-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Überwachen
des Gebrauchszustandes eines Schmierstoffes einer Maschine oder
eines Maschinenteils, mit einer Probenkammer, welche einen Raum
zur Aufnahme einer Schmierstoffprobe, wenigstens einen Einlass und Auslass
für Trägergas und
einen Gasraum über
der Schmierstoffprobe, in dem sich das Trägergas mit flüchtigen
Bestandteilen des Schmierstoffes anreichern kann, aufweist, und
mit wenigstens einem Gassensor, der ein von der Konzentration eines
oder mehrerer flüchtiger
Bestandteile in dem angereicherten Trägergas abhängiges Signal erzeugt. Die
vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum
automatischen Überwachen
des Gebrauchszustandes eines Schmierstoffes einer Maschine oder eines
Maschinenteils.
-
Die
Begriffe Schmierstoff und Schmierstoffprobe in der vorliegenden
Anmeldung sollen sämtliche
Stoffe umfassen, deren Haut- oder Nebenfunktion die Schmierung von
Maschinenteilen ist. Hierunter fallen insbesondere flüssige und
konsistente Schmierstoffe, wie Schmieröle und Schmierfette, Hydraulikflüssigkeiten,
Metallbearbeitungsflüssigkeiten, Transformatorenöle und der gleichen.
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf sämtliche dieser vorgenannten
Stoffe.
-
Die Überwachung
von Schmierstoffen von Maschinen bzw. Maschinenteilen dient der
Erhöhung von
deren Betriebssicherheit und Anlagenverfügbarkeit sowie der Minimierung
unnötiger
oder vorzeitiger Schmierstoffwechsel. Derartige Überwachungen erfolgten bisher überwiegend
mittels Analyse von Flüssigkeitsproben,
die in diskreten Zeitabständen
von spezialisierten Labors oder durch geeignete Laborgeräte vor Ort
untersucht werden.
-
Um
eine kontinuierliche Überwachung
von Maschinen zu ermöglichen
und die Kosten zu reduzieren, sind bereits automatische Zustandsüberwachungen
beschrieben worden.
-
Die
gängigsten
zu diesem Zweck eingesetzten Sensoren sind sogenannte dekametrische
Sensoren zur Messung der Dielektrizitätskonstante, der Leitfähigkeit
und/oder dem dielektrischen Verlustfaktor im Öl. Derartige Sensoren werden
heute in verschiedenen Varianten in großer Stückzahl zur Motorölüberwachung
eingesetzt. Darüberhinaus
sind Viskositätssensoren
kommerziell verfügbar.
Die Kombination der Messung von Dielektrizität und Viskositätsänderung
ergibt sich beispielsweise aus der
DE 197 06 486 A1 . Bei dem darin beschriebenen
Verfahren wird der Sensor mit der zu überwachenden Flüssigkeit
in direkten Kontakt gebracht. Sensoren die in permanenten Kontakt
mit dem zu überwachenden Stoff
stehen, haben den Nachteil, dass sie besonderen Alterungs- und Verschmutzungserscheinungen ausgesetzt
sind. Ein typisches Problem ist beispielsweise die Belagbildung
aufgrund von klebrigen Ölalterungsprodukten.
-
Neben
diesen Verfahren, die direkt in der zu überwachenden Flüssigkeit
arbeiten, sind bereits Verfahren beschrieben worden, bei denen die
Qualität
von Fetten und Ölen
mittels der Detektion von flüchtigen
Stoffen erfolgt. Ein solches Verfahren ist in der
DE 199 47 669 A1 beschrieben,
bei dem die Öl- bzw. Fettqualität durch
Gassensoren ermittelt wird, welche die Konzentration von schwer
flüchtigen
Kohlenwasserstoffen bestimmen. Zusätzlich ist in diesem Dokument
die Messung leicht flüchtiger
Kohlenwasserstoffe und die Verwendung des Verhältnisses leicht zu schwer flüchtigen
Kohlenwasserstoffen als Maß für die Fett-
bzw. Ölqualität beschrieben.
Als Korrekturfaktoren werden Öltemperaturen
und Ölfeuchte
genannt, die zusätzlich
bestimmt werden müssen.
