DE3739153C1 - Vorrichtung zur Ermittlung des Beginns eines Verfalls von bewegten,fluessigkeitsgeschmierten Teilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung des Beginns eines Verfalls von bewegten, flüssigkeitsgeschmierten, einem mechanischen Abrieb von Metallpartikeln unterliegenden Teilen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Gegeneinander form- oder kraftschlüssig bewegte Teile von Getrieben, Motoren, Pumpen und dgl. unterliegen trotz Einsatzes von Schmiermitteln einer Ermüdung und einem Verschleiß mit der Folge einer beträchtlichen Minderung der Einsatzzeit. Dabei sind die primären Schadensbilder der Materialermüdung sog. Pittings an Zahnflanken von Zahnrädern oder an Laufflächen und Roll- bzw. Wälzkörpern von Lagerungen, deren Fort­ schritt zu Zahn- bzw. Lagerbrüchen führen kann. Neben diesen Schadens­ bildern sind diejenigen bei abrasivem Verschleiß beachtlich, bei­ spielsweise infolge Teilekontakt ohne ausreichende Schmierung. Beide Schädigungsvorgänge haben Abrieb der Teile zur Folge, der vom Schmier­ mittel aufgenommen wird, so daß die Menge des hierin befindlichen Abriebes ein Maß für den Verschleißfortschritt und dieser somit durch eine Schmiermittelanalyse ermittelbar ist. Hierzu werden bisher in der Regel Schmiermittelproben für das Labor gezogen. Es ist auch schon bekannt, durch kontinuierliches Messen der Druckdifferenz in einem Schmiermittelfilter die Konzentration von Abriebpartikeln zu ermitteln. Jedoch ist auf diesem Hege eine fehlerfreie Verschleißzustandsüber­ wachung der Teile kontinuierlich nicht möglich, weil der Differenzdruck im Schmiermittelfilter viskositätsabhängig ist und somit Temperaturun­ terschiede sowie die Alterung des Schmiermittels zu Fehlinterpretationen führen.

Im übrigen macht die Kennzeichnung des Übergangs von normalen Ver­ schleißraten zu einer kritischen Verschleißhochlage der Teile eine direkte Aussage über den Anfall von Abriebpartikeln erforderlich. Nur dann ist die rechtzeitige, d.h. von Überholungsintervallen unabhängige Einleitung von Instandhaltungs- und Instandsetzungsmaßnahmen sicherzu­ stellen, was insbesondere bei sicherheitsrelevanten Anlagen zwingend erforderlich ist, wie dem Getriebe für den Rotorantrieb eines Dreh­ flügelflugzeugs.

Eine insoweit geeignete Vorrichtung der eingangs genannten Art gemäß dem DE-GM 85 30 573.1 ermöglicht die Nutzung der im Filter jeweils aufgefangenen Menge von Abriebpartikeln zur Verstimmung eines Induk­ tionsfeldes, wobei bereits die gemessenen Feldverstimmungen (von Zeit­ einheit zu Zeiteinheit) Verschleißzustände identifizieren und Rück­ schlüsse auf Verschleißzustandsänderungen zulassen bis zum Eintritt der Verschleißhochlage der Teile. Bei dieser Vorrichtung ist in der innneren Kammer des Filtergehäuses unter koaxialer Anordnung mit dem Filter eine Induktionsspule diesem gegenüber mit radialem Abstand angeordnet. Der Filter im Schmiermittelkreislauf wirkt also in Bezug auf die Induktions­ spule nach Art einer Spulenabschirmung variabler Leitfähigkeit (je nach Ansammlung von Metallpartikeln). Allerdings hat sich gezeigt, daß das auswertbare Meßsignal der jeweiligen Feldverstimmung relativ klein ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art aufzuzeigen, welche besser auswertbare Meßsignale zu liefern vermag.

Diese Aufgabe ist mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst, wonach der Filter ein durch die darin zurückgehaltenen Abrieb­ partikel einen variablen Isolationswiderstand aufweisendes Dielektrikum eines hierdurch in der Kapazität variablen Plattenkondensators ist. Dem­ gegenüber wird bei durch die DE-OSen 20 38 736 und 15 23 078 bekannten Vorrichtungen zur Messung bzw. Feststellung von Verunreinigungen in einer Flüssigkeit deren Dielektrizitätskonstante gemessen bzw. die Flüssigkeit als Dielektrikum eines kapazitiven Sensors genutzt, d.h. von der Auswertung eines Filtrats kein Gebrauch gemacht.

