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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ölqualitätsüberwachung wenigstens einer Getriebeeinheit, insbesondere wenigstens einer unter Tiefkühlbedingungen betriebenen Getriebeeinheit, mit einer Ölschmierung in wenigstens einem Innenbereich eines Getriebegehäuses der Getriebeeinheit, wobei sich in dem Innenbereich des Getriebegehäuses bewegendes Öl eine vorbestimmte Strömungsrichtung aufweist.
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Ein wichtiger Parameter für die Qualität eines Öls einer Getriebeeinheit ist dessen Viskosität, die sich unmittelbar auf die Schmiereigenschaften des Öls auswirkt. Die Viskosität des Öls wird dabei einerseits durch die Temperatur und andererseits auch durch sich in dem Öl anreicherndes freies Wasser beeinflusst. Sowohl freies Wasser als auch die Öltemperatur können die Schmiereigenschaften des Öls einschränken und damit das Risiko eines Ausfalls der Getriebeeinheit oder von Teilen dieser erhöhen. Zudem kann freies Wasser zu einer verstärkten Korrosion innerhalb des Getriebegehäuses führen, welche ebenso wie schlechtere Schmiereigenschaften ein erhöhtes Ausfallrisiko bedingt.
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Bei solchen Getriebeeinheiten, die unter Tiefkühlbedingungen betrieben werden, kommt die Gefahr einer Eisbildung innerhalb des Getriebegehäuses hinzu. Das freie Wasser kann insbesondere bei Stillstand der Getriebeeinheit gefrieren. Neben einer Beeinträchtigung der Funktion der Getriebeeinheit kann gefrorenes Wasser auch zu einer Zerstörung der Getriebeeinheit führen. Beispielsweise kann durch eine Ausdehnung des Eises ein Getriebedeckel des Getriebegehäuses oder ein Lager der Getriebeeinheit abgedrückt und beschädigt werden. Der Betrieb unter Tiefkühlbedingungen verstärkt diese Problematik zudem dadurch, dass durch Temperaturwechsel und einer besonders großen Temperaturdifferenz zwischen Extremtemperaturen in der Getriebeeinheit eine starke Kondenswasserbildung bedingt ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine Ölqualitätsüberwachung einer Getriebeeinheit ermöglicht und die geeignet ist den speziell unter Tiefkühlbedingungen vorliegenden Erfordernissen gerecht zu werden.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einer Getriebeeinheit mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 12. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweils nachgeordneten Ansprüchen angegeben.
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Die Vorrichtung zur Ölqualitätsüberwachung wenigstens einer Getriebeeinheit, insbesondere wenigstens einer unter Tiefkühlbedingungen betriebenen Getriebeeinheit, mit einer Ölschmierung in wenigstens einem Innenbereich eines Getriebegehäuses der Getriebeeinheit, wobei sich in dem Innenbereich des Getriebegehäuses bewegendes Öl eine vorbestimmte Strömungsrichtung aufweist, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die Vorrichtung zur Ölqualitätsüberwachung ein Reservoir aufweist, dass das Reservoir ein in seiner bestimmungsgemäßen Einbauposition nach oben offener Behälter ist, der eine Sammeleinrichtung für sich oberhalb des Reservoirs aus dem Öl abtrennende, schwerere Bestandteile bildet, dass das Reservoir wenigstens einen WIF-Sensor aufweist, dass das Reservoir dem Innenbereich an einem tiefsten Punkt des Getriebegehäuses zuordenbar ist, wobei das Reservoir unterhalb eines von dem Öl während eines Betriebes in der Getriebeeinheit durchströmten Bereichs anzuordnen ist, und dass das Reservoir einen gegenüber dem von dem Öl durchströmten Innenbereich des Getriebegehäuses strömungsberuhigten Bereich ausbildet.
