DE10103997A1

DE10103997A1 - Impulse centrifuge with monitoring device for centrifuge function e.g. for installing in oil circulation of combustion engine, has rotor mounted in zone of capacitor electric field

Info

Publication number: DE10103997A1
Application number: DE2001103997
Authority: DE
Inventors: Peter Frehland; Markus Beylich
Original assignee: Filterwerk Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2001-01-31
Publication date: 2002-08-14

Abstract

An impulse centrifuge, has a housing structure (19) with a feed/supply (18) and a run-off (23) for the centrifuged liquid, a rotatably mounted rotor (20) communicating with the feed/supply(18) and having at least one drive nozzle (22) for the centrifuged liquid. The device used for monitoring the function of the centrifuge consists of a capacitor, in which the rotor (20) is mounted in the zone of influence of the capacitor's electric field, and a device is provided for evaluating the influence of the rotor on the capacitance of the capacitor.

Description

State of the art

Die Erfindung betrifft eine Freistrahlzentrifuge mit Überwachungseinrichtungen nach dem Oberbegriff der Anspruchs 1. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwa chung eines Systems mit einer Freistrahlzentrifuge nach dem Oberbegriff des Anspru ches 5 bzw. 10.The invention relates to a free jet centrifuge with monitoring devices according to the Preamble of claim 1. The invention also relates to a method for monitoring chung a system with a free jet centrifuge according to the preamble of claim ches 5 or 10.

Freistrahlzentrifugen mit Überwachungseinrichtungen sind z. B. aus der DE 44 03 425 A1 bekannt. Ziel solcher Überwachungseinrichtungen ist es, Fehlfunktionen der Zentrifuge erfassen zu können bzw. den durch die Abscheidung erzeugten Füllungsgrad festzustel len, um eine Aussage über den Zeitpunkt des Austausches des Zentrifugenrotors ma chen zu können (Spalte 3, Zeile 12 bis 22 des angegebenen Dokuments). Um das ange gebene Ziel auf einfache Weise zu erreichen, zeigt Fig. 1 des Dokuments einen Zentri fugenrotor, der auf einer Achse gelagert ist und Axialspiel aufweist. Die Düsen 48 sind schräg nach unten ausgerichtet, so dass durch den Betrieb der Zentrifuge eine Axialkraft komponente entsteht, die den Rotor entgegen der Gewichtskraft gegen einen am oberen Axialanschlag für den Rotor angebrachten Kontaktring drückt. Eine Fehlfunktion wird an gezeigt, wenn der Rotor während des Betriebs den Kontaktring verlässt.Free jet centrifuges with monitoring devices are e.g. B. known from DE 44 03 425 A1. The aim of such monitoring devices is to be able to detect malfunctions of the centrifuge or to determine the filling level generated by the separation in order to be able to make a statement about the time of the replacement of the centrifuge rotor (column 3 , lines 12 to 22 of the document given). In order to achieve the specified goal in a simple manner, Fig. 1 of the document shows a centrifugal rotor, which is mounted on an axis and has axial play. The nozzles 48 are oriented obliquely downward, so that an operation of the centrifuge creates an axial force component which presses the rotor against the weight against a contact ring attached to the upper axial stop for the rotor. A malfunction is indicated if the rotor leaves the contact ring during operation.

Durch eine derartige konstruktive Ausgestaltung der Überwachungseinrichtung kann je doch die Fehlerursache bei Verlassen des Kontaktringes nicht zweifelsfrei festgestellt werden. Ursachen können beispielsweise eine Erhöhung der Gewichtskraft der Zentrifu ge durch den sich aufbauenden Filterkuchen, eine Verstopfung der Düsen oder auch eine Schwergängigkeit der eingesetzten Gleitlager 30, 28 sein. Außerdem wird die Axialkraft komponente, die durch die Düsenstellung erzeugt wird, durch eine Axialkraft aufgrund des Öldruckes überlagert, welcher sich resultierend daraus ergibt, dass die zu zentrifugie rende Flüssigkeit von unten in den Rotor einströmt und diesen auf der Achse hochdrückt. Dadurch kann es bei einem unzulässig hohen Druckanstieg der Flüssigkeit dazu kommen, dass der Rotor trotz Fehlfunktionen gegen den Kontaktring gedrückt wird und da durch die Kontrolleinrichtung im Hinblick auf ihre Funktion versagt.With such a constructive design of the monitoring device, the cause of the error when leaving the contact ring cannot be determined without any doubt. Causes can be, for example, an increase in the weight of the centrifuge due to the filter cake building up, a blockage of the nozzles or also a sluggishness of the slide bearings 30 , 28 used . In addition, the axial force component, which is generated by the nozzle position, is superimposed by an axial force due to the oil pressure, which results from the fact that the liquid to be centrifuged flows from below into the rotor and pushes it up on the axis. In the event of an inadmissibly high pressure increase in the liquid, this can result in the rotor being pressed against the contact ring despite malfunctions and the control device failing in terms of its function.

Außerdem ist die beschriebene Kontrolleinrichtung nicht geeignet, wenn der Zentri fugenrotor, wie in der WO 99/54051 im Gehäuse axial festgelegt ist (vergl. Fig. 2). Diese Bauform ermöglicht die Verwendung von Kugellagern, welche zu einem geringen Dreh widerstand des Rotors und zu einer Verringerung des Leckagestroms an den Lagern führt. Jedoch muss auch eine derartige Zentrifugenbauform abhängig vom Einsatzfall überwacht werden.In addition, the control device described is not suitable if the centrifugal rotor is axially fixed in the housing, as in WO 99/54051 (see FIG. 2). This design enables the use of ball bearings, which leads to a low rotational resistance of the rotor and to a reduction in the leakage current at the bearings. However, such a centrifuge design must also be monitored depending on the application.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, Verfahren und Vorrichtungen zur Überwachung der Funktion einer Freistrahlzentrifuge zu schaffen, welche zuverlässig Fehlfunktionen der Zentrifuge ermitteln. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 sowie der weiteren unabhängigen Ansprüche gelöst.The object of the invention is therefore, methods and devices for monitoring the To create the function of a free jet centrifuge, which reliably malfunctions the Determine the centrifuge. This object is achieved by the features of claim 1 and solved further independent claims.