-
Die
US 6,421,588 B1 beschreibt
ein Verfahren, bei dem ein Sensorarray die Gaszusammensetzung über dem Ölsumpf bzw.
einem Ölreservoir
eines Schmierölumlaufsystems
während
des Abkühlens
bestimmt. Aus den gemessenen Temperaturen des Sensors und des Öls sowie
aus der temperaturabhängigen
Gaszusammensetzung soll auf den Zustand des Schmieröls geschlossen
werden.
-
Nachteilig
bei den aus der
DE 199 47 669 sowie
US 6,421,588 bekannten Verfahren
ist, dass die Messergebnisse stark schwanken und von den Randbedingungen
am Ort der Messung abhängig sind.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
und ein Verfahren zum automatischen Überwachen des Gebrauchszustandes
eines Schmierstoffes einer Maschine oder eines Maschinenteils anzugeben,
das eine hohe Zuverlässigkeit
aufweist.
-
Diese
Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
dass Mittel zur Einstellung der physikalischen Bedingungen in der
Probenkammer vorgesehen sind.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
erlaubt die laufende und automatische Überwachung von Schmierstoffen,
insbesondere von Schmierölen
und Schmierfetten sowie Hydraulik- und Metallbearbeitungsflüssigkeiten,
Transformatorölen
und verwandten Flüssigkeiten
in der Anlage ohne manuelle Probenentnahme. Die Bestimmung und Beurteilung
des Gebrauchszustandes der zu überwachenden
Stoffe erfolgt insbesondere mit der relativen und/oder absoluten
Konzentrationsbestimmung charakteristischer flüchtiger Substanzen und/oder
Substanzgruppen dieser Stoffe. Die erfindungsgemäße Vorrichtung gewährleistet
die optimale Auswahl und Einstellung aller Randbedingungen, insbesondere
von Temperatur und Druck in der Probenkammer, welche den qualitativen
und quantitativen Nachweis von flüchtigen Stoffbestandteilen
mit den Sensoren beeinflussen können.
Damit können
Messergebnisse erhalten werden, die von Bedingungen wie der Temperatur der
Maschine etc. nicht oder nur unwesentlich beeinflusst werden.
-
Eine
weitere Verbesserung der Messwerte wird dadurch erreicht, dass der
wenigstens eine Gassensor in einer Sensorkammer angeordnet ist und dass
der Gasraum der Probenkammer mit der Sensorkammer durch eine Zufuhrleitung
verbunden ist.
-
Die
Messergebnisse können
dadurch weiter verbessert werden, dass Mittel zur Einstellung der physikalischen
Bedingungen in der Sensorkammer vorgesehen sind. Auf diese Weise
können
z.B. Temperatur und/oder Druck nicht nur in der Probenkammer, sondern
auch in der Sensorkammer in einem weiten Bereich geregelt werden.
-
Vorteilhafterweise
ist wenigstens ein Trägergasventil
in der Zufuhrleitung zwischen der Probenkammer und der Sensorkammer
vorgesehen.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung dieses Erfindungsgedankens ist vorgesehen,
dass durch das wenigstens eine Trägergasventil in der Zufuhrleitung
zwischen Probenkammer und Sensorkammer die Zufuhr von Trägergas aus
der Probenkammer in die Sensorkammer ausgelöst und/oder unterbunden werden
kann. Hierdurch kann bei geschlossenem Trägergasventil eine Verweilzeit
des Trägergases
in dem Gasraum der Probenkammer erreicht und die Einstellung des
Adsorptions-Desorptionsgleichgewichts zwi schen flüssiger Phase,
Gasphase und den Wänden
der Probenkammer abgewartet werden. Dies ist wichtig, um reproduzierbare Ergebnisse
und eine hohe Messgenauigkeit zu erreichen. Nach Ablauf der gewünschten
Verweilzeit, in der sich das Trägergas
mit den flüchtigen
Bestandteilen des zu untersuchenden Mediums anreichert, kann das
Trägergasventil
geöffnet
und auf diese Weise der Weg für
das angereicherte Trägergas
aus der Probenkammer in die Sensorkammer frei gemacht werden.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Probenkammer und/oder
die Sensorkammer mit einer über
Thermostat gesteuerten Heizung und/oder Kühlung versehen.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel zur Zufuhr
einer Schmierstoffprobe aus dem Schmiersystem einer Maschine oder eines
Maschinenteils, insbesondere aus dessen Schmierstoffkreislauf, in
die Probenkammer vorgesehen. Die Mittel zur Zufuhr einer Schmierstoffprobe können insbesondere
als ein automatisches System ausgebildet sein, das die Probenkammer
z.B. in regelmäßigen Abständen mit
einer gleichbleibenden Menge des zu untersuchenden Stoffes füllt. Hierdurch
kann eine weitere Verbesserung der Messergebnisse erreicht werden,
da in der Probenkammer stets die gleiche Menge Schmierstoff und
Trägergas enthalten
ist. Der Transport von flüssigen
zu untersuchenden Stoffen in die Probenkammer und aus der Probenkammer
zurück
in die Anlage kann durch kleine Pumpen, den Eigendruck der Anlage,
z.B. bei der Überwachung
einer Hydraulikflüssigkeit,
Gravitation und/oder durch den Druck des Trägergases erfolgen.
