DE102018209255A1

DE102018209255A1 - Partikelzähler für Schmierstoff

Info

Publication number: DE102018209255A1
Application number: DE102018209255.9A
Authority: DE
Inventors: Pieter Siebelink
Original assignee: ZF Wind Power Antwerpen NV; ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Wind Power Antwerpen NV; ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-06-11
Filing date: 2018-06-11
Publication date: 2019-12-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Gehäuse, das im Inneren einen Schmierstoffsumpf (103) ausbildet, einer Schmierstoffpumpe (105), einem Schmierstofffilter (111), einer ersten bis fünften Schmierstoffleitung (107, 109, 115, 117, 121) und einem Partikelzähler (119); wobei die erste Schmierstoffleitung (107) den Schmierstoffsumpf (103) schmierstoffleitend mit einem Eingang der Schmierstoffpumpe (105) verbindet. Ein Ventil (113) mit einem ersten bis dritten Anschluss ist zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand umschaltbar; wobei das Ventil (113) im ersten Zustand den ersten Anschluss und den dritten Anschluss schmierstoffleitend miteinander verbindet und den zweiten Anschluss verschließt; wobei das Ventil (113) im zweiten Zustand den zweiten Anschluss und den dritten Anschluss schmierstoffleitend miteinander verbindet und den ersten Anschluss verschließt; wobei die zweite Schmierstoffleitung (109) den Ausgang der Schmierstoffpumpe (105), den Schmierstofffilter (111) und den ersten Anschluss des Ventils (113) schmierstoffleitend miteinander verbindet; wobei die dritte Schmierstoffleitung (115) den Schmierstofffilter (111), das Innere des Gehäuses und den zweiten Anschluss des Ventils (113) schmierstoffleitend miteinander verbindet; wobei die vierte Schmierstoffleitung (117) den dritten Anschluss des Ventils (113) schmierstoffleitend mit dem Partikelzähler (119) verbindet; und wobei die fünfte Schmierstoffleitung (121) den Partikelzähler (117) schmierstoffleitend mit dem Inneren des Gehäuses verbindet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 3.
Aus dem Stand der Technik sind sogenannte Partikelzähler bekannt, mit denen sich die Konzentration von Partikeln in einem Schmierstoff überwachen lässt. Die Partikel entstehen hauptsächlich durch Verschleiß, etwa in einem Getriebe. Anhand der Konzentration der Partikel lassen sich Aussagen über den Verschleißzustand treffen.
Eine hohe Partikelkonzentration ist nicht immer ein zuverlässiger Indikator für fortgeschrittenen Verschleiß. Wird ein Schmierstofffilter verwendet, kann dieser verstopfen. Dann öffnet sich ein Bypassventil, sodass Schmierstoff an dem Filter vorbeiströmt. Die Schmierstoffversorgung kann dadurch zwar noch gewährleistet werden, allerdings ist die Filterwirkung stark herabgesetzt. Infolgedessen reichern sich Partikel, die auch im normalen Betrieb entstehen, in dem Schmierstoff an. Ist ein Partikelzähler auf herkömmliche Weise in den Schmierstoffkreislauf integriert, lässt sich dieser Zustand nicht von einem verschleißbedingten Schaden unterscheiden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zustandsüberwachung auf Basis eines Partikelzählers gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen zu verbessern. Insbesondere soll die Unterscheidbarkeit von Schadens- bzw. Fehlerereignissen verbessert werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 3. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die Anordnung umfasst ein Gehäuse, eine Schmierstoffpumpe, einen Schmierstofffilter, eine erste Schmierstoffleitung, eine zweite Schmierstoffleitung, eine dritte Schmierstoffleitung, eine vierte Schmierstoffleitung, eine fünfte Schmierstoffleitung und einen Partikelzähler.
Das Gehäuse bildet einen Schmierstoffsumpf aus. Dies bedeutet, dass sich in dem Gehäuse ein Schmierstoffvorrat, Schmierstoffsumpf genannt, sammelt. Bei dem Gehäuse kann es sich etwa um das Gehäuse eines Getriebes, etwa eines Getriebes einer Windkraftanlage, oder um das Kurbelgehäuse mit Ölwanne eines Verbrennungsmotors handeln.
Die Schmierstoffpumpe dient dazu, Schmierstoff zu fördern. Bei dem Schmierstoff kann es sich insbesondere um Öl handeln. Der Schmierstoff tritt an einem Eingang der Schmierstoffpumpe in die Schmierstoffpumpe ein und wird von dieser mit einem Druck beaufschlagt. Der mit dem Druck beaufschlagte Schmierstoff tritt an einem Ausgang der Schmierstoffpumpe aus.
Mit Partikelzähler wird eine Vorrichtung zur Detektion von Partikeln in dem Schmierstoff bezeichnet. Detektiert wird eine Anzahl und gegebenenfalls Größe von Partikeln. Bevorzugt ist der Partikelzähler darüber hinaus ausgebildet, eine Zeit zu messen, in welcher die Anzahl von Partikeln ermittelt wurde sowie ein Volumen des Schmierstoffs, der innerhalb dieser Zeit den Partikelzähler durchströmt hat. Anhand dessen kann eine Konzentration der Partikel in dem Schmierstoff berechnet werden.
Die erste Schmierstoffleitung verbindet den Schmierstoffsumpf bzw. einen Teil des Gehäuses, der den Schmierstoffsumpf ausbildet, schmierstoffleitend mit dem Eingang der Schmierstoffpumpe.
Erfindungsgemäß weist die Anordnung ein Ventil mit einem ersten Anschluss, einem zweiten Anschluss und einem dritten Anschluss auf, das zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand umschaltbar ist. Wenn das Ventil den ersten Zustand einnimmt, verbindet es den ersten Anschluss und den dritten Anschluss schmierstoffleitend miteinander. Der zweite Anschluss ist dann verschlossen, insbesondere schmierstoffdicht, das heißt, aus dem Ventil heraus kann durch den zweiten Anschluss kein Schmierstoff austreten. Ebenso kann, wenn der zweite Anschluss verschlossen ist, kein Schmierstoff durch den zweiten Anschluss in das Ventil eintreten.
Nimmt das Ventil den zweiten Zustand ein, stellt es eine schmierstoffleitende Verbindung zwischen dem zweiten Anschluss und dem dritten Anschluss her. Der erste Anschluss ist dann verschlossen, insbesondere schmierstoffdicht, sodass Schmierstoff durch den ersten Anschluss wieder aus dem Ventil aus- noch durch den ersten Anschluss in das Ventil eintreten kann.
