DE2241143A1

DE2241143A1 - Maschinenabnutzungs-analysator

Info

Publication number: DE2241143A1
Application number: DE19722241143
Authority: DE
Inventors: Vernon C Westcott
Original assignee: TRANS SONICS Inc
Current assignee: TRANS SONICS Inc
Priority date: 1971-08-25
Filing date: 1972-08-22
Publication date: 1973-03-01
Also published as: DE2241143B2; JPS4850793A; GB1415311A; JPS5325514B2; DE2241143C3; AT349800B; ATA734072A; GB1415312A; CA970594A; FR2151419A5

Description

Meine Akte: T-3089 Anmelder: Trans-Sonics, Inc., P.O. Box 326, Lexington,Mass.02173,USA

Maschinenabnutzungs-Analysator

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Feststellen von überfeinen Partikeln in einem Fluid und zur optischen Bestimmung der Art und Größe ihrer Verteilung. Weiterhin bezieht sich lie Erfindung auf die Analyse der Abnutzung oder des Abriebs sich bewegender Teile, beispielsweise' von Düsen- oder Strahltriebwerklagern, und auf die Untersuchung und Überprüfung der Leistungsfähigheit verschiedener Schmiermittel.

Häufig ist es notwendig und erforderlich, bestimmte Besonderheiten und Eigenschaftun von Partikeln in einem Fluid zu überwachen, wie beispielsweise unter anderem die Partikelart (ob e;; beispielsweise Partikel ms reinem Metall, Oxyden, Sulfiden etc. sind), der Partikelgröße und der Partikelkonzentrat.ion. Beispielsweise wird bei Maschinen oder Mechanismen mit Teilen, die sich hin- und herbet/egen oder gegeneinander drehen, im allgemeinen ein Schmieröl bei den sich bewegenden Teilen angey./en) ;t, um die Reibung zwiüch α den Teilen und die zu erwartende Abnutzung bzw. den zu erwartenden Abriob auf ein Mindestmaß herabzusetzen. In vielen Fällen kann durch die Reibung dor Abrieb oder die Abnutzung insgesamt aber nicht vollständig bey itigt werden und das Material wird während des Gebrauchs durch die Maschine oder den Mech-inu'inus fortwährend abgenutzt. Dan S"hmiei.c51 nimmt die Abriebpartikel mit und führt sie weg. Durch eine Untersuchung der in dem ül schwebenden Partikel ist t>:3 möglich, die Betriebsweise der Maschine oder des Mechanismus zu überwachen und dadurch beginnende Schäden und Defekte festzustellen. Häufig weisen die Partikel eine äußerst geringe Größe

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auf; beispielsweise Liegen sie in einer Größenordnung von maximal einigen Mikron (10 mm) bis unter wenige Hundertstel Mikron; diese Partikel werden im folgenden als "überfein" bezeichnet.

Die Konzentrationen geringer Mengen verschiedener Substanzen oder Masneteilchen in einem Fluid werden häufig mittels chemischer oder spektrometrischer Verfahren gemessen. Diese beiden Verfahren eignen sich aber hauptsächlich für Laborbetrieb, da sie oft teure, komplizierte und aufwendige Anlagen erfordern, die nicht ohne weiteres für Messungen am Aufstellungsort der Maschinen geeignet sind. Obendrein sich diese Verfahren zur Bestimmung der Eigenschaften und Kenndaten von Partikeln in einem Fluid, wie de^Partikelgrößen-Verteilung oder der Geschwindigkeit, mit der diese Verteilung sich ändert unzureichend; die Bestimmung dieser Werte stellt aber eine große Hilfe bei der Voraussage von Maschinenschäden, -defekten und Störungen infolge der Abnutzung von Teilen dar.

Flüssige Suspensionen werden im allgemeinen mit Hilfe eines Mikroskops untersucht, um die Eigenschaften und Baten der in ihnen schwebenden Partikel zu bestimmen. Hierbei wurde Licht durch die Flüssigkeit übertragen und in dem Mikroskop das von dun Partikeln reflektierte oder gebrochene Licht beobachtet. Aber auch dieses Verfahren ist für dio Untersuchung von Suspensionen überfeiner Partikel geringer Konzentration (beispielsweise mehrere Teile pro MilLion) ungeeignet und unzureichend, da diese Partikel zu klein sind, um die Wellenfront des auf sie auftreffenden Lichts nennenswert und feststellbar zu stören. Feiner können sogar etwas größere Partikel in der Suspension nur, wenn überhaupt, mit Schwierigkeit photographiert werden, da die Beobachtung aufgrund der Braun-schen Wärmebewegungen der Partikel, insbesondere ober längere Zeit "verwischt und verschwommen" wird.

Die Erfindung schafft daher ein Verfahren und eine Vorrichtung zur überwachung fremder Substanzen, die in sehr feinen Konzentrationen und in Partikelform mitgeführt werden. Weiterhin schafft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Analysierung eines Fluids, um die Konzentration überfeiner

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magnetischer Partikel in ihr sowie die Abnutzungswerte bzw. Daten der Maschine^oder des Mechanismus zu bestimmen. Ferner schafft die Maschine ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Voraussage von Maschinenschäden oder -defekten, die durch Abriebteilchen oder -partikel gekennzeichnet sind. Fernhin schafft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Analysierung der Konzentration von Eisenpartikeln in Fluids von Maschinen am Ort ihrer Aufstellung bei normalem Betrieb. Schließlich schafft die Erfindung ein Ve±fahren und eine Vorrichtung zur Überprüfung und Untersuchung der Ausführung bzw. Leistungsfähigkeit von Schmieröl.

Gemäß der Erfindung werden überfeine, aus Partikeln bestehende Substanzen in einem Fluid dadurch analysiert, daß die Partikel "gesammelt" und sie in einer aus Einzelpartikeln bestehenden Form klassifiziert werden. In bestimmten Fällen können dann genauere Schlußfolgerungen aus einer Anzahl Bigenschaften und Merkmalen der Partikel selbst gezogen werden, die häufig der Information widersprechen bzw. dieser entgegengesetzt sind, die auf Zustandsmerkmalen und Daten basieren, die sich aus einer spektrographischen oder chemischen Analyse ergeben. Allerdings können durch Konzentrierung der Partikel auf einem Substrat oder einem Träger, wie unten noch beschrieben wird, tatsächlich die Partikel mit Hilfe eines Mikroskops wahrgenommen und untersucht werden und hierdurch ohne weiteres bestimmte Merkmale und Kennwerte, wie die Partikelgröße und die Größenverteilung, die Partikelform und bis zu einem gewissen Grad sogar der chemische Aufbau der einzelnen Partikel festge-. stellt werden. Eine solche Information geht natürlich verloren, wenn die Partikel im Verlauf von chemischen oder spektrographischen Analysen, wie sie bisher verwendet wurden, zerstört werden. Außerdem ist es sehr wichtig,die Abriebwerte der sich bewegenden Teile oder umgekehrt die Ablagerungen in den Schmiermitteln dieser Teile zu analysieren und zu bestimmen.

Um die schwebenden. Teilchen zu konzentrieren, wild ein Partikel enthaltendes Fluid über ein diese Partikel "sammelndes" bzw. aufnehmendes Substrat bzw. einen solchen Träger bei

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Anliegen eines magnetischen oder elektrischen Feldes mit starkem Gradienten geleitet. Die jeweiligen Felder schaffen magnetisch aufnahmefähige oder elektrisch polarisierbare Partikel, so daß sie sich auf dem Substrat in einem Maß oder Verhältnis absetzen, das ihrer Konzentration in dem Fluid ebenso wie der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids über das Substrat oder den Träger proportional ist. Durch Untersuchen der abgeschiedenen Materialien nach einer bestimmten festen Zeit können ihre Konzentrationen bestimmt und überwacht werden. Durch wiederholte Untersuchungen kann dann die Art und Weise festgestellt werden, in der sich die Konzentration mit der Zeit ändert.

Die Partikel setzen sich auf dem Substrat entsprechend ihrer Größe ab, d.h. größere Partikel setzen sich zuerst und kleinere Partikel zuletzt ab. Dies beruht auf der Tatsache, daß die Feldstärken, mit denen ein Partikel auf das Substrat gezogen wird, eine Funktio^des Partikelvolumens sind, während die viskosen Verzögerungskräfte eine Funktion der Partikeloberfläche sind. Infolge dessen werden größere Partikel, bei denen das Verhältnis Volumen zu Oberfläche groß ist, zuerst aus dem Fluid gezogen. Als Ergebnis befindet sich dann ein Streifen von abgesetzten Materialien auf dem Substrat, wobei sich die Partikelgröße von einem Ende des Streifens bis zu dessen anderem Ende allmählich ändert. Der Streifen ist im allgemeinen mit bloßem Auge sichtbar, und es kann auf diese Weise eine ungefähre grobe Vorstellung von der Partikelgrößenverteilung allein schon durch eine flüchtige Betrachtung der entsprechenden Schwärze der verschiedenen Teile des Streifens erhalten werden. Für genauere Untersuchungen sollten aber, wie unten noch beschrieben wird, feinere Verfahren angewendet werden.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird zur Analysierung des Gehalts einer Flüssigkeit an magnetischen Partikeln oin dünner glatter Glasobjektträger von einigen cm Länge quer zu dem Spalt eines starken Magneten angeordnet, um dadurch ein" stark divergierendes magnetisches Feld an der

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Oberseite des Objektträgers mit Gradientenkomponenten in der Größenordnung von einigen 100 Kilogausz/cm zu schaffen. Eisen oder andere magnetische, in der Flüssigkeit schwebende Partikel setzen sich aufgrund der Stärke des magnetischen Feldgradienten auf dem Substrat ab. .