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Indem das Reservoir der Vorrichtung unterhalb eines von dem Öl durchströmten Bereichs und an einem tiefsten Punkt des Getriebegehäuses angeordnet ist, insbesondere unterhalb eines tiefsten, von dem Öl durchströmten Bereichs des Getriebegehäuses angeordnet ist, sammeln sich schwerere Bestandteile in dem Öl, wie freies Wasser, in dem Reservoir der Vorrichtung an. Das in dem Reservoir angesammelte freie Wasser kann dann mit dem WIF-Sensor detektiert werden, bevor die Menge an freiem Wasser in dem Getriebeöl zu Beschädigungen einer mit der Vorrichtung ausgerüsteten Getriebeeinheit führt. Der WIF-Sensor ist ein Wasser in Öl erfassender Sensor, wobei die Messung typischerweise über die Ermittlung der jeweiligen Leitfähigkeit von Wasser bzw. Öl zwischen zwei Elektroden des WIF-Sensors erfolgt. Wird die Anwesenheit von freiem Wasser in dem Reservoir und damit in dem Öl der Getriebeeinheit mit dem WIF-Sensor festgestellt, kann in Folge dessen beispielsweise eine Anzeige des Vorhandenseins von Wasser erfolgen oder ein Alarm ausgelöst werden.
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Um die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Ölqualitätsüberwachung zu steigern, kann das Reservoir nach einer Weiterbildung wenigstens zwei WIF-Sensoren aufweisen. Ein erster der beiden WIF-Sensoren definiert dann eine Warngrenze der Ölqualitätsüberwachung und der andere, zweite WIF-Sensor eine Alarmgrenze der Ölqualitätsüberwachung. Der erste WIF-Sensor, dem die Warngrenze zugeordnet ist, ist dann so zu dem zweiten WIF-Sensor, dem die Alarmgrenze zugeordnet ist, angeordnet, dass der erste WIF-Sensor geringere Mengen freies Wasser in dem Reservoir detektieren kann als der zweite WIF-Sensor.
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In weiterer Ausgestaltung sind die WIF-Sensoren daher in einer vorbestimmten Einbauposition des Reservoirs in unterschiedlicher Höhe übereinander angeordnet. Der erste WIF-Sensor, dem die Warngrenze zugeordnet ist, ist dann unterhalb des zweiten WIF-Sensors mit der Alarmgrenze angeordnet.
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Über unterschiedliche Kombinationen der von den WIF-Sensoren erhaltenen Werte können Rückschlüsse auf „Fehler“ der WIF-Sensoren gezogen werden. So ist davon auszugehen, dass bei Anzeige von freiem Wasser an der Alarmgrenze jedoch keinem freien Wasser an der Warngrenze ein Fühlerbruch des WIF-Sensors an der Alarmgrenze vorliegt. Wird nur an dem WIF-Sensor der Warngrenze oder an beiden WIF-Sensoren freies Wasser angezeigt, kann an diesem oder diesen entweder Wasser vorliegen oder eine entsprechende Beschädigung des jeweiligen WIF-Sensors. Zeigen beide WIF-Sensoren kein Wasser an, ist davon auszugehen, dass Wasser nur unterhalb der Warngrenze in dem Reservoir der Vorrichtung vorliegen kann.
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Damit der WIF-Sensor oder die WIF-Sensoren entsprechend ausgewertet werden können, ist diesen nach einer Weiterbildung eine Auswerteeinheit der Vorrichtung zur Ölqualitätsüberwachung zugeordnet. In der Auswerteeinheit erfolgt dann die Verarbeitung der mit den WIF-Sensoren ermittelten Werte und eine entsprechend vorgesehene Ausgabe der Werte bei Vorliegen von freiem Wasser an der Warngrenze oder an der Alarmgrenze oder einer sonstig vorgesehenen Benachrichtigung.