-
Hierzu
weist die Probenkammer vorteilhafter Weise wenigstens einen Einlass
und wenigstens einen Auslass für
Schmierstoff auf.
-
Gemäß einer
Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass der
Auslass derart ausgebildet ist, dass im wesentlichen eine vollständige Entleerung
der Probenkammer erfolgen kann.
-
Gemäß einem
weiteren vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung sind Mittel
zum Einbringen von Trägergas
in die Probenkammer vorgesehen. Als Trägergas kann insbesondere Umgebungsluft,
Pressluft oder ein Inertgas eingesetzt werden. Indem das Trägergas mittels
eines Filters, z.B. eines Absorptionsfilters, von den Substanzen
die nachgewiesen werden sollen und/oder von Wasserdampf befreit
wird, kann die Messgenauigkeit weiter verbessert werden. Dabei erfolgt
die Zufuhr von Trägergas zur
Probenkammer vorteilhafterweise unter Überdruck.
-
Vorteilhafterweise
ist weiterhin eine Einrichtung zum Spülen der Probenkammer und/oder
der Sensorkammer mittels Trägergas
vorgesehen. Hierdurch wird ermöglicht,
vor oder nach der Durchführung
von Messungen die Probenkammer und/oder die Sensorkammer mit den
darin angeordneten Sensoren mit Trägergas zu spülen, so
dass die Analyten desorbiert werden.
-
Eine
vorteilhafte Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens sieht vor,
dass zum Spülen
eine Spülleitung
vorgesehen ist, welche die Zufuhr von sauberem Trägergas in
die Sensorkammer ermöglicht.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Steuerung für das wenigstens
eine Trägergasventil
vorgesehen, welche intermittierend die Füllung der Sensorkammer mit
angereichertem Trägergas
ermöglicht.
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Verfahren
zur automatischen Überwachung
des Gebrauchszustandes eines Schmierstoffes einer Maschine oder
eines Maschinenteils mit folgenden Verfahrensschritten:
- – Einbringen
einer Schmierstoffprobe aus der Maschine in eine Probenkammer und
Einbringen von Trägergas
in die Probenkammer,
- – Einstellen
der physikalischen Probenbedingungen in der Probenkammer auf einen
vorbestimmten Wert,
- – Anreicherung
des Trägergases
mit flüchtigen Bestandteilen
der Schmierstoffprobe,
- – Erfassung
von wenigstens einer in dem angereicherten Trägergas enthaltenen charakteristischen flüchtigen
Substanz und/oder Substanzgruppe aus der Schmierstoffprobe mit wenigstens
einem Gassensor.
-
Aufgrund
der vorgenannten Verfahrensschritte ist es möglich, die Messgenauigkeit
wesentlich zu erhöhen.
Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass
aufgrund der erfindungsgemäßen Gestaltung
des Verfahrens die die Messung beeinflussenden Faktoren minimiert
werden können.
Damit ist es möglich
unabhängig
von dem Betriebszustand der zu überwachenden
Maschine, beispielsweise dessen Temperatur oder dessen Schmierstofffüllstand,
die Randbedingungen einzustellen, welche den qualitativen und quantitativen
Nachweis von flüchtigen
Stoffbestandteilen mit den Sensoren beeinflussen können. Die
Anreicherungsphase des Trägergases
in der Probenkammer wird unter genau definierten Randbedingungen
durchgeführt
werden. Insbesondere ist es sinnvoll Temperatur und/oder Druck in
Probenkammer entsprechend einzustellen. Die Steuerung der Temperatur
in den Kammern kann dabei durch thermostatisierte Heizungen erfolgen.
