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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft allgemein das Messen einer Viskosität und insbesondere
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Änderung
der Viskosität
eines Fluids, wenn sich der Zustand des Fluids verschlechtert.
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Hydrauliköl, wie etwa
Schmieröl
für eine Brennkraftmaschine,
erfährt
unvermeidlich mit der Zeit Änderungen
seiner Viskosität,
die von der Ölsorte,
der Temperatur, dem Alterungszustand und weiteren Betriebsparametern
abhängig
sind. Die Ölviskosität ist eine
wichtige Eigenschaft, denn sie bestimmt die Ölfilmdicke zwischen beweglichen
Teilen eines Motors. Außerdem
wirkt sie sich auf das Kaltstartvermögen, den Kraftstoffverbrauch
aus und beeinflusst bei einigen Motoren die Fähigkeit, Emissionen zu beherrschen,
etwa bei einem Dieseleinspritzsystem mit hydraulischer Booster.
Die Ölviskosität kann außerdem verwendet
werden, um das Ende der Nutzlebensdauer des Öls zu bestimmen. Beispielsweise kann
ein festgelegter Schwellenwert der Ölviskosität allein oder in Verbindung
mit anderen Öleigenschaften
wie etwa dem Ölsäuregrad,
der Partikelzahl, dem Gehalt an bestimmten Additiven und dem Verschmutzungsgrad
verwendet werden, um kundzutun, dass ein Ölvolumen das Ende seiner Nutzlebensdauer
erreicht hat und ersetzt oder erneuert werden muss.
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Die
Notwendigkeit eines Ölwechsels
bei einem Brennkraftmaschinensystem, wie etwa einem Kraftfahrzeug,
wird typisch auf der Grundlage von Herstellerempfehlungen, die der
Betriebsanleitung des Fahrzeugs ent nommen werden können, bestimmt.
Solche Empfehlungen basieren auf Annahmen, die auf die spezifischen
Umgebungs- und/oder Fahrbetriebsbedingungen eines bestimmten Benutzers
anwendbar oder nicht anwendbar sind. Basierend auf den Herstellerempfehlungen Öl zu wechseln kann
unter vielen Umständen
zufrieden stellend sein. Wenn jedoch eine minderwertige Ölsorte verwendet wird
oder ein Motor in einer rauen Umgebung betrieben wird, kann das
korrekte Intervall für
einen Ölwechsel
als eine Funktion von festgelegten Ölzustandsparametern, wovon
einer die Viskosität
sein kann, variieren. Folglich kann die Fähigkeit zur schnellen und genauen
Messung der Ölviskosität verwendbar
sein, um Schaden an einem Motor zu vermeiden.
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Ein
bekanntes Verfahren zum Bestimmen der Viskosität verwendet eine Anordnung,
die, wie gesagt wird, die Viskosität eines Fluids durch Bestimmen
der Zeit misst, die ein Standardelement benötigt, um in dem Fluid eine
festgelegte Entfernung zurückzulegen.
Diese Anordnung eignet sich nicht für in-situ-Messungen der Ölviskosität, die bei
vielen Anwendungen, wie etwa in der Kraftfahrzeugindustrie, wünschenswert
sein können.
Es sind weitere Vorrichtungen und Verfahren zum Messen der Viskosität bekannt,
die Proben der betreffenden Flüssigkeit
erfordern, die für
eine Analyse in ein Laboratorium einer anderen Einrichtung zu bringen
sind. Diese Verfahren sind nicht für in-situ-Messungen geeignet.
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US-A-5
289 716 beschreibt Vorrichtung und Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 bzw. 19.
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KURZZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Ein
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung schafft ein in-situ-Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen
der Änderung
der Viskosität
eines Schmierstoffs, wenn sich die Qualität des Schmierstoffs während des
Betriebseinsatzes verschlechtert. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung erlaubt
die Korrelation der Wärmekonvektionseigenschaften
des Schmierstoffs mit der Viskosität des Schmierstoffs. Es kann
ein Heizmittel vorgesehen sein, um die Temperatur des Schmierstoffs örtlich zu erhöhen. Zumindest
ein Teil des erwärmten
Schmierstoffs kann dann infolge der verminderten Dichte des erwärmten Teils
in dem Schmierstoffvolumen auf- bzw. ansteigen. Es kann dann eine
betriebsbedingte Anstiegszeit bestimmt werden, beispielsweise nachdem
ein Fahrzeug abgestellt worden ist, um festzustellen, ob ein Wechseln
oder Behandeln des Schmierstoffs erforderlich ist. Die betriebsbedingte Anstiegszeit
kann die Differenz zwischen der Auslösung eines Heizimpulses von
dem Heizmittel, um einen Teil des Schmierstoffs zu erwärmen, und
der Ankunft des erwärmten
Teils in einer festgelegten Entfernung von den Heizmitteln sein.
Die betriebsbedingte Anstiegszeit kann dann verwendet werden, um
die Viskosität
des Fluids zu bestimmen.
