DE69105686T2

DE69105686T2 - Sensor für Verunreinigungen in einem Fluidum und seine Anwendung in einem Kreis.

Info

Publication number: DE69105686T2
Application number: DE69105686T
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Fillion; Pascal Makowski; Anne Thenaisie
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1990-09-26
Filing date: 1991-09-25
Publication date: 1995-05-04
Anticipated expiration: 2011-09-26
Also published as: JPH04264237A; JP2535270B2; US5173600A; EP0478447B1; DE69105686D1; FR2667153A1; FR2667153B1; EP0478447A1

Description

Die Qualitätskontrolle des Fluidums eines Kreises, beispielsweise eines Schmierkreises, ist ein Vorgang von höchster Wichtigkeit, um das Funktionsteil in gutem Zustand zu erhalten.
Dazu ist es ganz allgemein erforderlich, daß die Transparenz des Fluidums überprüft werden kann, um darin möglicherweise vorhandene Verunreinigungen zu erkennen. Nach dem Stand der Technik bestehen die verwendeten Sensoren aus Magneten, die die metallischen Verunreinigungen anziehen, und aus elektrischen Stromkreisen, die durch das Vorhandensein der genannten metallischen Verunreinigungen beeinflußt werden. Diese Technik hat einige Nachteile, darunter vor allem die Kompliziertheit und Kosten der verwendeten elektrischen Stromkreise. Derartige Sensoren sind aus FR-A-2 564 897 und FR-A- 2 647 225 bekannt.
Die Erfindung schlägt einen neuen Sensor für Verunreinigungen vor, der zur Erkennung von metallischen Verunreinigungen vorgesehen ist und zudem einfach und wirksam ist.
Die Erfindung betrifft daher einen Sensor für Verunreinigungen, die eventuell in einem Fluidum vorhanden sind, das sich in einem Behälter befindet, wobei der genannte Behälter eine Zone zur Erkennung der genannten Verunreinigungen umfaßt, in der ein Sensorkopf des genannten Sensors angeordnet ist, wobei die Erkennungszone zwei erste Wände hat, die einander gegenüber angeordnet sind, wobei der Sensor für Verunreinigungen zwei Lichtleitfasern, eine Lichtquelle und einen Lichtsensor aufweist, wobei ein erstes Ende jeder der genannten Lichtleitfasern einen Lichtzugang vom Inneren der Erkennungszone hat, wobei die beiden genannten Lichtleitfasern im Bereich ihrer ersten Enden, die von den genannten ersten Wänden gehalten werden, in einer Linie ausgerichtet sind, wobei das zweite Ende einer ersten der genannten Lichtleitfasern gegenüber der Lichtquelle angeordnet ist, wobei das zweite Ende der zweiten der genannten Lichtleitfasern gegenüber dein Lichtsensor angeordnet ist, wobei eine rohrförmige Leitung in jeder der genannten ersten Wände ausgeführt ist und im Inneren der genannten Zone zur Erkennung der Verunreinigungen mündet, wobei jede rohrförmige Leitung eine der genannten Lichtleitfasern aufnimmt, die dort in abgedichteter Weise eingerichtet ist, und wobei sich der Abschnitt des ersten Endes jeder Lichtleitfaser im wesentlichen in der Ebene der Innenseite der ersten Wand befindet, in deren rohrförmiger Leitung die genannte Lichtleitfaser Aufnahme findet.
Erfindungsgemäß wird die Erkennungszone von den beiden genannten ersten Wänden sowie von einer dritten Wand abgegrenzt, die die genannten ersten Wände miteinander verbindet, indem sie in Bezug zu der Linie verschoben ist, die die ersten Enden der Lichtleitfasern verbindet, während ein Dauermagnet, der in der genannten dritten Wand befestigt ist, mit einem seiner Pole an die genannte Erkennungszone angrenzt.
Ferner werden vorzugsweise die folgenden vorteilhaften Anordnungen vorgesehen:
- die dritte Wand weist eine Aufnahme auf, die in die Erkennungszone mündet und wenigstens zum Teil den genannten Dauermagnet aufnimmt, dessen genannter Pol sich in der genannten Erkennungszone selbst befindet;
- der Dauermagnet wird von einem in die dritte Wand geschraubten Verschluß gehalten, wobei eine Dichtung zwischen dem Verschluß und der dritten Wand angeordnet ist.