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Um bei einer Eisbildung innerhalb des Getriebegehäuses und insbesondere innerhalb des Reservoirs eine günstige eisbedingte Druckverteilung sicherzustellen, ist nach einer Weiterbildung vorgesehen, dass das Reservoir einen Konus ausformt, der sich in Richtung eines Anschlussbereichs an einen Innenbereich eines Getriebegehäuses aufweitet. In dem konisch ausgebildeten Reservoir dehnt sich gebildetes Eis dann in Richtung des sich aufweitenden Konus aus. Der durch das gebildete Eis auf das konusförmige Reservoir ausgeübte Druck ist dadurch vorteilhaft gering, da dem mit zunehmender Eisbildung größeren Volumen des Eises zunehmend mehr Raum in dem Reservoir zur Verfügung steht. Druckspitzen oder einer übermäßigen Erhöhung des Druckes auf das Reservoir oder in bestimmten Bereichen des Getriebegehäuses, die zu Beschädigungen an Bauteilen führen können, ist damit effektiv entgegengewirkt.
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Nach einer nächsten Weiterbildung ist das Reservoir mittig zu einem Lager einer Drehachse der Getriebeeinheit angeordnet, insbesondere mittig unterhalb des Lagers der Drehachse eines Getriebes der Getriebeeinheit angeordnet. Eine solche Anordnung entlastet im Falle einer Eisbildung dann ein an einer tiefsten Stelle der Getriebeeinheit vorzusehendes Lager wenigstens eines der Getriebe, indem sich das Eis in dem Reservoir ausdehnen kann. Durch das zusätzliche Volumen des Reservoirs drückt sich bildendes Eis, insbesondere sich an einer tiefsten Stelle einer eingebauten Getriebeeinheit bildendes Eis, nicht gegen das Lager, so dass dieses auf optimale Weise geschützt ist. Zudem ist durch diese Anordnung des Reservoirs erreicht, dass einem eisbedingten Abdrücken eines Getriebedeckels in diesem Bereich entgegengewirkt ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Reservoir an einer tiefsten Stelle des Getriebegehäuses angeordnet, insbesondere an einer tiefsten Stelle des von dem Öl geschmierten Innenbereichs des Getriebegehäuses angeordnet. Sowohl das Öl als auch in dem Öl möglicherweise enthaltene schwerere Bestandteile, wie zum Beispiel freies Wasser, setzen sich dann in dem Reservoir ab. Indem das Reservoir zudem eine Ablasseinrichtung aufweist, kann auf einfache Weise ein Wechsel des Öls erfolgen. Sollte sich in dem Reservoir freies Wasser angesammelt haben und die WIF-Sensoren dies angezeigt haben, kann auch dieses über die Ablasseinrichtung entnommen werden.
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In weiterer Ausgestaltung kann das Reservoir auch eine Heizeinrichtung aufweisen. Eine solche Heizeinrichtung erhöht die Betriebssicherheit dahingehend, dass einer Eisbildung in dem Reservoir aktiv entgegengewirkt wird. Die Heizeinrichtung stellt dabei sicher, dass freies Wasser in seinem flüssigen Aggregatzustand verbleibt.
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Nach einer Weiterbildung ist das Reservoir mittels einer Schraubverbindung an einem Getriebedeckel der Getriebeeinheit befestigbar. Durch die Befestigung des Reservoirs an dem Getriebedeckel ist sichergestellt, dass auch eine Nachrüstung einer Getriebeeinheit mit der Vorrichtung zur Qualitätsüberwachung auf einfache Weise möglich ist, da nur wenige Bauteile, in diesem Fall nur der Getriebedeckel, modifiziert werden müssen, um das Reservoir an die jeweilige Getriebeeinheit anzupassen. Vorteilhafterweise ist der Getriebedeckel zudem zumeist mittig zu dem Lager einer Drehachse eines jeweiligen Getriebes und an einem tiefsten Punkt einer bestimmungsgemäß eingebauten Getriebeeinheit angeordnet.
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Die Schraubverbindung kann dann vorteilhafterweise mit einer Spannplatte kombiniert sein, wobei Schrauben der Schraubverbindung die Spannplatte in Richtung des Getriebedeckels anziehen. Das zwischen der Spannplatte und dem Getriebedeckel angeordnete Reservoir wird dann auf einfache Weise über die Schraubverbindung und die Spannplatte an den Getriebedeckel angedrückt.