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Eine
alternative Ausführungsform
berücksichtigt
die betriebsbedingte Anstiegszeit, die jene Zeit ist, die der erwärmte Teil
benötigt,
um von einer Stelle nahe dem Punkt, an dem er erwärmt wird,
zu einer Stelle nahe einem zweiten Punkt, der in einer bekannten
Entfernung von dem ersten Punkt ist, aufzusteigen. Noch eine weitere
alternative Ausführungsform
berücksichtigt
eine Bestimmung der Durchschnittsgeschwindigkeit des erwärmten Teils, die
als eine Funktion der Temperaturdifferenz zwischen dem erwärmten Schmierstoffanteil
und dem Rest des Schmierstoffvolumens bestimmt werden kann. Die
Durchschnittsgeschwindigkeit kann auch eine Funktion der Scherkräfte in dem
Schmierstoff sein, die durch die Viskosität des Schmierstoffs bestimmt
sind.
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Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht das Erstellen eines Satzes
Nachschlage-Tabellen vor, die Basis-Anstiegszeiten bei einer bekannten Temperatur
für eine
Auswahl von Fluida mit bekannter Viskosität enthalten. Die betriebsbedingte
Anstiegszeit kann dann mit der entsprechenden Basis-Anstiegszeit
verglichen werden, die in der Nachschlage-Tabelle enthalten ist,
um die Viskositätsänderung
des Schmierstoffs zu bestimmen. Die Basis-Anstiegszeit-Daten können interpoliert
werden, um qualitative und/oder quantitative Informationen bezüglich der
Viskosität
des Schmierstoffs in Reaktion auf die Bestimmung der betriebsbedingten
Anstiegszeit zu bestimmen. Diese Informationen können dann verwendet werden,
um zu bestimmen, ob der Schmierstoff gewechselt oder behandelt werden muss.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sieht einen Temperatursensor vor, der
eine erste Temperatur auf einer festgelegten Höhe aufnimmt, um eine Basis-Temperatur
des Schmierstoffs auf dieser Höhe
festzulegen. Das Heizmittel kann einen Teil des Schmierstoffs an
einem festgelegten Punkt unterhalb der festgelegten Höhe erwärmen. Die
Zeit, die der erwärmte
Teil benötigt,
um von dem Heizmittel bis zu der festgelegten Höhe aufzusteigen, kann gemessen
werden, indem bestimmt wird, wann die Temperaturänderung auf der festgelegten
Höhe stattfindet.
Falls es eine Änderung
der Viskosität
des Fluids gibt, kann diese dann bestimmt werden.
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Ein
weiterer Aspekt eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung sieht wenigstens einen Temperatursensor
vor, der in einer Menge Öl zur
Messung einer Temperatur, während
eine Menge erwärmten
Schmierstoffs einen bekannten Punkt passiert, verwendet wird. In
einer alternativen Ausführungsform
können
zwei Temperatursensoren verwendet werden, um die Temperaturänderung
zwischen einem ersten Punkt und einem zweiten Punkt in dem Öl zu messen,
während
das erwärmte Öl zwischen
diesen Punkten fließt.
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ZEICHNUNGSKURZBESCHREIBUNG
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1 veranschaulicht
einen Querschnitt eines Behälters
zum Halten eines Fluids mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung, das darin eingeschlossen ist;
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2 veranschaulicht
einen Querschnitt eines Behälters
zum Halten eines Fluids mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung, das darin eingeschlossen ist;
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3 veranschaulicht
einen Querschnitt eines Behälters
zum Halten eines Fluids mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung, das darin eingeschlossen ist; und
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4 ist
ein Ablaufplan eines beispielhaften Verfahrens gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 veranschaulicht
einen Querschnitt eines Behälters 10 zum
Halten einer Menge Fluid 12, wie etwa Öl auf Mineralölbasis,
das beispielsweise als Schmierstoff zum Schmieren und Kühlen beweglicher
Komponenten der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs verwendet
wird. Es kann ein Heizmittel 14 vorgesehen sein, das einen
Teil 16 des Fluids 12 örtlich erwärmt. Das Heizmittel 14 kann
eine herkömmliche
Heizquelle sein, wie beispielsweise eine intelligente Heizquelle,
die so ausgelegt ist, dass sie Spannung und Strom steuert. In alternativen
Ausführungsformen
können
die Heizmittel 14 andere herkömmliche Vorrichtungen sein,
wie beispiels weise strahlende, ohmsche und induktive Heizeinrichtungen.
Es kann ein Temperatursensor 18 vorgesehen sein, der eine Änderung
der Temperatur an einem festgelegten Punkt oberhalb des Heizmittels 14 misst.
