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Die Erfindung betrifft das Ermitteln eines voraussichtlichen Verschleißgrades eines Ventils, beispielsweise eines Mehrwegeventils.
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Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Mehrwegeventilen befindet sich innerhalb des Mehrwegeventils ein Kolben, der unterschiedliche Positionen einnehmen kann. Je nach Position des Kolbens ändert sich das Verhältnis, wie das Medium durch das Mehrwegeventil fließt. Die Position des Kolbens wird temperaturabhängig verändert durch ein sogenanntes Dehnstoffarbeitselement, das mechanisch mit dem Kolben verbunden ist.
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Das Dehnstoffarbeitselement dehnt sich bei einer Temperaturerhöhung aus und zieht sich wieder zusammen, wenn die Temperatur sinkt. Diese temperaturabhängigen Bewegungen führen zu einem Verschleiß, und innerhalb des Ventils ist das Dehnstoffarbeitselement das Element, von dessen Verschleißgrad die Funktion des Ventils abhängt.
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Die Hersteller von Mehrwegeventilen der bekannten Art haben empirisch gewonnene Erfahrungswerte für die Betriebsbedingungen eines Mehrwegeventils und leiten daraus ab, wie lange ein Mehrwegeventil im Einsatz bleiben kann, bis die Verschleißgrenze des Dehnstoffarbeitselements theoretisch erreicht ist.
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Anhand der Einsatzdauer des Mehrwegeventils in einem Kühlkreislauf wird angenommen, dass nach einer gewissen Einsatzdauer der Verschleiß des Dehnstoffarbeitselements mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit so weit fortgeschritten ist, dass es im Sinne einer weiteren Betriebssicherheit des Mehrwegeventils sinnvoll ist, beim Mehrwegeventil eine Komponente auszutauschen, in der das Dehnstoffarbeitselement enthalten ist.
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Solche Mehrwegeventile werden z.B. in Kühlkreisläufen eingesetzt. In komplexen Kühlkreisläufen sind häufig mehrere solcher Mehrwegeventile vorhanden.
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Der Verschleiß der einzelnen Dehnstoffarbeitselemente in den einzelnen Mehrwegeventilen eines Kühlkreislaufs ist in der Praxis abweichend von den theoretischen Werten, die von den Herstellern angegeben werden. Bei Wartungsarbeiten an den Kühlkreisläufen ist es schwierig festzustellen, wie der individuelle, tatsächliche Verschleiß des individuellen Dehnstoffarbeitselements im Mehrwegeventil momentan ist.
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Bei komplexen Kühlkreisläufen sehen die Wartungspläne daher oft einen gleichzeitigen Austausch aller Mehrwegeventile im Kühlkreislauf vor. Dies hat den Nachteil, dass auch solche Mehrwegeventile ausgetauscht werden, bei denen das Dehnstoffarbeitselement noch nicht die Verschleißgrenze erreicht hat.
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Ein anderer Nachteil beim Einsatz der bekannten Mehrwegeventile liegt darin, dass die tatsächlichen individuellen Betriebsbedingungen eines Mehrwegeventils zu einem überdurchschnittlichen Verschleiß des Dehnstoffarbeitselements führen und das Mehrwegeventil ausfällt, noch bevor der Zeitpunkt des planmäßig vorgesehenen Austausches gekommen war. Hierdurch können nachteilig Folgeschäden entstehen.
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Aus der Veröffentlichung
DE 201 20 609 U1 ist eine Diagnoseeinrichtung für eine fluidtechnische Einrichtung wie z.B. ein Ventil bekannt. Mit der Diagnoseeinrichtung kann die Anzahl von Kolbenbewegungen eines Ventils ermittelt werden, um nach Erreichen eines Grenzwertes einen Verschleiß-Zustand zu signalisieren.
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Die Veröffentlichung
DE 10 2009 030 237 A1 zeigt ein Thermostatventil für einen Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors. Bei diesem Ventil ist ein mit einem Dehnstoffarbeitselement gekoppelter Schieber vorgesehen, der gegen die Wirkung einer Rückstellfeder hin und her bewegbar geführt ist.
