DE102020200388A1

DE102020200388A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Ermitteln des Beladezustands eines Filters

Info

Publication number: DE102020200388A1
Application number: DE102020200388.2A
Authority: DE
Inventors: Robert Morrison
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-01-14
Filing date: 2020-01-14
Publication date: 2021-07-15

Abstract

Die Vorrichtung zum Ermitteln des Beladungszustandes eines Filters (3) weist ein Bauteil (6) auf, mit welchem die Druckdifferenz detektiert wird, welche einer elektronischen Steuereinheit zugeführt wird, welche anhand der Änderung der Druckdifferenz auf den Beladungszustand des Filters (3) schließt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ermitteln des Beladungszustandes eines Filters nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Die DE112017000028B4 offenbart eine Vorrichtung zum Ermitteln des Beladungszustandes eines Filters, bei welcher beim Erreichen eines Wegs des Hubsensors ein Signal ausgegeben wird.
Auch die US2018056223A offenbart eine Vorrichtung zum Ermitteln des Beladungszustandes eines Filters, bei welcher bei einer bestimmten Druckdifferenz ein Schalter betätigt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ermitteln des Beladungszustands eines Filters zu schaffen, welche die Merkmale des Standes der Technik weiterbildet.
Die Aufgabe wird mit einer, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisenden gattungsgemäßen Vorrichtung gelöst.
Erfindungsgemäß wird detektiert, mit welcher Geschwindigkeit sich die Druckdifferenz zwischen einer Stelle vor dem Filter und einer Stelle nach dem Filter ändert. Zusätzlich zu dieser Änderung können noch weitere Parameter wie beispielsweise die Fluidtemperatur und/oder die Fluidgeschwindigkeit und/oder die Fluidmenge mitberücksichtigt werden.
Die Vorrichtung zum Ermitteln des Beladungszustandes eines Filters weist des Weiteren einen Umgehungskanal des Filters auf, welchem immer dann Fluid zugeführt wird, wenn eine bestimmte Druckdifferenz zwischen der Stelle vor dem Filter und der Stelle nach dem Filter erreicht ist. Dadurch wird gewährleistet, dass Schmierfluid am Filter vorbei zu den Schmierstellen geführt werden kann.
Die Druckdifferenz kann mittelbar oder unmittelbar detektiert werden, beispielsweise mit einem Hubsensor, welcher mit einem Kolben in Verbindung steht, welcher gegen eine Federkraft zumindest mit Druck aus dem Filterzulauf gespeist wird. Erhöht sich die Druckdifferenz und somit der Druck an der Stelle vor dem Filter zum Druck an der Stelle nach dem Filter, so verschiebt sich der Kolben, welcher gleichzeitig als Ventil für das Umgehungsventil ausgebildet sein kann, entgegen der Federkraft und betätigt damit den Hubsensor.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, um die Änderung des Druckes, somit bei einem Wegsensor die Geschwindigkeit zu sensieren, keinen Sensor, sondern einen Aktuator zu verwenden, welcher ebenfalls mit diesem Kolben in Wirkverbindung steht. Beim Bewegen des Kolbens induziert der Aktuator elektrischen Strom, welcher ausgewertet werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltungsform besteht die Möglichkeit, Drucksensoren zu verwenden, welche den Druck an einer Stelle vor dem Filter und den Druck an einer Stelle nach dem Filter detektieren. All diese Möglichkeiten werden im Folgenden als Bauteil bezeichnet.
Die detektierte Druckdifferenz wird einer elektronischen Steuereinheit zugeführt und die elektronische Steuereinheit ermittelt die Veränderung der Druckdifferenz innerhalb einer zuvor definierten Zeitspanne. Die zuvor definierte Zeitspanne kann beispielsweise eine zuvor definierte Drehzahländerung einer Pumpenwelle sein, wobei die Pumpe das Fluid fördert, welches durch den Filter geleitet wird. Die Zeitspanne wird dadurch definiert, welche Zeit benötigt wird, um von einer Startdrehzahl zu einer Zieldrehzahl der Pumpe zu gelangen. Die Zeitspanne kann aber auch bei gleichbleibender Drehzahl vordefiniert sein.
Anhand der Veränderung der Druckdifferenz innerhalb dieser zuvor definierten Zeitspanne kann der Beladungszustand des Filters ermittelt werden. Hierfür ist es vorteilhaft, wenn in der elektronischen Steuereinheit Kennlinien abgelegt sind, welche bei bestimmten Fluidtemperaturen und bestimmten Fluidmengen, die beispielsweise einer Drehzahl der Pumpe entsprechen, und je nach Beladungszustand des Filters als Druckdifferenzkennlinien abgelegt sind. Durch den Vergleich des Ist-Zustandes mit diesen Kennlinien kann der Beladungszustand des Filters ermittelt werden.