Advantages of the invention

Die Freistrahlzentrifuge gemäß der Erfindung weist in bekannter Weise eine Gehäuse struktur auf, in die ein Rotor drehbar eingesetzt ist. Als Gehäusestruktur kann ein geson dertes Gehäuse verwendet werden. Eine andere Möglichkeit ist die Integration eines Rotors in eine Gehäusestruktur, welche gleichzeitig zur Bildung anderer Baugruppen verwendet wird. Hier bietet sich in erster Linie die Brennkraftmaschine selbst an, in deren Motorblock der Schmierölkreislauf realisiert sein kann.The free jet centrifuge according to the invention has a housing in a known manner structure in which a rotor is rotatably inserted. As a housing structure, a separate dertes housing can be used. Another option is to integrate one Rotors in a housing structure, which at the same time to form other assemblies is used. The internal combustion engine itself is the best choice here Engine block of the lubricating oil circuit can be realized.

In die Gehäusestruktur muss eine Zuführung bzw. ein Ablauf für die zu zentrifugierende Flüssigkeit integriert sein. Durch die Zuführung gelangt die Flüssigkeit in den Rotor, der zu diesem Zweck kommunizierend mit der Gehäusestruktur verbunden ist. Dies ge schieht vorzugsweise durch eine zentral im Rotor angeordnete Öffnung, die gleichzeitig als Lagerstelle für den Rotor dient.A feed or an outlet for the centrifuge to be centrifuged must be in the housing structure Liquid must be integrated. The liquid enters the rotor through the feeder is communicatively connected to the housing structure for this purpose. This ge preferably shoots through an opening arranged centrally in the rotor, which at the same time serves as a bearing for the rotor.

Sobald die Flüssigkeit in den Rotor gelangt ist, wird diese durch die Drehung des Rotors ebenfalls in Rotation versetzt. Es lagern sich abzuscheidende Teilchen an den hierfür vorgesehenen Ablagerungsflächen des Rotors ab, während die Flüssigkeit zu den An triebsdüsen transportiert wird, durch welche sie in die Gehäusestruktur zurück gelangt. Dabei versetzt sie den Rotor in eine Drehbewegung. As soon as the liquid has got into the rotor, it is rotated by the rotor also set in rotation. Particles to be separated are deposited on the particles provided deposition surfaces of the rotor, while the liquid to the An drive nozzles is transported through which it gets back into the housing structure. It rotates the rotor.

Weiterhin sind an der Freistrahlzentrifuge Mittel zur Überwachung der Funktion der Zent rifuge vorgesehen, welche erfindungsgemäß durch einen Kondensator gebildet werden. Im Einflußbereich des elektrischen Feldes dieses Kondensators ist der Rotor der Zentri fuge angebracht. Dadurch beeinflußt der Zustand des Zentrifugenrotors das elektrische Feld des Kondensators direkt. Weiterhin sind Mittel zur Auswertung dieses Einflusses auf die Kapazität des Kondensators vorgesehen. Diese können zum Beispiel durch eine Auswertungselektronik gebildet sein, welche elektrisch kommunizierend mit dem Kon densator in Verbindung steht.Furthermore, means for monitoring the function of the cent are on the free jet centrifuge rifuge provided, which are formed according to the invention by a capacitor. In the area of influence of the electrical field of this capacitor, the rotor is the centri joint attached. As a result, the condition of the centrifuge rotor affects the electrical Field of the capacitor directly. There are also means for evaluating this influence the capacitance of the capacitor is provided. These can be, for example, through a Evaluation electronics are formed, which communicates electrically with the Kon connected to the capacitor.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass die Überwachung des Rotors der Zentrifuge völlig berührungslos und unabhängig von den Lagerstellen des Rotors erfol gen kann. Eine Beeinflussung des Rotors, welche die erreichbare Drehzahl des Rotors herabsetzen würde, ist daher nicht gegeben. Außerdem ist die Überwachung des Rotors vorteilhafterweise auch im Stillstand möglich.The advantage of the solution according to the invention is that the monitoring of the rotor Centrifuge completely contactless and regardless of the bearing positions of the rotor can. Influencing the rotor, which determines the achievable speed of the rotor would therefore not be given. It also monitors the rotor advantageously also possible at a standstill.

Durch Beladung des Rotors mit abzuscheidenden Partikeln ändert sich auch dessen e lektrisches Verhalten. Es ergeben sich andere Werte für den mit Öl und abgeschiedenen Partikeln gefüllten Zentrifugenrotor als Ganzes hinsichtlich seiner Dielektrizität. Dadurch wird auch die Kapazität des Kondensators direkt beeinflußt. Diese kann entsprechend gemessen und zur Auswertung des Beladungszustandes des Rotors herangezogen wer den. Bei Erreichen einer Grenzbeladung ist die Ausgabe eines Signals möglich, welches die Notwendigkeit eines Zentrifugenwechsels aufzeigt. Dies kann zum Beispiel eine Kon trollleuchte auf dem Armaturenbrett des Fahrzeugs sein in dessen Brennkraftmaschine der Zentrifugenrotor eingebaut ist.Loading the rotor with particles to be separated also changes its e electrical behavior. There are other values for that with oil and deposited Particle-filled centrifuge rotor as a whole in terms of its dielectric. Thereby the capacitance of the capacitor is also directly influenced. This can be done accordingly measured and used to evaluate the loading condition of the rotor the. When a limit load is reached, it is possible to output a signal which shows the need for a centrifuge change. For example, a con troll light on the dashboard of the vehicle in its internal combustion engine the centrifuge rotor is installed.

Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Erfindung sind die den Kondensator bildenden Kondensatorplatten in die Gehäusestruktur integriert. Dies hat den Vorteil, dass die elekt rischen Anschlüsse nicht an ein rotierendes Bauteil herangeführt werden müssen, was im Falle einer Anbringung am Rotor der Fall wäre. Die dadurch zu überbrückende Spalte zwischen Gehäusewandung und Rotor sind während der Betriebsdauer konstant und können bei der Auswertung der Messwerte in Gestalt einer Konstante beachtet werden.According to a favorable embodiment of the invention, the ones that form the capacitor are Capacitor plates integrated in the housing structure. This has the advantage that the elect nical connections do not have to be brought up to a rotating component, which is what If an attachment to the rotor would be the case. The column to be bridged between the housing wall and the rotor are constant during the operating time can be taken into account when evaluating the measured values in the form of a constant.

Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Kondensatorplatten als Wandauskleidung des Gehäuses ausgeführt sind. Hierbei können die Kondensatorplatten als Innenbeschichtung zum Beispiel mit einem leitfähigen Lack verwirklicht sein. Es ist jedoch auch möglich, leitende Platten in das Gehäuse in den Spalt zwischen Rotor und Wandung einzuführen, welche den Konturen des Gehäuses folgen. A special embodiment of the invention provides that the capacitor plates as Wall lining of the housing are executed. Here, the capacitor plates can be implemented as an inner coating, for example with a conductive lacquer. It is however also possible to insert conductive plates into the housing in the gap between the rotor and Introduce wall, which follow the contours of the housing.

Eine andere Variante der Erfindung sieht vor, dass die Kondensatorplatten durch die Wandung des Gehäuses selbst gebildet werden. Hier ist zum Beispiel das Eingießen von Drahtgittern in die Wandung der Gehäusestruktur denkbar, wobei diese aus einem elekt risch isolierenden Werkstoff, insbesondere Kunststoff gefertigt ist. Diese Variante hat den Vorteil, dass die Kondensatorplatten, die durch das Drahtgitter gebildet werden, nicht dem zu zentrifugierenden Fluid ausgesetzt sind. Dadurch können Korrosion und Ablage rungen verhindert werden, die eventuell zu einer Verfälschung des Messergebnisses füh ren könnten. Eine andere Möglichkeit, die Gehäusewandung selbst als Kondensatorplat ten zu nutzen ist die Einbringung von elektrisch leitenden Materialien in die Kunststoff wand bzw. die Fertigung der Gehäusewand aus einem leitenden Material. In diesem Falle ist jedoch eine vollständige Isolation der Gehäusebereiche, die die Kondensatorplatten bilden, voneinander notwendig. Dies kann zum Beispiel durch ein Zweikomponenten spritzgießverfahren des Gehäuses in Kunststoff verwirklicht werden, wobei die eine Kom ponente als Isolator zwischen der anderen Komponente fungiert, welche zwei Bereiche zur Bildung der Kondensatorplatten ausbildet.Another variant of the invention provides that the capacitor plates through the Wall of the housing itself are formed. For example, here is the pouring of Wire mesh in the wall of the housing structure is conceivable, which consists of an elect risch insulating material, in particular plastic is made. This variant has the Advantage that the capacitor plates, which are formed by the wire mesh, are not are exposed to the fluid to be centrifuged. This can cause corrosion and storage Prevention that may lead to a falsification of the measurement result could. Another option is to use the housing itself as a capacitor plate The use of electrically conductive materials in the plastic is to be used wall or the manufacture of the housing wall from a conductive material. In this case however, is a complete insulation of the housing areas that the capacitor plates form, necessary from each other. This can be done, for example, by a two-component injection molding of the housing can be realized in plastic, the one com component acts as an insulator between the other component, which is two areas trained to form the capacitor plates.

Der Einfluß von Veränderungen des Rotors auf die Kapazität des Kondensators wird um so stärker, je geringer der Abstand der Kondensatorplatten zu dem Rotor ist und je grö ßer die Fläche der Kondensatorplatten ist. Als Folge davon ergibt sich eine besonders günstige Variante der Erfindung dadurch, dass die Kondensatorplatten den Rotor mög lichst dicht umschließen wobei die Kondensatorplatten annähernd jeweils die Hälfte eines Zylindermantels bilden, so dass dieser Zylindermantel in zwei die Kondensatorplatten bildende Teilbereiche zerfällt. Selbstverständlich sind auch andere Plattengestaltungen denkbar, wobei die Empfindlichkeit des zugehörigen Messverfahrens an die jeweils zur Verfügung stehenden Fläche der Kondensatorplatten angepasst werden muss.The influence of changes in the rotor on the capacitance of the capacitor is reduced the stronger the smaller the distance between the capacitor plates and the rotor and the larger is the area of the capacitor plates. As a result, there is a special one Favorable variant of the invention in that the capacitor plates enable the rotor enclose as densely as possible, with the capacitor plates approximately half each Form cylinder jacket, so this cylinder jacket in two the capacitor plates forming parts disintegrates. Of course, other plate designs are also possible conceivable, the sensitivity of the associated measuring method to the respective Available area of the capacitor plates must be adjusted.

Unter Schutz gestellt ist weiterhin ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb der beschriebenen Freistrahlzentrifuge. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Änderung der Kapazität des Kondensators gemessen wird und als Maß für die Beladung des Rotors mit abgeschiedenen Partikeln herangezogen wird. Weiterhin ist der Messwert auch für Aussagen hinsichtlich des Zustandes des Rotors nutzbar, sofern die betrachtete Zu standsänderung des Rotors auch eine Änderung von dessen Kapazität zur Folge hat. Zum Beispiel ist bei der Verwendung des Rotors in einer Zentrifuge zur Reinigung von Schmieröl eines Dieselmotors der Hauptteil an abgeschiedenen Partikeln aus Rußteil chen zusammengesetzt, die über die Blowby-Gase der Zylinder in das Schmieröl gelan gen. Aufgrund der starken Leitfähigkeit der Rußpartikel sind diese daher von anderen Ablagerungen im Zentrifugenrotor eindeutig zu unterscheiden. Auf diese Weise können zusätzliche Hinweise hinsichtlich der Zusammensetzung des Filterkuchens in der Zentri fuge erlangt werden.A method according to the invention for operating the described free jet centrifuge. According to the invention it is provided that the change the capacitance of the capacitor is measured and as a measure of the loading of the rotor with separated particles is used. Furthermore, the measured value is also for Statements regarding the condition of the rotor can be used, provided that the Zu Change in position of the rotor also results in a change in its capacity. For example, when using the rotor in a centrifuge for cleaning Lubricating oil of a diesel engine the main part of separated particles from soot Chen composed, which spilled into the lubricating oil via the blowby gases of the cylinders Due to the strong conductivity of the soot particles, they are therefore different Clearly distinguish deposits in the centrifuge rotor. That way you can additional information regarding the composition of the filter cake in the centri joint can be obtained.