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Die Veröffentlichung
DE 102 22 890 A1 zeigt eine elektrische Einrichtung für die Ansteuerung eines elektrisch betätigten Mehrwegeventils mit einer Verschleißzustandserkennung. An einem Fluidanschlusses des Ventils ist ein Drucksensor angeordnet, um einen Druckanstieg in Reaktion auf ein elektrisches Ansteuersignal zu registrieren. Mittels einer Elektronikeinheit, der sowohl das elektrische Ansteuersignal als auch das mittels des Drucksensors gewonnene elektrische Reaktionssignal zugeht, wird eine Schaltverzögerung des Ventils bestimmt, die als Maß des Verschleißzustandes des Ventils dient.
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Ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2 sind aus der Veröffentlichung
DE 10 2011 077 901 A1 bekannt. Darin wird ein Thermostatventil beschrieben, welches mittels eines Dehnstoffelements in Abhängigkeit von einer Fluidtemperatur betätigbar ist. Das Dehnstoffelement übt hierbei eine Druckkraft auf einen Kolben aus, der auf einen Ventilteller des Ventils einwirkt. Andererseits wird der Ventilteller durch eine Feder belastet. Mittels eines Kraftsensors wird die auf das Dehnstoffelement wirkende Kraft gemessen und hieraus auf die Position des Ventiltellers geschlossen. Ferner können damit Funktionsstörungen des Thermostatventils wie ein Festsetzen des Ventiltellers erkannt werden. Außerdem besteht die Möglichkeit, einen Schaden am Thermostatventil zu erkennen, wenn eine vorgegebene Abweichung zwischen einer mittels des Kraftsensors ermittelten Ist-Position des Stellorgans und einer SollPosition des Stellorgans auftritt, wobei letztere aufgrund der mit einem Temperatursensor gemessenen Temperatur des Fluids mit hinterlegten Kurven ermittelt oder mit gespeicherten Funktionen berechnet wird.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein neuartiges Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, wodurch es möglich ist, den tatsächlichen Verschleiß des Dehnstoffarbeitselements zu ermitteln.
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Diese Aufgabe wird gelöst, indem die Anzahl der Bewegungen und die Distanz jeder Bewegung, welche das Dehnstoffarbeitselement ausführt, ermittelt wird und daraus ein Wert für den Verschleißgrad des Dehnstoffarbeitselements errechnet wird, wie in Anspruch 1 bzw. Anspruch 2 definiert.
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Die Erfindung machte sich hierbei die Erkenntnis zu eigen, dass jede Bewegung des Dehnstoffarbeitselements durch eine Änderung der Temperatur des Dehnstoffarbeitselements verursacht ist. Erfindungsgemäß werden zur Ermittlung des Verschleißgrades die ständigen Temperaturwechsel des Dehnstoffarbeitselements als Datenbasis verwendet.
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Die ständigen Temperaturwechsel können mit einem oder mehreren Temperatursensoren erfasst werden, die ständigen Bewegungen können durch ein Wegstreckenmesssystem erfasst werden. Das Wegstreckenmesssystem kann auch die Bewegung eines mit dem Dehnstoffarbeitselement mechanisch verbundenen Kolbens messen. Wenn die betragsmäßige Summe aller erfassten Änderungen einen bestimmten Wert überschritten hat, kann ein Signal generiert werden, das dann zur Planung von Wartungsarbeiten verwendet werden kann.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand einer Figur näher erläutert.
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Die 1 zeigt in geschnittener Prinzip-Darstellung das erfindungsgemäße Mehrwegeventil 1.
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Im Mehrwegeventil 1 ist ein Kolben 2 angeordnet, der mittels eines Dehnstoffarbeitselements 3 axial bewegbar ist.
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Das Mehrwegeventil 1 hat eine Einlassöffnung 4, in welche ein Medium einströmen kann. Je nach Position des Kolbens 2 kann das Medium durch eine der beiden Auslassöffnungen 5 oder 6 ausströmen. Es gibt auch Positionen des Kolbens 2, bei denen das Medium teils aus der Auslassöffnung 5 und teils aus der Auslassöffnung 6 ausströmen kann.
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Das Dehnstoffarbeitselement 3 ist ein Verschleißteil und daher hat das Mehrwegeventil 1 einen Deckel 7, über welchen das Dehnstoffarbeitselement 3 gewechselt werden kann. In diesem Deckel 7 ist eine Messvorrichtung 8 mit Sensoren und eventuell auch einer Auswerteelektronik und eventuell einer Energiequelle untergebracht.
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Die Unterbringung der Messvorrichtung 8 und der Sensoren 9 im Deckel 7 hat den Vorteil, dass das vorhandene Mehrwegeventil, bei dem routinemäßig das Dehnstoffarbeitselement erneuert wird, schnell und einfach mit der Erfindung nachgerüstet werden kann.