Der Temperatursensor 18 kann eine herkömmliche Einrichtung sein, wie
etwa eine Widerstands-Temperaturmesseinrichtung ("RTD"), ein Thermoelement,
ein Thermometer, oder kann eine andere dem Fachmann bekannte Einrichtung
sein. Der erwärmte
Teil 16 des Fluids 12 wird, nachdem er erwärmt worden
ist, auf Grund seiner im Vergleich zu dem Fluid 12 geringeren
Dichte auf- bzw. ansteigen. Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung berücksichtigt
ein Korrelieren der Zeit, die der erwärmte Teil 16 benötigt, um
eine bekannte Stecke durch das Fluid 12 zurückzulegen,
mit der Viskosität, um
eine Änderung
der Viskosität
des Fluids 12 zu messen. Der erwärmte Teil 16 kann
infolge der Wärmeleitfähigkeit
des Fluids 12 und des erwärmten Teils 16 abkühlen, während er
in dem Fluid 12 auf- bzw. ansteigt.
Jedoch sind die Wärmeleitfähigkeiten
von Schmierstoffen auf Mineralölbasis,
wie etwa jenen, die beispielsweise in Kraftfahrzeugen verwendet werden,
im Wesentlichen gleich, und was auch immer die Wirkung der Wärmeleitfähigkeit
auf den erwärmten
Teil 16 ist, sie ist für
die Schmierstoffe im Wesentlichen gleich. Weitere Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung können
Unterschiede der Wärmeleitfähigkeiten
von Fluiden in dem Umfang berücksichtigen,
in dem sich diese Unterschiede auf die Bestimmung von Viskositätsänderungen
in diesen Fluida auswirken.
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Der
Temperatursensor 18 kann verwendet werden, um eine Änderung
der Temperatur des Fluids 12 an einem festgelegten Punkt
oder auf einer festgelegten Höhe
B oberhalb der Heizmittel 14 zu erfassen. Nach einem Erwärmen ist
die Geschwindigkeit des Teils des erwärmten Fluids 16, wenn
es die Strecke d zwischen den Punkten A und B zurücklegt,
eine Funktion von wenigstens: a) dem Temperaturunterschied zwischen
dem Fluid 12 und dem erwärmten Teil 16, und
b) der Viskosität
des Fluids 12. In einem Ausführungsbeispiel kann die Strecke
d zwischen ungefähr
einem (1) und zwei (2) Zentimetern und der Temperaturunterschied
zwischen dem Fluid 12 und dem erwärmten Teil 16 ungefähr 5 Grad
Celsius sein. Die Strecke d und der Temperaturunterschied zwischen
dem erwärmten
Teil 16 und dem Fluid 12 kann in alternativen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung in Abhängigkeit von der spezifischen
Konstruktion, der Leistung und weiteren Parametern abweichen. Beispielsweise
kann der Temperaturunterschied zwischen dem erwärmten Teil 16 und
dem Fluid 12 eine Funktion der Dauer eines Heizimpulses
sein, der von dem Heizmittel 14 erzeugt wird. Je länger der
Heizimpuls ist, desto größer ist
das Temperaturdifferential. Es ist wünschenswert, einen Heizimpuls
vorzusehen, der einen hinreichend stabilen oder definierten erwärmten Teil 16 zur
Folge hat. Dies ermöglicht
dem erwärmten
Teil 16, die festgelegte Strecke zurückzulegen, ohne zu stark in
die Flüssigkeit 12 zu
diffundieren oder auf andere Weise ihre physikalischen Eigenschaften
zu verschlechtern, bevor er beispielsweise den Temperatursensor 18 erreicht.
Genauso kann es sein, dass sich der erwärmte Teil, wenn er ungenügend erwärmt ist,
nicht mit Eigenschaften zu dem Temperatursensor 18 bewegt, die
dem Sensor genügen,
um eine Temperaturänderung
zu erfassen. Von dem Anmelder der vorliegenden Erfindung ist durch
empirische Versuchstätigkeit festgestellt
worden, dass ein Liefern eines Heizimpulses zwischen im Allgemeinen
ungefähr
0,5 und 1,0 Sekunden dem erwärmten
Teil 16 ermöglicht,
eine Strecke zurückzulegen,
die dafür
geeignet ist, seine betriebsbedingte Anstiegszeit zu bestimmen.
Alternative Ausführungsformen
können
in Abhängigkeit von
den Konstruktionsparametern des Viskositätssensors einen Heizimpuls
mit größeren oder
kleineren Werten vorsehen. Beispielsweise kann in einem Ausführungsbeispiel
der Heizimpuls nur ungefähr 0,10
Sekunden lang sein. Folglich wird einsichtig sein, dass die vor liegende
Erfindung nicht auf irgendeine spezifische Zeitdauer zum Erwärmen des Teils 16 beschränkt ist.