Bei Überschreiten eines zuvor definierten Differenzdruckes kann zusätzlich ein Signal ausgegeben werden, wodurch dem Betreiber signalisiert wird, dass das Umgehungsventil kurz vor dem Öffnen steht, oder bereits geöffnet hat und somit ungefiltertes Fluid zu den zu schmierenden Bauteilen gelangt oder in Kürze gelangen könnte.
Weitere Merkmale sind der Figurenbeschreibung zu entnehmen.
Die einzige Figur zeigt einen Zulauf 1 zum Filter 3, wobei der Zulauf 1 von einer hydraulischen Pumpe mit Fluid gespeist wird und die hydraulische Pumpe in ihrer Fördermenge und/oder Drehzahl überwacht wird. Das Sensieren der Drehzahl der Pumpe kann auch an einem mit der Pumpe wirkverbundenen Bauteil erfolgen. Durchströmt das Fluid kommend vom Zulauf 1 den Filter 3, und der Filter ist noch im unbeladenen Zustand, so durchströmt das Fluid den Filter 3 und gelangt in den Rücklauf 4. Der Rücklauf 4 ist zumindest mittelbar mit der Saugseite der Pumpe verbunden. Ab einem definierten Differenzdruck zwischen dem Zulauf 1 und dem Rücklauf 4 öffnet das Ventil 2, welches auch Umgehungsventil genannt wird, wodurch das Fluid aus dem Zulauf 1 in den Umgehungskanal 5 strömt. Das Ventil 2 ist zumindest mittelbar mit einem Hubsensor 6 wirkverbunden, wodurch der Hubsensor 6 die Bewegungen des Ventils 2 detektiert. Bereits bevor das Ventil 2 in den Öffnungszustand umgesteuert wird, bewegt sich das Ventil 2 entgegen der Federkraft, wodurch diese Bewegung vom Hubsensor 6 detektiert wird. Statt dem Hubsensor 6 kann auch ein Aktuator verwendet werden. Es besteht auch die Möglichkeit, statt dem Hubsensor 6 Drucksensoren, jeweils im Zulauf 1 und im Rücklauf 4 anzuordnen. Da der Hubsensor 6 die Bewegungen des Ventils 2 detektiert, kann der Hubsensor 6 auch die Geschwindigkeit, mit welcher sich das Ventil 2 bewegt, detektieren. Somit besteht die Möglichkeit, die Änderung der Druckdifferenz über der Zeit zu detektieren.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich über weite Bereiche der Filterverschmutzung und somit des beladens des Filters 3 die Druckdifferenz nicht ändert. Nähert sich jedoch die Filterverschmutzung und somit die Beladung des Filters dem Endzustand, so steigt die Druckdifferenz rapide an. Die Änderung der Druckdifferenz ist somit ein wesentliches Kriterium zur Ermittlung der Filterbeladung.
Das Signal des Hubsensors 6 wird einer elektronischen Steuereinrichtung zugeführt, welche den Verlauf der Druckdifferenz über der Zeit ermittelt. Die elektronische Steuereinheit vergleicht den Verlauf der Druckdifferenz mit gespeicherten Werten und ermittelt daraus den Beladungszustand des Filters 3. Bei der Ermittlung des Beladungszustandes können sowohl die Temperatur des Fluids als auch die Menge und Fließgeschwindigkeit des Fluids mit in die Ermittlung des Beladungszustandes eingehen.
Die Zeit, welche zur Ermittlung des Beladungszustandes herangezogen wird, kann beispielsweise dadurch definiert sein, dass eine Drehzahl der Pumpenwelle von einer Startdrehzahl bis zu einer Zieldrehzahl überwacht wird und hierbei die Zeit ermittelt wird.
Durch die vorliegende Erfindung kann der Beladungszustand eines Filters auch vor der vollständigen Beladung und somit dem öffnen des Ventils 2 ermittelt werden.
Die Vorrichtung zur Ermittlung des Beladungszustandes des Filters kann beispielsweise in einer Arbeitsmaschine wie beispielsweise einem Radlader mit einem Getriebe, beispielsweise einem hydraulischen Getriebe oder einem hydraulisch-mechanischen Leistungsverzweigungsgetriebe oder einem Elektroleistungsverzweigungsgetriebe verwendet werden. Insbesondere in der Filtereinheit für dieses Getriebekann die Vorrichtung verwendet werden. Der Antriebsmotor, welcher das Getriebe antreibt, steht mit einer hydraulischen Pumpe in Wirkverbindung und wenn der Antriebsmotor mit einer zuvor definierten Drehzahlrampe angesteuert wird, wodurch sich die Drehzahl definiert über einen bestimmten Zeitraum erhöht oder erniedrigt, führt auch die hydraulische Pumpe die Änderung dieser Drehzahl durch. Während dieser Änderung der Drehzahl detektiert die Vorrichtung die Druckdifferenz zwischen dem Zulauf 1 und dem Rücklauf 4.
Bezugszeichenliste