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Objektträger mit seiner Längskante parallel zu dem Spalt zwischen die Polstücke gebracht und mit einer Seite ein wenig gegenüber dem Spalt angehoben (beispielsweise um ungefähr 1 Grad). Hierdurch wird eine allmähliche Zunahme der Feldstärke entlang der Strömungsbahn des Fluids erreicht, so daß sich Partikel in dem Fluid entlang der.Länge des Substrats entsprechend ihrer Größe absetzen und niederschlagen; hierdurch ist eine instruktivere Anzeige der Abriebwerte einer Maschine geschaffen/ von welcher- . die Fluidprobe genommen ist. Insbesondere die größeren Partikel setzen sich zuerst ab, während die kleineren Partikel sich zuletzt niederschlagen;hierdurch ist eine Größeverteilung von groß nach klein entlang der Strömungsbahn erreicht.

Nachdem eine ausreichende Fluidmenge über das Substrat geströmt ist, wird das Substrat dann getrocknet und optisch zur Bestimmung der Partikelkonzentration untersucht. Eine optische Untersuchung der überfeinen Partikel ist dadurch ermöglicht, daß die Partikel auf dem Substrat mit Hilfe des "Sammel"-Verfahrens gemäß derErfindung stark konzentriert wind. Diese Untersuchung kann mittels optischer Verfahren , beispielsweise mittels eines Mikroskops, oder photometrisch, beispielsweise mittels eines Schwärzungsmessers, durchgeführt werden, der zum Abtasten des Substrats verwendet werden kann und der einen Ausgangswert liefert, der der Dichte der Partikel auf einer vorgegebenen Fläche proportional ist. Da die Partikel durch das erfindungsgemäße Verfahren obendrein stark konzentriert werden, können herkömmliche chemische und spektrographische bzw. spektroanalytische Untersuchungen an den Partikeln ohne weiteres durchgeführt werden.

Wenn die Untersuchung mittels eines Mikroskops erfolgen soll, wird die Flüssigkeit auf dein Objektbräger zuerst verdampft,

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um unerwünschte Interferenzeffekte auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Die Untersuchung wird vorzugsweise mit einem Mikroskop mit einer großen numerischen Apertur durchgeführt (beispielsweise 0,65 oder größer), das sowohl mit reflektiertem als auch unmittelbar auffallendem Licht arbeitet. Derartige Mikroskope sind üblich und ohne weiteres zu erhalten. Zusätzlich sind aber auch noch die mit Licht beleuchteten Bereiche gefärbt worden, um besonders gute Ergebnisse zu erzielen. Beispielsweise wurde festgestellt, daß es durch Einführen von Farbfiltern unterschiedlicher Färbung in die Lichtwege (beispielsweise durch Einsetzen eines Rotfilters in den Weg des einfallenden Lichts und eines Grünfilters in den Weg des durchgelassenen Lichts) möglich ist, Werte und Merkmale des Niederschlags zu beobachten, die sonst nicht ohne weiteres zu beobachten sind. Beispielsweise können Metalle, die das grüne durchgelassene Licht sperren und das rote einfallende Licht reflektieren und dadurch dann rot erscheinen, von ihren Oxyden oder Sulfiden unterschieden werden, die das grüne Licht durchlassen und dann in einer Mischung dieser beiden Farben, d.h. in gelblich, erscheinen, sogar wenn die zu untersuchenden Partikel eine Größe von weniger als einem Mikron besitzen.

Wenn ein viskoses zähflüssiges Fluid, beispielsweise Maschinenöl, untersucht werden soll, kann die Ansammlung von Partikeln auf dem Substrat unter dem Einfluß des Magnetfeldes dadurch beschleunigt werden, daß dem öl ein Lösungs-"Entwickler" zugefügt wird. Der Entwickler löst die Bindungen zwischen dem aus Partikeln bestehenden Material und dem öl (oder Zusatzstoffen in dem öl) und führt dadurch zu einem schnelleren Partikelniederschlag. Nachdem eine ausreichende Fluidmenge über das Substrat geströmt ist, wird dieses vorzugsweise mit einem Lösungsmittel abgewaschen, das die zurückgebliebene Flüssigkeit von der Oberfläche des Substrats entfernt und die an die Oberfläche gebundenen Partikel zurückläßt, so daß es auf diese Weise als eine Art "Fixiermittel" wirkt. Das Substrat wird dann, wie oben bereits erwähnt, untersucht.

Die vorhergehende Ausführungsform der Erfindung ist hauptsächlich brauchbar für Messungen von Partikelwerten und -merkmalen getrennt von der Fluidquelle. Eine zweite Ausführungs-

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form, die insbesondere für Messungen an Ort und Stelle geeignet ist, beispielsweise in der ölkammer einer Maschine, weist ein lichtdurchlässiges durchscheinendes Rohr, beispielsweise aus Glas auf, durch das das zu analysierende Fluid strömt. Das Rohr ist in einem Gehäuse untergebracht, was unmittelbar in eine Leitung eingesetzt werden kann, durch welche das Fluid hindurchfließt. In dem Gehäuse ist ein Magnet mit Polflächen untergebracht, die parallel zueinander und entlang der Rohrlänge verlaufen, um ein divergierendes Magnetfeld an der Innenseite des Rohres aufzubauen. Wie bereits bei der vorigen Ausführungsform ist auch hier das Rohr etwas gegenüber der Ebene des Spaltes zwischen den Polstücken geneigt, um ein allmählich zunehmendes Feld zu erhalten, von dem die Strömungsbahn gekreuzt wird, um das Absondern und Trennen der Partikel entsprechend ihrer Größe zu unterstützen.

Eine Lichtquelle und ein Schwärzungsmesser sind in dem Gehäuse und an gegenüberliegenden Seiten des Rohres angebracht. Das zu analysierende Fluid, beispielsweise Maschinenöl, strömt durch das Rohr mit einer bekannten Strömungsgeschwindigkeit und die Partikelmenge, die sich nach einer vorbestimmten Zeit angesammelt hat, wird mittels des Schwärzungsmessers bzw. Densitometers gemessen. Der Ausgangswert des Densitometers ist eine unmittelbare Funktion der Partikelkonzentration in dem Fluid. Diese Konzentration kann unmittelbar zur Information der Bedienungsperson angezeigt werden;andererseits kann sie für einen Rechner verwendet werden, der die Daten vor der Anzeige verarbeitet. Beispielsweise kann der Rechner das Verhältnis der Partikelkonzentration an einer gegebenen Stelle auf dem Rohr für zwei oder mehrere unterschiedliche Zeiträume berechnen. Er kann aber auch andere Größen berechnen, beispielsweise das Verhältnis der Partikeldichte an zwei verschiednen Stellen auf dem Rohr zu einem gegebenen Zeitpunkt und kann weiter die Geschwindigkeiten bestimmen, mit welchen sich dieses Verhältnis ändert.

Wie bereits erwähnt, sammeln sich die Partikel in dom Fluid entlang des Substrats oder Trägeis entsprechend ilirei Größe. Wenn nicht nur die Konzentration von Partikeln bestimmten Größe, sonderα auch die illaiiven Kc

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unterschiedlicher Größen und die Geschwindigkeit, mit denen sich die Konzentrationen und die relativen Konzentrationen von Probe zu Probe in einem Fluid, beispielsweise einem Maschinenschmiermittel, ändern, kann viel Informationen hinsichtlich des Betriebsverhaltens der Maschine entnommen werden. Insbesondere können, wie sich herausgestellt hat, beginnende Schäden und Störungen tatsächlich vorausgesagt werden. Insbesondere werden während einer normalen Abnutzung fortwährend kleine Partikel von den Maschinenflächen in Mengen abgewaschen bzw. erodiert werden, die von der jeweiligen Maschine abhängen. Normalerweise wird auch eine geringere Anzahl größerer Partikel erodiert. Untexjhormalen Bedingungen stehen die Abriebmengen von kleinen und großen Partikeln in einem relativ konstanten Verhältnis zueinander. Bei Beginn einer ungewöhnlichen Abnutzung nimmt aber die Abriebmenge an großen Partikeln im Vergleich zu den kleinen Partikeln plötzlich zu (beispielsweise infolge einer Metall-Metallberührung) , wodurch der Beginn eines Schadens bzw. einer Störung signalisiert wird.

Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung kann also ein Maschinenschaden anhand von entnommenen Maschinenölproben vorausgesagt werden, langebevor der Schaden oder die Störung eintritt. Tatsächlich ist es möglich, einen warnenden Aufbau von Partikeln, die auf einen Maschinenschaden hinweisen, festzustellen, lange bevor eine herkömmliche spektrometrische Analyse irgend einen unzulässigen Konzentrationsaufbau zeigte.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann anhand derselben Anzeichen und Merkmale das Betriebsverhalten verschiedener Schmiermittel, beispielsweise Maschinenöle untersucht oder geprüft werden. Bei diesem Verfahren werden zwei sich üblicherweise berührende Maschinenteile, beispielsweise zwei in Eingriff stehende Zahnräder, in dem zu untersuchenden Schmiermittel betrieben. Es werden dann in regelmäßigen Abständen Maschinenöl proben entnommen. Die Zeit, die verstreicht, bevor sich große von den Zahnrädern abgeriebene Partikel bilden, gibt dann einen Hinweis auf die Leistungsfähigkeit des Schmiermittels. In diesem Zu.jununrnhang soll gleichzeitig darauf hingewiesen v?c iden,

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daß mit den erfindungsgemäßen Verfahren Ergebnisse über das Betriebsverhalten in einigen Minuten erhalten werden können, im Unterschied zu Stunden, die bei Anwendung der herkömmlichen Verfahren erforderlich sind.

Die Feststellung und Bestimmung elektrisch polarisierbarer Partikel wird in analoger Weise erreicht, d».h. ein nicht gleichbleibendes elektrisches Feld, das die Strömungsbahn des die Partikel enthaltenden Fluids kreuzt, wird aufgebaut und die Partikel, die sich dann mittels des Feldes auf einem Substrat oder Träger angesammelt haben, werden untersucht. Wie bei den vorhergehenden Untersuchungen ist auch hier die Partikel-Konzentration, die -größen, die -größenverteilungen und die zeitlichen Änderungsgeschwindigkeiten dieser Verteilungen von großem Interesse. Wegen der großen Bedeutung von Eisen bei sich bewegenden Mechanismen, insbesondere bei Maschinen ist die folgende Beschreibung auf diesen Gesichtspunkt und diese Anwendungsmögliphkeit der Erfindung konzentriert, obwohl hierin selbstverständlich keine Beschränkung zu erblicken ist. Auch wird der Begriff "Eisen", wie er hier verwendet ist, so verstanden, daß er alle Formen magnetischen Eisens umfaßt, beispielsweise auch Stahl und andere Eisenlegierungen, ebenso wie Verbindungen von magnetischem Eisen.