-
Vorteilhafterweise
wird das angereicherte Trägergas
nach der Anreicherung mit flüchtigen
Bestandteilen über
eine Zufuhrleitung in eine Sensorkammer geleitet, in der die Erfassung
von wenigstens einer in dem angereicherten Trägergas enthaltenen charakteristischen
flüchtigen
Substanz und/oder Substanzgruppe aus der Schmierstoffprobe mit dem wenigstens
einen Gassensor erfolgt. Diese Anordnung mit von der Probenkammer
getrennter Sensorkammer machte eine weitere Verbesserung der Messergebnisse
möglich.
-
Hierbei
ist es möglich
auch in der Sensorkammer Temperatur und/oder Druck einzustellen.
Alternativ können
der wenigstens eine Gassensor auch in der Probenkammer angeordnet
sein.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Zufuhr des angereicherten
Trägergases
durch Öffnen
eines in der Zufuhrleitung angeordneten Trägergasventils ausgelöst und durch Schließen des
Trägergasventils
unterbrochen.
-
Weiterhin
kann erfindungsgemäß vorgesehen
sein, dass das Trägergas
in die Probenkammer unter Überdruck
eingebracht wird. Auf diese Weise lässt sich auch einfach der Druck
in der Probenkammer auf den gewünschten
Wert einstellen.
-
Gemäß einer
Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass das
angereicherte Trägergas
aus der Probenkammer aufgrund Entspannens des Überdrucks in der Probenkammer durch Öffnen des
in der Zufuhrleitung zur Sensorkammer angeordneten Trägergasventils
in die Sensorkammer transportiert wird.
-
Eine
weitere Verbesserung der Messergebnisse wird dadurch erzielt, dass
für aufeinanderfolgende
Messungen stets die gleiche Menge Schmierstoffprobe und/oder Trägergas in
die Probenkammer eingebracht wird.
-
Die
Messgenauigkeit wird dadurch weiter verbessert, dass die Sensorkammer
nach einer oder mehreren Messungen mit sauberem Trägergas gespült wird.
Mit solchem Trägergas,
welches wenig oder keine flüchtige
Bestandteile des Schmierstoffes aufweist, können Verunreinigungen, welche
sich ggf. in der Sensorkammer und an den Sensoren niedergeschlagen
haben, entfernt oder zumindest reduziert werden.
-
Die
Spülung
kann besonders einfach durchgeführt
werden, wenn die in der Probenkammer enthaltene Schmierstoffprobe
entfernt und dann Trägergas
durch die Probenkammer und ggf. nachfolgend durch die Sensorkammer
geleitet wird.
-
Eine
weitere Möglichkeit
besteht darin, eine in die Sensorkammer mündende Spülleitung vorzusehen, durch
welche die Spülung
erfolgt.
-
Die
Messergebnisse werden dadurch weiter verbessert, dass das Trägergas vor
dem Einbringen in die Probenkammer gereinigt, insbesondere gefiltert
wird. Als Filter können
insbesondere Aktivkohlefilter oder Molekularsiebe eingesetzt werden,
welche in dem Trägergas
enthaltene Verunreinigungen, insbesondere Öl oder Wasser abscheiden.
-
Erfindungsgemäß werden
als Trägergas
vorzugsweise Umgebungsluft, Pressluft oder Inertgas eingesetzt.
-
Besonders
gute Messergebnisse werden dann erreicht, wenn durch einen der Gassensoren polare
charakteristische flüchtige
Substanzen und/oder Substanzgruppen oder deren Konzentration und
durch wenigstens einen weiteren Gassensor nicht alterungsspezifische,
insbesondere unpolare charakteristische flüchtige Substanzen und/oder Substanzgruppen
oder deren Konzentration detektiert werden. Dabei kann das Verhältnis von
polaren zu nichtalterungsspezifischen flüchtigen Substanzen und/oder
Substanzgruppen ausgewertet und als Maß für den Gebrauchszustand des Öls verwendet
werden.
-
Weitere
Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten
Merkmale für
sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung,
auch unabhängig
von der Zusammenfassung in einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
-
1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
-
In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung
schematisch dargestellt, welche insbesondere für flüssige Schmierstoffe wie Schmieröl geeignet
ist. Vorliegend wird die Ausführungsform
anhand einer technischen Anlage mit einem Schmierölkreislauf
erläutert.