Die Erfindung hat ebenfalls zum Gegenstand einen Hydraulikkreis, in dem zwei Sensoren für Verunreinigungen, wie zuvor definiert, angewendet werden.
Erfindungsgemäß besteht dieser Hydraulikkreis aus einem Verbraucherkreis mit einem hydraulischen Fluidum, einem ersten der genannten Sensoren für Verunreinigungen, der mit dem genannten Verbraucherkreis verbunden ist, einer Leitung zur Versorgung des genannten Verbraucherkreises mit einem hydraulischen Fluidum, dem zweiten der genannten Sensoren für Verunreinigungen, der mit der genannten Versorgungsleitung verbunden ist, und einer differenzierenden Vorrichtung zur Messung des Verunreinigungsgrades, mit der die zweiten Enden der zweiten Lichtleitfasern des genannten ersten und zweiten Sensors für Verunreinigungen verbunden sind, und die die Differenz der Lichtreize erkennt, die aus den genannten zweiten Enden der zweiten Lichtleitfasern stammen.
Die Hauptvorteile der Erfindung sind diejenigen, die sich auf eine optische Erkennung unter Verwendung von Lichtleitfasern beziehen, das Lesen und die Auswertung der Fernmessung werden einfach mit Hilfe der Übertragung durch Lichtleitfasern ausgeführt.
Die Erfindung sowie Nebenmerkmale und ihre Vorteile gehen näher aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen hervor.
Es wird Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen, wobei
- Fig. 1 einen Schnitt eines Sensors in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt,
- Fig. 2 einen Schnitt eines Sensors in einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt, und
- Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Hydraulikkreises ist, in dem zwei erfindungsgemäße Sensoren für Verunreinigungen verwendet werden.
Bezugnehmend auf Fig. 1 ist ein Sensor für Verunreinigungen dargestellt, bestehend aus:
- dem Körper 1 zur Aufnahme einer Schraube 2, der eine Gewindebohrung 3 aufweist, die mit einem Außengewinde 4 der genannten Schraube zur deren Befestigung an dem genannten Körper zusammenwirkt,
- einer Dichtung 5, die in einer Rille 6 der Schraube 2 sitzt und sich zwischen einer Bohrung 7 des Körpers 1 und der genannten Schraube 2 befindet,
- einer Leitung 8, mit der der Körper 1 durch zwei erste Wände 9, die einander gegenüber angeordnet sind, fest verbunden ist, wobei eine dritte Wand 10 die zwei ersten Wände miteinander verbindet, indem sie im wesentlichen senkrecht zu den Wänden 9 verläuft,
- zwei rohrförmigen Leitungen 11, die in einer geraden Linie (12) ausgerichtet sind und in die Erkennungszone 19 münden, die zwischen den Innenseiten 9A der Wände 9 angeordnet ist,
- zwei Lichtleitfasern 13, 14, von denen in abgedichteter Weise und ohne Spiel die eine 13 in einer der Leitungen 11, die andere 14 in der anderen Leitung 11 eingerichtet ist, und deren Abschnitt 13A, 14A des ersten Endes in der Seite 9A der entsprechenden Wand 9 sitzt,
- einer Bohrung 15, die in der dritten Wand 10 durchgehend ausgeführt ist und den innen im Körper 1 befindlichen Behälter 16 mit der Erkennungszone 19 verbindet, die ständig mit der Leitung 8 kommuniziert, die zu einem Hydraulikkreis mit einem Schmierungsfluidum gehört,
- einem zylinderförmigen Dauermagneten 17, der mit einem ersten Ende in einen Endhohlraum 18 der Schraube 2 hineingedrückt und dort festgehalten wird, wobei er einen Verschlußstopfen bildet, während sein zweites Ende in der Bohrung 15 sitzt, in diese praktisch ohne Spiel eingepaßt ist und dessen Endabschnitt 17A, der einen der Magnetpole bildet, von der Achse 12 der Leitungen 11 mit einer Länge L12 und von der nächstgelegenen Mantellinie der genannten Leitungen 12 mit einer Länge D12 beabstandet ist, so daß die Erkennungszone 19 für die Leitung 8 einen Klärschacht für die Verunreinigungen 20 bildet. Die metallischen Bestandteile dieser Verunreinigungen werden zudem durch den Pol 17A des Dauermagneten 17 in die genannte Erkennungszone 19 gezogen.