Die Erfindung schafft also Verfahren und Vorrichtungen, mit denen die Konzentrationen überfeiner Partikel in einem Fluid überwacht werden können, wobei eine vorbestimmte Menge des die Partikel enthaltendes Fluids über ein Substrat oder einen Träger strömt, während gleichzeitig ein magnetisches oder elektrisches Feld anliegt, durch das die Partikel auf dem Substrat oder Träger "gesammelt" werden. Die Partikel können sich auf dem Substrat entsprechend ihrer Größe niederschlagen, so daß ohne weiteres nicht nur die Partikelkonzentration in dem Fluid, sondern auch die Größenverteilung der Partikel festgestellt werden kann. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Partikel so stark konzentriert, daß normalerweise Materialien mit äußerst geringen Partikoikonzentrationen in dem Fluid, aus dein sie gesammelt bzw. ciiu; runchieden werden, festgestellt, bestimmt und überwacht werden köniif η.

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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der folgenden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung der Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Teil der Fig. 1, in der im einzelnen die "Ansammlung" auf dem Träger dargestellt ist;

Fig. 2A eine Schnittdarstellung durch den Träger der Fig. 2;

Fig. 3A, 3B und 3C Wiedergaben von Äikrophotographischen Aufnahmen, auf denen die Partikelkonzentration an den Stellen a,b, und c der Fig. 2 einer Probe von Maschinenöl, das fünf Stunden in der Haschine durchgelaufen ist;

Fig. 4A, 4B und 4C Wiedergaben von Mikrophotographischen

Aufnahmen, auf denen die Partikelkonfcentration in demselben Maschinenöl dargestellt ist, nachdem das öl zehn Stunden in der Maschine gelaufen ist;

Fig. 5A, 5B und 5C Wiedergaben von mikrophotographischen Aufnahmen, auf denen die Partikelkonzentration in dem Maschinenöl nach zwanzig Stunden in der Maschine dargestellt ist;

Fig. 6A, 6B und 6C Wiedergaben von mikrophotographischen Aufnahmen, auf denen die Partike!konzentration nach 25 Stunden dargestellt ist;

Fig. 7 den Entwurf einer Einrichtung, um das Verfahren zum Entnehmen von Proben zu vereinfachen;

Fig. 8 eine Ausführungsfcrm einer Einrichtung zur überwachung des Aufbaus von Partikeln auf dem Träger, auf dem sie sich ansammeln;

Fig. 9 ein schematisches Schaltdiagramm eines Rechners, der insbesondere zur Berechnung des Konzentrationsverhältnisses an ausgewählten Stellen geeignet ist;

Fig. 10 einen Teil eines Mikroskops, das zur Untersuchung des Objektträgers der FLg. 2 geeignet ist;

Fig. 11 eine Wiedergabe einer in dem Mikroskop der Fig. erhaltenen, mikrophotographischen Aufnahme;

Fig. 12 eine weitere Ausführungsform einer Einrichtung gemäß der Erfindung, die insbesondere für Messungen an Ort und Stelle geeignet ist;

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Fig. 13 eine vertikale Schnittansicht, entlang- der Linien 11-11 in Fig. 10; Tand

Fig. 1.4 eine perspektivische Darstellung einer elektrostatischen Einrichtung gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 sind zwei Magnete 10,12 auf einer magnetischen Rückführung 14 angeordnet und weisen zugeordnete Polstücke 16,18 auf. Die Polstücke weisen Vorderkanten 16a bzw. 18a auf, die durch einen schmalen Spalt voneinander getrennt sind, so daß zwischen den Kanten ein starkes Feld mit einem sehr großen Gradienten in dem Luftspalt ausgebildet ist. Dieser Gradient liegt in einer Ebene quer zu den Polstückkanten und besitzt eine nach unten gerichtete Komponente, durch die Partikel auf einem über dem Magneten angeordneten Träger 20 gesammelt werden. Bei einer Ausfuhrungsform der Erfindung gemäß Fig. 1 sind 0,64 cm (0,25 inch) dicke Polstücke aus Eisen verwendet, deren spitz zulaufende Vorderkanten durch einen Luftspalt von 0,1 cm (0,04 inch) voneinander getrennt sind; weiterhin ist ein Fluß von etwa 18 000 Gauss (der Sättigungsmagnetisierung von Eisen) in dem Luftspalt erzeugt worden, um eine starke vertikale Komponente des Flußgradienten in der Größenordnung von einigen 100 Kilogauss/cm 2U erreichen.

Ein Fluid 22 mit Partikeln, deren Konzentration zu überwachen ist, strömt über den Träger mit einer gleichbleibenden Geschwindigkeit. Das Fluid wird auf einer Seite 20a des Trägers zugeführt und fließt an der Abflußseite 20c wieder ab. Eine Einrichtung, die insbesondere auf dieser Seite verwendbar ist, ist in Fig 7 dargestellt und wird weiter unten beschrieben. Der Träger 20 ist über dem Luftspalt zwischen den Polstücken 16,18 mittig eingestellt und unter einem leichtem Winkel (in der Größenordnung von einem Grad) zu der Ebene der Kanten 16a,18a der Polstücke mittels eines KÜes 28 geneigt, durch den beispielsweise die Fluidzufuhrseite 20a des Trägers gegenüber der Abflußseite 20c angehoben wird. Dies hat zur Folge, daß das magnetische Feld entlang des Trägers in Längsrichtung zunimmt, da die Seite 12a weiter entfernt von den Polstücken angeordnet ist als die Seite 20c. Da das Fluid 22 auf dem Träger nach unten fließt, werden die magnetisch empfindlichen Partikel in dem Fluid einem zunehmend stärkeren magnetischen Feldgradienten ausgesetzt. Hierdurch wird die Trennung der Partikel in dem Fluid

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entsprechend ihrer Größe gefördert, wie unten noch genauer beschrieben wird.

In Fig. 2 ist eine Draufsicht auf den Träger 20 der Fig. 1 wiedergegeben, wobei die Verteilung des magnetischen Feldes an der Oberfläche des Trägers dargestellt ist. Die Schnittpunkte der zwischen den Polstücken 17,18 aufgebauten Magnetfelder mit der Ebene des Trägers 20 ist mittels der üblichen Punkte in einen Kreis und der Kreuze dargestellt. Hierbei stellen die Punkte im Kreis einen aus der Papierebene heraustretenden, magnetischen Feldvoktor dar; die Kreuze zeigen nach unten in die Papierebene hinein verlaufende Magnetfeldvektoren an. Bei der dargestellten Anordnung verläuft das Feld von dem Magneten 16 zu dem Magneten 18.

Das auf dem Substrat nach unten fließende Fluid (von links nach rechts in Fig. 2) ist, wie bereits erwähnt, einem zunehmend stärkeren Magnetfeld ausgesetzt. Bei den größeren Partikeln ist das Verhältnis Volumen zu Oberfläche größer als bei den kleineren Partikeln; folglich ist der Viskosewiderstand, der proportional der Oberfläche ist, pro Volumeneinheit bei den großen Partikeln kleiner als bei den kleineren Partikeln. Gleichzeitig ist die Magnetisierung der Partikel ungefähr proportional der Partikelgröße; die größeren Partikel setzen sich daher zuerst ab und schlagen sich nieder, selbst wenn sie einem kleineren Feld und Gradienten ausgesetzt sind. Folglich sind die Partikel entlang der Trägerlänge entsprechend ihrer Größe verteilt und zwar fallen die größeren Partikel hauptsächlich an der "Zufuhr"-Seite 20a des Objektträgers und die kleineren Partikel hauptsächlich an der "Abfluß'- oder Auslaßrcite" 20c aus. PaiLikel mit einer dazwischenliegendciii Größe setzen sich «Inzwischen ab bzw. fallen dazwischen aus. Durch die Erfindung ist also eine bequeme Einrichtung zur Bestimmung nicht nur der Menge der sich absetzenden Partikel sondern auch deren Größenverteilung in dem Fluid geschaffen.

Iiη Quorschnitt durch den Träyoi ist in Fig. '2A dargestellt. Der Tt <'iqer ii;t üblicherweise auf5 einer dünnen durchscheinenden lichtdurchlässigen Grundplatte 21, beispielsweise

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aus Glas, deren Dicke in der Größenordnung von 0,0076 liegt und deren Breite etwa 2,5 cm (1 inch) und deren Länge 5 cm (2 inches) beträgt. Streifen 23 aus nicht benetzbaren Material,

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beispielsweise Teflon sind an den Rändern der Bodenplatte angebracht, wodurch ein Strömungskanal auf der Oberfläche der Grundplatte gebildet ist.

Wenn das zu analysierende Fluid über den Träger fließt, Seigt seine Geschwindigkeit von Null an der Substratoberfläche bis zu einer Maximalgeschwindigkeit auf der Oberseite des Fluids. Da die Partikel nach unten auf den Träger zugezogen werden, durchlaufen sie die Strömungslagen mit nacheinander abnehmender Geschwindigkeit; ihre Geschwindigkeit in Längsrichtung entlang dem Objektträger nimmt dann ebenfalls ab. Gleichzeitig werden sie in vertikaler Richtung und durch die magnetischen Feldkräfte beschleunigt. Die Bahn der Partikel wird daher steil und steiler, bis sie endlich unter einem Winkel von beinahe 90° auf die Trägeroberfläche auftreffen. Die größeren Partikel werden zuerst wegen ihres größeren Volumen-Flächen-Verhältnisses auf den Träger gezogen und lagern sich infolge dessen am oberen Ende oder an der "Eingangsseite" des Trägers ab. Die kleineren Partikel, die ein entsprechend kleineres Volumen-Flächen-Verhältnis besitzen, lagern sich weiter unten auf dem Objektträger ab. Wegen der geringen Geschwindigkeit der Fluidschichten in nächster Nähe der Trägeroberfläche verarmen diese Schichten zuerst an Partikeln einschließlich kleinerer Partikel. Infolge dessen enthalten die untersten Schichten die Mehrzahl der kleineren Partikel am weitesten unten auf dem Objektträger . Tatsächlich wird geschätzt, daß ungefähr 50% der sich auf dem Objektträger niederschlagenden Partikel aus den untersten 20% der Fluidschichten stammen.