Ein möglicher und besonders einfacher Messaufbau zur Durchführung des Verfahrens besteht in der Bildung eines elektrischen Schwingkreises, bestehend aus dem Konden sator zur Überwachung des Rotors und einem Widerstand oder auch einer Säule. Dieser wird zur Messung der Kapazität des Kondensators zu Schwingungen angeregt, was zum Beispiel durch eine Wechselspannung erfolgen kann. Gemessen werden kann die Ände rung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises, welche als Maß für die Kapazität des 1 Kondensators herangezogen wird. Dabei verhält sich die Frequenz des beschriebenen Schwingkreises antiproportional zur Kapazität des Kondensators. Versuche mit Zentrifu gen für das Schmieröl einer Diesel-Brennkraftmaschine haben ergeben, dass durch den sich aufbauenden Filterkuchen im Zentrifugenrotor, der hauptsächlich aus abgeschiede nen Rußpartikeln besteht, eine Erhöhung der Kapazität des Kondensators zu messen ist. Aufgrund dieser Erkenntnisse kann die Kapazität des Kondensators ermittelt werden, die für die zulässige Grenzbeladung des Rotors an abgeschiedenen Partikeln steht. Bei Er reichen dieses Wertes kann die Notwendigkeit eines Wechsels des Rotors angezeigt werden.A possible and particularly simple measurement setup for carrying out the method consists in the formation of an electrical resonant circuit consisting of the condenser sator for monitoring the rotor and a resistor or a column. This is excited to measure the capacitance of the capacitor to vibrate, resulting in Example can be done by an AC voltage. The change can be measured tion of the resonance frequency of the resonant circuit, which is a measure of the capacitance of the 1 capacitor is used. The frequency of the described behavior Resonant circuit antiproportional to the capacitance of the capacitor. Try centrifuge conditions for the lubricating oil of a diesel internal combustion engine have shown that the filter cake building up in the centrifuge rotor, which mainly consists of separated NEN soot particles, an increase in the capacitance of the capacitor is to be measured. Based on these findings, the capacitance of the capacitor can be determined stands for the permissible limit loading of the rotor on separated particles. With Er If this value is sufficient, the need to change the rotor can be indicated become.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die sich ändernde Kapazität mit Hilfe des sogenannten Trägerfrequenzverfahrens gemessen werden. Hierbei können störende Einflüsse, die ebenfalls eine Änderung der Kapazität des Kondensators bewir ken, eliminiert werden. Störgrößen, wie Zündfunken, der Betrieb der Lichtmaschine oder das Schalten großer Stromverbraucher, die elektromagnetische Felder erzeugen, können auf diese Weise ausgeblendet werden.According to a further embodiment of the invention, the changing capacity can also be used Be measured using the so-called carrier frequency method. Here you can disruptive influences, which also cause a change in the capacitance of the capacitor be eliminated. Disturbances such as ignition sparks, the operation of the alternator or switching large electricity consumers that generate electromagnetic fields be hidden this way.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die gemessenen Werte in einer Auswertungselektronik abgespeichert werden. Hierbei sind zumindest in bestimm ten Zeitabständen Messwerte zur Abspeicherung vorgesehen, welche untereinander ver glichen werden. Hierdurch läßt sich die zeitliche Entwicklung der Kapazitätsänderung des Kondensators verfolgen. Dies erlaubt Aussagen darüber, zu welchem noch in der Zukunft liegenden Zeitpunkt der Zentrifugenrotor ausgewechselt werden muss, was zum Beispiel bei einem anstehenden Service eines Kraftfahrzeugs geschehen kann. Weiterhin lassen sich Aussagen hinsichtlich der Entwicklung des Filterkuchens in der Zentrifuge erstellen. Zum Beispiel kann ein unzulässig schnell wachsender Filterkuchen als Hinweis darauf gewertet werden, dass im Verbrennungsprozess der Brennkraftmaschine zuviel Ruß ent steht.A further embodiment of the method provides that the measured values in evaluation electronics can be stored. Here are at least in certain Measured values are provided for storage at ten time intervals, which ver be compared. As a result, the temporal development of the change in capacity of the Track capacitor. This allows statements about which will be made in the future lying time the centrifuge rotor has to be replaced, for example can happen when an upcoming service of a motor vehicle. Continue to leave make statements regarding the development of the filter cake in the centrifuge. For example, an impermissibly fast growing filter cake can be an indication of this be assessed that too much soot ent in the combustion process of the internal combustion engine stands.

Die Auswertungselektronik kann gemäß einer anderen Variante der Erfindung auch ver wendet werden, um die Messwerte in Abhängigkeit anderer, der Auswertungselektronik zur Verfügung stehender Daten durch zu führen. Diese Daten können zum Beispiel durch die Motorsteuerung zur Verfügung gestellt werden. Eine andere Möglichkeit ist die Integ ration der Auswertungselektronik in die Motorsteuerung selbst. Durch gemeinsame Aus wertungen verschiedener, zur Verfügung stehender Daten lassen sich genauere Hinwei se hinsichtlich der Funktion der Brennkraftmaschine und der Zentrifuge erreichen.According to another variant of the invention, the evaluation electronics can also be used can be applied to the measured values depending on others, the evaluation electronics to perform available data. This data can, for example, by the engine control can be made available. Another possibility is the integ ration of the evaluation electronics in the engine control itself evaluations of different, available data can be more precise information se with regard to the function of the internal combustion engine and the centrifuge.