Die zu überwachende
Anlage 1 weist ein Ölreservoir 2 und
eine Ölumlaufschmierung 3 auf.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
weist eine Probenkammer 4 auf, welche einen Raum zur Aufnahme
einer Schmierstoffprobe bildet. Zur Befüllung der Probenkammer 4 mit
einer definierten Menge Schmierstoff sind Mittel zur Zufuhr einer
Schmierstoffprobe aus dem Schmiersystem 3 der Anlage 1 vorgesehen.
Bei der in 1 dargestellten
Ausführungsform
wird hierzu ein Teilstrom des Schmierstoffkreislaufs über die Ölzuleitung 7 über einen
Einlass 8 in die Probenkammer 4 geleitet. Über einen
Auslass 9 und die Ölablaufleitung 10 kann
die in der Probenkammer 4 enthaltene Schmierstoffprobe 6 wieder
zurück
in das Ölreservoir 2 gefördert werden.
Mittels der in der Ölzulaufleitung 7 und
in der Ölablaufleitung 10 vorgesehenen
Ventile 11, 12 kann die in der Probenkammer 4 aufgenommene
Flüssigkeitsmenge genau
eingestellt werden.
-
Die
Probenkammer 4 verfügt
darüber
hinaus über
einen Trägergaseinlass 13 und
einen Trägergasauslass 14.
Das Trägergas
in der Probenkammer 4 stammt dabei aus einer Gasversorgung 15 mit
einem definierten Druck pG. Das Trägergas,
welches insbesondere Umgebungsluft, Pressluft oder ein Inertgas
sein kann, wird vor Einströmen
in die Probenkammer 4 über
einen Gasfilter 16 von störenden Substanzen befreit.
Der Gasfilter 16 soll das Trägergas insbesondere von den
Substanzen, welche nachgewiesen werden sollen, sowie von Wasserdampf
befreien. Eingesetzt werden können
insbeson dere Absorptionsfilter oder Molekularsiebe. Der Trägergaseinlass 13 kann
mittels eines Trägergasventils 17 geschlossen
werden. Der Trägergasauslass 14 mündet in
eine Zufuhrleitung 18, welche den Gasraum 19 der
Probenkammer 4 mit der Sensorkammer 5 verbindet.
In der Zufuhrleitung 18 ist ein Trägergasventil 20 vorgesehen,
durch das die Zufuhrleitung 18 geöffnet und verschlossen werden kann.
Weiterhin weist die Zufuhrleitung 18 einen Trägergasfilter 21 auf,
durch den nicht gasförmige
Verunreinigungen, nicht jedoch die charakteristischen gas- und dampfförmigen Substanzen
aus der Schmierstoffprobe 6 abgeschieden werden.
-
Durch
das wenigstens eine Trägergasventil 20 in
der Zufuhrleitung 18 kann die Zufuhr von Trägergas aus
der Probenkammer 4 in die Sensorkammer 5 ausgelöst und/oder
unterbunden werden.
-
Die
Sensorkammer 5 weist einen Sensorkammereinlass 22 und
einen Sensorkammerauslass 23 für Trägergas auf. Der Sensorkammerauslass 23 ist
mit dem Gasauslass 24 der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbunden.
Dabei kann der Sensorkammerauslass 23 durch das Auslassventil 25 geöffnet oder
geschlossen werden.
-
In
der Sensorkammer 5 sind ein oder mehrere Gassensoren 26 angeordnet.
In den Figuren sind ein erster Gassensor 26 dargestellt,
sowie ein zweiter Gassensor gestrichelt angedeutet. Als geeignete Gassensoren 26 können alle
Sensoren eingesetzt werden, die charakteristische gas- bzw. dampfförmige Substanzen,
die über
den Zustand des zu untersuchenden Stoffes Aufschluss geben, zumindest
semi-quantitativ nachweisen. Charakteristische Substanzen sind beispielsweise
Oxidationsprodukte (z.B. organische Säuren, Aldehyde, Ketone), Additive
(z.B. Antioxidantien, Korrosions- und Verschleißschutzadditive etc.) und deren
Zersetzungsprodukte, und Verunreinigungen (wie beispielsweise Wasser, Treibstoffe,
Lösemittel).