Durch die überwachung nicht nur der Partikelkonzentration, sondern auch der Partikelgrößenverteilung über eine bestimmte Zeitdauer kann viel wertvolle Information bezüglich des Zustandes einer Maschine erhalten werden. Viele Maschinen in gutem Betriebszustand sind dadurch gekennzeichnet, daß bei ihnen im allgemeinen die Partikelkonzentration in dem Maschinenöl über eine bestimmte Zeitdauer allmählich zunimmt, wobei alle Partikel-

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größen an der Zunahme teilhaben. Die Geschwindigkeit, mit welcher die Konzentration der Partikel zunimmt, kann sich aber für verschiedene Partikelgrößen unterscheiden, üblicherweise nimmt die Konzentration der kleineren Partikel schneller zu als die der größeren Partikel. Eine plötzliche Änderung dieser Konzentration stellt eine unmittelbare Anzeige einer möglichen Maschinenstörung bzw. eines Maschinenversagens dar. Infolge dessen stellen die Partikelkonzentration, die Änderungsgeschwindigkeit der Partikelkonzentration, das Verhältnis der Konzentration von Partikeln der einen Größe im Verhältnis zu der anderen Größe und das Verhältnis der Geschwindigkeitsänderung der Konzentration von Partikeln einer Größe relativ zu der der anderen Größe insgesamt empfindliche "Hinweise oder Anzeichen" dar, mit deren Hilfe der Betriebszustand der Maschine beurteilt werden kann. Dies ist ziemlich deutlich aus den Fig. 3 - 6 zu ersehen, die mikrophotographisehe Aufnahmen von Maschinenölproben aus einem Turbojet-Triebwerk, nachdem das Triebwerk 5,10,20 bzw. 25 Stunden gelaufen ist. Die Eisenkonzentration in den entsprechenden ölproben wurde mittels herkömmlicher spektrometrischer Verfahren bestimmt und 2,2,3 bzw. 200 positive (+)Teile pro Million festgestellt. Die Proben wurden auf Träger genommen, die 2,5 cm (1 inch! breit, 7,5 cm (3 inches) lang und 0,0075 cm (0,003 inch) dick waren. Die Photographien A,B und C dieser Figuren zeigen die Konzentration von großen, mittleren und kleinen Partikeln in dem öl, wie sie an den entsprechenden in Fig. 2 dargestellten Stellen a,b und c beobachtet wurden. Um diese Proben zu erhalten, wurde eine ölprobe von 3,5 cm mit 1,5 cm "Entwickler" gemischt; diese Probe strömte dann mit einer Geschwindigkeit von 10 cm /h 30 Minuten lang über den Träger. Der Träger wurde dann mit Entwickler gespült, um jegliches zurückgebliebenes Ul zu entfernen; als nächstes wurde der Träger mit einem "Fixiermittel" bespült, um den Entwickler zu entfernen und die Partikel auf dem Objektträger zu fixieren. Die Aufgabe des "Entwicklers" und des "Fixiermittels" wird weiter unten noch im einzelnen beschrieben.

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In Fig. 3A ist eine anfängliche Ansammlung oder Anhäufung größerer Eisenpartikel, dargestellt, die sich in kurzen "Fäden oder Ketten" unter der Wirkung des Magnetfeldes formiert haben. Diese Partikel haben eine verhältnismäßig kleine Größe, (ungefähr 1 Mikron), sind aber wesentlich größer als die Partikel in der mittleren Lage (Fig. 3B) oder der Endlage (Fig. 3C) . Die Bildung dieser "Fäden oder Ketten" nach einer kurzen Betriebszeit (5 Stunden) in dem öl zeigt an, daß die Maschine zu überwachen ist, da die Beobachtung einer Anzahl anderer ähnlicher Maschinen, die unter ähnlichen Bedingungen gelaufen sind und frei von Störungen sind, zeigt, daß diese Konzentration überhöht sein kann.

Nach einer Betriebszeit von 10 Stunden kam das in Fig. 4 wiedergegebene öl zum Vorschein. Die Bildung von Fäden oder Ketten an der Stelle a ist nicht mehr zu übersehen und beachtlicher als die verstärkte Konzentration an den Stellen b und c. Das Vorhandensein eines gebogenen "Fadens" an der unteren rechten Seite zeigt Späne an, die durch einen Metall-Metall-Kontakt hervorgerufen worden sind. In diesem Fall zeigt die Probe an, daß die Maschine möglicherweise ausfällt und daß eine Vorwarnung gerechtfertigt ist. Im Unterschied hierzu zeigt die spektrometrische Analyse des Öls zu diesem Zeitpunkt eine Eisenkonzentration von nur 2 Teilen pro Million und gibt infolgedessen keinen Hinweis auf einen Defekt oder einen möglichen Ausfalls

In Fig. 5 sind die Zustände dargestellt, nachdem das öl 20 Stunden benutzt worden ist. Die Fäden oder Ketten aus großen Partikeln haben sehr schnell zugenommen, da die letzte Probe noch ganz klar ist. Die Dichte der mittleren und kleineren Partikel scheint ebenfalls wesentlich zugenommen zu haben. Dies bestärkt auch die frühere Vorhersage,daß ein übermäßiger Abrieb in der Maschine vorhanden ist. Bis jetzt beträgt bei den herkömmlichen spektrometrisehen Verfahren die Partikelkonzentration nur 3 Teile pro Million; infolgedessen ist noch keine Warnung und kein Hinweis auf einen drohenden Schaden oder Ausfall gegeben worden.

Wie Fig. 6 zu entnehmen ist, ist, nachdem das Öl in der Maschine 25 Stunden in Betrieb war, ein dichter und un^ durchsichtiger Niederschlag an jeder Stelle vorhanden, der

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beinahe die gesamte Probenfläche bedeckt: ein kat/Ütrophaler Vollausfall ist eingetreten. (Die weißen Begrenzungslinien sind Risse, die sich während des Trocknens des Niederschlags gebildet haben.) Erst zu diesem Zeitpunkt ist die spektrometrische Analyse plötzlichauf über 200 Teile pro Million angestiegen; hierdurch wird zum ersten Mal eine Warnung gegeben, daß das Triebwerk ausfällt, und zwar lange nachdem mit dem Verfahren gemäß der Erfindung der beginnende Defekt festgestellt worden ist. Ein Verlauf also, der von Anfang an anhand von Beobachtungen gemäß der vorliegenden Erfindung viele Stunden vor dem Schaden und Ausfall erkennbar und feststellbar war, war mit den herkömmlichen spektrometrischen Verfahren nicht zu erkennen, bis sich der Schaden im wesentlichen bereits entwickelt hatte.

Die Zeit, die erforderlich ist, um einen für eine Untersuchung geeigneten Objektträger herzustellen, ist aufgrund verschiedener Faktoren, wie unter anderem der Viskosität des zu analysierenden Fluids, der Partikelkonzentration in dem Fluid, der Stärke des Magnetfeldes und seines Gradienten sowie der Empfindlichkeit des Beobachtungsgeräts unterschiedlich. Weiterhin sind in einem Fluid, wie beispielsweise Maschinenöl, oft verschiedene Zusatzstoffe mit dem öl vermischt, die bewirken, daß das öl an dem Metall hängenbleibt. Diese Zusatzstoffe bleiben im allgemeinen an den Metallpartikeln hängen und bewirken, daß das öl in unmittelbarer Nähe um die Partikel herum geliert, so daß die Partikel langer in der Lösung bleiben als es sonst der Fall sein würde. Um die Zeit zu verkürzen, die erforderlich ist, um eine geeignete Probe zu erhalten, ist es daher vorteilhaft, einen "Entwickler" hinzuzufügen, der die Partikel von den ölkügelchen befreit, wodurch der Strömungswiderstand der Partikel geringer und das Trennen und Absetzen beschleunigt wird. Bei Maschinenöl hat sich Perchloräthylen als ein hervorragender "Entwickler" erwiesen, der auch zur Verringerung der Viskosität beiträgt.

Die hinzuzufügende Entwicklermenge hängt von der Art des Fluids ab, in dem die Partikel eingebettet sind. Beispielsweise für öl der Art, wie es zur Schmierung von bei der Wehrmacht verwendeten Düsentriebwerken benutzt wird, sind ungefähr 1,5 cm

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Entwickler auf 3,5 cm öl hinzugefügt worden und die Lösung floß dann auf dem Substrat mit einer Geschwindigkeit von unge-

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fähr 10 cm pro Stunde etwa 30. Minuten nach unten. Nach Ablauf dieser Zeit wurden alle ölspuren von dem Objektträger entfernt, indem dieser mit Entwickler abgespült wurde; danach wurde der Entwickler durch Bespülen des Objektträgers mit einem "Fixiermittel" / wie beispielsweise Trxchloräthylen, entfernt. Der Träger ist dann gründlich getrocknet worden, damit die Partikel fest an dem Träger anhaften. Dies dürfte auf die Van der Waal/sehen Kräfte zwischen den Partikeln und dem Substrat aufgrund der kleinen Partikelgröße zurückzuführen sein. Die Objektträger können daher über Monate gespeichert werden, ohne daß eine meßbare Veränderung in den Werten der auf den Trägern angehäuften Partikel eingetreten ist. Mittels dieses Verfahrens kann dann die Zeit, die erforderlich ist, um eine Probe zu erhalten, um mehr als einen Faktor 10 gegenüber der sonst erforderlichen Zeit verkürzt werden.