Die anderen zur Verfügung stehenden Daten können andere Messergebnisse darstellen, die zum Beispiel durch Sensoren den Betriebszustand der Brennkraftmaschine ermitteln. Eine andere Möglichkeit sind in der Auswertungselektronik abgelegte Kennfelder, mit denen die Messwerte verglichen werden können, um zu Aussagen hinsichtlich der Funk tion der Zentrifuge zu kommen. Dies kann zum Beispiel ein Kennfeld sein, wie sich die Kapazität des Kondensators an der Zentrifuge über die Betriebszeit der Brennkraftma schine hin verändern sollte, wenn eine einwandfreie Funktion des gesamten Systems vorausgesetzt wird.The other data available can represent other measurement results, which, for example, determine the operating state of the internal combustion engine using sensors. Another option is to use maps stored in the evaluation electronics which the readings can be compared to to make statements regarding the radio tion of the centrifuge to come. For example, this can be a map of how the Capacitance of the capacitor on the centrifuge over the operating time of the internal combustion engine The machine should change if the entire system functions properly is assumed.

Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die zusätzlichen Messwerte, die zur Auswertung der Zentrifugenbeladung herangezogen werden, aus einer Tempe raturmessung der zu zentrifugierenden Flüssigkeit gewonnen werden. In diesem Fall kann die Kapazität des Kondensators bei zwei unterschiedlichen Temperaturen ermittelt werden. Die Messung dieser beiden Temperaturen soll innerhalb eines definierten Zeit raums erfolgen. Hiermit ist gemeint, dass dieser Zeitraum nicht überschritten jedoch un terschritten werden darf. Der Zeitraum ist festgelegt, damit während der beiden Messun gen der Kondensatorkapazität in dem System außer der Temperaturschwankung keine sonstigen schwerwiegenden Änderungen eintreten. Im Fall der Verwendung der Zentrifu ge in einer Brennkraftmaschine kann eine solche Messung zum Beispiel direkt nach Mo torstart mit kaltem Schmieröl und anschließend bei erwärmtem Schmieröl stattfinden. Die Messpunkte können zum Beispiel bei 40°C und 100°C festgelegt werden.A special embodiment of the invention provides that the additional measured values, which are used to evaluate the centrifuge load from a tempe temperature measurement of the liquid to be centrifuged. In this case can determine the capacitance of the capacitor at two different temperatures become. The measurement of these two temperatures should take place within a defined time space. This means that this period does not exceed un may be exceeded. The period is set so that during the two measurements due to the capacitor capacity in the system other than the temperature fluctuation other serious changes occur. In case of using the centrifu In an internal combustion engine, such a measurement can be made, for example, directly after Mo Gate start with cold lubricating oil and then with heated lubricating oil. The For example, measuring points can be set at 40 ° C and 100 ° C.

Die bei unterschiedlichen Temperaturen ermittelten Messwerte können z. B. durch eine Auswertelektronik miteinander verglichen werden und so über die Charakteristik der Ka pazitätsänderung des Kondensators aufgrund der Temperaturschwankungen Auskunft geben. Bei den Temperaturschwankungen des Schmieröls handelt es sich hinsichtlich der Kapazität des Kondensators um eine Störgröße, weil diese direkt Einfluß auf die Ka pazität nimmt. Wenn diese Störgröße einen charakteristischen Verlauf aufweist, können damit andere Störgrößen eliminiert werden. Zum Beispiel kann die Kapazitätsänderung auch abhängig sein von der Güte des Schmieröls bzw. dem Abscheidegrad der Zentrifu ge sowie der Zusammensetzung der abzuscheidenden Partikel. Durch Eliminierung die ser Störgrößen lassen sich zuverlässigere Aussagen hinsichtlich der Beladung des Ro tors der Zentrifuge ermitteln.The measured values determined at different temperatures can e.g. B. by a Evaluation electronics are compared with each other and so on the characteristics of Ka change in capacitance of the capacitor due to temperature fluctuations give. The temperature fluctuations of the lubricating oil are regarding the capacitance of the capacitor by a disturbance variable because this directly influences the Ka capacity takes. If this disturbance variable has a characteristic course, can so that other disturbances are eliminated. For example, the change in capacity also depend on the quality of the lubricating oil or the degree of separation of the centrifuge ge and the composition of the particles to be separated. By eliminating the This disturbance can be more reliable statements regarding the loading of the Ro Determine the centrifuge gate.

Eine andere Möglichkeit das beschriebene Meßverfahren zu nutzen ist, die Drehzahl des Rotors zu ermitteln. Diese Nutzungsmöglichkeit beruht auf der Erkenntnis, dass bei hin reichender Empfindlichkeit des Messverfahrens eine periodische Kapazitätsschwankung des Kondensators gemessen werden kann, welche sich aufgrund des sich im Konden satorfeld drehenden Rotors ergibt. Eine weitere Voraussetzung ist, dass die Messung genügend schnell wiederholt werden müssen, um diese periodische Änderung festzu stellen. Die Kapazitätsschwankungen kommen zum Beispiel durch eine ungleichmäßige Verteilung des Zentrifugenkuchens bzw. eine ungleichmäßige Zusammensetzung des selben zustande.Another possibility to use the measuring method described is the speed of the To determine the rotor. This possibility of use is based on the knowledge that sufficient sensitivity of the measuring method a periodic fluctuation in capacity of the capacitor can be measured, which is due to the condensate satorfeld rotating rotor results. Another requirement is that the measurement must be repeated quickly enough to determine this periodic change put. The capacity fluctuations come, for example, from an uneven one Distribution of the centrifuge cake or an uneven composition of the same state.

Die Messungen müssen in Intervallen wiederholt werden, die kleiner sind, als das dop pelte der Drehfrequenz des Rotors. Aus der periodischen Welligkeit der so ermittelten Meßwerte läßt sich die Drehzahl des Rotors durch eine geeignete Auswertungselektronik direkt ableiten.The measurements must be repeated at intervals that are smaller than the dop pelt the rotational frequency of the rotor. From the periodic ripple of the determined The speed of the rotor can be measured using suitable evaluation electronics derive directly.

Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen au ßer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombi nationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.These and other features of preferred developments of the invention are based ßer from the claims also from the description and the drawing, wherein the individual features individually or in groups in the form of sub-combinations nations realized in the embodiment of the invention and in other fields be and can represent advantageous and protectable versions for which protection is claimed here.

drawing

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematischen Ausführungsbeispielen beschrieben. Hierbei zeigen Fig. 1 die Verwendung einer Schmierölzentrifuge mit Überwachung der Rotorbe ladung, eingebaut in eine Brennkraftmaschine, als Blockschaltbild,Further details of the invention are described in the drawing using schematic exemplary embodiments. Here, FIG. 1 shows the use of a lubricating oil centrifuge with monitoring of Rotorbe charge, installed in an internal combustion engine, as a block diagram,

Fig. 2 den schematischen Querschnitt durch ein Zentrifugengehäuse mit einge bauter Zentrifuge sowie im Querschnitt hufeisenförmigen Kondensator platten, Fig. 2 plates the schematic cross-section through a centrifuge housing with bauter centrifuge and horseshoe-shaped in cross-section capacitor,

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Teil des Zentrifugenrotors mit Filterkuchen und durch eine Gehäusewandung, in die ein Drahtgitter eingelegt ist, wobei dieser Schnitt sinngemäß dem Detail x in Fig. 1 entspricht, Fig corresponds. 3 is a section through a part of the centrifuge rotor with filter cake and through a housing wall, in which a wire mesh is inserted, this section being useful according to the detail X in Fig. 1,

Fig. 4 die schematische perspektivische Ansicht eines Zentrifugengehäuses, hergestellt in Zweikomponententechnik und Fig. 4 is a schematic perspective view of a centrifuge housing, made in two-component technology and

Fig. 5 den Verlauf der Kapazität des Kondensators über die Zeit, schematisch dargestellt in einem Diagramm. Fig. 5 shows the course of the capacitance of the capacitor over time, shown schematically in a diagram.

Description of the embodiments

Eine Zentrifuge 10 gemäß Fig. 1 ist in einen Schmierölkreislauf 11 für eine Brennkraft maschine 12 eingebunden. Der Schmierölkreislauf weist einen Hauptstrom 13, aufwei send eine Pumpe 14, einen Hauptstromfilter 15 und eine schematisch dargestellte Schmierstelle 16 auf. Das von der Pumpe 14 geförderte überschüssige Öl wird über ei nen Nebenstrom 17 geleitet und gelangt über eine Zuführung 18 in eine Gehäusestruktur 19 der Zentrifuge 10. Die Zuführung 18 korrespondiert mit einem Rotor 20 der Zentrifuge. Auf diese Weise wird das Öl in den Rotor eingeleitet wobei sich im Öl befindliche Partikel, insbesondere Rußteilchen, an dafür vorgesehene Abscheideflächen 21 anlagern. Das Öl verläßt durch Antriebsdüsen 22 den Rotor, wodurch dieser in Drehung versetzt wird. Aus der Gehäusestruktur 19, die das durch die Antriebsdüsen geförderte Öl auffängt, kann dieses durch einen Ablauf 23 aus der Gehäusestruktur 19 austreten und der Brennkraft maschine 12, die eine nicht näher dargestellte Ölwanne aufweist, zugeführt werden. A centrifuge 10 shown in FIG. 1 is integrated into a lubricating oil circuit 11 for an internal combustion engine 12 . The lubricating oil circuit has a main flow 13 , aufwei send a pump 14 , a main flow filter 15 and a schematically illustrated lubrication point 16 . The excess oil conveyed by the pump 14 is passed via a bypass 17 and passes via a feed 18 into a housing structure 19 of the centrifuge 10 . The feed 18 corresponds to a rotor 20 of the centrifuge. In this way, the oil is introduced into the rotor, particles in the oil, in particular soot particles, being deposited on separation surfaces 21 provided for this purpose. The oil leaves the rotor through drive nozzles 22 , causing it to rotate. From the housing structure 19 , which collects the oil conveyed by the drive nozzles, this can exit through an outlet 23 from the housing structure 19 and the internal combustion engine 12 , which has an oil pan, not shown, are supplied.

Die Gehäusestruktur 19 der Zentrifuge 10 weist Lagerstellen 24 auf, in denen der Rotor, 20 drehbar gelagert ist. Weiterhin ist in dem Gehäuse ein Kondensator angebracht, des sen Kondensatorplatten 25 derart angeordnet sind, dass sich der Rotor 20 in dem durch die Kondensatorplatten gebildeten elektrischen Feld befindet.The housing structure 19 of the centrifuge 10 has bearing points 24 , in which the rotor 20, 20 is rotatably mounted. Furthermore, a capacitor is mounted in the housing, the capacitor plates 25 of which are arranged such that the rotor 20 is in the electrical field formed by the capacitor plates.

Für die Ermittlung der Kapazität des Kondensators ist ein einfacher Aufbau zur Auswer tung dargestellt. Zusammen mit einer Spule 26 bildet der Kondensator einen elektrischen Schwingkreis 27, der an einer Wechselspannungsquelle 28 angeschlossen ist. Dadurch wird der elektrische Schwingkreis 27 zu Schwingungen angeregt, wobei sich in Abhän gigkeit der Kapazität des Kondensators unterschiedliche Resonanzfrequenzen feststellen lassen. Diese können über ein Frequenzglied f ermittelt und an die Motorsteuerung M weitergegeben werden. Auf diese Weise ist eine Auswertung auch im Zusammenhang mit anderen Daten der Motorsteuerung M möglich. Die Notwendigkeit eines Rotorwech sels kann mit Hilfe eines charakteristischen Kapazitätswertes des Kondensators ermittelt werden und wird durch eine Ausgabeeinheit, zum Beispiel eine Kontrollampe 29 ausge geben.A simple structure for evaluation is shown for determining the capacitance of the capacitor. Together with a coil 26 , the capacitor forms an electrical resonant circuit 27 which is connected to an AC voltage source 28 . As a result, the electrical resonant circuit 27 is excited to vibrate, different resonance frequencies can be determined as a function of the capacitance of the capacitor. These can be determined via a frequency element f and passed on to the engine control unit M. In this way, an evaluation is also possible in connection with other data of the engine control M. The need for a rotor change can be determined with the aid of a characteristic capacitance value of the capacitor and is output by an output unit, for example a control lamp 29 .