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Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung berücksichtigt ein Bestimmen der
betriebsbedingten Anstiegszeit des erwärmten Teils 16. In
einem Ausführungsbeispiel
kann die betriebsbedingte Anstiegszeit als die Zeitdifferenz zwischen
der Zeit, zu der ein Heizimpuls von dem Heizmittel 14 ausgelöst wird, und
der Zeit, zu der der erwärmte
Teil 16 an einem Punkt in einer bekannten Entfernung, wie
etwa dem Punkt B nahe dem Temperatursensor 18 "ankommt" oder zuerst erfasst
wird, definiert sein. Der Temperatursensor 18 kann eine örtliche Änderung
der Temperatur des Fluids 12 erfassen, die auf die "Ankunft" des erwärmten Teils 16 schließen lässt. Da
der erwärmte Teil 16 zur
Höhe B
aufsteigt, wird der Temperatursensor 18 eine Temperaturänderung
in der Flüssigkeit 12 nahe
dem Temperatursensor 18 erfassen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass
der erwärmte
Teil 16 dicht genug an dem Temperatursensor 18 aufsteigt, so
dass der Sensor eine örtliche Änderung
der Temperatur des Fluids 12 messen kann. In einer alternativen
Ausführungsform
kann die "Ankunft" des erwärmten Teils 16 mittels
einer Laserdiode festgestellt werden, die eine Änderung des Brechungsindex
des erwärmten
Teils 16 erfasst, während
er sich nahe am Erfassungsbereich vorbeibewegt. Der Temperatursensor 18 kann
so konfiguriert sein, dass er ein Datensignal an einen Prozessor 22 sendet,
dass der erwärmte
Teil 16 erfasst worden ist. Der Prozessor 22 kann
dann die betriebsbedingte Anstiegszeit und/oder die Durchschnittsgeschwindigkeit
des erwärmten
Teils 16 berechnen. Die betriebsbedingte Anstiegszeit kann
anschließend
beispielsweise über eine
Nachschlage-Tabelle, die in einer Datenbasis gespeichert ist, auf
die der Prozessor 22 zugreifen kann, mit einer Basis-Anstiegszeit
für dieses
Fluid 12 verglichen werden. Die Basis-Anstiegszeit kann für das Fluid 12 bei
einer gewählten
Temperatur bestimmt werden, wenn die Viskosität des Fluids 12 bekannt
ist, etwa bevor das Fluid 12 den Betriebsbedingungen in
dem Behälter 10 ausgesetzt
wird. In alternativen Ausführungsformen
kann die betriebsbedingte Anstiegszeit des erwärmten Teils 16 über eine
andere Strecke d berechnet werden, wie etwa die Zeit, die der erwärmte Teil 16 benötigt, um
sich zwischen zwei beliebigen bekannten Punkten zu bewegen, vorausgesetzt,
die Basis-Anstiegszeit ist unter Verwendung der gleichen Punkte
berechnet. Folglich sollte das Messen von Änderungen der Temperatur über eine
Strecke d nicht als eine Beschränkung
der vorliegenden Erfindung ausgelegt werden. Der Anmelder der vorliegenden
Erfindung hat durch empirische Versuchstätigkeit festgestellt, dass
der Unterschied zwischen der Basis-Anstiegszeit und betriebsbedingten
Anstiegszeiten eine Veränderung
der Viskosität des
Fluids 12 anzeigt. Die Viskosität der umgebenden Flüssigkeit 12 wird
die Aufstiegsgeschwindigkeit des erwärmten Teils 16 beeinflussen.
Je größer die Viskosität des umgebenden
Fluids 12 ist, desto langsamer wird der erwärmte Teil 16 aufsteigen.
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Eine
Steuerschaltung 20 und der Prozessor 22 können für eine Datenanalyse
und als Mittel zum Steuern des Temperatursensors 18, der
Heizquelle 14 und/oder einer Anzeigevorrichtung 24 vorgesehen sein.
Die Steuerschaltung 20 und der Prozessor 22 können separate
Komponenten sein oder können
in einer Einheit kombiniert sein, wie der Fachmann klar erkennen
wird. Der Prozessor 22 kann mit entsprechender Software
so konfiguriert sein, dass er die Differenz zwischen der Basis-Anstiegszeit
und der betriebsbedingten Anstiegszeit für ein gewähltes Fluid 12 berechnet.
Die Differenz kann dann verwendet werden, um zu bestimmen, ob dieses
Fluid 12 eine Änderung
seiner Viskosität
erfahren hat. Der Prozessor 22 kann so programmiert sein,
dass er eine Änderung
der Viskosität
in qualitativen und/oder quantitativen Termen ausdrückt. Ein
elektronisches Datensignal, das eine Änderung der Viskosität der Flüssigkeit 12 angibt,
kann von dem Prozessor 22 erzeugt und beispielsweise durch
die Steuerschaltung 20 an eine Anzeigevorrichtung 24 gesendet
werden. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung lässt ein Auswählen eines
Satzes Kriterien zu, um zu bestimmen, ob beispielsweise der Prozessor 22 ein
Signal an die Anzeigevorrichtung 24 senden wird und welche
Informationen dieses Signal enthalten wird. Beispielsweise kann
der Satz Kriterien verschiedenste Variablen enthalten, wie etwa
einen im Voraus bestimmten Prozentsatz der Änderung der Viskosität des Fluids 12. Wenn
die prozentuale Änderung
der Viskosität
des Fluids 12 gegenüber
der Basis-Viskosität
oder der vorhergehenden Viskositätsmessung
gleich oder größer als
zwanzig Prozent (20 %) ist, dann kann das Datensignal veranlassen,
dass die Anzeigevorrichtung 24 anzeigt, dass es Zeit ist,
das Fluid 12 zu wechseln. Alternative Ausführungsformen
können weitere
Variablen einschließen,
etwa Empfehlungen von einem Kraftfahrzeughersteller zum Wechseln des Öls des Kraftfahrzeugs,
die auf Umgebungsbedingungen, Ölzuständen, Viskositätsänderungen usw.
