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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines fluidführenden Systems, insbesondere eines Hydrauliksystems, mit den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Überwachung eines fluidführenden Systems, insbesondere eines Hydrauliksystems, mit den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 8.
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Fluidführende Systeme werden in vielfältigen Einsatzbereichen im Hinblick auf eine Verschmutzung des geführten Fluids, wie Öl in einem Hydrauliksystem, mit Partikeln überwacht. Aus der mittels der Einrichtung zur Erfassung einzelner Partikel festgestellten Partikelanzahl kann der Verschmutzungsgrad vorzugsweise online bestimmt und ausgegeben werden. In Abhängigkeit der gemessenen Verschmutzung bzw. des bestimmten Verschmutzungsgrades kann das fluidführende System gewartet bzw. instandgehalten werden. Eine regelmäßige Wartung und Instandhaltung, d.h. ein dementsprechender Service, ist die Voraussetzung für einen dauerhaften und zuverlässigen Betrieb eines fluidführenden Systems. Um die Betriebskosten für das fluidführende System möglichst gering zu halten, sind die Kosten für die jeweilige Wartung selbst und die Ausfallzeit des Systems während der jeweiligen Wartung sowie einer möglicherweise sich anschließenden Reparatur von Schäden gering zu halten, also das Wartungsintervall bzw. der Wartungszyklus möglichst lang zu wählen.
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Das optimale Wartungsintervall hängt neben bekannten Eigenschaften des fluidführenden Systems, wie der Auslegung von dessen Komponenten, von variablen, mehr oder weniger bekannten Betriebsbedingungen ab, so dass das optimale Wartungsintervall bis zum Erfordernis eines vorzunehmenden Service in seiner Länge variabel ist. Die in bekannten Verfahren und Vorrichtungen eingesetzten Partikelzähleinrichtungen zur Bestimmung des jeweiligen Verschmutzungsgrades dienen der Optimierung des jeweiligen Wartungsintervalls durch Ausgabe, insbesondere Anzeige, des jeweiligen Verschmutzungsgrades. Hierbei kann das Wartungsintervall mitunter zu kurz gewählt werden, da auch bei einem singulären, d.h. kurzzeitig hohen, Verschmutzungsgrad ein Service als erforderlich signalisiert wird.
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Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Überwachung eines fluidführenden Systems dahingehend zu verbessern, dass auch bei kurzzeitig hohen Verschmutzungsgraden ein größtmöglicher Wartungszyklus im Betrieb des fluidführenden Systems erreichbar ist.
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Die
DE 197 35 066 C1 beschreibt ein Verfahren zur Überwachung eines fluidführenden Systems, insbesondere eines Hydrauliksystems, umfassend die Feststellung des Vorhandenseins von Partikeln im Fluid und/oder die Bestimmung des Verschmutzungsgrades mittels mindestens einer Einrichtung zur Erfassung einzelner Partikel, wie einer Partikelzähleinrichtung, wobei über einen vorgegebenen, mehrere Zeitinkremente umfassenden Zeitraum hinweg zu jedem Zeitinkrement die Partikelzahl und/oder der Verschmutzungsgrad festgestellt wird, wobei das sich aus der Partikelanzahl und/oder dem Verschmutzungsgrad ergebende Zählinkrement über den vorgegebenen Zeitraum aufsummiert und einem Mikrocontroller zur weiteren Auswertung zugeführt wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 in seiner Gesamtheit sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 8 in seiner Gesamtheit.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes und/oder bei Ablauf des vorgegebenen Zeitraums ein Serviceerfordernis ausgegeben wird und dass eine minimale Betriebsdauer des fluidführenden Systems derart vorgegeben wird, dass frühestens mit Ablauf der minimalen Betriebsdauer das Serviceerfordernis ausgegeben wird. Die minimale Betriebsdauer kann für ein Hydrauliksystem beispielsweise 500 Betriebsstunden betragen. Durch die Vorgabe dieser Randbedingung wird erreicht, dass das fluidführende System nicht vor Ablauf der minimalen Betriebsdauer gewartet wird bzw. das Serviceerfordernis ausgegeben wird.
