DE19959145C2

DE19959145C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Scherfestigkeit von Schmierstoffen

Info

Publication number: DE19959145C2
Application number: DE1999159145
Authority: DE
Inventors: Erich-Johann Molitor
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-12-08
Filing date: 1999-12-08
Publication date: 2001-10-18
Anticipated expiration: 2019-12-09
Also published as: DE19959145A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Scherfestigkeit bzw. der Viskosität von Schmierstoffen, wobei diese durch eine Schmiermittelleitung gefördert werden, welcher Sensoren (13, 14) zur Erfassung von Zustandsgrößen (6, 10) des Schmierstoffes zugeordnet sind. In der Schmiermittelleitung (1) sind zwei geometrisch verschiedene Scherspalte (5) bzw. (9) vorgesehen, an denen Zustandsgrößen (6) bzw. (10), wie Druck und/oder Temperatur durch den Sensoren (13, 14) erfaßt und Änderungen der Zusatandsgrößen (6, 10) ermittelt werden.

Description

Technisches Gebiet

In Brennkraftmaschinen werden umlaufende Schmiermittel, wie synthetisches Motoröl oder auf Mineralölbasis hergestelltes Motoröl eingesetzt, die je nach Beanspruchung der Brennkraftmaschine vorzeitig altern können. Dadurch können sich je nach Beanspruchung des verwendeten Schmiermittels individuelle Ölwechselzeitpunkte ergeben, zu dem der in der Brennkraftmaschine oder einer anderen Arbeitsmaschine enthaltene Schmiermittelvor rat auszutauschen ist.

Stand der Technik

US 4,425,790 bezieht sich auf ein Gerät zur Bestimmung der Extrusionsqualität von Pol meren. Es werden drei, bevorzugt vier Kapillaren in Reihe angeordnet, wobei der Durch flussquerschnitt der die Einzelkapillaren miteinander verbindenden Leitungen abnimmt. Eine jede der in Reihe geschalteten Kapillare hat im Wesentlichen das selbe Verhältnis von Zuleitungslänge zur Querschnittsfläche. Das Gerät umfasst ferner eine Pumpe, um das er hitzte Polymer mit im Wesentlichen konstanter Fließrate durch die Kapillare zu bewegen. Ferner ist ein Sensor vorgesehen, mit welchem die Temperatur der Polymerschmelze er fasst wird sowie ein Sensor zur Erfassung des sich einstellenden Drucks über jede Kapillare. Mittels der erhaltenen Werte lässt sich anhand eines Prozessors die Polymerviskosität in jeder Kapillare anhand verschiedener Scherraten ermitteln.

DE 195 29 722 A1 bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen der Viskosität von Mo torölen für Verbrennungsmotoren zum Antrieb von Schiffen. In einer Beipassleitung ist ein Fallkugelviskosmeter vertikal angeordnet, welches die Krängung des Schiffes ausgleichend aufgehängt ist. Zwischen der Rücklaufleitung und dem Fallkugelviskosmeter ist in der Messleitung ein Magnetventil angeordnet, welches den Durchfluss des Motoröles steuert, indem bei geöffnetem Magnetventil die Kugel im Fallkugelviskosmeter durch das einströ mende Motorenöl angehoben wird und bei geschlossenem Magnetventil die Messung der Viskosität erfolgt, wobei an dem Fallkugelviskosmeter seitlich und übereinanderliegend die Messstrecke für die Zeitmessung begrenzende, induktive Nährungsschalter und außer halb der Messstrecke ein Temperaturmessfühler angeordnet ist.

DE 196 44 572 A1 bezieht sich auf einen Ölqualitätssensor. Die Ölqualitätsbestimmung erfolgt mittels eines mit einer sensitiven Schicht beschichteten Quarz. Die sensitive Schicht hat eine an einen Ölbestandteil adaptierte Oberfläche oder ein Volumen, die bzw. das ent sprechend der Konzentration des Ölbestandteils zur wiederholten Ein- und Auslagerung des Ölbestandteiles prädestiniert ist. Bei Vorliegen des Ölbestandteiles lagert sich dieser in die sensitive Schicht ein, wodurch der Quarzträger träge wird und entsprechend seine Re sonanzfrequenz sinkt. Durch Alterung des Öls nimmt der Bestandteil, der in die sensitive Schicht eingelagert ist, ab, wodurch die Resonanzfrequenz wieder ansteigt. Als Referenz wird eine nicht sensitive Schicht verwendet, über die der Viskositätseffekt des Öls auf die Schwingung des Quarzes und die Viskositätsveränderung des Motoröls als zweiter wichti ger Ölqualitätsparameter ermittelt werden.