basieren. In einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung kann die Anzeigevorrichtung 24 Teil
des Armaturenbretts eines Kraftfahrzeugs sein und kann, basierend
auf festgelegten Zuständen, dem
Fahrer anzeigen, dass beispielsweise das Motoröl demnächst gewechselt werden muss
oder dass es sobald wie möglich
gewechselt werden muss. Der Fachmann wird klar erkennen, dass die
Anzeigevorrichtung 24 eine Vielfalt von anderen Typen von
Vorrichtungen sein kann, die eigenständige Vorrichtungen oder in
andere Vorrichtungen integriert sein können.
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2 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Vorrichtung gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung. Ein Behälter 10,
der dem in 1 gezeigten ähnlich ist, kann eine Menge
Flüssigkeit 12,
wie beispielsweise das Motoröl
eines Kraftfahrzeugs, halten. In einem Ausführungsbeispiel kann der Behälter 10 die Ölwanne eines
Kraftfahrzeugs sein, jedoch wird der Fachmann erkennen, dass der
Behälter 10 aus
ei nem weiten Bereich weiterer Typen von Behältern, die für andere
Zwecke verwendet werden, sein kann. Es kann ein Heizmittel vorgesehen
sein, wie etwa die Heizquelle 30, die sich nahe dem Boden
des Behälters 10 befinden,
um einen Teil der Flüssigkeit 12 zu
erwärmen.
Die Heizquelle 30 kann eine herkömmliche Heizquelle sein, wie
etwa eine Glühkerze
oder andere Heizwiderstände,
sowie induktive, leitende oder strahlende Heizeinrichtungen, die
beispielsweise an eine Stromversorgung angeschlossen sind. Der erwärmte Teil 32 der
Flüssigkeit 12 wird
auf Grund seiner im Vergleich zur Flüssigkeit 12 geringeren
Dichte in der Flüssigkeit 12 aufsteigen.
Ein erster Temperatursensor 34 und ein zweiter Temperatursensor 36 können in
einer Abstandsbeziehung in der Flüssigkeit 12 vorgesehen sein.
Die Sensoren 34 und 36 können herkömmliche Temperaturfühler sein,
wie etwa eine Widerstands-Temperaturmesseinrichtung, ein Thermopaar,
ein Thermometer oder eine andere derartige Einrichtung. In einem
Ausführungsbeispiel
kann jeder der Sensoren 34 und 36 eine Widerstands-Temperaturmesseinrichtung
("RTD") sein, die so konfiguriert
ist, dass sie ein Ausgangssignal in Reaktion auf Änderungen
des Widerstands erzeugt. Beispielsweise kann der Sensor 34 ein
erstes Ausgangssignal 40 erzeugen, und der Sensor 36 kann
ein zweites Ausgangssignal 42 erzeugen. Die Ausgangssignale 40 und 42 können sich
als Reaktion auf Änderungen
des Widerstands jedes Sensors 34 und 36 verändern, während sich
der erwärmte
Teil 32 an der jeweiligen Position jedes Sensors in der
Flüssigkeit 12 vorbeibewegt.
Diesbezüglich
zeigt jeder der Sensoren 34 und 36 einen zunehmenden
Widerstand, während die
Temperatur der Flüssigkeit 12 in
ihrer Nähe
zunimmt. Es kann ein Signalprozessor 44 vorgesehen sein,
um die ersten und zweiten Ausgangssignale 40 und 42 zu
verstärken
und ein Ausgangssignal 46 durch Subtrahieren des zweiten
Ausgangssignals 42 von dem ersten Ausgangssignal 40 zu
berechnen. In 2 ist der erwärmte Teil 32 an
verschiedenen Stellen, während
er in der Flüssigkeit 12 aufsteigt,
gezeigt. Der erwärmte
Teil 32 kann aufsteigen, so dass er den ersten Sensor 34 und
den zweiten Sensor 36 passiert. Während sich der erwärmte Teil 32 dem
ersten Sensor 34 zuerst nähert und ihn dann passiert, kann
sich das erste Ausgangssignal 40 in Reaktion auf die höhere Temperatur
des erwärmten
Teils 32 ändern.