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Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Wartung des fluidführenden Systems in Abhängigkeit von der im Betrieb des Systems auftretenden Verschmutzung des Fluids, was vom Verschleiß, betriebsbedingten Änderungen und der Temperatur abhängt, bestimmt und ein entsprechender Service als erforderlich ausgegeben, so dass ein Serviceintervall vorzugsweise zeitnah eingeleitet werden kann.
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Die jeweilige Einrichtung zur Erfassung einzelner Partikel kann eine vorzugsweise nach ISO 11171 oder 11943 oder nach einer sonstigen Norm kalibrierte Partikelzähleinrichtung oder ein Siebblockadesensor oder ein sonstiger Verschmutzungssensor sein und zählt typischerweise ausgehend vom Wert Null im Betrieb des fluidführenden Systems die Partikelanzahl bzw. das entsprechende Zählinkrement hoch. Das jeweilige Zählinkrement ist eine Funktion insbesondere der Verschmutzungsklasse beispielsweise nach SAE AS 4059 oder ISO 4406 bzw. einer quantitativen Darstellung der Verschmutzung sowie der Temperatur und ist als Formel oder Tabelle hinterlegt. Die entsprechende Zählgeschwindigkeit hängt von der Verschmutzung des Fluids mit Partikeln, wie von der Ölreinheit, ab: Bei einem geringen Verschmutzungsgrad, wie einer hohen Ölreinheit, ist die Zählgeschwindigkeit langsam, bei zunehmend höherem Verschmutzungsgrad, wie einer geringen Ölreinheit, nimmt die Zählgeschwindigkeit zu. Die jeweilige Zähleinrichtung kann als Online-Verschmutzungssensor mit sog. „Wear-Counter“-Auswertung in das fluidführende System, wie in eine hydraulische Maschine, eingesetzt sein.
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Das Kriterium zur Durchführung einer Wartung bzw. zur Ausgabe eines Serviceerfordernisses ist im Gegensatz zu bekannten Verfahren, die den Verschmutzungsgrad im jeweiligen Zeitinkrement zugrunde legen, die über den Zeitraum aufsummierte Gewichtung der Verschmutzung. Somit werden singuläre, d.h. kurzzeitig hohe, Verschmutzungsgrade durch eine entsprechende Erhöhung des Zählerstandes berücksichtigt, führen jedoch nicht unmittelbar zur Ausgabe eines Serviceerfordernisses für das gesamte fluidführende System.
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Zweckmäßigerweise ist der Zeitraum entsprechend einer maximalen Betriebsdauer des fluidführenden Systems ohne Vornahme eines Service vorgegeben. Bei einem Hydrauliksystem kann die maximale Betriebsdauer, beispielsweise 2000 Betriebsstunden betragen. Durch die Vorgabe dieser Randbedingung wird erreicht, dass das fluidführende System spätestens nach Ablauf der maximalen Betriebsdauer gewartet wird bzw. das Serviceerfordernis ausgegeben wird. Neben einer Verschmutzung des Fluids mit Partikeln können weitere Kriterien, wie eine Alterung des Fluids, ausschlaggebend für eine Wartung sein und sind von daher zu berücksichtigen.
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In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Partikel für mindestens zwei vorgegebene Partikelgrößenbereiche gesondert, vorzugsweise mittels einer jeweiligen Einrichtung, gezählt und/ oder ein jeweiliger Verschmutzungsgrad bestimmt, wobei für den jeweiligen Partikelgrößenbereich ein jeweiliger Grenzwert vorgegeben ist, und wobei das Serviceerfordernis bei Überschreiten mindestens einer der Grenzwerte ausgegeben wird. In dieser Variante wird die zulässige Gesamtzahl der an der jeweiligen Einrichtung gemessenen Partikeln gesondert für den jeweiligen Partikelgrößenbereich als jeweiliger Grenzwert vorgegeben. Hierbei ist es vorstellbar, dass eine größere Anzahl von Partikeln kleinerer Größen im Vergleich zu Partikeln größerer Größen zulässig ist und entsprechende Grenzwerte vorgegeben sind.