Zur Analysierung einer Fluidprobe muß diese vor Verschmutzungen fremden Ursprungs geschützt werden. Es ist daher erforderlich, daß das Aufbereiten des Trägers planmäßig erfolgt. In Fig. 7 ist eine Einrichtung dargestellt, die besonders für solche Zwecke geeignet ist.

Bei der Einrichtung ist ein Behälter 3O mit einer Anzahl Flaschen 32 - 40 zur Aufbereitung einer Probe verwendet. Die Flasche 32 ist eine "Probe"-Flasche, in der das au analysierende Fluid mit dem entsprechenden "Entwickler" gemischt wird. Hierzu weist die "Proben"-Flasche eine erste Anzeigemarke 32a, die den Pegel markiert, auf den die Flasche mit dem zu analysierenden Fluid zu füllen ist, und eine zweite Anzeigemarke 32b auf, die. den Pegel markiert, auf den die Flasche danach mit "Entwickler¹¹ (wenn ein solcher verwendet wird) zu füllen ist. Beispielsweise können für eine Untersuchung des Schmieröls für Düsentriebwerke die Anzeigemarken bei 3,5 cm bzw. 5,0 cm angebracht sein. Hierdurch wird das Mischen in genauen Großenverhältnissen erleichtert. Die Flasche 34 enthält einen Entwickler (beispielsweise Perchlor-Äthylen) , während die Flasche 38 ein "Fixiermittel", beispielsweise Trichlor-Äthylen enthält. Die Flaschen 36 und 40 sind anfangs leer.

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Der Behälter 30 weist weiterhin eine Ausnehmung 42 zur Halterung eines Trägers 44, der in der Darstellung aus dem Behälter entfernt ist, und eine weitere Ausnehmung 39 zur Halterung einer flexiblen Zufuhrleitung 46 auf, die ebenfalls in der Darstellung aus dem Behälter entfernt ist. Die flexible Leitung ist in zwei Abschnitte unterteilt, und zwar in einen ersten Abschnitt 46a, der das Fluid von der "Proben"-Flasche 32 über eine Pumpe 41 an das obere Ende des Trägers zuführt, und in einen zweiten Abschnitt 46b, über den verbrauchtes Fluid von dem Träger zu der Flasche 40 geleitet wird. Die Pumpe 41 ist eine Verdrängungspurape und pumpt Flikid auf den Träger wobei die Rohrleitung mittels Rollen 45 gegen einen Gehäusemantel 43 gedrückt wird; die Rollen sind an einem Gestell 47 angebracht, das von einem Motor 49 gedreht wird. Die Pumpe 41 bildet keinen Teil der Einrichtung, sondern ist nur zur klareren Erläuterung der Erfindung dargestellt.

Die Einrichtung wird auf folgende Weise verwendet: Ein Träger 44 wird aus dem Behälter 30 herausgenommen und, wie in Fig. 1 dargestellt ist, in einem divergierenden Magnetfeld angeordnet (die Quelle zur Erzeugung dieses Feldes ist in Fig. 7 nicht dargestellt). Die Fluidprobe, deren Partikelgehalt zu überwachen ist, wird dann in der "Proben"-Flasche bis su dem durch die Marke 32a angegebenen Pegel gegossen. Danach wird Entwickler aus der Flasche 34 in die Probenflasche geschüttet, und diese bis zur Marke 32b angefüllt. Zusätzlicher Entwickler wird in die leere Flasche 36 gegossen; hierbei ist darauf zu achten, dafl etwas Entwickler in der Flasche 34 übrig bleibt. Der Leitungeabschnitt 46a wird dann an der Pumpe 41 angebracht; ein Ende der Leitung wird in die Flasche 32 eingetaucht und das andere Ende wird am oberen Ende des Trägers 44 angebracht. Als nächstes wird der Leitungsabschnitt 46b so angeordnet, daß die verbrauchte Flüssigkeit von dem Träger 44 in die am Abfluß angebrachte Flasche 40 fließt.

Hierauf wird die Pumpe 41 betätigt und pumpt Fluid von der Flasche 32 auf den Träger 44. Wenn die gesamte Fluidprobe auf den Objektträger gepumpt ist, wird der Leitungsabschnitt 46a von der Flasche 32 abgenommen und das Ende, das in der Flasche 32 steckte, wird in dem Entwickler in der Flasche 34 abgewaschen,

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um alle ölspuren von ihm zu .eiytf ernen. Als nächstes wird dieses Ende in die Flasche 36 gesteckt und der in dieser Flasche enthaltene Entwickler wird über den Träger 44 gepumpt, um alle ölspuren von dem Träger zu entfernen. Hierauf wird das Ende des Abschnittes 46a in die Flasche 38 getaucht -und das in dieser Flasche enthaltene Fixiermittel wird über den Träger gepumpt, um alle Entwicklerspuren zu entfernen. Schließlich wird der Träger gründlich getrocknet und kann dann optisch untersucht werden.

Die Untersuchung der Partikelkonzentration und der -größenverteilung kann automatisch mittels eines Densitometers oder eines ähnlichen Geräts durchgeführt werden. In Fig. 8 ist ein Densitometer 50 mit Betrachtungsstellen 52,54 und 56 in Form von rechteckigen Schlitzen dargestellt, durch welche Licht auf nicht dargestellte Photodetektoren fällt, die hinter den Schlitzen angeordnet sind, um die Stärke des auf sie auftreffenden Lichts zu messen. Der zu analysierende Träger 20 wird über dem Densitometer 50 angeordnet und wird mit Licht aus einer Lichtquelle 58 beleuchtet. Die Lichtmenge von der Lichtquelle 58, die durch das Substrat 20 an den Schlitzen 52-56 hindurchgeht, ist eine Funktion der diffusen, optischen Dichte des aus Partikeln bestehenden Niederschlags auf dem Träger, der als Logarithmus des Verhältnisses des von dem Trägermaterial durchgelassenen Lichtes zu dem unmittelbar d.h. von der Luft durchgelassenen Lichtes definiert. Die Ausgänge der Photodetektoren in dem Densitometer sind dann die Meßwerte von der Partikeldichte auf dem Träger und sie können über Ausgangsleitungen einem Rechner zugeführt werden, wodurch die Bestimmung bestimmter statistischer Werte der Verteilung erleichtert wird. Der Ausgang des Rechners wird dann auf einer geeigneten Anzeigeeinrichtung 64 dargestellt.

Für den Rechner 62 kann irgend eine Ausführungsform in Abhängigkeit davon verwendet werden, welche Information aus dem Densitometer 50 gewonnen werden soll. Beispielsweise kann er die Geschwindigkeit berechnen, mit der Material auf dem Träger abgeschieden werden soll, indem die Ausgänge der"Photodetektoren in den Densitometers zu verschiedenen Zeitpunkten gemessen und

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die Dichteänderungen durch die Länge der Zeitintervalle geteilt wird. Dies ist dann die erste Ableitung nach der Zeit oder die "Geschwindigkeifdes Materialniederschlags. Die zweite Ableitung nach der Zeit oder die Geschwindigkeit, mit der diese Geschwindigkeit sich ändert, kann ebenfalls von Interesse sein und der Rechner 62 kann so ausgelegt sein, daß er auch dies bestimmt. Weiterhin ist auch eine Information betreffend die Verhältnisse der an einer Stelle abgesetzten Materialmengen bezüglich der an einer anderen Stelle abgesetzten Materialmenge sowie die Geschwindigkeit von Interesse, mit der sich diese Verhältnisse ändern. Der Rechner 62 kann gewünschtenfalls irgend eines oder alle diese Ergebnisse gleichzeitig oder nacheinander zur Anzeige bringen.

Eine besonders gut verwendbare Ausführungsform des Rechners 62 ist in Fig. 9 dargestelltyhierbei sind die Ausgänge von zwei der Photodetektoren des Densitometers 50 über Widerstände 66, 68 den entsprechenden Eingangsanschlüssen einem Hochleistungsverstärker 70 zugeführt, an den Rückkopplungswiderstände 72,74 angeschaltet sind. Die Photozellen bzw. die Photodetektoren liefern Ausgangswerte, die dem Logarithmus der Dichte der Partikelkonzentration, wie sie an den entsprechenden Stellen des Densitometers 50 gemessen ist, proportional sind. Der Verstärker 70 mit den ihm zugeordneten Widerständen schafft einen Ausgangswert, der der Differenz zwischen diesen zwei Logarithmen proportional ist. Da die Differenz zwischen den Logarithmen der beiden Größen gleich dem Logarithmus des Verhältnisses dieser Größen ist, ist der Ausgang des Verstärkers 70 proportional dem Logarithmus des Verhältnisses der Menge der an einer Stelle abgesetzten Partikel bezüglich der Menge der an einer anderen Stelle abgesetzten Partikel. Diese Größe wird danr. als ein Anzeigewert des Betriebszustandes einer Maschine oder eines Triebwerks überwacht, deren bzw. dessen öl zu untersuchen ist. Wenn dann beispielsweise , nachdem die Größe über eine bestimmte Zeitdauer im wesentlichen konstant geblieben ist, das Verhältnis in einer Weise ansteigen sollte, die einem plötzlichen Anstieg der Anzahl größerer Partikel im Verhältnis zu der Anzahl der kleineren Partikel an den zu überwachenden Stellen

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entspricht, dann stellt dies eine unmittelbare Anzeige einer möglichen Störung bzw. eines Schadens dar, wobei dann die Zunahme beobachtet und eine Korrigierende oder ausgleichende .Maßnahme vorgenommen werden kann.

