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Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Beurteilung der Alterung eines Schmierstoffs bekannt. Diese Verfahren sehen vor, die Alterung des Schmierstoffs über eine chemische und/oder physikalische Analyse zu bestimmen. Analysiert wird dabei eine Probe, die zuvor einem Schmierstoffvorrat entnommen wurde.
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Darüber hinaus sind Verfahren bekannt, mit denen chemische und/oder physikalische Eigenschaftsänderungen des Schmierstoffes ohne die Entnahme einer Probe am Einsatzort beurteilt werden können. Anhand der gemessenen Eigenschaftsänderungen wird versucht, auf die Viskosität oder die Schmierstoffzusammensetzung zu schließen. Partikelzählungen werden verwendet, um Verschmutzungen des Schmierstoffs oder einen beginnenden Schaden der zu schmierenden Bauteile zu erkennen. Darüber hinausgehende Rückschlüsse auf die Alterung des Schmierstoffs sind aber nicht möglich.
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Die Druckschrift
EP 2 71 102 A1 offenbart ein Verfahren zur Schmierstoffanalyse, bei dem der Gehalt an Metallionen bzw. eine Änderung des Gehalts an Metallionen in dem Schmierstoff bestimmt werden.
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Aus der Druckschrift
US 2010/122571 A ist bekannt, die Viskosität von Maschinenöl in Abhängigkeit des Öldrucks und der Öltemperatur als Indikator für die Alterung des Öls heranzuziehen. Einen ähnlichen Ansatz schlägt die Druckschrift
JP 2008/095562 A vor. Hier wird eine Kennzahl für die Alterung von Öl aus dem Betriebszustand eines Motors abgeleitet. Der Betriebszustand des Motors ergibt sich aus der Öltemperatur, der Drehzahl des Motors und der Einspritzmenge des Kraftstoffs.
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Mit Hilfe der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren lassen sich lediglich vage Anhaltspunkte für die Alterung von Öl ermitteln. Es ist nicht möglich, die verbliebenen Verschleißschutzeigenschaften von gealtertem Öl hinreichend zu beurteilen. Insbesondere ist es nicht möglich, einen Zeitpunkt anzugeben, ab dem die Verschleißschutzeigenschaften des Schmierstoffs nicht mehr ausreichend sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung des Zeitpunkts der Erneuerung eines Schmierstoffs verfügbar zu machen, das die den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile nicht aufweist. Insbesondere soll es möglich sein, ohne die Entnahme von Proben valide Erkenntnisse über die Verschleißschutzeigenschaften des Schmierstoffs zu gewinnen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Das Verfahren dient der Bestimmung des Zeitpunkts der Erneuerung eines Schmierstoffs. Bei dem Schmierstoff kann es sich um herkömmliches Schmieröl oder Schmierfett handeln. Im Zuge der Alterung des Schmierstoffs verschlechtern sich seine Verschleißschutzeigenschaften. Daher muss der Schmierstoff schließlich erneuert bzw. ausgetauscht werden. Dies bedeutet, dass eine erste Einheit des Schmierstoffs entfernt und durch eine zweite Einheit des Schmierstoffs ersetzt wird. Bei der ersten Einheit und der zweiten Einheit handelt es sich vorzugsweise um gleichartige Schmierstoffe. Die chemischen Zusammensetzungen und/oder die physikalischen Eigenschaften der ersten Einheit und der zweiten Einheit im frischen, d.h. ungealterten Zustand gleichen sich also.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Schmierstoff erneuert, wenn die erste Einheit gealtert ist. Die erste Einheit wird durch frischen Schmierstoff ersetzt. Die zweite Einheit ist also frisch, wenn die erste Einheit gegen die zweite Einheit ausgetauscht wird.
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Mindestens ein Bauteil wird von dem Schmierstoff geschmiert. Vor der Erneuerung dient also die erste Einheit der Schmierung des Bauteils. Nach der Erneuerung wird das Bauteil entsprechend durch die zweite Einheit geschmiert.
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Bei dem Bauteil handelt es sich um ein Bauteil einer technischen Anordnung, d.h. einer Maschine, eines Apparats oder eines Geräts, beispielsweise ein Getriebe, insbesondere ein Getriebe einer Windkraftanlage, oder ein Motor handeln. Bevorzugt handelt es sich bei dem Bauteil um ein Zahnrad. Auch kann es sich um ein Wälz- bzw. Gleitlager handeln.
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Das Bauteil unterliegt einem Verschleiß, der vornehmlich bewegliche Bauteile betrifft. Insbesondere kann es sich bei dem Bauteil daher um ein bewegliches Bauteil handeln.
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Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, Erkenntnisse über die Verschleißschutzeigenschaften des Schmierstoffs nicht aus dessen chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften abzuleiten, sondern den Verschleiß des Bauteils direkt zu ermitteln bzw. den Reibungszustand im geschmierten Kontakt zum Bauteil zu messen. Der Verschleiß des Bauteils korreliert direkt mit den Verschleißschutzeigenschaften des Schmierstoffs. Lässt der Verschleißschutz des Schmierstoffs aufgrund von Alterung nach, führt dies zu erhöhtem Verschleiß an dem Bauteil.