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Beispielsweise können vier Partikelzähleinrichtungen vorgesehen sein, von denen eine erste Partikelzähleinrichtung Partikel in einem ersten Partikelgrößenbereich von ≥ 4 µm , eine zweite Partikelzähleinrichtung Partikel in einem zweiten Partikelgrößenbereich von ≥ 6 µm, eine dritte Partikelzähleinrichtung Partikel in einem dritten Partikelgrößenbereich von ≥ 14 µm und eine vierte Partikelzähleinrichtung Partikel in einem vierten Partikelgrößenbereich von ≥ 21 µm feststellt. Es ist hier jedoch auch vorstellbar, intervallartig aneinander anschließende Partikelgrößenbereiche vorzugeben.
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Weiter ist es vorteilhaft, dass bei Ausgabe des Serviceerfordernisses der Stand, genauer der Zählerstand, der jeweiligen Einrichtung zumindest bis zur Vornahme des Service gespeichert, während des Service ausgewertet und/oder vorzugsweise auf Null zurückgesetzt wird. Aus den gespeicherten bzw. ausgegebenen Zählerständen können Rückschlüsse auf die im Betrieb des fluidführenden Systems aufgetretenen Partikeln gezogen werden. Ein derartiger Datensatz kann beispielsweise mit Hilfe eines Notebook-Computers bei Durchführen des Service bzw. der Wartung ausgelesen, visualisiert und einer weiteren Auswertung zugeführt werden. Erforderlichenfalls können die Grenzwerte für die zulässigen Zählerstände, insbesondere in vorgegebenen Partikelgrößenbereichen, für den nächsten vorgegebenen Zeitraum angepasst werden.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass die bei Ausgabe des Serviceerfordernisses im vorgegebenen Zeitraum erreichte Betriebsdauer zumindest bis zur Vornahme des Service gespeichert, während des Service ausgewertet und/ oder vorzugsweise auf Null zurückgesetzt wird. Der sich anschließende Zeitraum kann entsprechend der zuletzt erreichten Betriebsdauer angepasst werden. Das jeweilige Zeitinkrement bzw. Messintervall hat die Länge x, wobei x einstellbar von 10 s bis 5 Minuten ist. Gespeichert wird bei einer Änderung der Verschmutzung in mindestens 1 Kanal um ½ Klasse, spätestens jedoch nach 256 Messintervallen. Alle im jeweils vorgegebenen Zeitraum von der mindestens einen Einrichtung erfassten Messwerte werden in einem Speicher bzw. in einer Speichereinrichtung abgelegt, deren Kapazität ausreichend ist für die maximale Betriebsdauer.
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In einer weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in jedem Zeitinkrement das Strömungsverhalten des Fluids vermessen und/oder der Verschmutzungsgrad des Fluids, insbesondere für den jeweiligen Partikelgrößenbereich, bestimmt, wobei bei einer Abweichung von vorgegebenen Wertebereichen eine Störung signalisiert und/oder das Serviceerfordernis ausgegeben wird. Eine Störung kann vorliegen, wenn die jeweilige Einrichtung einen eigenen schweren Fehler erkennt, über ein oder mehrere aneinander anschließende Zeitinkremente hinweg ein einen maximal zulässigen Wert übersteigender Verschmutzungsgrad vorliegt oder ein Durchflussfehler in dem die jeweilige Einrichtung durchströmenden Fluid bzw. Fluidstrom festgestellt wird. In dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zusätzlich die Fluidführung im System sowie die Funktionstüchtigkeit der mindestens einen Einrichtung zur Erfassung einzelner Partikel überwacht und zusätzlich zum Service zu Wartungszwecken eine Unterbrechung des Betriebs des fluidführenden Systems zur Behebung der festgestellten Störung ausgegeben. Bei rechtzeitiger Behebung der festgestellten Störung können weiterführende Schäden am fluidführenden System vermieden werden.
