verschiebbar mit der Welle 2 verbunden ist. Auf einer weiteren, zur Welle 2 parallel angeordneten Welle 8 ist ein weiteres Kegelscheibenpaar mit Kegelscheiben 10 und 12 angeordnet, wobei die Kegel scheibe 10 einteilig mit der Welle 8 ausgebildet ist und die Kegelscheibe 12 über eine Axialverzahnung 14 drehfest, jedoch axial verschiebbar mit der Welle verbunden ist.

Die beiden Kegelscheibenpaare 4, 6 und 10, 12 werden von einem Umschlingungsmittel 14 umschlungen, dessen Glieder in Reibeingriff mit den Kegelflächen der Kegelscheibe kommen.

Zur Übersetzungsverstellung ist der Abstand zwischen den Kegelscheiben 4, 6 und 10, 12 gegensinnig verstellbar. Dazu wird die jeweils verstellbare Kegelscheibe aus jeweils zwei Druckkammern mit Druck beaufschlagt, wobei eine innere Anpreßkammer 18 dazu dient, den Anpreßdruck zwischen dem Umschlingungsmittel 14 und dem Kegelscheibenpaar auf einem drehmomentabhängigen Vordruck einzustellen. Zur Druckentlastung ist in der Anpreßkammer 18 eine Feder 20 angeordnet. Zur Verstellung des Abstandes zwischen den Kegelscheiben 10 und 12 und damit zur Übersetzungsänderung dient eine Verstellkammer 22.

Zur Druckversorgung der Druckkammern ist eine Hydraulikmittelpumpe 24 vorgesehen, die den Anpreßkammern 18 Hydraulikmittel zuführt, dessen Druck über eine nicht erläuterte Abströmventilanordnung an das jeweilige Drehmoment angepaßt wird. Der Druck in den Verstellkammern 22 wird über ein Steuerventil 26 gesteuert.

Das von der Pumpe 24 geförderte Hydraulikmittel wird zur Schmierung und Kühlung des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes verwendet, indem es über nicht dargestellte Bohrungen in an sich bekannter Weise die Lager schmiert und aus Querbohrungen 30 in den Raum zwischen den Kegelscheiben austritt und dort die Reibflächen kühlt. Das rücklaufende Hydraulikmittel wird in einem Trog 32 gesammelt, von wo aus es in einen Rücklaufbehälter 34 gelangt, aus dem es von der Pumpe 24 angesaugt wird.

An unterschiedlichen, zweckentsprechend gewählten Stellen sind zur Überwachung der Temperatur des Hydraulikmittels Temperaturfühler 36 angeordnet. Die Menge des umlaufenden Hydraulikmittels wird mittels Durchflußmeßgeräten 38 bestimmt, die zweckentsprechend angeordnet sind, beispielsweise in der Vorlaufleitung der Pumpe und den zu den einzelnen Kegelscheibenpaaren führenden Leitungen, aus denen heraus die Reibflächen mit Hydraulikmittel versorgt werden.

Der einwandfreie Zustand des Hydraulikmittels ist für die Funktionsfähigkeit des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes von ausschlaggebender Bedeutung. Solche Hydraulikmittel verschlechtern sich hinsichtlich Schmierfähigkeit, Viskosität, Korrosion verhindernden Eigenschaften usw. im Laufe ihrer Betriebsdauer und müssen deshalb von Zeit zu Zeit gewechselt werden. Die Eigenschaftsverschlechterung ist das Ergebnis von in dem Hydraulikmittel ablaufenden chemischen Reaktionen, die aufgrund physikalisch-chemischer Zu sammenhänge sich bei einem Temperaturanstieg von jeweils 10° Kelvin in ihrer Geschwindigkeit verdoppeln.

Es gilt daher folgender Zusammenhang:

wobei t_R eine Referenzlebensdauer und T_R eine Referenztemperatur ist, wobei die Referenzlebensdauer diejenige Zeitdauer ist, die das Hydraulikmittel in dem Getriebe bleiben kann, wenn das Getriebe derart betrieben wird, daß das Hydraulikmittel die Referenztemperatur T_R hat.

T_S ist die Betriebstemperatur und t_S ist die Lebensdauer des Hydraulikmittels, wenn das Getriebe mit der konstanten Betriebstemperatur T_S des Hydrulikmittels betrieben wird.

Wie ersichtlich, liegt die Lebensdauer des Hydraulikmittels bei einer unterhalb der Referenztemperatur liegenden Betriebstemperatur über der Referenzlebensdauer. Je höher die Betriebstemperatur ist, umso kürzer ist die Lebensdauer.

Fig. 2 zeigt eine Steuerschaltung für das Getriebe gemäß Fig. 1.

Ein in an sich bekannter Weise mit einem Mikroprozessor und zugehörigen Speichereinrichtung ausgerüstetes Steuergerät 40 ist in an sich bekannter Weise mit Sensoren verbunden, aus denen die jeweils einzustellende Getriebeübersetzung errechnet wird, die durch Ansteuerung des Steuerventils 26 eingestellt wird.

Das Steuergerät ist zusätzlich mit den Temperatursensoren 36 und den Durchflußmeßgeräten 38 verbunden.

In dem Steuergerät 40 ist ein Takt- bzw. Zeitgeber enthalten sowie ein Algorithmus, der die Lebensdauer des Öls unter Auswertung der von dem Durchflußmeßgerät 38 und den Temperaturfühlern 36 gegebenen Meßwerten nach folgendem Algorithmus berechnet:

Die Herabsetzung der Lebensdauer des Hydraulikmittels mit steigender Temperatur ist aus der reaktionsbedingten Schädigungen verursacht. Diese Einzelschädigungen setzen sich zu einer Gesamtschädigung zusammen.