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Der Deckel 7 hat an seiner Außenseite optional einen optischen Indikator 10, der den aktuellen Verschleißgrad des Dehnstoffarbeitselements 3 anzeigt. Auch ist es möglich, einen akustischen Indikator 10 im Deckel 7 unterzubringen, der ein akustisches Signal abgibt, wenn die Verschleißgrenze überschritten ist. Der Indikator ist besonders vorteilhaft in komplexen Kühlkreisläufen, da bei Wartungsarbeiten schnell optisch oder akustisch erkannt werden kann, ob und wenn ja, welches Mehrwegeventil gewartet werden muss.
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Die Messvorrichtung 8 umfasst einen oder mehrere Sensoren, beispielsweise einen Temperatursensor, einen Drucksensor oder einen Positionssensor 9.
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Der Positionssensor 9 kann die jeweilige Position des Kolbens 2 erfassen. Als Sensorprinzipien sind sowohl berührungslose Sensorprinzipien möglich, etwa induktive bzw. kapazitive, magnetische Positionsmessung, optische Positionsmessung oder Ultraschall-Positionsmessung. Auch ist es möglich, die Position des Kolbens 2 durch mechanische Kopplung mit einem Potentiometer oder Drehkondensator zu realisieren.
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Durch zwei Positionssensoren 9 und 9a ist es zusätzlich zur axialen Positionsbestimmung des Kolbens 2 auch möglich, ein seitliches Spiel des Kolbens 2 zu erfassen. Ein solches seitliches Spiel des Kolbens 2 führt in den beiden Sensoren 9 und 9a zu einer betragsmäßig gleichen, aber hinsichtlich des Vorzeichens unterschiedlichen Änderung des Messwertes. Ein seitliches Spiel des mit dem Dehnstoffarbeitselement 3 verbundenen Kolbens 2 ist ein weiteres Indiz dafür, dass das Thermostatelement 3 einen Verschleiß aufweist.
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Der Temperatursensor misst die jeweils aktuelle Temperatur des Mediums. Dieser Temperaturänderung des Mediums folgt mit einer gewissen Verzögerung die Temperatur des Dehnstoffarbeitselements 3, was wiederum zu einer Bewegung des Dehnstoffarbeitselements 3 führt.
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Anhand einer für das Dehnstoffarbeitselement 3 gültigen Temperatur / Bewegungskennlinie kann allein aus den ständigen Temperaturänderungen des Mediums der Verschleißgrad des Dehnstoffarbeitselements 3 berechnet werden.
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Durch eine Korrelation eines gemessenen Temperaturwertes und der gleichzeitig gemessen Position des Kolbens 2 kann überprüft werden, ob sich das Dehnstoffarbeitselement 3 noch so verhält, wie es der Temperatur / Bewegungskennlinie entspricht.
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Eine Abweichung von der Temperatur / Bewegungskennlinie ist ebenfalls ein Hinweis auf einen Verschleiß. Damit wird vorteilhaft ein Verschleiß erkennbar, der tatsächlich schon eingetreten ist, und zwar auch bevor die betragsmäßige Summe aller Änderungen den Wert überschritten hat, ab dem das Signal generiert wird, das üblicherweise zur Planung von Wartungsarbeiten verwendet wird.
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Das Mehrwegeventil 1 oder einzelne Teile des Mehrwegeventils 1 können auch aus einem nichtmetallischen Material, etwa Kunststoff oder Keramik sein. Wenn beispielsweise der Kolben 2 aus einem nichtmetallischen Material ist, dann wird ein Messverfahren eingesetzt, welches die Bewegung eines nichtmetallischen Materials detektieren kann, beispielsweise mittels eines kapazitiven Messverfahrens.
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Bei einem Mehrwegeventil 1, dessen Gehäuse aus nichtmetallischem Material ist, kann die Messvorrichtung außen am Mehrwegeventil 1 angebracht werden und muss nicht im Deckel 7 untergebracht werden. Das hat den Vorteil, dass die Messvorrichtung bei laufendem Betrieb des Mehrwegeventils nachgerüstet werden kann.
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Bei einem Mehrwegeventil aus nichtmetallischem Material kann durch eine geeignete Messvorrichtung auch detektiert werden, ob sich Metallpartikel im Fluid befinden.