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Vorteilhafterweise wird bei Ausgabe des Serviceerfordernisses und/oder bei einer Störung ein vorzugsweise optisches Signal erzeugt. Das erzeugte Signal erleichtert eine Überwachung des fluidführenden Systems für eine Bedienperson, die die Ausgabe des Serviceerfordernisses und/oder das Auftreten einer Störung im fluidführenden System vorzugsweise über ein optisches Signal erkennen und entsprechend reagieren kann.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung eines fluidführenden Systems, insbesondere eines Hydrauliksystems, zeichnet sich durch eine Speicher- und Steuereinrichtung aus, die über einen gespeicherten, vorgegebenen, mehrere Zeitinkremente umfassenden Zeitraum hinweg zu jedem Zeitinkrement die an der mindestens einen Einrichtung festgestellte Partikelanzahl und/oder den bestimmten Verschmutzungsgrad abgreift, das sich aus der jeweiligen Partikelanzahl und/ oder dem jeweiligen Verschmutzungsgrad ergebende Zählinkrement über den vorgegebenen Zeitraum aufsummiert und bei Überschreiten eines gespeicherten, vorgegebenen Grenzwertes und/oder dem Ablauf des vorgegebenen Zeitraums ein Serviceerfordernis ausgibt, wobei eine minimale Betriebsdauer des fluidführenden Systems derart vorgebbar ist, dass frühestens mit Ablauf der minimalen Betriebsdauer das Serviceerfordernis ausgegeben wird. Besonders bevorzugt weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Anzeigeeinrichtung zur Anzeige eines vorzugsweise optischen Signals bei Ausgabe des Serviceerfordernisses und/oder bei einer sonstigen Störung auf.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Figuren und der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung. Die vorstehend genannten und die weiter angeführten Merkmale können erfindungsgemäß jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander verwirklicht sein. Die in den Figuren gezeigten Merkmale sind rein schematisch und nicht maßstäblich zu verstehen. Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung eines fluidführenden Systems; und
- 2a, 2b ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung eines fluidführenden Systems.
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1 zeigt eine Vorrichtung 10, die von einem Fluidstrom F eines nicht wieter gezeigten fluidführenden Systems durchströmt wird. Innerhalb eines Gehäuses 12 der Vorrichtung 10 zur Überwachung des fluidführenden Systems ist eine in 1 nicht gezeigte, als Partikelzähleinrichtung ausgebildete Einrichtung zur Erfassung einzelner Partikel zur Feststellung des Vorhandenseins von Partikeln im die Vorrichtung 10 durchströmenden Fluidstrom F angeordnet. Am Gehäuse 12 der Vorrichtung 10 ist ein Bedienpanel 14 mit Bedieneinrichtungen 16.1-16.7 angeordnet, die drehknopf- und/oder tastenartig ausgebildet sind. Über die Bedieneinrichtungen 16.1-16.7 kann die Betriebsweise der Vorrichtung 10 dahingehend eingestellt werden, dass das Zeitinkrement bzw. das Messintervall, der zu überwachende Zeitraum und der zulässige Grenzwert an Partikeln im Fluidstrom F vorgegeben werden. Weiter können eine maximale Betriebsdauer und eine minimale Betriebsdauer vorgegeben werden. Die Voreinstellung der Vorrichtung 10 über das Bedienpanel 14 wird durch ein Anzeigefeld 18 zur Anzeige der eingestellten Werte erleichtert. Die Vorrichtung 10 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als Online-Verschmutzungssensor mit „Wear-Counter“-Auswertung ausgebildet.