Aus EP 0 598 301 B1 ist ein Verfahren zum Messen von Scherkräften und Normalkräften bekannt, mit welchem mittels eines elastomeren Gegenstandes unter Verwendung eines einzelnen Sensors Spannungsveränderungen an einem Substratmaterial sensiert werden. Dafür wird eine Lage eines piezoelektrischen Materials mit zwei leitfähigen Flächen so ausgerichtet, daß die die erzeugte piezoelektrische Spannung sensierende Fläche in einer empfindlichen Achse einer Scherebene liegt. Das piezoelektrische Material wird mit einem elastomeren Kissen bedeckt, so daß das piezoelektrische Material, das Substrat sowie das elastomere Kissen den Sensor bilden. Es werden Zug- und Kompression durch die Bil dung von Spannung mit entgegengesetzter Polarität gemessen. Zug- und Kom pression werden unter Heranziehung von Spannungskonstanten quantifiziert, Normalkräfte werden durch Anregungen des piezoelektrischen Materials und dazu konrrespondierenden Ultraschallsignalen ermittelt.

Auftretende Scherkräfte werden anhand einer Kombination von Ultraschallausga be und piezoelektrischer Ausgabe ermittelt, um in einem nachfolgenden Verfah rensschritt den Schervektor mittels der Polarität der erzeugten Spannung aufzulö sen.

Dieses Verfahren ist relativ aufwendig und bedarf zur Ermittlung aussagekräftiger Meßergebnisse einer Ultraschallperipherie und ist daher eher der Kategorie der Laborverfahren zuzurechnen. Alternative Vorgehensweisen liegen darin, durch die Bestimmung der Piezoelektrizität oder durch die Hochrechnung der Betriebs stunden, in Abhängigkeit von der Temperatur der Brennkraftmaschine den Ver schleiß des Schmierstoffes sowie die Viskosität bzw. die Scherfestigkeit des Mo toröles abzuschätzen, wobei die solcherart geschätzten Ergebnisse immer mit ei ner Unsicherheit behaftet bleiben.

Darstellung der Erfindung

Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrensweise lassen sich zur Be stimmung der Ölwechselintervalle an Arbeits- oder Brennkraftmaschinen, die die Alterung des Schmierstoffes bestimmenden Informationen ohne aufwendige Meßperipherie bereitstellen. Der Zeitpunkt, an dem ein Ölwechsel erforderlich ist, kann exakt definiert werden und somit ist die Gefahr für Motorschäden gebannt. Es lassen sich aufwendige Meßverfahren - wie im vorstehenden skizzierten Stand der Technik erläutert - vermeiden; die die auszuwertenden Zustandsgrößen des Schmierstoffes enthaltenden Größen lassen sich auf einfache Weise erfassen, in dem Druck- bzw. Temperatursensoren an den den Schmierstoff fördernden Leitungen vorgesehen werden. Die Bestimmung der Viskosität sowie der Scherfe stigkeit des Schmierstoffes kann in Echtzeit vorgenommen werden; die erhaltenen Resultate lassen sich einfach in Selbstdiagnosesysteme einspielen und dem Be dienungspersonal von stationären Arbeitsmaschinen, beispielsweise anzeigen oder dem Fahrer eines Kraftfahrzeuges anzeigen, daß der Zeitpunkt Ölwechsel ge kommen ist. Die Ermittlung des Schmiermittelzustandes mittels des erfindungs gemäß vorgeschlagenen Verfahrens sowie der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung erfolgt unter tatsächlichen Betriebsbedingungen, so daß die erhalte nen Meßwerte durch Labor- oder andere Umgebungseinflüsse weitestgehend un verfälscht vorliegen.