Dieser Messaufbau zeigt die einfachste Anordnung zur Ermittlung der Kondensatorkapa zität. Selbstverständlich kann diese auch mit Hilfe einer voll elektronischen Schaltung unter Anwendung des Trägerfrequenzverfahrens ausgewertet werden. Diese Auswer tungselektronik kann vollkommen in die Motorsteuerung integriert sein, oder auch in ei nem gesonderten Gehäuse realisiert werden.This measurement setup shows the simplest arrangement for determining the capacitor capa capacity. Of course, this can also be done using a fully electronic circuit can be evaluated using the carrier frequency method. This Auswer tion electronics can be fully integrated in the engine control, or in egg nem separate housing can be realized.

Fig. 2 zeigt eine mögliche Ausgestaltung des Kondensators, wobei die Kondensator platten durch eine Wandauskleidung 30 gebildet sind. Diese liegt an der Wandung 31 der Gehäusestruktur 19 an, wobei Kontakte 32 zum Anschluß der Kondensatorplatten an die Auswertungselektronik E durch die Wandungen 31 geführt sind. Die Kondensatorplatten umschließen den Rotor halbkreisförmig, wodurch ein möglichst großer Einfluß des Bela dungszustandes des Rotors 20 auf die Kapazität des Kondensators ausgeübt wird. Fig. 2 shows a possible embodiment of the capacitor, the capacitor plates are formed by a wall lining 30 . This rests on the wall 31 of the housing structure 19 , contacts 32 for connecting the capacitor plates to the evaluation electronics E being guided through the walls 31 . The capacitor plates enclose the rotor in a semicircle, so that the greatest possible influence of the loading condition of the rotor 20 is exerted on the capacitance of the capacitor.

Fig. 3 zeigt eine Möglichkeit wie die Kondensatorplatten in die Wandung 31 der Gehäu sestruktur 19 eingebracht werden können. Die Kondensatorplatte ist durch ein eingegos senes Drahtgitter 33 verwirklicht, welches im Schnitt angedeutet ist. Dieses ist wieder mit einem Kontakt 32 versehen, der aus der Wandung herausgeführt worden ist, um einen Anschluß an die Auswertungselektronik zu ermöglichen. Angedeutet ist weiterhin ein Fil terkuchen 34 der sich an der Abscheidefläche 21 des Rotors 20 angelagert hat. Fig. 3 shows a way how the capacitor plates can be introduced into the wall 31 of the housing structure 19 . The capacitor plate is realized by a wire mesh 33 , which is indicated in section. This is again provided with a contact 32 which has been led out of the wall in order to enable a connection to the evaluation electronics. Also indicated is a fil terkuchen 34 which has accumulated on the separating surface 21 of the rotor 20 .

Fig. 4 zeigt ein Gehäuse, wobei die Zuführung 18 für das zu zentrifugierende Schmieröl in diesem Fall an der anderen Seite des Rotors verwirklicht ist. Der Ablauf 23 ist an der tiefsten Stelle der Gehäusestruktur 19 angebracht. Weiterhin angedeutet ist der Aufbau des Gehäuses in Zweikomponententechnik. Die Kondensatorplatten 25 sind durch eine erste Komponente der Gehäusestruktur 19 gebildet, welche elektrisch leitfähige Material eigenschaften aufweist. Weiterhin sind die bereits beschriebenen Kontakte 32 vorgese hen. Die Kondensatorplatten sind durch eine zweite Komponente 35 elektrisch isolierend voneinander getrennt. Auf diese Weise wird der Kondensator zur Auswertung der Rotor beladung gebildet. FIG. 4 shows a housing, in which case the supply 18 for the lubricating oil to be centrifuged is realized on the other side of the rotor. The drain 23 is attached to the lowest point of the housing structure 19 . The construction of the housing in two-component technology is also indicated. The capacitor plates 25 are formed by a first component of the housing structure 19 , which has electrically conductive material properties. Furthermore, the contacts 32 already described are hen vorgese. The capacitor plates are electrically insulated from one another by a second component 35 . In this way, the capacitor for evaluating the rotor load is formed.

Der Verlauf der Kapazität C über der Zeit t ist in Fig. 5 schematisch dargestellt. Versu che haben gezeigt, dass die Kapazität des Kondensators bei zunehmender Beladung des Rotors leicht ansteigt. Dabei ergeben sich abhängig von verschiedenen Einflußfaktoren wie Ölsorte oder Alterungszustand des Öls verschiedene Kapazitätswerte für den Kon densator, wie in Kurvenscharen 36, 36' dargestellt. Diese Kurvenscharen sind jedoch weiterhin abhängig von der Temperatur des Schmieröls, welche ebenfalls einen Einfluß auf die Kapazität des Kondensators ausübt. Dargestellt sind jeweils die Kapazitätsver läufe für die Temperaturen T₁ und T₂.The course of the capacitance C over the time t is shown schematically in FIG. 5. Experiments have shown that the capacitance of the capacitor increases slightly as the rotor is loaded. Depending on various influencing factors such as the type of oil or the aging condition of the oil, there are different capacitance values for the capacitor, as shown in groups of curves 36 , 36 '. However, these families of curves are still dependent on the temperature of the lubricating oil, which also has an influence on the capacitance of the capacitor. The capacity curves for temperatures T ₁ and T ₂ are shown in each case.