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Über eine steckerartige Kontakteinrichtung 20 und ein Schnittstellenkabel 22 ist eine Anzeigeeinrichtung 24 mit dem Gehäuse 12 der Vorrichtung 10 verbindbar. Die genannten Komponenten, die Kontakteinrichtung 20, das Schnittstellenkabel 22 und die Anzeigeeinrichtung 24, können dauerhaft mit dem Gehäuse 12 verbunden sein, jedoch auch zeitweise vom Gehäuse 12 getrennt sein. Weiter kann über eine vergleichbare Kontakteinrichtung 20 und ein vergleichbares Schnittstellenkabel 22 ein Notebook-Computer an das Gehäuse 12 anschließbar sein und die Vorrichtung 10 entsprechend voreingestellt werden. Bei dieser Betriebsweise der Vorrichtung 10 könnte das Bedienpanel 14 entfallen. Die Anzeigeeinrichtung 24 umfasst insgesamt drei Signalanzeigen 26.1-26.3, von denen eine erste Signalanzeige 26.1 eine Ausgabe eines Serviceerfordernisses anzeigt, eine zweite Signalanzeige 26.2 eine Störung anzeigt und eine dritte Signalanzeige 26.3 einen störungsfreien Betrieb des überwachten fluidführenden Systems vor Ausgabe des Serviceerfordernisses oder einer sonstigen Störung anzeigt. Die drei Signalanzeigen 26.1-26.3 sind jeweils als Lämpchen ausgebildet und können unterschiedliche Farben, wie rot, gelb und grün, aufweisen.
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In den 2a und 2b ist ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt, wobei in 2a die Teilschritte in Bezug auf eine Ausgabe des Serviceerfordernisses und in 2b die Teilschritte in Bezug auf eine Ausgabe einer Störung dargestellt sind. Die Teilschritte werden in der in den 2a und 2b gezeigten Abfolge nacheinander durchgeführt.
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Nach einem Start ON des fluidführenden Systems und der zugeordneten Vorrichtung zur Überwachung des Systems wird eine Temperatur T des im System geführten Fluids, wie eine Öltemperatur, bestimmt. Bei Überschreiten einer vorgegebenen Temperaturgrenze T>Tcw wird die an der jeweiligen Einrichtung vorgegebene Partikelanzahl WC auf einen Warmstart Iwarm eingestellt (Alternative Y), andernfalls auf einen Kaltstart Icold eingestellt (Alternative N). Wenn das System und damit die jeweilige Einrichtung bzw. der Sensor eingeschaltet wird und das Fluid, wie Öl, warm ist, wird der/die Wear counter einmalig um ein Warmstartinkrement + Iwarm erhöht. Wenn das System und damit der Sensor eingeschaltet wird und das Fluid kalt ist, wird der/die Wear counter einmalig um ein Kaltstartinkrement + Icold erhöht. Dies trägt der Tatsache Rechnung, dass ein System, das häufig gestoppt und gestartet wird, schneller verschleißt als ein System, das dauerhaft läuft.
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Im Anschluss wird eine Messung MEAS zur Feststellung der Partikelanzahl im Fluid und/oder des Verschmutzungsgrades durchgeführt und das zur Messung MEAS erforderliche Zeitinkrement x, anders ausgedrückt die Messdauer, zur Betriebsdauer OT hinzuaddiert. Sollte die Betriebsdauer OT im Vergleich zur Betriebsdauer beim letzten Reset OTrst eine maximale Betriebsdauer OTmax überschreiten, wird ein Serviceerfordernis durch Erzeugung eines entsprechenden Service-Signals ausgegeben (Alternative Y), andernfalls wird das Zählinkrement Isae, welches von der festgestellten Partikelanzahl, dem bestimmten Verschmutzungsgrad und/oder der Temperatur T des Fluids abhängt, in der jeweiligen Einrichtung aufaddiert (Alternative N).