Eine Einzelschädigung berechnet sich aus den Schädigungen aller Teilvolumina V_i des Hydraulikmittels mit den jeweils zugehörigen Temperaturen T_i, wobei die einzelnen Volumina mit einem Schädigungsfaktor

gewichtet werden.

In der folgenden Tabelle ist ein Beispiel erläutert:

Die erste Zeile gibt bei Teilvolumina V_i an. Die zweite Zeile gibt drei unterschiedliche Betriebstemperaturen an, die in den jeweiligen Teilvolumina herrschen.

Die dritte Zeile gibt die Differenz zwischen den jeweiligen Betriebstemperaturen und der Referenztemperatur an.

Die vierte Zeile gibt die Einzelschädigung des jeweiligen Volumenelements an.

Die fünfte Zeile gibt das Produkt aus der Einzelschädigung und dem zugehö rigen Volumenelement an.

Die sechste Zeile gibt die Einzelschädigung an, mit der alle Volumenelemente während des Zeitintervalls Δt, während dessen die Bedingungen der ersten drei Zeilen herrschen, zur Schädigung des Hydraulikmittels beitragen.

Die Lebensdauer des Hydraulikmittels, bzw. dessen Standzeit ist erreicht, wenn gilt:

Wenn in konstanten Zeitschritten t_j = Δt gemessen wird, d. h. das Steuergerät mit gleichmäßigen Taktzeiten arbeitet, gilt:

Durch Anordnung verschiedener Temperaturfühler 36 an unterschiedlichen Stellen des Getriebes und Durchflußmeßgeräten 38 an zweckmäßigen Stellen ist es möglich, die jeweiligen Meßtemperaturen Volumenelementen zuzuordne, so daß nach dem vorstehend geschilderten Algorithmus die Lebensdauer des Hydraulikmittels bestimmt werden kann. Es versteht sich, daß vor Anwendung des geschilderten Algorithmus in einem Referenzversuch, der bei konstanter Temperatur durchgeführt wird, die Referenzlebensdauer bei dieser Referenz temperatur bestimmt wird.

Da die Betriebstemperatur im allgemeinen erheblich über der Standtemperatur liegt, können Standzeiten bzw. Zeiten, in denen das Getriebe oder ein damit ausgerüstetes Fahrzeug nicht in Betrieb ist, im allgemeinen unterdrückt werden. Da der Zeitgeber des Steuergerätes 40 jedoch ständig arbeitet, kann die gesamte Dauer einschließlich Stillstandzeiten und Betriebszeiten in einfacher Weise erfaßt werden.

Es versteht sich, daß bei weniger aufwendiger Meßausrüstung die mit den einzelnen Temperaturen beaufschlagten Volumina abgeschätzt werden können, so daß die Durchflußmeßgeräte nicht zwingend erforderlich sind. In einer weiter vereinfachten Ausführungsform kann lediglich eine jeweilige mittlere Temperatur des Hydraulikmittels erfaßt werden und der vorstehende Algorithmus dann angewendet werden, ohne daß die Auflösung des Hydraulikmittels in einzelne Teilvolumina mit unterschiedlichen Temperaturen berücksichtigt wird.

Es versteht sich, daß der Algorithmus dahingehend ergänzt werden kann, daß neben einer thermischen Schädigung des Hydraulikmittels auch eine mechani sche, beispielsweise in Form von Verschmutzungen, berücksichtigt werden kann, die meßtechnisch durch Messung eines Druckabfalls an einem Hydraulik mittelfilter oder durch unmittelbare Messung der Viskosität erfaßt werden kann und sich zu der temperaturbedingten Schädigung addiert.

Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvor schläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmale zu beanspruchen.

In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rück bezogenen Unteransprüche zu verstehen.

Die Gegenstände dieser Unteransprüche bilden jedoch auch selbständige Erfindungen, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.

Die Erfindung ist auch nicht auf das (die) Ausführungsbeispiel (e) der Beschrei bung beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abände rungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Be schreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrens schritten erfinderisch sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims

1. Verfahren zum Bestimmen der Lebensdauer eines Fluids, insbesondere eines Getriebeöls, enthaltend folgende Schritte:

a) Bestimmen einer Referenzlebensdauer bei einer Referenztemperatur,
b) Erfassen der Betriebstemperatur während der Gebrauchsdauer des Fluids und
c) Errechnung der Lebensdauer aus einem Algorithmus, der die Veränderung der Lebensdauer mit der Temperatur in umgekehrte Beziehung zur Veränderung einer Reaktionsgeschwindigkeit mit der Temperatur setzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Algorithmus lautet:
wobei
t_R = Referenzlebensdauer,
t₂ = Lebensdauer des Fluids bei der Temperatur T_S,
T_R = Referenztemperatur und
T_S = Betriebstemperatur sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Temperatur in Zeitintervallen gemessen wird, jedem Zeitintervall ein Schädigungsschritt zugeordnet wird, die Schädigungsschritte addiert werden und die Lebensdauer als erreicht gewertet wird, wenn die Summe der Schädigungsschritte einen vorbestimmten Wert erreicht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei folgender Algorithmus verwendet wird:
wobei
Δt_j = Zeitdauer aufeinanderfolgender Meßintervalle,
T_j = Betriebstemperatur während des Meßintervalls i.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Temperaturen unterschiedlicher Teilvolumina des Fluids gemessen werden und die Gesamtlebensdauer des Fluids durch Gewichtung der Lebensdauern der Einzelvolumina errechnet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei folgender Algorithmus verwendet wird:
wobei
wobei
V = Gesamtvolumen des Fluids,
V_i = Temperatur des Volumenelements V_i.