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Erfindungsgemäß wird entsprechend mindestens ein Wert einer physikalischen Größe des Bauteils, die mit dem Verschleiß des Bauteils korreliert, gemessen.
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Unter einer physikalischen Größe ist eine allgemein quantitative Eigenschaft eines physikalischen Objekts, Vorgangs oder Zustands zu verstehen. Der Wert der Größe kann in Abhängigkeit der Zeit veränderlich sein.
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Im vorliegenden Fall handelt es sich bei der physikalischen Größe um eine quantitativ bestimmbare Eigenschaft des Bauteils. So kann etwa eine Abriebsmenge, eine Verschließhöhe, ein Oberflächenabstand, ein Spiel bzw. eine Beweglichkeit oder ein Reibwert gemessen werden.
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Der Verschleiß des Bauteils korreliert mit der Alterung des Schmierstoffs bzw. der ersten Einheit des Schmierstoffs. Da die physikalische Größe wiederum mit dem Verschleiß des Bauteils korreliert, kann anhand des gemessenen Werts auf die Alterung des Schmierstoffs bzw. der ersten Einheit des Schmierstoffs geschlossen werden. Der gemessene Wert ist also ein Maß für die Alterung des Schmierstoffs bzw. der ersten Einheit des Schmierstoffs. entsprechend wird der Schmierstoff in Abhängigkeit des gemessenen Werts erneuert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine zuverlässige und genaue Bestimmung des Zeitpunkts zu dem der Schmierstoff erneuert werden muss. Insbesondere lässt sich das Verfahren in eine technische Anordnung, zu der das Bauteil gehört – etwa ein Getriebe, integrieren. Eine Entnahme von Proben und deren Analyse in einem Labor ist nicht erforderlich.
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Die Korrelation der physikalischen Größe mit dem Verschleiß des Bauteils kann auf verschiedene Arten abgebildet werden. So wird in einer bevorzugten Weiterbildung der Schmierstoff erneuert, wenn der gemessene Wert einen Schwellwert über- oder unterschritten hat.
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Eine Überschreitung des Schwellwerts bezeichnet einen Vorgang, bei dem der gemessene Wert mit fortschreitendem Verschleiß des Bauteils steigt. Der gemessene Wert ist zunächst kleiner als der Schwellwert und wird im weiteren Verlauf größer als der Schwellwert. Eine Unterschreitung des Schwellwerts bezeichnet entsprechend einen Vorgang, bei dem fortschreitender Verschleiß des Bauteils mit einer Verringerung des Werts einhergeht. Der Wert ist in diesem Fall zunächst größer als der Schwellwert und wird im weiteren Verlauf kleiner als der Schwellwert.
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Anstatt wie beschrieben einen einzigen Wert der physikalischen Größe in Relation zu dem Schwellwert zu setzen, werden in einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung ein erster Wert und ein zweiter Wert der physikalischen Größe gemessen. Der Schmierstoff wird erneuert, wenn die Differenz zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert einen Schwellwert über oder unterschritten hat. Die Differenz zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert ist ein Maß für den Fortschritt des Verschleißes des Bauteils. Wird der erste Wert im zeitlichen Verlauf vor dem zweiten Wert gemessen, so erhält man ein Maß für die Höhe des Verschleißes zwischen dem Zeitpunkt der Messung des ersten Werts und dem Zeitpunkt des zweiten Werts.
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Durch wiederholte Messungen der physikalischen Größe ist es möglich, den Fortschritt des Verschleißes zu beurteilen. Entsprechend wird in einer bevorzugten Weiterbildung neben dem zweiten Wert auch ein dritter Wert der physikalischen Größe gemessen. Der Schmierstoff wird erneuert, wenn die Differenz zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert einen Schwellwert über- oder unterschritten hat oder wenn die Differenz zwischen dem ersten Wert und dem dritten Wert diesen Schwellwert über- oder unterschritten hat.
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Eine darüber hinaus bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens basiert auf einer Ermittlung der Verschleißgeschwindigkeit. Dazu werden neben dem ersten Wert und dem zweiten Wert ein dritter Wert und ein vierter Wert der physikalischen Größe gemessen. Der vierte Wert wird in einem gleichen zeitlichen Abstand von dem dritten Wert gemessen wie der zweite Wert von dem ersten Wert. Zwischen der Messung des ersten Werts und der Messung des zweiten Werts vergeht also die gleiche Zeit wie zwischen der Messung des dritten Werts und der Messung des vierten Werts. Der Zeitpunkt der Messung des zweiten Werts kann sich von dem Zeitpunkt der Messung des dritten Werts unterscheiden. Auch möglich ist es, den zweiten Wert und den dritten Wert zum gleichen Zeitpunkt zu messen. In diesem Fall sind der zweite Wert und der dritte Wert identisch.