Eine Scheibe 21, deren Dicke E21 gewählt wird, um den Abstand L21 einzustellen, wird zwischen der Außenseite 1A des Körpers 1 und der Abstützfläche (Klemmfläche) 22A des Kopfs 22 der Schraube 2 angeordnet.
Ferner ist eine Lichtquelle 23 gegenüber dem zweiten Ende 13B der Lichtleitfaser 13 angeordnet, wobei ein Lichtsensor gegenüber dem zweiten Ende 14B der Lichtleitfaser 14 angeordnet ist. Die Lichtleiteigenschaften der Lichtleitfasern ermöglichen es ferner, die Lichtquelle 23 und die Vorrichtung 24 ggf. an Stellen vorzusehen, die sich in Entfernung von dem Körper 1 befinden, wie sich beispielsweise Überwachungsschirme von Steuerkanzeln in Flugzeugen oder Automobilen in Entfernung von den Schmierkreisen befinden, mit denen die genannten Flugzeuge oder Automobile ausgestattet sind.
Fig. 2 stellt einen Gesamtaufbau dar, der identisch ist mit dem von Fig. 1, abgesehen von der im folgenden beschriebenen Anordnung. Die Erkennungszone 19 kommuniziert hier nicht mit der Leitung 8, sondern mit der Ölwanne 25 eines Motors. Dazu weist der Körper 1 von der Aufnahme der Schraube 2 aus auf der anderen Seite der rohrförmigen Leitungen 11 eine Befestigungsmuffe 26 auf, die mit zwei aufeinanderfolgenden Außenrillen 27, 28 versehen ist, von denen die eine 26 einen Metallring 29 und die andere 28 eine Dichtung 30 aufnimmt, welche zwischen dieser Rille 28 und einer Bohrung 31 einer Befestigungsmuffe 32 der Wanne 25 angeordnet ist. Eine Verbindungshülse 33 mit einem Absatz 34 und einem Innengewinde 35 gewährleistet die Befestigung des Körpers 1 an der Wanne 25 einerseits durch Zusammenwirken des Innengewindes 35 mit einem Gewinde 36 der Befestigungsmuffe 32 der Wanne 25 und andererseits durch den Absatz 34, der sich an den Metallring 29 anlegt.
Der in Fig. 3 dargestellte Kreis beinhaltet einen Verbraucherkreis, an den der Sensor von Fig. 1 angeschlossen ist, und der aus der Leitung 8 des genannten Sensors für Verunreinigungen besteht, die ein hydraulisches Fluidum enthält, das in dem Verbraucherkreis wirksam war und mit Verunreinigungen belastet ist.
Eine Leitung 108 zur Zufuhr von gereinigtem hydraulischen Fluidum ist einerseits über eine Leitung 137 mit einem Behälter oder einer Pumpe für das gereinigte Fluidum und andererseits mit der Zufuhr des Verbraucherkreises verbunden. Ein Sensor für Verunreinigungen analog zu den bereits beschriebenen ist an die Zufuhrleitung 108 angeschlossen und weist, schematisch betrachtet, zwei Lichtleitfasern 113, 114 auf, die in einer Linie ausgerichtet sind (112), deren Abschnitte 113A, 114A der jeweils ersten Enden einander gegenüber angeordnet sind, und deren zweite Enden 113B, 114B jeweils gegenüber einer Lichtquelle 123 und einem Lichtsensor 124 angeordnet sind. Verbindungen 39, 139 verbinden die Lichtsensoren 24 und 124 mit den Eingängen einer differenzierenden Vorrichtung 140 zur Messung des Verunreinigungsgrades der Fluide, wobei diese differenzierenden Vorrichtung 140 die Differenz 141 der Lichtreize erkennt, die aus den zweiten Enden 14B, 114B der Lichtleitfasern 14, 114 stammen und von den Lichtsensoren 24, 124 empfangen werden.
Die Arbeitsweise der beschriebenen Sensoren für Verunreinigungen wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Ausführungsform von Fig. 1 angegeben, da sich der Ersatz der Leitung 8 durch die Wanne 25 in der Ausführungsform von Fig. 2 in keiner Weise auf die Erkennung der Verunreinigungen 20 auswirkt.
Wenn das in der Leitung 8 enthaltene Fluidum keine Verunreinigungen aufweist, wird durch seine Transparenz das Lichtsignal, das von der Lichtquelle 23 gesendet und von der Lichtleitfaser 13 transportiert wird und damit von dem Ende 14A der Lichtleitfaser 14 empfangen, von dieser transportiert und schließlich vom Lichtsensor 24 empfangen wird, nicht oder nur geringfügig geschwächt.