Zusätzlich zu den Beobachtungen der Partikelgröße, der Partikelgroßenverteilungen und der Tendenzen (der zeitlichen Änderungen bei den einzelnen Parametern) ist die Erfindung zur Anzeige der Art der verschiedenen beobachteten Partikel verwendbar. Und zwar beruht dies auf der Tatsache, daß die verstreut verteilten Partikel von dem öl befreit werden, indem sie geschwebt sind , und auf einem Träger derart verdichtet und konzentriert werden, daß einzelne Partikel oder Gruppen von Partikein ohne weiteres untersucht werden können.. Bisher konnten wegen der geringen Größe und der niedrigen Konzentration der Partikel, die in dem Öl oder einem anderen zu analysierenden Fluid geschwebt sind, diese mit einem Mikroskop praktisch nicht untersucht werden. Selbst wenn die interessierenden Partikel ausreichend groß waren, um untersucht werden zu können, wurden sis oft durch die Anwesenheit anderer (im allgemeinen nicht magnetischer) nicht interessierender Partikel, wie beispielsweise Kohlepartikel, etc. verschwommen. Diese Partikel, die ausreichend groß waren, um aus der Lösung mit Hilfe mechanischer oder chemischer Mittel ausgeschieden zu werden, konnten in trockenem Zustand durch auffallendes Licht untersucht werden, da sie aufgrund ihrer Größe im allgemeinen lichtundurchlässig waren. Aber selbst hier zeigen sich Beschränkungen; denn bei der mechanischen Filterung der Partikel neigen diese dazu, dass sich eines über dem anderen ansammelt und dadurch die Beobachtung der einzelnen Partikel unscharf und verschwommen wird. Weiterhin macht die Untersuchung mittels auffallenden Lichts allein schon einen gewissen Teil der Information unklar und undeutlich, der sonst, wie festgestellt wurde, erhalten werden kann.

Es wurden daher Verfahren zur optischen Untersuchung von aus einzelnen Partikeln bestehenden Niederschlägen auf Trägern entwickelt, um zusätzlich zu der Größenverteilung und der Dichte weitere Kennwerte der Partikel zu bestimmen. Hierbei werden die verdichtet aufgebrachten Partikel sowohl mit dem Auffallenden (reflektierten) als auch dem durchgelassenen Licht unterschiedlicher Färbung beleuchtet. Beispielsweise kann eine Quelle mit

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grünem Licht für das durchgelassene Licht und eine Quelle für rotes Licht für das auffallende Licht verwendet werden. Durch die Benutzung unterschiedlicher Farben können ohne Schwierigkeit die entsprechenden Beiträge des auffallenden und des durchgelassenen Lichtes in der resultierenden Abbildung und damit auch solche Materialien, wie Oxyde und Sulfide, die lichtdurchlässig sind, wenn die Partikel die hier betrachteten Abmessungen aufweisen, d.h. in der Größenordnung von einem Mikron liegen, von Materialien, wie Metallen unterschieden werden, die lichtundurchlässig oder opak sind, selbst wenn sie nur ein Mikron groß sind. Mit Hilfe dieser Beleuchtungsanordnung erscheinen die Oxyde und Sulfide deutlich unterscheidbar grün oder gelb, während die Metalle ohne Schwierigkeit hiervon unterscheidbar sind, da sie in der Färbung rosa oder rötlich sind. In den Fällen, in denen die verschiedenen Komponenten mit verschiedenen Teilen einer Maschine in Beziehung gebracht werden können, ist es mit Hilfe der Erfindung möglich, nicht nur die Abnutzungswerte einer Maschine, sondern auch die jeweiligen Beiträge des Abriebs von verschiedenen Teilen der Maschine zu bestimmen. Dies kann vor allem dann bei der Diagnose eines schadhaften Maschinenteils nützlich sein und gibt die Möglichkeit, unmittelbar das Teil anzugehen, das fehlerhaft ist und ausfallen kann, ohne daß hierzu jedes Teil der Maschine auseinander genommen werden muß, um die schadhafte Stelle festzustellen und zu bestimmen.

Ein Mikroskopaufbau, der zur Untersuchung von Substraten für die vorerwähnten Zwecke besonders vorteilhaft ist, ist in Fig. 10 dargestellt. Von einer Lichtquelle 73 fällt Licht über eine Kondensorlinse 71 auf das Trägermaterial 20. Dieses Licht wird durch das Trägermaterial zu einer Objektivlinse 76 durchgelassen und fällt über einen halb durchlässigen Spiegel 78 auf das nicht dargestellte Okular eines Mikroskops. In ähnlicher Weise fällt von einer Lichtquelle 80 Licht über eine zweite Kondensorlinse 82, den halbdurchlässigen Spiegel 78 und die Objektivlinse 76 auf das Trägermaterial 20. Diese^Licht wird von dem Trägermaterial 20 reflektiert und gelangt über die Linse 76 und den halbdurchlässigen Spiegel 78 zu dem Okular des Mikroskops. Die Quelle 73, die die Quelle für das durchgelaeeeee Licht darstellt, weist eine erste Farbe,beispielsweise

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Grün auf, während die zweite Quelle 80, die die Quelle für das reflektierte Licht darstellt, eine zweite Farbe, beispielsweise Rot aufweist. Dies kann durch Einsetzen entsprechender, nicht dargstellter Filter in die jeweiligen Lichtwege erreicht werden.

Mit Hilfe dieses Verfahrens wird das zu untersuchende Material wirksam optisch "gefärbt", um seinen feinen inneren Aufbau darzulegen. Eine anschauliche Darstellung der Verwendbarkeit dieses Verfahrens ist in Fig. 11 wiedergegeben, wo eine mikrophotographische Aufnahme des Niederschlags einer ölprobe in 645-facher Vergrößerung wiedergegeben ist. in diesem speziellen Beispiel war das auffallende Licht rot und das durchgelassene Licht grün. Das große, durch einen Pfeil gekennzeichnete Partikel in der Mitte ist ein Eisenpartikel und es ist ohne weiteres zu erkennen, daß es ein großes Oxyd-("Rost")-Segment a und ein noch nicht "rostiges" Metallsegment b kleinerer Größe aufweist. Die Kenntnis, daß Partikel von einem oxydierenden Teil der Maschine vorhanden sind, ermöglicht eine weitere Identifikation des Maschinenfehlers. Obwohl der Kontrast in der Schwarz-Weiß-Wie.dergabe nicht klar zu erkennen ist, ist er in der Farbphotographie deutlich sinhtbar. Durch das optische "Färben" des zu prüfenden Trägermaterials werden sonst verdeckte Eigenschaften und Kenndaten offenkundig.

Bis jetzt ist die Betriebsweise der Erfindung in Verbindung mit außerhalb der Maschinen befindlichen Einrichtungen beschrieben worden. Obwohl dies in vielen Fällen ausreicht, hat es sich oft als wünschenswert herausgestellt, die Betriebsweise einer Maschine oder eines Triebwerks oder irgendein anderes Teil eines Mechanismus während des Normalbetriebs zu überwachen. Beispielsweise wäre es äußerst vorteilhaft, daß Triebwerköl in Düsentriebwerken eines Flugzeugs während eines tatsächlichen Flugs zu überwachen, um frühzeitig Anzeichen über mögliche Schaden und Ausfälle zu erhalten, so daß Vorbeugungsmaßnahmen unternommen werden könnten.

Eine Ausführungsform der Erfindung, die insbesondere für diese Anwendung geeignet ist, ist in den Fig. 12 und 13 dargestellt; hierbei weist ein Gehäusemantel oder ein Gehäuse, das

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In einem Triebwerk angebracht werden kann, ein lichtdurchlässiges, zylindrisches Rohr 92 auf, das in Längsrichtung durch das Gehäuse verläuft und als eine unbedeutende Umleitung in die Ölleitung eingeschaltet ist. Das Rohr 92 erhält Licht von einer unter ihm angeordneten Lichtquelle; ein nicht dargestellter Reflektor kann unter der Lichtquelle angeordnet sein, um das Licht von der Lichtquelle 94 auf das Rohr 92 zu konzentrieren. Ein Magnet 98 hoher Feldstärke und mit scharfen "Vorderkanten" 98a,98b ist angrenzend an das Rohr 92 angeordnet und erzeugt ein Magnetfeld durch das Rohr hindurch. Ein Densitometer 100 ist über dem Rohr 92 gegenüber der Lichtquelle 94 angeordnet. Wie bei dem Densitometer 50 in Fig. 8 weist das Densitometer eine oder mehrere lichtdurchlassende , nicht dargestellte öffnungen auf, hinter welchen (ebenfalls nicht dargestellte) Photozellen angeordnet sind, die Licht von den entsprechenden Stellen auf dem Rohr 92 erhalten. Der Ausgang des Densitometers wird einem nicht dargestellten Verarbeitungs- und Anzeigegerät zugeführt.

Da während des Betriebs das Maschinen- oder Triebwerköl durch das Rohr 92 fließt, ist es der Einwirkung des Magnets 98 ausgesetzt, was bewirkt, daß die schwebenden magnetischen Partikel Sich auf der Innenwandung des Rohrs niederschlagen. Das Rohr ist über dem Spalt zwischen den Polkanten 98a, 98b so angeordnet, daß seine Längsachse etwas gegenüber der durch die "Vorderkanten" 98a,98b bestimmten Ebene von einem Ende zum anderen Ende des Rohrs geneigt ist, um ein allmählich zunehmendes Magnetfeld zu schaffen, wie es auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 der Fall ist. Hierdurch wird das Niederschlagen und Absetzen der Partikel auf der inneren Wandung des Rohrs 92 entsprechend ihrer Größe etwas unterstützt. Die Partikelkonzentration wird mittels des Densitometers 100 überwacht.

Der Magnet 98 ist vorzugsweise ein Elektromagnet, der von dem Benutzer an- und abgeschaltet werden kann. Nachdem die Partike]jsich eine bestimmte Zeit lang angehäuft haben und ihre Konzentrationen gemessen worden sind, wird der Elektromagnet abgeschaltet. Hierdurch kann dann das öl die Partikel von der Rohrwandung wegspülen, um dadurch eine neue Messung vorzubereiten.

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Es kann auch ein (nicht dargestellter) Fluid-Umleitungsschalter angekoppelt sein, der öl nur dann in das Rohr 92 einströmen läßt, wenn Messungen durchgeführt werden sollen.