Wird die Änderung der Kapazitäten ΔC bzw. ΔC' bei immer denselben Temperaturen T₁ und T₂ gemessen, so zeigt sich, dass andere Einflüsse auf die Kapazität des Kondensa tors nicht berücksichtigt werden müssen. Der Zeitpunkt des nötigen Zentrifugenwechsels t_lim wird bei einem charakteristischen temperaturunabhängigen Kapazitätsunterschied 5 angezeigt, das heißt ΔC ist betragsmäßig genauso groß wie ΔC'.If the change in the capacitances ΔC or ΔC 'is measured at the same temperatures T ₁ and T ₂ , it can be seen that other influences on the capacitance of the capacitor do not have to be taken into account. The time of the necessary centrifuge change t _lim is displayed with a characteristic temperature-independent capacity difference 5 , that is, the amount of ΔC is the same as ΔC '.

In Fig. 5 ist der Einfachheit halber und zur Veranschaulichung des Messprinzips ein lineares Zunehmen der Kapazitäten ΔC bzw. ΔC' mit zunehmender Beladung des Kon densators angenommen. In der Praxis können die tatsächlichen Verläufe jedoch von die ser Idealvorstellung abweichen. In Abhängigkeit von Filterkuchen und zu zentrifugieren der Flüssigkeit können insbesondere auch Verminderungen des Kapazitätsunterschiedes bei steigender Rotorbeladung erfolgen. Dies ist zum Beispiel dann der Fall, wenn der Temperatureinfluß hauptsächlich durch das zu zentrifugierende Fluid bewirkt wird. In die sem Fall wird der Temperatureinfluß auf die Kapazität mit dem Aufbau des Filterkuchens 5 also geringer, da ein geringeres Volumen des Rotorinneren für das zu zentrifugierende Fluid zur Verfügung steht. Allerdings ist auch dieser Verlauf messbar und durch eine geeignete Auswertelektronik verwertbar, wobei die Grenzbeladung des Rotors durch Unter schreitung eines bestimmten Wertes für die Kapazitätsänderung angezeigt wird.In Fig. 5, for the sake of simplicity and to illustrate the measurement principle, a linear increase in the capacitances ΔC and ΔC 'is assumed with increasing loading of the capacitor. In practice, however, the actual courses can deviate from this ideal. Depending on the filter cake and on centrifuging the liquid, the capacity difference can also be reduced with increasing rotor loading. This is the case, for example, when the temperature influence is mainly caused by the fluid to be centrifuged. In this case, the temperature influence on the capacity becomes smaller with the structure of the filter cake 5 , since a smaller volume of the rotor interior is available for the fluid to be centrifuged. However, this course is also measurable and can be used by suitable evaluation electronics, the limit load of the rotor being indicated by falling below a certain value for the capacity change.

Das zur Darstellung gemäß Fig. 5 zugehörige Messverfahren lässt sich mit besonders einfachen technischen Mitteln, insbesondere mit der Messanordnung, die in Fig. 1 dar gestellt ist, verwirklichen. Selbstverständlich können die Einflüsse auch durch die Aus wertungselektronik selbst eliminiert werden, wobei die Messwerte mit in der Auswer tungselektronik abgelegten Kennwertfeldern verglichen werden können, um zu zuverläs sigen Aussagen hinsichtlich des Beladungszustandes des Zentrifugenrotors zu kommen.The corresponding to the representation of FIG. 5 measurement method can be used with particularly simple technical means, in particular with the measuring arrangement which is provided in Fig. 1 represent reality. Of course, the influences can also be eliminated by the evaluation electronics themselves, whereby the measured values can be compared with characteristic value fields stored in the evaluation electronics in order to arrive at reliable statements regarding the loading condition of the centrifuge rotor.

Claims

1. Free jet centrifuge, in particular for installation in the lubricating oil circuit of an internal combustion engine, having
a housing structure ( 19 ) with a feed ( 18 ) and an outlet ( 23 ) for the liquid to be centrifuged,
a rotor + 13 rotatably mounted in the housing structure ( 19 ) and communicating with the feed ( 18 ), which has at least one drive nozzle ( 22 ) for the centrifuged liquid and is provided with separation surfaces ( 21 ) for the particles to be separated,
Means for monitoring the function of the centrifuge,
characterized in that the means for monitoring consist of a capacitor, wherein
the rotor ( 20 ) of the centrifuge is mounted in the area of influence of the electrical field of the capacitor,
Means for evaluating the influence of the rotor on the capacitance of the capacitor are provided.

2. Free-jet centrifuge according to claim 1, characterized in that the capacitor plates ( 25 ) forming the capacitor are accommodated in the housing structure.

3. Free jet centrifuge according to claim 2, characterized in that the capacitor plates are designed as a wall lining ( 30 ) of the housing.

4. Free jet centrifuge according to claim 2, characterized in that the capacitor plates are formed by the wall ( 31 ) of the housing itself.

5. A method for monitoring a free jet centrifuge according to one of the preceding claims, characterized in that the change in the capacitance of the capacitor is measured and the change is used as a measure of the loading of the rotor ( 20 ) with separated particles.

6. The method according to claim 5, characterized in that the capacitor with a resistor or coil together forms an electrical resonant circuit, wel is excited to measure the capacitance of the capacitor to vibrate, the change in the resonant frequency of the resonant circuit measured and as Measure of the capacitance of the capacitor is used.

7. The method according to any one of claims 5 to 7, characterized in that the measured values are supplied to an evaluation electronics and at least in Intervals measured values are saved, which is compared with each other the.

8. The method according to any one of claims 5 to 8, characterized in that the measured values are supplied to an evaluation electronics, and a processing Processing of the measured values depending on others, the evaluation electronics for ver addition of standing data.

9. The method according to claim 9, characterized in that two as a measure of the Capacitance serving measured values are compared, which at different temperatures of the liquid to be centrifuged who the, the measurement of the temperatures mentioned within a defined time room must be done.

10. A method for monitoring a free jet centrifuge according to one of the claims 1-4, characterized in that the change in the capacitance of the capacitor is measured and the periodic change in capacity due to the Rotordre hung is used as a measure for determining the rotor speed.