Genauso kann sich das zweite Ausgangssignal 42 in Reaktion
auf die höhere
Temperatur des erwärmten
Teils 32 ändern,
während
sich der erwärmte
Teil 32 dem zweiten Sensor 36 nähert und
ihn passiert. Das Ausgangssignal 46 kann von dem Prozessor 44 benutzt
werden, um die betriebsbedingte Anstiegszeit des erwärmten Teils 32 zu
berechnen. Die betriebsbedingte Anstiegszeit kann von dem Prozessor 22 berechnet
werden, wobei sie als die Zeit definiert sein kann, die der erwärmte Teil 32 benötigt, um
die Strecke zwischen den Sensoren 34 und 36 zurückzulegen.
Wie weiter oben angedeutet können weitere
Ausführungsformen
die betriebsbedingte Anstiegszeit unter Verwendung anderer Bezugspunkte berechnen,
vorausgesetzt, die betriebsbedingte Anstiegszeit kann mit einer
entsprechenden Nachschlage-Tabelle verglichen werden, um eine Änderung
der Viskosität
des Fluids 12 zu bestimmen.
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In
einer alternativen Ausführungsform
kann beispielsweise die Geschwindigkeit, Durchschnittsgeschwindigkeit
und/oder Beschleunigung des erwärmten
Teils 32 in der Region der Temperatursensoren 34 und 36 bestimmt
werden. Von dem Anmelder der vorliegenden Erfindung durchgeführte Versuche
haben gezeigt, dass die Geschwindigkeit, Durchschnittsgeschwindigkeit
und betriebsbedingte Anstiegszeit des erwärmten Teils 32 in
direkter oder monotoner Beziehung zur Viskosität der Flüssigkeit 12 steht.
Dies trifft für
jeden erwärmten
Teil 16, 32 und 53, der in den Figuren
dargestellt ist, zu; d. h. die Bewegung eines erwärmten Teils
durch das Fluid 12 hindurch ist eine Funktion der Viskosität des Fluids 12.
Die Geschwindigkeit oder Durchschnittsgeschwindigkeit nimmt in Reaktion
auf eine Abnahme der Viskosität
des Fluids 12 zu. Ebenso nimmt die be triebsbedingte Anstiegszeit
in Reaktion auf die abnehmende Viskosität des Fluids 12 ab.
Das Messen der Geschwindigkeit, Durchschnittsgeschwindigkeit und/oder
betriebsbedingten Anstiegszeit eines erwärmten Teils 16, 32 oder 53 ermöglicht eine
qualitative und/oder quantitative Messung der Viskosität der Flüssigkeit 12,
die zu bestimmen ist, indem diese Messwerte mit einer entsprechenden
Nachschlage-Tabelle oder entsprechenden Nachschlage-Tabellen verglichen
werden und entsprechende Interpolationen vorgenommen werden.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist in 3 gezeigt,
welche ein im Wesentlichen zylindrisches Rohr 50 veranschaulicht, das
vollständig
in die Flüssigkeit 12 eingetaucht
ist und als ein Gehäuse
oder Mittel zum Abschirmen des erwärmten Teils gegenüber Querströmen wirken kann.
In alternativen Ausführungsformen
kann das Rohr 50 andere Profile haben, wie etwa rechteckige, ovale,
quadratische, polygonale usw., vorausgesetzt, der erwärmte Teil
des Fluids 12 wird im Wesentlichen gegen Querströme in dem
Fluid abgeschirmt. Das Rohr 50 kann vollständig eingetaucht
sein, so dass es einen Teil der Flüssigkeit 12 enthält, und
kann aus herkömmlichen
Werkstoffen wie beispielsweise warmfestem Metall, Keramik oder Kunststoff
hergestellt sein. Die Flüssigkeit 12 kann
in dem Behälter 10 enthalten
sein, der beispielsweise die Ölwanne
eines Kraftfahrzeugs sein kann. In einem Ausführungsbeispiel kann das Rohr 50 an
einem (nicht gezeigten) Unterbau einer Sensoreinrichtung mit verschiedensten
Sensormitteln angebracht sein, wobei der Unterbau beispielsweise
an der Außenseite
einer Kraftfahrzeug-Ölwanne
angebracht ist. Insofern kann sich das Rohr 50 aufrecht
in die Flüssigkeit 12 hinein
erstrecken, die in der Ölwanne
enthalten ist. In alternativen Ausführungsformen kann das Rohr 50 direkt
im Behälter 10 befestigt
sein. Heizmittel 52, wie etwa die Heizquelle 14 von 1 und
die Heizquelle 30 von 2, können als
Mittel vorgesehen sein, um einen Teil 53 der Flüssigkeit 12 zu
erwärmen.