Verschiedene Parameter der Partikel, die itiitt&ls des Densitometers gemessen werden, können zur Verarbeitung und Anzeige ausgewählt werden. Beispielsweise können die Partikelkonzentrationen an verschiedenen Stellen, die aus den optischen, an den Stellen durch das Densitometer gemessenen Dichtewerten bestimmt werden, die Geschwindigkeit , mit der sich diese Konzentrationen ändern, die Verhältnisse der Konzentrationen zueinander etc. insgesamt bestimmt und wiedergegeben werden, um eine Anzeige des Triebwerk-Betriebsverhaltens zu schaffen. Die Messung und/oder die Anzeige können natürlich ständig oder, falls es gewünscht wird, intermittierend oder periodisch erfolgen.

Das elektrische Analogon des insoweit beschriebenen Verfahrens kann ebenfalls vorteilhaft verwendet werden, insbesondere wenn die sich anhäufenden Partikel nicht magnetisch sind. Eine · Ausfuhrungsform eines solchen elektrischen "Sammlers" ist in Fig. 14 dargestellt; hierbei ist der übliche Träger 20 über ebenen planaren Elektroden 110, 112 angeordnet, zwischen welchen ein stark divergierendes elektrisches Feld großer Stärke mittels einer Spannungsquelle 114 ausgebildet ifet, die vorteilhafterweise eine 60 Hz-Quelle sein kann. Ein Keil 115 (der in der Zeichnung stark vergrößert dargestellt ist) hält den Träger gegenüber den Elektroden 110,112 geneigt, um dadurch ein zunehmend stärkeres Feld zu schaffen, wenn Fluid entlang des Trägers in Fig. 14 von hinten nach vorne fließt. Vorzugsweise weist der Keil zu diesem Zweck eine Neigung von etwa einem Grad auf.

Die Betriebsweise dieser Einrichtung ist der der

magnetischen, in Fig. 1 dargestellten, ähnlich, d.h. die Elektroden 110,112 erzeugen ein sehr starkes, nicht gleichförmiges (d.h. stark divergierendes) Feld in dem zwischen ihnen liegenden Spalt, so daß polarisierbare Partikel durch das Feld aus der Lösung in derselben Weise abgesetzt werden, wie die magnetisch empfindlichen Partikel durch das Magnetfeld niedergeschlagen werden. Für Partikel in der hier in Betracht gezogenen Größenordnung, d.h. Partikel in der Größe von einem Mikron, ist ein Spalt von 0,05 cm (0,02 inch) in Verbindung mit einer Potential-

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differenz von 1000 V erforderlich, um ein Feld von 20 OOOV/can (SoOOÖV/inch) zu erzeugen.

Obwohl bis jetzt die Erfindung unter besonderer Bezugnahme auf die Beobachtung von Abrieb- und Abnutzungswerten von Maschinen beschrieben worden ist, ist sie selbstverständlich hierauf nicht beschränkt, sondern ist in großem Rahmen auch für andere Zwecke verwendbar. Wie bereits früher erwähnt, ist durch die Erfindung eine besonders vorteilhafte und schnell einsetzbare Einrichtung zum Untersuchen und zum überprüfen des Betriebsverhaltens von Schmierstoffen geschaffen. Ferner kann die Erfindung zur Überwachung von "Verunreinigungen und Verschmutzungen" verwendet werden, die zielbewußt in ein Fluid eingeführt werden, um das Lecken eines Systems, Strömungsbahnspuren, etc. zu überprüfen. Weitere Anwendungen können ohne weiteres von dem Benutzer selbst in Vorschlag gebracht werden. Obwohl zu erwarten ist, daß die Erfindung hauptsächlich zur überwachung der Größen und der Größenverteilungen ungeladener, magnetisierbarer oder elektrisch polarisierbarer Partikel verwendet wird, für die ein divergierendes Magnetisches oder elektrisches Feld erforderlich ist, um die entsprechenden Niederschlagskräfte zu erzeugen, kann selbstverständlich, in manchen Fällen die geforderte Verteilung mittels gleichförmiger Kraftfelder oder anderer als magnetischer oder elektrischer Felder erzeugt werden.

Mit der Erfindung ist also ein brauchbares und empfindliches Verfahren zur Messung der relativen Konzentration von Partikeln unterschiedlicher Größe geschaffen. Das Verfahren kann entweder auf magnetisierbar oder auf elektrisch polarisierbare Partikel angewendet werden, ist aber insbesondere zur Messung der relativen Konzentrationen von Eisenpartikeln in einem Fluid, beispielsweise Maschinen- oder Triebwerköl, verwendbar. In diesem Zusammenhang ist es noch wichtig, darauf hinzuweisen, daß das erfindungsgemäße System eisenfreie und eisenenthaltende, magnetisierbar oder elektrisch polarisierbare Partikel feststellt, im Gegensatz zu chemisch gebundenen Eisenformen, die nicht notwendigerweise von einem Maschinen- oder Triebwerkabrieb stammen. Ferner kann das Verfahren zur Durchführung von Messungen außerhalb des Triebwerks oder der Maschine verwendet werden, deren Betriebsverhalten zu überwachen

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ist, oder es kann ohne weiteres mit Geräten versehen werden, um die erforderlichen Messungen an Ort und Stelle durchführen zu können.

Fernerhin ist eine Einrichtung bzw. eine Ausstattung beschrieben, die vor allem zur Durchführung der Erfindung verwendbar ist. Hierbei ist mindestens ein Objektträger, ein "Entwickler", der als Niederschlag-Beschleunigungsmittel dient, ein "Fixiermittel", das als Reinigungsmittel wirkt, und eine flexible Rohrleitung zum Zuführen des Entwicklers und des Fixiermittels zu dem Substrat vorgesehen; (ein "Fixiermittel" zur Reinigung des "Entwicklers" von dem Träger dürfte im allgemeinen erforderlich sein, kann aber in einigen Fällen entfallen); abgesehen von einer Pumpe, einer Einrichtung zur Erzeugung eines entsprechenden Feldes und eines Träger-Analysators schafft die Erfindung alle Elemente, die zur überwachung der Partikelkonzentration in einem Fluid unter Bedingungen erforderlich sind, die sicherstellen, daß die Fluid probe nicht durch die vorigen Proben, die bereits verarbeitet wurden, verunreinigt oder verschmutzt wird. Die nachfolgenden Proben werden vor Verschmutzung oder Verunreinigung geschützt, indem hierzu wiederum die Rohrleitung, der Entwickler und das Fixiermittel verwendet wird, nachdem jede Fluidprobe verarbeitet ist.

Zusätzlich ist ein brauchbares Verfahren zum Analysieren der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Niederschlagsmuster geschaffen. Dies Verfahren ermöglicht auch die Erfassung von Information, die die Zusammensetzung des Niederschlagsmaterials betrifft, sowie Informationen; die die Partikelgrößenverteilung und die Niederschlagsmengen betrifft, die sonst bei den Proben erhalten werden.

Selbstverständlich können verschiedene Änderungen der vorbeschriebenen Verfahren und Einrichtungen im Rahmen der Erfindung vorgenommen werden. Obwohl die Erfindung unter besonderer Bezugnahme auf die Messung der Eisenkonzentration in

sie

Triebwerk- oder Maschinenöl beschrieben worden ist, ist es selbstverständlich auch hierauf nicht beschränkt, und kann zur überwachung und Messung der Konzentration,, der Konzentrations-Änderungsgeschwindigkeit, der Konzentrationsverhältnisse etc. irgend welcher magnetisierbarer oder elektrisch polarisierbarer Partikel in einem Fluid verwendet werden.

3 0 9 8097 027 8 Patentansprüche,

Claims

21. August 1972 vKi/ax Meine Akte: T-3089

1.Verfahren zur Überwachung überfeiner Partikel in einem Fluid, dadurch gekennzeichnet , daß A. ein Trägermaterial in einem Kraftfeld verhältnismäßig großer Stärke angeordnet wird, das senkrecht zu einer den Fluß des Fluids unterstützenden Oberfläche des Trägere verläuft, damit

polarisierte oder polarisierbare Partikel angezogen werden; .B. 'das Fluid über die Trägeroberfläche strömt, wobei eich unter der Wirkung des Feldes Partikel auf dem Träger absetzen können;

und
C, bestimmte ausgewählte Eigenschaften und Wert« der sieh auf dem Träger niederschlagenden Partikel überwacht werden. \

2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß der Träger in dem Feld so angeordnet ist, daß die durch das Feld hervorgerufene Kraft von der einen Seite (20a) des Trägers (20) zu der anderen Seite (20b) des Trägers in Richtung der Fluidströmung über den Träger zu* nimmt, wobei die anzusammelnden Partikel zunehmenden Kräften ausgesetzt sind, wenn das Fluid über den Träger (20) strömt·

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der Partikel, die sich unter der Wirkung des Feldes auf dem Träger niederschlagen, an mindestens zwei verschiedenen Stellen (a,b,c) überwacht wird, die in Richtung des Fluidflusses räumlich voneinander getrennt sind, wobei die Konzentrationen der sich aufgrund der Feldkräfte unterschiedlicher Stärke niederschlagenden Partikel verglichen werden können.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis der Niedexachlagkonzentrationen an zwei der Stellen (a,b,c) überwacht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis der zeitlichen Knderungsgeschwindigkeit der Niederschlagskonzentration an den Stellen (a,b,c) überwacht wird.

309BO9/O770

224ΊΗ3

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Niederschlagkonzentration auf dem Träger überwacht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial lichtdurchlässig ist, und daß die Partikeleigenschaften mittels eines Mikroskopes überwacht werden, mit dem der Niederschlag mit auftreffendem Licht einer ersten Farbe und durchgelassenem Licht einer zweiten Farbe beleuchtet wird, wobei die Partikel anhand ihrer Lichtdurchlässigkeit- und Lichtreflexionseigenschaften unterschieden werden können.

8. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , da& das Trägermaterial lichtdurchlässig ist, und daß die Partikeleigenschaften mittels eines lichtempfindlichen Mediums und einer Lichtquelle überwacht werden, die so angeordnet ist, daß das Licht über das Trägermaterial zu dem Medium gelangt, und daß der Partikelniederschlag die Lichtdurchlässigkeit entsprechend der Niederschlagskonzentration auf dem Trägermaterial vermindert.

9. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß der Träger ein verhältnismäßig dünner, planarer Objektträger ist, der so ausgerichtet ist, daß die Strömung des Fluids entlang seiner Oberfläche unterstützt wird.

10. Verfahren nach Anäprüdh S, dadurch gekennzeichnet , daß das Kraftfeld mittels eines senkrecht zu dem Objektträger verlaufenden Magnetfeld mit einer Gradientkomponente in der Größenordnung von 40 kGauß/cm (lOOkGauii/inch) erzeugt wird, damit magnetisch suszeptible oder magnetisierbare Partikel angezogen werden.

11. verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Parti-kel-Niederschlaggeschwindigkeit mittels eines chemischem Zusatzstoffes beschleunigt wird, der mit dem Fluid gemischt wird, bevor das Fluid über das Trägermaterial fließt.

30Ü80fl/027fl

" ³⁰ " 2241M3

12. Verfahren nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet , daß der Zusatzstoff einen Entwickler in Form von Perchloräthylen aufweist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß der Zusatzstoff mittels eines Fixiermittels in Form von Trichloräthylen entfernt wird, nachdem das Fluid über das Trägermaterial geströmt ist.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Trägermaterial rohrförmig ausgebildet ist, und daß das zu analysierende Fluid durch das Rohr hindurch fließt.

15. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß das Feld ein Hagnetfeld ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld einen Gradienten in der Größenordnung von mindestens 40 kGauß/cm (100 kGauß/inch) in dem Bereich besitzt, in welchem Partikel auf das Trägermaterial niedergeschlagen werden sollen.

17. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß das Feld ein elektrisches Feld ist.

18. Verfahren zur Untersuchung von Niederschlägen aus mikrongroßen Partikeln, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel gleichzeitig mit Licht einer ersten Farbe, das durch die Partikelniederschläge hindurch zu einem Okular durchgelassen wird, und mit Licht einer zweiten Farbe beleuchtet wird, das von den Partikelniederschlägen in der Okular reflektiert wird; und daß die dadurch in dem Okular mittels des Lichts unterschiedlicher Färbung gebildete bildliche Darstellung untersucht wird.

19. Verfahren zur Untersuchung von mikron-großen , auf einem lichtdurchlässigen Träger niedergeschlagenen Partikeln, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

■Ί0980970778

22A1U3

A. das Trägermaterial von einer Strahlungsquelle einer ersten Wellenlänge bestrahlt wird, wobei der Träger so angeordnet ist, daß die Strahlung entlang eines ersten Strahlungsweges durch das Trägermaterial hindurch auf ein Abbildungselement gelangt;

B. das Trägermaterial von einer Strahlungsquelle einer zweiten, von der ersten Wellenlänge verschiedenen Wellenlänge bestrahlt wird, wobei das Trägermaterial so angeordnet ist, daß die Strahlung entlang eines zweiten Strahlungsweges, entlang dem die Strahlung auf das Trägermaterial aus einer dem ersten Strahlungsweg entgegengesetzten Richtung auftritt, durch Reflexion auf das Abbildungselement gelangt; und

C. das Bild untersucht wird, das durch den gleichzeitigen Empfang der Strahlung von den beiden Strahlungsquellen gebildet ist.

20. Einrichtung zur überwachung von Partikeln in einem Fluid, insbesondere zur Durchführung der Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,gekennz e i chnet durch

A. mindestens einen Träger, der in einem Kraftfeld angeordnet ist, während ein Fluid über ihn strömt;

B. ein Mittel zur Beschleunigung der Partikelausfällung aus dem Fluid; und

C. eine Einrichtung zur Zuführung des Fluids und des Beschleunigungsmittels auf das Trägermaterial.

21. Einrichtung nach Anspruch 20,dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur Zuführung des Fluids und des Beschleunigungsmittels auf den Träger (20) eine flexible Rohrleitung (46;46a,46b) aufweist, die in Verbindung mit einer Verdrängerpumpe verwendbar ist, die das Fluid in dem Rohr, ohne mit ihm in Berührung zu kommen, befördert.

22. Einrichtung nach Anspruch 20,dadurch gekennzeichnet , daß das Beschleunigungsmittel Perehloräthylen enthält.

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~³²~ 22A1U3

23. Einrichtung nach Anspruch 20,dadurch gekennzeichnet , daß ein Mittel zur Entfernung des Beschleunigungsmittels von dem Trägermaterial und von den auf diesem niedergeschlagenen Partikeln vorgesehen ist.

24. Einrichtung nach Anspruch 23,dadurch gekennzeichnet , daß das Entfernungsmittel Trichloräthylen enthält.

25. Einrichtung nach Anspruch 20,dadurch gekennzeichnet , daß das Trägermaterial einen dünnen, in der

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Größenordnung von einigen 10 mm (einigen Mils), im allgemeinen rechteckigen Objektträger aufweist.

26. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet , daß der Träger (20) eine die Strömung begrenzende Einrichtung (22,23) auf seiner das Fluid weiterleitenden Oberfläche aufweist, wobei die Strömung auf einen ausgewählten Teil des Trägers begrenzbar ist.

27. Vorrichtung zur überwachung der Konzentration magnetisierbarer, in einem Fluid schwebender Partikel, insbesondere zur Durchführung der Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ,dadurch gekennzeichnet, daß

A. ein Rohr (92) zur Weiterleitung des Partikel enthaltenden Fluids vorgesehen ist, wobei durch zumindest einen Teil des Rohrs von einer Beleuchtungsquelle stammendes Licht durchgelassen wird;

B. eine Beleuchtungsquelle (94) angrenzend an das Rohr (92) angeordnet ist;

C. eine auf die Beleuchtung ansprechende Einrichtung (100) zur Aufnahme des von dem Rohr (92) durchgelassenen Lichts angeordnet ist; und

D. eine Einrichtung (98;98a,98b) zur Erzeugung eines Magnetfeldgradienten durch zumindest einen Teil des Rohrs (92) vorgesehen ist, wobei eine Komponente des Gradienten senkrecht zur Oberfläche des Rohrteils verläuft, auf dem unter der Wirkung des Magnetfeldes Partikel aus dem Fluid niedergeschlagen werden sollen.

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28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dad urch gekennzeichnet , daß eine im allgemeinen geschlossene Mantelfläche (90) das Rohr (92) , die Beleuchtungsquelle (94), die auf die Beleuchtung ansprechende Einrichtung (100) und die das Magnetfeld erzeugende Einrichtung (98) in seinem Inneren umschließt, und daß erste und zweite, mit ersten und zweiten Öffnungen in dem Rbhr (92) übereinstimmende Öffnungen an gegenüberliegenden Enden des Rohrs (92) derart vorgesehen sind, daß Fluid durch das Rohr in den Gehäusemantel strömen kann.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet , daß das Rohr (92) bezüglich des Feldgradienten so ausgerichtet ist, daß, da der Feldgradierit von der einen zur anderen Rohrseite zunimmt, unterschiedliche Kräfte auf die Partikel in dem Fluid an unterschiedlichen Stellen entlang des Rohrs (92) einwirken, so daß sich die Partikel entlang des Rohrs entsprechend ihrer Größe nieder- ' schlagen.

30. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet , daß die auf die Beleuchtung ansprechende Einrichtung (100) eine Anaahl Ausgänge aufweist, die der Aufnahme des Lichtes entsprechen, das durch das Rohr an einer entsprechenden Anzahl unterschiedlicher Abschnitte entlang des Rohrs durchgelassen wird, wobei die Konzentration des Niederschlags auf den einzelnen Abschnitten überwacht werden kann.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch ge kennzeichnet , daß eine Einrichtung zur Berechnung der Konzentrationsverhältnisse vorgesehen.ist.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurc-h gekennzeichnet , daß eine Einrichtung zur Berechnung der zeitlichen Änderungsgeschwind<|gkeit Etärfe der Konzentrationsverhältnisse vorgesehen ist.

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2241H3

33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung zur Reinigung oder Entfernung der angesammelten Partikel in periodischen Abständen von der leitenden Einrichtung vorgesehen ist, um wiederholte Messungen der Niederschlagkonzentration zu erleichtern.

34. Vorrichtung zur Trennung und Ausscheidung von Partikeln aus einem Medium und zu ihrer Absonderung entsprechend der Partikelgröße, mit einem starken, ein homogenes Feld liefernden Magneten, insbesondere zur Durchführung der Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

A. ein Träger in dem Feld angeordnet ist, der den Fluß des Partikel enthaltenden Fluid über seine Oberfläche fördert und Partikel aus dem Fluid aufnimmt und der eine Aufzeichnung von auf ihm angesammelten Partikeln schafft;

B. ein Behälter ein Niederschlag-Beschleunigungsmittel enthält, das mit dem Fluid mischbar ist, um die Trennung und Ausscheidung der Partikel aus dem Fluid mittels des Magnetfeldes zu beschleunigen, wenn das Fluid über den Träger strömt; und

C. eine Rohrleitung zur Beförderung des Fluids und des Beschleunigungsmittels auf dem Träger vorgesehen ist.

35.Verfahren zur Bestimmung und Feststellung überfeiner Partikel einer Größe und Form in aus einer Maschine entnommenem Schmieröl, um den Beginn eines Maschinenschadens anzuzeigen, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß A. sich aus dem öl überfeine Partikel absetzen, die Partikel einer charakteristischen Form zusammen mit Partikeln eines ähnlichen Größenbereichs sowie feinere Partikel aufweisen, die vermischt mit den Partikeln einer charakteristischen Größe die letzteren verdecken würden und dadurch eine Feststellung mittels optischer Einrichtungen verhindern; und

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' _Λ 22A1U3

B. die Partikel einem Polarisierungsfeld ausgesetzt werden/ um deren Niederschlag in gesonderten, durch Größenbereiche klassifizierte Gruppen zu bewirken, wobei die Partikel mit charakteristischen Formen visuell wahrnehmbar und feststellbar sind, ohne daß sie durch die feineren Partikel verdeckt werden.

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