Die zweite Schmierstoffleitung ist Y-förmig oder T-förmig verzweigt und verbindet den Ausgang der Schmierstoffpumpe, den Schmierstofffilter und den ersten Anschluss des Ventils schmierstoffleitend miteinander. Ebenso ist die dritte Schmierstoffleitung Y-förmig oder T-förmig verzweigt. Sie verbindet den Schmierstofffilter, das Gehäuse und den zweiten Anschluss des Ventils schmierstoffleitend miteinander.
Der dritte Anschluss des Ventils wird durch die vierte Schmierstoffleitung schmierstoffleitend mit dem Partikelzähler verbunden. Diesen wiederum verbindet die fünfte Schmierstoffleitung schmierstoffleitend mit dem Inneren des Gehäuses.
Die Pumpe fördert den Schmierstoff aus dem Schmierstoffsumpf. Dieser gelangt über die erste Schmierstoffleitung zum Eingang der Schmierstoffpumpe. Mit Druck beaufschlagter Schmierstoff tritt aus dem Ausgang der Schmierstoffpumpe in die zweite Schmierstoffleitung ein. In dem Schmierstofffilter baut sich ein Gegendruck auf. Befindet sich nun das Ventil in dem ersten Zustand, fließt der Schmierstoff aus der zweiten Schmierstoffleitung über den ersten Anschluss durch das Ventil zu dem dritten Anschluss und von dort über die vierte Schmierstoffleitung in den Partikelzähler. Nimmt das Ventil den ersten Zustand ein, misst der Partikelzähler also ungefilterten Schmierstoff.
Nimmt das Ventil den zweiten Zustand ein und ist infolgedessen der erste Anschluss des Ventils verschlossen, durchfließt sämtlicher Schmierstoff vom Ausgang der Pumpe den Schmierstofffilter. Aufgrund der Verzweigung der dritten Schmierstoffleitung fließt von dort ein erster Teil des Schmierstoffs über den zweiten Anschluss des Ventils durch die vierte Schmierstoffleitung in den Partikelzähler. Ein zweiter Teil des Schmierstoffs gelangt über die dritte Schmierstoffleitung in das Innerer Gehäuse, um dort die zu schmierenden Teile mit Schmierstoff zu versorgen.
Wenn sich das Ventil im zweiten Zustand befindet, misst der Partikelzähler somit gefilterten Schmierstoff. Durch Vergleich der Messungen des ungefilterten Schmierstoffs und des gefilterten Schmierstoffs lassen sich verschleißbedingte Verunreinigungen des Schmierstoffs mit Partikeln von Verunreinigungen abgrenzen, die auf einen verstopften Schmierstofffilter zurückzuführen sind. Im erstgenannten Fall misst der Partikelzähler eine hohe Partikelkonzentration, wenn sich das Ventil im ersten Zustand befindet und eine geringe Partikelkonzentration, wenn sich das Ventil im zweiten Zustand befindet. Liegen hingegen keine verschleißbedingten Schäden vor, hat der Zustand des Ventils nur einen geringen Einfluss auf die gemessene Partikelkonzentration.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist das Ventil fernsteuerbar. Dies bedeutet, dass das Ventil ausgebildet ist, ein Signal zu empfangen, durch das es wahlweise von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand oder von dem zweiten Zustand zurück in den ersten Zustand überführt werden kann. Durch das fernsteuerbare Ventil ist die Anordnung dort einsetzbar, wo eine ausreichende Zugänglichkeit durch Monteure nicht gewährleistet ist, etwa bei Windkraftanlagen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren verwendet die oben beschriebene Anordnung und umfasst die Schritte