Mehrere Sensoren, die jeweils selektiv oder semi-selektiv verschiedene
relevante flüchtige
Substanzen aus dem zu untersuchenden Stoff nachweisen, können vorteil haft
kombiniert werden, um die Aussagekraft des Verfahrens zu erhöhen. Verfahrensgemäß kann auch
der selektive Nachweis charakteristischer Substanzgruppen statt Einzelsubstanzen
zur Beschreibung des Ölzustands herangezogen
werden. Beispielsweise kann ein Verhältnis polarer zu unpolarer
Substanzen ermittelt und als Maß für die oxidative
Belastung eines Stoffes dienen. Erfindungsgemäß können Transducer (z.B. Quarzwaagen
SAW- oder IDE-Bauteile) mit chemosensitiven Rezeptorschichten, Halbleiter-
oder Metalloxidgasdetektoren, Infrarot oder sonstige optische Gassensoren,
Feuchtesensoren oder auch Kombinationen derselben verwendet werden.
Vorteilhaft ist auch die Kombination meherer Sensoren auf einem Chip.
-
Bei
Verwendung mehrerer Sensoren wird die Auswertung und Interpretation
der multiplen Sensorsignale vorteilhafterweise mit Mustererkennungsalgorithmen,
multivarianter Datenanalyse, neuronalen Netzen etc. durchgeführt. Vorteilhafterweise
wird dabei mittels einer Trendanalyse die relative und/oder absolute
Konzentrationsveränderung
von charakteristischen Substanzen bzw. Substanzgruppen als Schmierstoffzustandskriterium
ausgewertet. Das kann direkt an der Anlage mit einem integriertem
Mikroprozessor oder per Datenfernübertragung an einer spezialisierten
Stelle durchgeführt
werden.
-
Besonders
aussagekräftige
Ergebnisse ergeben sich dann, wenn durch einen ersten Gassensor
polare Bestandteile in dem Trägergas
und durch einen weiteren Gassensor nicht oder weniger alterungsspezifische
Substanzen und/oder Substanzgruppen gemessen werden. Als nicht alterungsspezifische
Substanzen kommen z.B. unpolare flüchtige Substanzen in Betracht,
deren Konzentration in dem Trägergas
sich bei der Alterung des Schmierstoffs nicht oder nur wenig ändert. Indem
die Signale dieser Gassensoren ins Verhältnis gesetzt werden, kann eine
Aussage über
den Alterungszustand des Schmierstoffes erhalten werden. Hierbei
kann auch die Entwicklung bzw. der Trend des Verhältnisses über der
Zeit berücksichtigt
werden.
-
Weiterhin
weist die erfindungsgemäße Vorrichtung
Mittel zur Einstellung der physikalischen Bedingungen in der Probenkammer 4 und/oder
der Sensorkammer 5 auf. Hierzu ist eine Probenkammerheizung 27 sowie
eine Sensorkammerheizung 28 vorgesehen. Die Zufuhrleitung 18 kann
durch einen Zufuhrleitungsheizung 29 auf die gewünschte Temperatur gebracht
werden. Bei guter Isolierung und kurzen Wegen kann die Zufuhrleitungsheizung 29 ggf.
entfallen. Die Heizungen 27 bis 29 werden über Thermostaten
gesteuert. Hierzu sind in der Probenkammer 4 und in der
Sensorkammer 5 Temperatursensoren 30, 31 und 32 vorgesehen,
deren Anschlüsse
gestrichelt dargestellt sind. Der Temperatursensor 30 ist
im Gasraum 19 angeordnet, während der Temperatursensor 31 die
Temperatur des Schmierstoffes in der Probenkammer 4 misst.
Der Temperatursensor 32 überwacht die Temperatur der
Sensorkammer 5.
-
Weiterhin
weist die erfindungsgemäße Vorrichtung
eine Einrichtung zum Spülen
der Sensorkammer 5 mittels Trägergas auf, welche unten näher erläutert wird.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
weist darüberhinaus
eine nicht dargestellte Steuerung für die Betätigung der Trägergasventile 17, 20 und 25 sowie
der Ventile 11 und 12 auf.