Mittels der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung und einer Auslegung der Scherspalte mit variabler Geometrie, kann die Genauigkeit der mit dem erfin dungsgemäßen Verfahren erhaltenen Meßwerte erheblich gesteigert werden. Die Auslegung der Spaltgeometrie läßt sich hinsichtlich der Querschnittsfläche, der Spaltlänge sowie der Spaltgeometrie variabel halten. Damit kann unterschiedli chen Einsatzzwecken der erfindungsgemäßen Vorrichtung Rechnung getragen werden; auch lassen sich somit erfindungsgemäß gestaltete Schmiermittelleitun gen eines Typs für die verschiedensten Einsatzzwecke individuell anpassen.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren besitzt zudem noch den weiteren Vorteil, daß bei der Bestimmung der Temperaturänderungen die Absoluttempe ratur Berücksichtigung finden kann.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung, die eine Schmiermittelleitung in vergrößerter Darstellung wiedergibt, wird die Erfindung nachstehend näher erläutert:

Ausführungsvarianten

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Schmiermittelleitung 1 ist in einer Wand stärke 2 ausgeführt und umfaßt eine Eintrittsöffnung 3 in die Schmiermittelleitung 1 sowie eine Austrittsöffnung 4, durch welche der Schmierstoff die Schmiermit telleitung 1 verläßt. Der nach der Antrittsöffnung 3 angeordnete erste Scherspalt 5 dient der Erfassung der Zustandsgrößen 6, hier Druck p₁, sowie Temperatur T₁ des Schmiermittels vor dem ersten Schmierspalt 5. Die Spaltgeometrie 8 des er sten Scherspaltes 5 kann variabel hinsichtlich der Spaltlänge 7 gehalten werden. Durch den Eintritt 5.1 tritt der Schmierstoff in den ersten Scherspalt 5 ein, durch den Austritt 5.2 verläßt der Schmierstoff den ersten Scherspalt 5 wieder.

Dem ersten Scherspalt 5 sind sowohl ein Drucksensor, als auch ein Temperatur sensor 14 zugeordnet, mit deren Kombination sich die Zustandsgrößen 6 vor dem ersten Scherspalt 5 ermitteln lassen. Die sich nach der Passage des ersten Scher spaltes 5 einstellenden Zustandsgrößen 10 im Schmierstoff, lassen sich durch eine Sensoranordnung 13, 14, die einem zweiten Scherspalt 9 zugeordnet ist, bestim men; die zweite Spaltgeometrie 12 unterscheidet sich von der Spaltgeometrie 8 des ersten Scherspaltes 5. Auch im zweiten Scherspalt 9 sind jeweils mindestens ein Drucksensor 13 sowie ein Temperatursensor 14 aufgenommen, mit denen die Zustandsgrößen 10, nämlich Druck p₂ und Temperatur t₂ sensiert werden.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kombination der Druck- und Tempe ratursensoren 13 bzw. 14 können lassen sich die zur Ermittlung der Scherfestig keit bzw. der Viskosität des Schmiermittels notwendigen Zustandsgrößen 6 bzw. 10 ermitteln, so daß aus deren Bestimmung die Viskosität bzw. die Scherfestigkeit des Schmierstoffes hergeleitet werden kann. Die Messung und Ermittlung erfolgt zuverlässig, selbst unter extremen Bedingungen. Der erste Scherspalt 5 bzw. der zweite Scherspalt 9 lassen sich in der Schmiermittelleitung 1 durch entsprechende Durchmesserverjüngungen realisieren. Es können sowohl scheibenförmige, mit der Sensorik 13, 14 versehene Einsätze, angepaßt an den Innendurchmesser der Schmiermittelleitung in diese eingefügt werden oder auch Scherrspalte 5, 9 unter schiedlicher Geometrien direkt in der Schmiermittelleitung 1 angeordnet werden.

Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren können über die Drucksen soren 13 und die Temperatursensoren 14, jeweils angeordnet im ersten bzw. zweiten Scherspalt 5, 9, die Zustandsgrößen 6 bzw. 10 gemessen werden. Durch eine sich an die Messung der jeweiligen Zustandsgrößen 6 bzw. 10 anschließen den Vergleich von Drücken und Temperaturen vor und nach dem Scherspalt, las sen sich unter Berücksichtigung der Temperaturänderungen die jeweilige Visko sität/Scherfestigkeit des Schmierstoffes problemlos bestimmen. Durch eine sich an die genannte Messung anschließende Auswertung der gemessenen Druck- bzw. Temperaturänderung über den Scherspalt, kann die geleistete mechanische Arbeit über die Scherspalte S. 9 bestimmt werden, aus der sich wiederum die Viskosi tät/Scherfestigkeit des Schmierstoffes ableiten läßt.