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Weiter weist ein entsprechend modifizierter Getriebedeckel neben Schraubaufnahmen für die Schraubverbindung wenigstens eine Ausnehmung auf, durch die Öl bzw. zu detektierendes Wasser in das Reservoir gelangen kann.
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Um zusätzliche Daten zur Beurteilung der Ölqualität bereitstellen zu können, weist die Vorrichtung zur Ölqualitätsüberwachung nach einer Weiterbildung wenigstens einen Temperatursensor zur Erfassung der Öltemperatur in der Getriebeeinheit auf. Die Temperatur des Öls hat ebenso wie freies Wasser einen entscheidenden Einfluss auf die Viskosität des Öls, so dass die Temperatur des Öls ebenso wie das freie Wasser in der Auswerteeinheit erfasst werden soll. Auf einfache Weise kann zu der Temperatur des Öls ein Trending aufgezeichnet werden, wobei wiederum an zuvor bestimmten Warngrenzen oder Warngrenzen und Alarmgrenzen ein entsprechendes Signal erzeugt wird.
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Da unterschiedliche Getriebe einer Getriebeeinheit unterschiedliche Anforderungen an das Öl bzw. dessen Viskosität stellen, kann in weiterer Ausgestaltung jedem Getriebe der Getriebeeinheit wenigstens ein Temperatursensor zugeordnet sein.
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Wenigstens ein nach einer Weiterbildung erfindungsgemäß vorgesehener Adsorber der Vorrichtung zur Ölqualitätsüberwachung, ermöglicht zudem, dass freies Wasser in dem von dem Öl durchströmten Innenbereich des Getriebegehäuses aktiv gebunden wird. Der durch die Temperaturwechsel bedingten Kondenswasserbildung wird so entgegengewirkt, wobei sich insgesamt weniger Wasser in dem Reservoir ansammeln kann oder in dem Innenbereich des Getriebegehäuses gefrieren kann.
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Weiter betrifft die Erfindung auch eine Getriebeeinheit mit wenigstens einem Getriebe, insbesondere wenigstens einem unter Tiefkühlbedingungen betriebenen Getriebe, wobei das Getriebe in einem Getriebegehäuse aufgenommen ist und eine Ölschmierung in wenigstens einem Innenbereich des Getriebegehäuses aufweist, wobei sich in dem Innenbereich des Getriebegehäuses bewegendes Öl eine vorbestimmte Strömungsrichtung aufweist. Diese Getriebeeinheit zeichnet sich erfindungsgemäß durch wenigstens eine vorgenannte Vorrichtung zur Ölqualitätsüberwachung aus. Mit der zusätzlichen Vorrichtung zur Ölqualitätsüberwachung ist diese Getriebeeinheit besonders geeignet, um unter Tiefkühlbedingungen mit der Gefahr von Eisbildung durch sich innerhalb der Getriebeeinheit ansammelndem Kondenswasser betrieben zu werden.