-
Für eine Messung
wird wie folgt vorgegangen. Zunächst
wird bei geöffnetem
Ventil 11 Schmierstoff über
die Ölzuleitung 7 in
die Probenkammer 4 eingebracht. Dabei kann über die
Ventile 11 und 12 die Schmierstoffmenge genau
eingestellt werden. Zudem wird über
den Trägergaseinlass 13 Trägergas in
den Gasraum 19 über
der Schmierstoffprobe 6 eingebracht. Die Probenkammerheizung 27,
welche mittels des Temperatursensors 30 für die Schmierstoffprobe 6 und
des Temperatursensors 31 für das Trägergas geregelt wird, erwärmt nun
Schmierstoffprobe 6 und das Trägergas auf die gewünschten
Temperaturen. Aufgrund des unter Drucks in die gasdichte Pro benkammer 4 eingebrachten
Trägergases,
ist der Druck in der Probenkammer 4 auf den gewünschten Wert
eingestellt.
-
Schmierstoffprobe 6 und
Trägergas
verbleiben nun in der Probenkammer bis sich das Adsorptions-/Desorptionsgleichgewicht
im wesentlichen eingestellt hat. Hierbei reichert sich das Trägergas mit flüchtigen
Bestandteilen der Schmierstoffprobe 6 an. Bei diesem Verfahrensschritt
sind die Schmierstoffventile 11, 12 sowie die
Trägergasventile 17, 20 geschlossen.
Nach Ende der Verweilzeit in der Probenkammer 4 wird das
Trägergasventil 20 in
der Zufuhrleitung zur Sensorkammer 5 geöffnet. Hierdurch kann sich
der Überdruck
in der Probenkammer 5 entspannen und fördert dadurch angereichertes
Trägergas
aus der Probenkammer 4 in die Sensorkammer 5.
-
Anschließend wird
in der Sensorkammer 5 wenigstens eine in dem angereicherten
Trägergas enthaltene
charakteristische flüchtige
Substanz und/oder Substanzgruppe aus der Schmierstoffprobe 6 mit
dem wenigstens einen Sensor 26 erfasst. Hierbei wird insbesondere
die Konzentration der charakteristischen flüchtigen Substanzen und/oder
Substanzgruppen durch die Sensoren 26 ermittelt. Die Sensorsignale,
welche insbesondere relative und/oder absolute Konzentrationsveränderungen
der charakteristischen Substanzen wiedergeben, können durch eine nicht dargestellte
Auswerteeinheit ausgewertet und angezeigt werden.
-
Nach
Durchführung
der Messung wird das Ventil 12 am Auslass 9 der
Probenkammer geöffnet und
die Schmierstoffprobe 6 möglichst vollständig abgelassen
und beispielsweise wieder dem Schmierstoffreservoir 2 zugeführt. Dies
kann aufgrund der Schwerkraft oder durch den Überdruck des bei geöffnetem
Trägergasventil 20 nachströmenden Trägergases
erfolgen.
-
Hierauf
kann nach jeder oder nach einer gewissen Anzahl von Messungen eine
Spülung
der Gassensoren 26 in der Sensorkammer 5 mittels
Trägergas
erfolgen. Dies geschieht dadurch, dass nach Schließen der
Ventils 11, 12 die Trägergasventile 17, 20 sowie
das Auslassventil 25 geöffnet
und Trägergas
durch die geleerte Probenkammer 4 hindurch in die Sensorkammer 5 und
weiter zum Gasauslass 24 geleitet wird.
-
Eine
Nullpunktsmessung der gespülten
Sensoren kann sich anschließen,
um eine Drift durch irreversibel absorbierte Substanzen oder eine
anderweitige Schädigung
bzw. Verschmutzung der Sensoren zu kompensieren. Anschließend kann
der Messzyklus sofort oder gezielt nach einem voreingestellten oder
dynamisch an die Betriebsbedingungen der Anlage angepassten Zeitintervall
neu beginnen.
-
Erfindungsgemäß ist es
auch möglich,
mehrere Schmierstoffe einer Anlage mittels jeweils einer gemeinsamen
Sensorkammer 5 zu analysieren. Dementsprechend müssen nur
die jeweils erforderlichen Trägergasleitungen
und entsprechenden Trägergasventile
vorgesehen und so angeordnet werden, dass jeweils das Trägergas aus
einer Probenkammer 4 in die Sensorkammer 5 gefördert wird.