Die Temperaturfühlermittel 54,
wie etwa der Temperatursensor 18 von 1 und
die Sensoren 34 und 36 von 2, können als
Mittel zum Erfassen einer Änderung
der Temperatur der Flüssigkeit 12 nahe
bei dem Fühlermittel 54 vorgesehen
sein. Eine Prozessor- und Steuerschaltung 56 kann vorgesehen
sein, um die Temperaturfühlermittel 54 und
das Heizmittel 52 zu steuern und die Geschwindigkeit, Durchschnittsgeschwindigkeit
und/oder betriebsbedingte Anstiegszeit des erwärmten Teils 52, während er
die in 3 gezeigte Strecke d zurücklegt, zu berechnen. In einem
Ausführungsbeispiel
kann die Strecke d zwischen ungefähr einem (1) Zentimeter und
zehn (10) Zentimetern sein, wobei jedoch als eine Funktion der Konstruktionsparameter
auch andere Strecken möglich
sind. Der Fachmann wird erkennen, dass sich die Strecke d zumindest
mit der Größe des Behälters 10 und
des Rohrs 50 und auch mit den Eigenschaften, einschließlich der
Viskosität,
der Flüssigkeit 12 ändern kann.
Ein Vorteil der Bereitstellung des Rohrs 50 ist, dass es
Querströme
in der Flüssigkeit 12 vermindern
oder ausschalten kann. Dies kann wünschenswert sein, da Querströme in der
Flüssigkeit 12 die Strömung oder
Aufwärtsbewegung
des erwärmten Teils 32 stören können, was
weniger genaue Berechnungen der Viskosität der Flüssigkeit 12 zur Folge hat.
Die Größe des Rohrs 50 kann
eine Funktion von Konstruktionsparametern sein. Bei Rohren 50 mit kleinen
Durchmessern sollten die Kapillarkräfte berücksichtigt werden. Das heißt jeder
Widerstand gegen die Fähigkeit
des erwärmten
Teils 53, im Inneren des Rohrs 50 aufzusteigen,
sollte von dem Fluid 12 stammen und nicht auf die Geometrie
des Rohrs 50 zurückzuführen sein.
In einem Ausführungsbeispiel kann
das Rohr 50 eine Länge
von ungefähr
einem (1) Zentimeter haben, aber auch andere Längen werden vom Fachmann anerkannt
werden. Von dem Anmelder der vorliegenden Erfindung ist festgestellt
worden, dass so, wie die Weglänge
des Rohrs 50 abnimmt, die Erregungsdauer eines Heizimpulses,
der von dem Heizmittel 52 erzeugt wird, reduziert werden sollte, bei
einem entsprechend kleineren Temperaturanstieg in dem erwärmten Teil 53.
Dadurch wird verhindert, dass das Ausmaß beispielsweise des erwärmten Teils 53 bezüglich der
Strecke, die der Teil 53 zurücklegen muss, zu groß wird.
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4 ist
ein Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels
für ein
Verfahren zum Messen der Viskosität gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung. Der Schritt 60 sieht das Erstellen oder Bestimmen
eines Satzes Basisparameter vor, die einem Fluid wie etwa dem Schmierstoff
oder Öl,
das beispielsweise in einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs
verwendet wird, zugeordnet sind. Die Basisparameter können die
Viskosität
des Fluids, den Gehalt an Additiven, die Wärmeleitfähigkeit, die SAE-Klasse und weitere
Parameter, die mit dem Fluid verbunden sind, einschließen. Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung berücksichtigt die Ermittlung einer
Basis-Anstiegszeit bei einer festgelegten Temperatur für einen
Schmierstoff oder eine Auswahl von Schmierstoffen. Das Bestimmen
von Basisparametern ermöglicht, Änderungen
der Parameter, basierend auf der Verwendung beispielsweise des Fluids 12,
festzustellen. Bestimmte Änderungen
können
angeben, dass das Fluid 12 nachgefüllt oder ersetzt werden muss,
was daran liegt, dass die zugeordneten Parameter zu stark von ihren
jeweiligen Basiswerten abweichen. Beispielsweise muss Öl, das in
einem Kraftfahrzeug verwendet wird, ersetzt werden, wenn die Viskosität des Öls im Vergleich
zu ihrer entsprechenden Basis-Viskosität zu niedrig wird und/oder
wenn das Öl
eine Schritt-Änderung
oder eine starke Abnahme seiner Viskosität von einer Viskositätsmessung
zur nächsten
erfährt.