Eine Verfeinerung der Vorrichtung zur Messung der Scherfestigkeit bzw. der Viskosität läßt sich dadurch erzielen, daß die Scherspalte 5, 9 jeweils mit varia blen Geometrien 8, 12 ausgestattet sein können. Dadurch läßt sich in besonders vorteilhafterweise der Scherschnitt sowie die Spaltlänge der jeweiligen Scher spalte 5 bzw. 9 beeinflussen, so daß eine solcherart gestaltete Schmiermittellei tung 1 samt Sensorik 13, 14 am ersten bzw. am zweiten Scherspalt 5 bzw. 9 opti mal an jeweilige Einsatzverhältnisse anpassen läßt.

Da die Temperaturänderung sowie die Absoluttemperatur in die Messung und Bestimmung der Zustandsgrößen sowie die sich daran anschließende Auswertung eingeht, sind die erhaltenen Ergebnisse mittels des erfindungsgemäß vorgeschla genen Verfahrens zur Ermittlung der Scherfestigkeit bzw. der Viskosität ausrei chend aussagekräftig. Schätzwerten zwangsläufig innewohnende Ungenauigkeiten können bei Anwendung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens defi nitiv ausgeschlossen werden.

Neben der Verwendung an Verbrennungsmotoren lassen sich die erfindungsge mäße Vorrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren an Arbeitsmaschinen und anderen angetriebenen, mit einem Schmierstoffkreislauf ausgestatteten Ma schinen einsetzen, um die Ölwechselintervalle den Einsatzbedingungen dieser Maschinen anzupassen und unter Verzicht auf Schätzwerte zuverlässig zu be stimmen.

Bezugszeichenliste

1

Schmiermittelleitung

2

Wandstärke

3

Eintrittsleitung

4

Austrittsleitung

5

erster Scherspalt

5.1

Eintritt erster Scherspalt

5.2

Austritt erster Scherspalt

6

Zustandsgrößen vor dem ersten Scherspalt

7

Spaltlänge

8

Spaltgeometrie

9

zweiter Scherspalt

9.1

Eintritt zweiter Scherspalt

9.2

Austritt zweiter Scherspalt

10

Zustandsgrößen vor dem zweiten Scherspalt

11

Spaltlänge

12

Spaltgeometrie

13

Drucksensor

14

Temperatursensor

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung der Scherfestigkeit von Schmierstoffen, wobei diese durch eine Schmiermittelleitung (1) gefördert werden, der Sensoren (13, 14) zur Er fassung von Zustandsgrößen (6, 10) des Schmierstoffes zugeordnet sind, dadurch ge kennzeichnet, daß an zwei geometrisch verschiedenen Scherspalten (5, 9) in der Schmiermittelleitung (1) die Zustandsgrößen, Druck und Temperatur (6, 10) des Schmierstoffes durch die Sensoren (13, 14) erfasst und Änderungen dieser Zustands größen (6, 10) ermittelt werden.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus den gemessenen Zu standsgrößen (6) am ersten Scherspalt (5) und den am zweiten Scherspalt (9) gemes senen Zustandsgrößen (10) Änderungen der Zustandsgrößen Druck und Temperatur ermittelt werden.

3. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Vergleich der Zu standsgrößen (6, 10) vor und nach dem Scherspalt (5) die dort verrichtete mechani sche Arbeit ermittelt wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ermittlung der Änderungen von Zustandsgrößen (6, 10) die Absoluttemperatur Berücksichtigung findet.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltgeometrie (8, 12) der Scherspalte (5, 9) variabel ist.

6. Vorrichtung zur Bestimmung der Scherfestigkeit an Schmierstoffen, die durch eine Schmierstoffleitung (1) gefördert werden, der Sensoren (13, 14) zugeordnet sind, die Zustandsgrößen (6, 10) des Schmierstoffes erfassen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schmiermittelleitung (1) geometrisch verschiedene Scherspalte (5, 9) vorgesehen sind, die hinsichtlich der Spaltgeometrie (8, 12) variabel ausgelegt und welchen Sensoren (13, 14) zugeordnet sind, die die Zustandsgrößen Druck und Temparatur (6, 10) erfassen.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltgeometrie (8, 12) hinsichtlich der Spaltlänge (7, 11) variabel ist.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltgeometrie (8, 12) hinsichtlich des Spaltquerschnittes variabel ist.