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Nunmehr erfolgt eine Abfrage, ob der Zählerstand WC der jeweiligen Einrichtung einen vorgegebenen Grenzwert WCL überschreitet. Bei Überschreiten des Grenzwertes WCL (Alternative Y) wird weiter überprüft, ob die beim Überschreiten des Grenzwertes WCL erreichte Betriebsdauer OTL oberhalb der Betriebsdauer beim letzten Reset OTrst liegt (Alternative Y), andernfalls wird die beim Überschreiten des Grenzwertes WCL erreichte Betriebsdauer OTL als Betriebsdauer OT gesetzt. Weiter wird überprüft, ob zumindest eine minimale Betriebsdauer OTmin überschritten ist, und in diesem Fall (Alternative Y) wird das Serviceerfordernis durch Erzeugung eines Service-Signals ausgegeben. Sofern der Zählerstand WC der jeweiligen Einrichtung den jeweils vorgegebenen Grenzwert WCL nicht überschreitet (Alternative N) oder die minimale Betriebsdauer OTmin noch nicht abgelaufen ist (Alternative N), wird ohne Erzeugung eines Service-Signals zur Ausgabe des Serviceerfordernisses ein Unterprogramm SUB zur Feststellung einer Störung gestartet.
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Im Unterprogramm SUB, dessen Ablauf in 2b schematisch dargestellt ist, können eine Störung sowohl aufgrund eines Verschmutzungsfehlers v-Error als auch aufgrund eines Durchflussfehlers f-Error festgestellt und ein entsprechendes Signal erzeugt werden. Ein Verschmutzungsfehler v-Error wird festgestellt, sofern die gemessene Verschmutzung SAE größer als eine maximal zulässige Verschmutzung V ist und die Zeit Tv seit Überschreitung der maximalen Verschmutzung SAE > V eine maximal zulässige Dauer Tmax für eine derartige Überschreitung überschreitet. Ein Durchflussfehler f-Error wird festgestellt, sofern eine Abweichung von vorgegebenen Wertebereichen festgestellt wird und die Zeit Tf seit Auftreten des Durchflussfehlers f-Error eine maximal zulässige Dauer Tnfl für einen Durchflussfehler f-Error überschreitet. Insgesamt wird ein Fehler Error angezeigt, insofern ein Verschmutzungsfehler v-Error oder ein Durchflussfehler f-Error vorliegt. Nach dem Ende bzw. Stop des Unterprogramms SUB wird, wie in 2a mit der Schleife S dargestellt, die Messung MEAS im nachfolgenden Zeitinkrement gestartet.
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Zur softwaremäßigen Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden als über eine Schnittstelle einstellbare Parameter vorgegeben: die Grenzwerte WCL1-WCL4 für beispielsweise vier Einrichtungen, die im jeweiligen Kanal bzw. im jeweiligen Partikelgrößenbereich maximal zulässige Verschmutzung V1-V4, die maximal zulässige Dauer Tmax für einen Verschmutzungsfehler v-Error durch ein Überschreiten der jeweils maximalen zulässigen Verschmutzung V1-V4, die maximal zulässige Dauer Tnfl für einen Durchflussfehler f-Error durch einen eingeschränktem Volumenstrom, die minimale Betriebsdauer OTmin und die maximale Betriebsdauer OTmax vor bzw. bis zur Ausgabe eines Serviceerfordernisses bzw. Erzeugung eines Service-Signals. Die Verschmutzungswerte werden für jeden Kanal bzw. für jede Partikelzähleinrichtung als Inkremente, beispielsweise für SAE0-SAE15 gemäß der Ölreinheit nach SAE4059, in einer Zuordnungstabelle vorgegeben. Weiter kann eine Tabelle zur Gewichtung des Inkrements mit der Temperatur beispielsweise über zehn Werte mit 0 °C, 10 °C, 20 °C, ..., 90 °C vorgegeben werden, um bei einer erhöhten Temperatur des Fluids, wie des Öls, in der jeweiligen Einrichtung um einen entsprechenden Faktor schneller zu zählen.