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Der
Schritt 62 sieht vor, dass sich die Temperatur des Fluids 12 stabilisiert,
bevor bestimmt wird, ob es eine Änderung
seiner Viskosität
gegeben hat. Damit wird sichergestellt, dass eine Bewegung eines erwärmten Teils im
Wesentlichen dadurch verursacht ist, dass er durch ein Heizmittel,
wie etwa 14 oder 34, erwärmt wird. Ein Ausführungsbeispiel
sieht vor, die Temperatur des Fluids 12 zu stabilisieren,
indem eine festgelegte Frist, beispielsweise nachdem ein Kraftfahrzeugmotor
abgeschaltet worden ist, abgewartet wird, bevor ein Teil der Flüssigkeit
im Schritt 68 erwärmt
wird. Dies ermöglicht,
dass die Temperatur des Fluids 12 in ein Gleichgewicht
mit der Umgebungstemperatur gelangt. Der Schritt 64 sieht
ein Stabilisieren der Bewegung des Fluids 12 vor, um zu ermöglichen,
dass ein erwärmter
Teil des Fluids 12 im Inneren des Fluids 12 in
einer nichtflüchtigen
Fluidumgebung aufsteigt. Beispielsweise wird Motoröl während des
Betriebs eines Kraftfahrzeugs zu beweglichen Teilen verteilt und
sammelt sich für
einen Wiederumlauf in einer Ölwanne.
Wenn der Motor abgeschaltet ist, sammelt sich das Öl in der Ölwanne und
stabilisiert sich, so dass es nicht in Bewegung ist. In einem Ausführungsbeispiel
sieht der Schritt 64 vor, eine festgelegte Frist, nachdem
ein Kraftfahrzeugmotor abgeschaltet worden ist, abzuwarten, bevor
ein Teil des Fluids 12 erwärmt wird, um eine Änderung seiner
Viskosität
zu bestimmen.
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Ein
weiterer Aspekt des in 4 veranschaulichten Verfahrens
sieht vor, die Temperatur des Fluids 12 im Schritt 66 zu
bestimmen. Dies ermöglicht
die Bestimmung von Änderungen
der Viskosität
des Fluids 12 bei mehr als einer Temperatur. Folglich könnte auf
Wunsch eine weitere Bestimmung der Viskosität vorgenommen werden, nachdem
sich die Temperatur des Fluids 12 und die Bewegung stabilisiert
haben. Dementsprechend sieht ein Aspekt der vorliegenden Erfindung
das Bestimmen von Änderungen
der Viskosität
beispielsweise an zwei (2) diskreten Temperaturen des Fluids 12 nach dem
Abschalten des Motors eines Kraftfahrzeugs vor. Eine erste Messung
kann vorgenommen werden, wenn die Temperatur des Fluids 12 ungefähr 100 Grad
Celsius beträgt,
und eine zweite Messung beispielsweise bei ungefähr 40 Grad Celsius. Da die Viskosität temperaturabhängig ist,
ermöglicht
dies ein Entwickeln eines Viskositätsprofils des Fluids 12 bei
verschiedenen Temperaturen, das verwendet werden kann, um zu bestimmen,
ob beispielsweise das Öl
in einem Kraftfahrzeug gewechselt werden muss. Alternative Ausführungsformen
können
die Viskosität
bei mehr als zwei Temperaturen messen. Um zu bestimmen, ob es eine Änderung
der Viskosität
des Fluids 12 gegeben hat, sieht der Schritt 68 das
Erwärmen
eines Teils des Fluids 12 vor, so dass der erwärmte Teil
im Inneren des Fluids 12 aufsteigen wird. Der Schritt 70 sieht
die Bestimmung der betriebsbedingten Anstiegszeit des erwärmten Teils
wie oben beschrieben vor. Die betriebsbedingte Anstiegszeit des
erwärmten
Teils kann verwendet werden, um zu bestimmen, ob es eine Änderung
der Viskosität
des Fluids 12 im Schritt 72 gegeben hat. Alternative
Ausführungsformen
können
die Geschwindigkeit und/oder Durchschnittsgeschwindigkeit des erwärmten Teils
verwenden, um eine Änderung
der Viskosität
des Fluids 12 zu bestimmen. Der Schritt 74 sieht
vor, ein Ausgangssignal zu erzeugen, etwa durch den Prozessor 22 (1),
das eine Änderung der
Viskosität
des Fluids 12 angibt. Das Ausgangssignal kann an eine Anzeigevorrichtung
gesendet werden, wie jene, die beispielsweise im Armaturenbrett eines
Kraftfahrzeugs anzutreffen ist. Das Ausgangssignal kann auf einem
Satz Kriterien basieren, wie zum Beispiel, dass das Fluid 12 eine Änderung
der Viskosität
von zwanzig Prozent (20 %) erfährt,
die, wenn sie erfüllt
sind, die Anzeigevorrichtung veranlassen werden, eine spezifische
Nachricht anzuzeigen. Die Nachricht kann beispielsweise sein, dass das
Fluid 12 so bald wie möglich
gewechselt werden muss oder dass es demnächst gewechselt werden muss.
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Obwohl
die Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung nur beispielhaft gezeigt und beschrieben
worden sind, werden dem Fachmann zahlreiche Variationen, Abänderungen
und Substitutionen in den Sinn kommen, ohne von der vorliegenden Erfindung
abzuweichen. Dement sprechend soll die Erfindung nur durch den Sinn
und den Geltungsbereich der beigefügten Ansprüche beschränkt sein.