Die Kapazität des Kondensators der erfindungsgemäßen Signalerzeu­ gungs-Einrichtung ist durch die im Patentanspruch 3 gekennzeichnete Aus­ gestaltung noch steigerbar. Es hat sich gezeigt, daß bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung gut auswertbare Kapazitätsänderungen in Meßbereichen erreichbar sind, welche auf der Basis von Magnetfeldverstimmungen nicht mehr sinnvoll auswertbar wären.

Nachfolgend werden die Erfindung und ihre in den Unteransprüchen gekennzeichneten Ausgestaltungen anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Dazu zeigt die Zeichnung im Längsschnitt eine Fil­ triervorrichtung für einen nicht weiter dargestellten Schmierölkreis­ lauf beispielsweise eines Getriebes. Hierbei wird das Schmieröl über eine Zuleitung 1 dem zylinderförmigen Innenraum eines Filtergehäuses zugeführt, welcher durch einen Filter 2 in zwei konzentrische Kammern 3, 4 unterteilt ist. Hiervon ist der inneren Kammer 4 eine Schmieröl-Ab­ leitung 5 zugeordnet. Der Filter 2 ist durch Vereinigung mit zwei metallischen Decklagen 6 der Kern eines hieraus gebildeten Kondensators. Hierbei ist durch eine flüssigkeitsdurchlässige Struktur der Decklagen 6, aus Gründen einer einfachen Montage vorzugsweise eine Gitterstruktur z.B. aus einem Metalldrahtgeflecht, sichergestellt, daß die Filterfunk­ tion unbeeinträchtigt bleibt. Bei der Durchströmung mit Schmieröl haben die im Filter 2 sich ansammelnden Metallpartikel eine Änderung des Isolationswiderstandes des Dielektrikums "Filter" mit entsprechender Änderung der Kapazität des Kondensators "Decklagen" zur Folge, wobei die Menge der in einer (je nach Anwendungsfall) gewählten Zeiteinheit der erwarteten Getriebelebensdauer jeweils anfallenden Metallpartikel durch Messung der entsprechenden Kapazität bestimmbar ist. Aus der Größe der Kapazitätsänderungen von Zeiteinheit zu Zeiteinheit ist der Ver­ schleißfortschritt und damit der Beginn eines Verfalls von Teilen des Getriebes während des Betriebes ermittelbar.

Um bei möglichst geringer Dicke des Dielektrikums "Filter" dennoch vorgegebene Filtereigenschaften sicherzustellen, hat der Filter 2 mit den Decklagen 6 vorzugsweise ein um die zylindrische innere Kammer 4 sternförmig gefaltetes Profil.

Für die fortlaufende Messung der Kapazitätsänderungen können die Deck­ lagen 6 an einen verstimmbaren Oszillator angeschlossen werden, dessen Ausgangssignal dann den Kapazitätsänderungen entspricht. Der Leitungsan­ schluß 7 hierfür kann, wie symbolisch angedeutet, über Lötverbindungen zu den einzelnen Decklagen 6 hergestellt sein.

Die Oszillatorverstimmungen lassen sich mittels eines Rechners auswer­ ten, dem hierzu nur noch Betriebsinformationen des Getriebes, wie Leistung. Drehzahl, Temperatur u.dgl., und Zeitinformationen (Uhrzeit, Datum) einzugeben sind. Zweckmäßig wird dabei auch mit einer Anzeige der Überschreitung von vorgegebenen Grenzwerten der Kapazitätsänderungen bzw. Oszillatorverstimmungen, also des Getriebeverschleißes gearbeitet.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Ermittlung des Beginns eines Verfalls von bewegten, flüssigkeitsgeschmierten, einem mechanischen Abrieb von Metallpartikeln unterliegenden Teilen durch fortlaufendes Bestimmen der Konzentration der Metallpartikel in der Schmierflüssigkeit, mit einem Filter, welcher den zylinderförmigen Innenraum seines Gehäuses in zwei konzentrische Kammern unterteilt, von denen der einen (äußeren) Kammer eine Flüssigkeitszuleitung und der anderen (inneren) Kammer eine Flüssigkeitsableitung zugeordnet ist, und mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Signals, dessen Größe von der Menge der in dem Filter jeweils aufgefangenen Abriebpartikel beeinflußt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Signalerzeugung einen Kondensator aufweist, der aus mit dem Filterkörper an dessen radial innen bzw. außen liegender Oberfläche verbundenen, flüssigkeitsdurch­ lässigen und elektrisch leitfähigen Decklagen (6) gebildet ist, derart, daß der Filter (2) mit den darin zurückgehaltenen Abriebpartikeln ein zwischen den Kondensatorplatten (Decklagen 6) wirkendes Dielektrikum bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Gitterstruktur der Decklagen (6).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (2) mit den Decklagen (6) ein um die zylindrische innere Kammer (4) sternförmig gefaltetes (Querschnitts-)Profil aufweist.