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Der Schmierstoff wird weiterbildungsgemäß erneuert, wenn die Differenz zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert einen Schwellwert über- oder unterschritten hat, oder wenn die Differenz zwischen dem dritten Wert und dem vierten Wert den Schwellwert über- oder unterschritten hat. Da die zeitlichen Abstände zwischen den Messungen des ersten Werts und des zweiten Werts sowie zwischen den Messungen des dritten Werts und des vierten Werts gleich sind, sind die Differenzen, die in Relation zu dem Schwellwert gesetzt werden, ein Maß für die Verschleißgeschwindigkeit.
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Alternativ kann die Verschleißgeschwindigkeit direkt berechnet und in Relation zu einem Schwellwert gesetzt werden. In einer bevorzugten Weiterbildung werden entsprechend ein erster Wert und ein zweiter Wert der physikalischen Größe gemessen.
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Der Schmierstoff wird erneuert, wenn ein Quotient aus der Differenz zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert und der zwischen der Messung des ersten Werts und des zweiten Werts vergangenen Zeit den Schwellwert über- oder unterschritten hat.
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Bei dem Bauteil kann es sich in einer bevorzugten Weiterbildung um ein Bauteil handeln, dass nicht der Funktion der technischen Anordnung dient, die zu der das Bauteil gehört, sondern ausschließlich der Bestimmung des Zeitpunkts der Erneuerung des Schmierstoffs. Das Bauteil trägt also nicht zur Funktion der technischen Anordnung bei, sondern wird der technischen Anordnung zum Zwecke der Bestimmung des Zeitpunkts der Erneuerung des Schmierstoffs hinzugefügt. Im Fall eines Getriebes bedeutet dies, dass das Bauteil nicht in der Leitung des Kraftflusses von einer Eingangswelle des Getriebes zu einer Ausgangswelle beteiligt ist. Die Funktion der technischen Anordnung ist mithin unabhängig von dem Vorhandensein des Bauteils. Dies ermöglicht es, das Bauteil unter genau definierten, konstanten Bedingungen zu betreiben. Störende externe Einflüsse auf das Verschleißverhalten, welche der Zuverlässigkeit des Verfahrens abträglich sein können, werden so vermieden
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Alternativ dient das Bauteil einer Funktion der technischen Anordnung. Insbesondere unterscheidet sich diese Funktion von der Bestimmung des Zeitpunkts der Erneuerung des Schmierstoffs. Im Fall eines Getriebes ist das Bauteil weiterbildungsgemäß ausgestaltet, eine Kraft innerhalb eines von einer Eingangswelle des Getriebes zu einer Ausgangswelle des Getriebes verlaufenden Kraftflusses, d.h. eine zu diesem Kraftfluss gehörige Kraft zu leiten. Ein solches Bauteil zur erfindungsgemäßen Bestimmung des Verschleißzustands heranzuziehen, hat den Vorteil, dass keinerlei zusätzliche Bauteile in die Anordnung integriert werden müssen.
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Die Beurteilung des Verschleißzustands von Bauteilen kann unter Verwendung der beschriebenen Verfahren an verschiedenen Stellen in der technischen Anordnung erfolgen, soweit deutliche unterschiedliche tribologische Beanspruchungen vorliegen und damit lokal unterschiedliche Anforderungen an die Eigenschaften des Schmierstoffs gestellt werden. Dies gilt beispielsweise für langsam und schnell laufende Getriebestufen in Windkraftgetrieben.
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Es ist zudem möglich, ergänzende Sensorik einzusetzen, die das Öl hinsichtlich chemischer und/oder physikalischer Eigenschaften bewertet. Darüber hinaus können Sensoren verwendet werden, die das Lastverhalten der technischen Anordnung bewerten, und/oder die das elektrische und/oder magnetische Umgebungsprofil der mechanisch dynamischen Kontakte abbildet. Die zusätzlichen Sensoren verbessern die Genauigkeit der Verschleißprognose.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 1 dargestellt. Im Einzelnen zeigt:
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1 ein Verfahren zur in-situ-Bestimmung der Schmierstoffalterung.
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Das in 1 dargestellte Verfahren umfasst die Schritte
- – 101 Messen mindestens eines Werts mindestens einer physikalischen Größe eines Bauteils,
- – 103 Bewerten des Verschleißzustands des Bauteils und
- – 105 Ersetzen eines ersten Schmierstoffs durch einen zweiten Schmierstoff.
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Wenn die Bewertung 103 des Verschleißzustands des Bauteils anhand des in dem Schritt 110 gemessenen Werts zu dem Ergebnis führt, dass eine nur geringe Alterung des Schmierstoffs vorliegt, wird der Schritt 101 rekursiv erneut ausgeführt. Andernfalls ist ein Erneuern 105 des Schmierstoffs erforderlich.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Messen eines Werts einer physikalischen Größe
- 103
- Bewerten des gemessenen Werts
- 105
- Ersetzen eines Schmierstoffs
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 271102 A1 [0004]
- US 2010/122571 A [0005]
- JP 2008/095562 A [0005]