An der Stärke des von dem Lichtsensor 24 empfangenen Signals kann in der Tat die Reinheit des Fluidums festgestellt werden.
Wenn das Fluidum jedoch Verunreinigungen 20 aufweist, dann werden diese, die häufig hauptsächlich metallisch sind, durch den Pol 17A des Magneten 17 angezogen und in der Erkennungszone 19 zurückgehalten. Das Lichtsignal, das von dem Ende 13A der Lichtleitfaser 13 kommt, wird abgeschwächt zum Ende 14A der Lichtleitfaser 14 übertragen, so daß der Lichtsensor 24 ein abgeschwächtes Signal empfängt, wodurch das Vorhandensein von Verunreinigungen 20 in der Erkennungszone 19 und damit in dem überprüften Fluidum festgestellt werden kann.
Es kann ein bestimmter Schwellenwert der Abschwächung des von dem Lichtsensor 24 erkannten Lichtsignals festgesetzt werden, bei dessen Überschreitung es erforderlich wird, entweder den Filter zu wechseln, der sich in jeder Anlage mit Schmierstoffen befindet, oder dieses verunreinigte Fluidum durch ein frisches Fluidum zu ersetzen.
Es ist folgendes zu bemerken:
- Durch die Dicke E21 der Scheibe 21 kann auf einfache Weise die Tiefe der Erkennungszone 19 gewählt werden oder auch die Länge L12 oder die Länge D12 des Abstands zwischen dem Magnetpo1 17A und den Lichtleitfasern 13, 14 auf die gewünschten Werte eingestellt werden;
- Die dargestellten Ausführungen weisen rohrförmige Leitungen 11 auf, die in der Erkennungszone 19 münden, wobei sich die Enden 13A, 14A der Lichtleitfasern in der Ebene der Innenseiten 9A der Wände 9 befinden. Erfindungsgemäß könnte auch die Öffnung, durch die jede rohrförmige Leitung 11 in die Erkennungszone 19 mündet, mit einem transparenten Körper (Glas, Eis o. ä.) verschlossen werden und die Enden 13A, 14A der Lichtleitfasern gegenüber den genannten Innenseiten 9A zurückspringend angeordnet werden. In diesem Fall muß nicht jede Lichtleitfaser 13, 14 auf jede rohrförmige Leitung 11 mit Dichtigkeit eingestellt werden;
- Der Lichtsensor 24 kann mit einer Alarmvorrichtung verknüpft werden, die dem Benutzer das Überschreiten des höchsten zulässigen Verunreinigungsgrades in dem Fluidum anzeigt;
- Wenn die Verunreinigungen 20, die in dem Fluidum enthalten sein können, nicht metallisch sind, ist der Magnet 17 nicht erforderlich: das System zur Erkennung der in der Erkennungszone 19 vorhandenen Verunreinigungen bleibt wirksam, und der Lichtsensor 24 ermöglicht noch die Überwachung der Reinheit des Fluidums;
- Die Übertragung von Lichtsignalen durch Lichtleitfasern ermöglicht es, wie bereits erwähnt, den Überwachungsort in Entfernung von der Leitung 8 oder der Wanne 25 vorzusehen;
- Die Alarmstufe ist einstellbar;
- Die Überwachung kann ständig erfolgen;
- Die Erkennung von Verunreinigungen wird von Störungen nicht beeinflußt, wie sie sich bei den Messungen nach dem bisherigen Stand der Technik im allgemeinen störend bemerkbar machen, insbesondere magnetische und nukleare Störungen.
Die differenzierende Vorrichtung 140 von Fig. 3 empfängt die Daten entsprechend den Messungen der von den Lichtquellen 23, 123 stammenden, an die Lichtsensoren 24 bzw. 124 übertragenen Lichtenergie und ermittelt die Differenz dieser Messungen. Mit anderen Worten: diese differenzierende Vorrichtung berücksichtigt die Opazität des gereinigten, sauberen Hydraulikfluidums und zieht sie von der des benutzten Fluidums ab, wobei die Differenz 141 der Lichtreize dann einzig und allein der Übertragungsdämpfung entspricht, die nur durch die Verunreinigungen verursacht wird, wobei die Lichtübertragungsdämpfung, die schon durch das gereinigte Hydraulikfluidum selbst verursacht wird, bereits abgezogen wurde.