1: Zulauf
2: Ventil
3: Filter
4: Rücklauf
5: Umgehungskanal
6: Hubsensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 112017000028 B4 [0002]
US 2018056223 A [0003]

Claims

Vorrichtung zum Ermitteln des Beladungszustandes eines Filters (3) in einem Hydraulikkreislauf, bei welchem Fluid über einen Zulauf (1) zum Filter (3) zugeführt wird und nach dem Durchströmen des Filters (3) das Fluid über einen Rücklauf (4) den Filter verlässt, und mit einem Umgehungskanal (5), über welchen Fluid in Abhängigkeit einer Druckdifferenz zwischen dem Zulauf (1) und dem Rücklauf (4) am Filter vorbeigeleitet wird, und mit mindestens einem Bauteil (6), welches die Druckdifferenz mittelbar oder unmittelbar detektiert, dadurch gekennzeichnet, dass die detektierte Druckdifferenz einer elektronischen Steuereinheit zugeführt wird und die elektronische Steuereinheit die Veränderung der Druckdifferenz innerhalb einer zuvor definierten Zeitspanne ermittelt und in Abhängigkeit der ermittelten Veränderung der Druckdifferenz den Beladungszustand des Filters (3) ermittelt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (6) ein Hubsensor ist, welcher mit einem Ventil (2), welches den Zulauf (3) mit dem Rücklauf (4) verbindet, zusammenwirkt, oder dass das Bauteil (6) ein Aktuator ist oder dass die Bauteile (6) Drucksensoren sind, wobei der eine Drucksensor des Druck des Fluids im Zulauf (1) und der andere Drucksensor den Druck des Fluids im Rücklauf (4) detektiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit Signale von einem Temperatursensor und/oder einem Drehzahlsensor beim Ermitteln des Beladungszustandes des Filters (3) mitberücksichtigt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubsensor einen Öffnungsweg eines Ventils (2) sensiert, welches den Umgehungskanal (5) öffnet.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Weg des Hubsensors innerhalb einer zuvor definierten Zeit ermittelt wird und bei Überschreiten eines zuvor definierten Wegs ein Signal ausgegeben wird.
Verfahren zum Ermitteln des Beladungszustandes eines Filters (3) in einem Hydraulikkreislauf, bei welchem ein Zulauf (1) Fluid zum Filter (3) leitet und ein Rücklauf (4) Fluid nach dem Durchströmen des Filters (3) wegleitet und einem Umgehungskanal (5), welcher in Abhängigkeit einer Druckdifferenz zwischen dem Zulauf (1) und dem Rücklauf (4) das Fluid am Filter vorbeileitet und mit mindestens einem Bauteil (6), welches die Druckdifferenz mittelbar oder unmittelbar detektiert, dadurch gekennzeichnet, dass die detektierte Druckdifferenz einer elektronischen Steuereinheit zugeführt wird und die elektronische Steuereinheit die Veränderung der Druckdifferenz innerhalb einer zuvor definierten Zeitspanne ermittelt und in Abhängigkeit der ermittelten Veränderung den Beladungszustand des Filters (3) ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Steuereinheit Signale von einem Temperatursensor und/oder einem Drehzahlsensor zusätzlich zum Signal des Bauteils (6) mitberücksichtigt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor die Temperatur des Fluids ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlsensor mittelbar oder unmittelbar die Drehzahl einer Pumpe, welche das Fluid zum Filter (3) fördert, ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Druckdifferenz bei einem unbeladenen Filter detektiert und abgespeichert wird und die Änderung der Druckdifferenz für einen beladenen Filter detektiert und abgespeichert wird und anschließend jede ermittelte Änderung der Druckdifferenz mit mindestens einem dieser Werte verglichen wird und daraus der Beladungszustand ermittelt wird.