- Ermitteln einer ersten Maßzahl für die Belastung von Schmierstoff, der den Partikelzähler durchströmt, mit Partikeln, wenn das Ventil den ersten Zustand einnimmt;
- Umschalten des Ventils von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand; und
- Ermitteln einer zweiten Maßzahl für die Belastung von Schmierstoff, der den Partikelzähler durchströmt, mit Partikeln, wenn das Ventil den zweiten Zustand einnimmt.

Bei der ersten Maßzahl und der zweiten Maßzahl handelt es sich bevorzugt um Partikelkonzentrationen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 1 dargestellt. Im Einzelnen zeigt:

1 ein Getriebe mit Ölfilter und Partikelzähler.

Ein in 1 dargestelltes Getriebe 101 bildet einen Ölsumpf 103 aus. Eine Pumpe 105 saugt das Öl über eine erste Schmierstoffleitung 107 aus dem Ölsumpf 103 an und fördert es über eine zweite, Y-förmig verzweigte Schmierstoffleitung 109 zu einem Ölfilter 111 und einem Ventil 113.
Ist das Ventil 113 geschlossen, fließt sämtlicher Schmierstoff von der Pumpe 105 durch den Ölfilter 111.
Über eine dritte, ebenso Y-förmig verzweigte Schmierstoffleitung 115 fließt ein erster Teil des Öls von dem Ölfilter 111 durch das geschlossene Ventil 113 über eine vierte Schmierstoffleitung 117 zu einem Partikelzähler 119 und von dort über eine fünfte Schmierstoffleitung 121 zurück in den Ölsumpf 103. Ein zweiter Teil des Öls fließt über die dritte Schmierstoffleitung 115 in das Getriebe 101, wo Zahnräder und Lagerstellen mit dem Öl geschmiert werden. Von dort gelangt auch der zweite Teil des Öls zurück in den Ölsumpf 103.
Öffnet sich das Ventil 113, kommt eine direkte schmierstoffleitende Verbindung von der Pumpe 105 über die zweite Schmierstoffleitung 109, das Ventil 113 und die vierte Schmierstoffleitung 117 zu dem Partikelzähler 119 zustande. Nun ist die schmierstoffleitende Verbindung von dem Ölfilter 111 über die dritte Schmierstoffleitung 115 zu dem Partikelzähler 119 verschlossen.
Auf das Ventil 113 wirkt ein Aktuator 123, der fernsteuerbar ist. Durch den Aktuator 123 lässt sich das Ventil 113 öffnen und schließen.
Bezugszeichenliste

101: Getriebe
103: Ölsumpf
105: Pumpe
107: erste Schmierstoffleitung
109: zweite Schmierstoffleitung
111: Ölfilter
113: Ventil
115: dritte Schmierstoffleitung
117: vierte Schmierstoffleitung
119: Partikelzähler
121: fünfte Schmierstoffleitung
123: Aktuator

Claims

Anordnung mit einem Gehäuse, das im Inneren einen Schmierstoffsumpf (103) ausbildet, einer Schmierstoffpumpe (105), einem Schmierstofffilter (111), einer ersten bis fünften Schmierstoffleitung (107, 109, 115, 117, 121) und einem Partikelzähler (119); wobei die erste Schmierstoffleitung (107) den Schmierstoffsumpf (103) schmierstoffleitend mit einem Eingang der Schmierstoffpumpe (105) verbindet; gekennzeichnet durch ein Ventil (113) mit einem ersten bis dritten Anschluss, das zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand umschaltbar ist; wobei das Ventil (113) im ersten Zustand den ersten Anschluss und den dritten Anschluss schmierstoffleitend miteinander verbindet und den zweiten Anschluss verschließt; wobei das Ventil (113) im zweiten Zustand den zweiten Anschluss und den dritten Anschluss schmierstoffleitend miteinander verbindet und den ersten Anschluss verschließt; wobei die zweite Schmierstoffleitung (109) den Ausgang der Schmierstoffpumpe (105), den Schmierstofffilter (111) und den ersten Anschluss des Ventils (113) schmierstoffleitend miteinander verbindet; wobei die dritte Schmierstoffleitung (115) den Schmierstofffilter (111), das Innere des Gehäuses und den zweiten Anschluss des Ventils (113) schmierstoffleitend miteinander verbindet; wobei die vierte Schmierstoffleitung (117) den dritten Anschluss des Ventils (113) schmierstoffleitend mit dem Partikelzähler (119) verbindet; und wobei die fünfte Schmierstoffleitung (121) den Partikelzähler (117) schmierstoffleitend mit dem Inneren des Gehäuses verbindet.
Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch; dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (113) fernsteuerbar ist.
Verfahren zur Zustandsüberwachung unter Verwendung einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; mit den Schritten - Ermitteln einer ersten Maßzahl für die Belastung von Schmierstoff, der den Partikelzähler (119) durchströmt, mit Partikeln, wenn das Ventil (113) den ersten Zustand einnimmt; - Umschalten des Ventils (113) vom ersten in den zweiten Zustand; und - Ermitteln einer zweiten Maßzahl für die Belastung des Schmierstoffs, der den Partikelzähler (119) durchströmt, mit Partikeln, wenn das Ventil (113) den zweiten Zustand einnimmt.