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In weiterer Ausgestaltung ist das Getriebe ein mehrstufiges Getriebe, wobei das Getriebe in dem Getriebegehäuse eine Kegelradstufe und eine Planetenstufe aufweist. Eine solche Getriebekombination wird häufig in Wendelförderern eingesetzt, um einen Endlosgurt zu fördern, auf dem Lebensmittel nach deren Herstellung für den Weitertransport tiefgefroren werden. Bei bestimmungsgemäßem Einbau der Getriebeeinheit ist die Kegelradstufe dann meist unterhalb der Planetenstufe angeordnet, während ein Getriebeantrieb seitlich an die Kegelradstufe angesetzt ist. Das Reservoir ist dementsprechend nach einer Weiterbildung unterhalb eines Lagers der Drehachse der Kegelradstufe und der Planetenstufe angeordnet.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben können, ist in der Zeichnung dargestellt. Gleiche Teile sind dabei in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung einer Getriebeeinheit mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
- 2: eine perspektivische Darstellung eines Reservoirs der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die schematische Darstellung gemäß 1 zeigt einen beispielhaften Aufbau einer Getriebeeinheit 1 in ihrer vorbestimmten Einbauposition mit einem Reservoir 2 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ölqualitätsüberwachung. Die Getriebeeinheit 1 setzt sich dabei aus einem zweistufigen Getriebe mit einer Kegelradstufe 3 und einer Planetenstufe 4 zusammen. Sowohl die Kegelradstufe 3 als auch die Planetenstufe 4 sind dabei in einem Getriebegehäuse 1a der Getriebeeinheit 1 aufgenommen. Die Kegelradstufe 3 ist in der vorbestimmten Einbauposition unterhalb der Planetenstufe 4 angeordnet. An die Getriebeeinheit 1 ist seitlich zu der Kegelradstufe 3 eine Antriebseinheit 5 angesetzt. Die Antriebseinheit 5 ist über die Kegelradstufe 3 kraftübertragend mit der Planetenstufe 4 verbunden, wobei sich an die Planetenstufe 4 abtriebsseitig ein Abtrieb 6 anschließt. Das Reservoir 2 ist unterhalb der Kegelradstufe 3 an die Getriebeeinheit 1 angesetzt, wobei das Reservoir an einem Getriebedeckel 7 der Getriebeeinheit 1 gehalten ist. Der Getriebedeckel 7 bildet dabei auch ein Lager 8 für die Kegelradstufe 3. Das Reservoir 2 wird dabei über eine Spannplatte 9 und Schrauben 10 an den Getriebedeckel 7 angedrückt. Das Reservoir 2 ist dementsprechend zwischen der Spannplatte 9 und den Getriebedeckel 7 verklemmt.
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Das Reservoir 2 weist insgesamt zwei WIF-Sensoren 11, 11' auf, welche in der dargestellten Einbauposition übereinander angeordnet sind und Wasser bzw. Öl in unterschiedlichen Höhen des Reservoirs 2 detektieren. Zum Auswerten der mit den WIF-Sensoren 11, 11' erfassten Werte und der Ausgabe eines entsprechenden Signals, sind diese mit einer nicht dargestellten Auswerteeinheit der Vorrichtung verbunden. Weiter weist das Reservoir 2 an einer untersten Stelle eine Ablasseinrichtung 12 auf, welche durch einen Kugelhahn und einen Schlauch gebildet ist. Um ein Einfrieren des Reservoirs 2 zu verhindern, weist dieses zudem einen mittigen Heizstab 15 auf, der von einem in der dargestellten Einbauposition unteren Ende des Reservoirs 2 in dieses hineinragt.
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Damit Öl oder Wasser aus einem von dem Getriebegehäuse 1a begrenzten Innenbereich der Getriebeeinheit 1 mit der Kegelradstufe 3 und der Planetenstufe 4 in das Reservoir 2 gelangen kann, ist der Getriebedeckel 7 fluiddurchlässig gestaltet. Dies wird insbesondere in 2 deutlich, die nur den Getriebedeckel 7 mit dem Reservoir 2 zeigt. Sich in dem Getriebegehäuse 1 bewegendes Öl oder Wasser strömt dabei oberhalb des Getriebedeckels 7 an dem Getriebedeckel 7 und dem Reservoir 2 vorbei und gelangt über die Ausnehmungen 13 in das Reservoir 2. Die WIF-Sensoren 11, 11' zeigen dann, in Abhängigkeit davon, ob Wasser vorliegt oder nicht, entsprechende Messergebnisse an.
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Weiter ist 2 zu entnehmen, dass der Getriebedeckel 7 eine Vielzahl von Schraubaufnahmen 14 aufweist, die einerseits der Befestigung des Getriebedeckels 7 an dem Getriebegehäuse 1a dienen und an denen andererseits die Schrauben 10 zum Befestigen des Reservoirs 2 gehalten sind.
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Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind in einer beliebigen Auswahl mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