In gleicher Weise könnte
auch eine gemeinsame Probenkammer 4 vorgesehen werden,
welche über
entsprechende Schmierstoffzuleitungen und Ableitungen mit jeweils
einem der Schmierstoffe gefüllt
wird.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
bzw. das erfindungsgemäße Verfahren
können
vorteilhaft mit anderen Methoden der Onboard-Überwachung kombiniert werden,
z.B. der Viskosimetrie, Dekametrie, Partikelzählung und dergleichen. Damit
kann die Aussagekraft der Überwachung
noch gesteigert werden. Die entsprechenden Sensoren lassen sich
ggf. in die Probenkammer integrieren. Dadurch profitieren auch diese
ergänzenden
Sensoren von den klar definierten Bedingungen in der Probenkammer:
Feste Temperatur, beruhigte Zone etc. Die Signale dieser zusätzlichen
Sensoren können
ebenfalls in die Auswertealgorithmen einbezogen werden. Vorteil
der vorliegenden Erfindung ist, dass die die Messergebnisse beeinflussenden
Größen sorgfältig minimiert werden
können.
Dies beruht insbesondere darauf, dass in der Probenkammer ein definiertes
Schmierstoffproben- und Gasvolumen, defi nierte Temperaturen und
Temperaturgradienten sowie ein gleichbleibendes Trägergas vorgegeben
werden. Damit entfällt die
Abhängigkeit
der Messergebnisse von den Anlagenbedingungen wie Betriebs- und
Außentemperatur,
Füllstand
in der Anlage, Feuchte und Ölgehalt
der Umgebungsluft. Daher kann erfindungsgemäß auch die Notwendigkeit einer
zeit- und kostenaufwendigen Bestimmung der anlagespezifischen Korrekturfunktionen
zur Signalauswertung entfallen.
-
Die
erfindungsgemäße Gestaltung
macht es dabei nicht nur möglich,
die Präzision
der Messungen zu erhöhen.
Darüber
hinaus kann die Lebensdauer der Anlage, insbesondere der eingesetzten
Sensoren erheblich verlängert
werden, da aufgrund der Erfindung eine diskontinuierliche, insbesondere
in regelmäßigen Abständen wiederkehrende
Messung der flüchtigen
Bestandteile erfolgen kann. Dementsprechend sind die Sensoren nur
zeitweise den in dem angereicherten Trägergas enthaltenen aggressiven
oder verschmutzenden Substanzen ausgesetzt.
-
Darüber hinaus
ergibt sich erfindungsgemäß durch
den Einbau der Sensoren in eine spezielle Sensorkammer mit Trägergaszufuhr
eine erhebliche Steigerung der Sensorlebensdauer. Einerseits können durch
Spülung
mit Trägergas,
ggf. bei erhöhter Sensortemperatur,
Verunreinigungen auf den Sensoren wieder abgetragen werden. Andererseits
sind die Sensoren nur während
der aktuellen Messung den potentiell aggressiven flüchtigen
Substanzen aus dem zu überwachenden
Stoff ausgesetzt, sonst befinden sie sich im neutralen Trägergas.
Eine intermittierende, den Betriebsbedingungen und dem Überwachungsaufwand
angepasste Messhäufigkeit
kann damit die tatsächliche
Belastung des Überwachungssystems
erheblich verringern. Auch eine Überhitzung der
Sensoren durch ungewöhnliche
Betriebsbedingungen der zu überwachenden
Anlage kann durch die vorteilhafte räumliche Trennung von Anlage
und Sensorkammer gewährleistet
werden.
-
- 1
- Anlage
- 2
- Ölreservoir
- 3
- Ölumlaufschmierung
- 4
- Probenkammer
- 5
- Sensorkammer
- 6
- Schmierstoffprobe
- 7
- Ölzuleitung
- 8
- Einlaß
- 9
- Auslaß
- 10
- Ölablaufleitung
- 11
- Ventil
(Einlaß)
- 12
- Ventil
(Auslaß)
- 13
- Trägergaseinlaß
- 14
- Trägergasauslaß
- 15
- Gasversorgung
- 16
- Gasfilter
- 17
- Trägergasventil
- 18
- Zufuhrleitung
- 19
- Gasraum
- 20
- Trägergasventil
- 21
- Trägergasfilter
- 22
- Sensorkammereinlaß
- 23
- Sensorkammerauslaß
- 24
- Gasauslaß
- 25
- Trägergasventil
- 26
- Gassensoren)
- 27
- Probenkammerheizung
- 28
- Sensorkammerheizung
- 29
- Zufuhrleitungsheizung
- 30
- Temperatursensor
(Gas
-
- raum)
- 31
- Temperatursensor
(Öl)
- 32
- Temperatursensor
(Sensor
-
- kammer)