Claims

1. Sensor für Verunreinigungen, die eventuell in einem Fluidum vorhanden sind, das sich in einem Behälter (8) befindet, wobei der genannte Behälter (8) eine Zone (19) zur Erkennung der genannten Verunreinigungen (20) umfaßt, in der ein Sensorkopf (14A) angeordnet ist, der den genannten Sensor enthält, wobei die Erkennungszone (19) zwei erste Wände (9) hat, die einander gegenüber angeordnet sind, wobei der Sensor für Verunreinigungen zwei Lichtleitfasern (13, 14) eine Lichtquelle (23) und einen Lichtsensor (24) aufweist, wobei ein erstes Ende (13A, 14A) jeder der genannten Lichtleitfasern (13, 14) einen Lichtzugang vom Inneren der Erkennungszone (19) hat, wobei die beiden genannten Lichtleitfasern (13, 14) im Bereich ihrer ersten Enden, die von den genannten ersten Wänden gehalten werden, in einer Linie ausgerichtet sind (12), wobei das zweite Ende (13B) einer ersten (13) der genannten Lichtleitfasern (13, 14) gegenüber der Lichtquelle (23) angeordnet ist, wobei das zweite Ende (14B) der zweiten (14) der genannten Lichtleitfasern gegenüber dem Lichtsensor (24) angeordnet ist, wobei eine rohrförmige Leitung (11) in jeder der genannten ersten Wände (9) ausgeführt ist und im Inneren der genannten Zone (19) zur Erkennung der Verunreinigungen mündet, wobei jede rohrförmige Leitung (11) eine (13, 14) der genannten Lichtleitfasern aufnimmt, die dort in abgedichteter Weise eingerichtet ist, und wobei - da sich der Abschnitt (13A, 14A) des ersten Endes jeder Lichtleitfaser (13, 14) im wesentlichen in der Ebene der Innenseite (9A) der ersten Wand (9) befindet, in deren rohrförmiger Leitung die genannte Lichtleitfaser Aufnahme findet - die Erkennungszone (19) von den beiden genannten ersten Wänden (9) sowie von einer dritten Wand (10) abgegrenzt wird, die die genannten ersten Wände miteinander verbindet, indem sie in Bezug zu der Linie (12) verschoben ist, die die ersten Enden (13A, 14A) der Lichtleitfasern verbindet, während ein Dauermagnet (17), der in der genannten dritten Wand (10) befestigt ist, mit einem (17A) seiner Pole an die genannte Erkennungszone (19) angrenzt.

2. Sensor für Verunreinigungen nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß die dritte Wand (10) eine Aufnahme (15) aufweist, die in die Erkennungszone (19) mündet und wenigstens zum Teil den genannten Dauermagnet (17) aufnimmt, dessen genannter Pol (17A) sich in der genannten Erkennungszone selbst befindet.

3. Sensor für Verunreinigungen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (17) von einem in die dritte Wand geschraubten (4) Verschluß (2) gehalten wird, wobei eine Dichtung (5) zwischen dem Verschluß (2) und der dritten Wand angeordnet ist.

4. Hydraulikkreis, in dem zwei Sensoren für Verunreinigungen nach einem der Ansprüche 1 bis 3 angewendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß er beinhaltet:

- einen Verbraucherkreis (8) mit einem hydraulischen Fluidum,

- einen ersten (1) der genannten Sensoren für Verunreinigungen, der mit dem genannten Verbraucherkreis verbunden ist,

- eine Leitung (108) zur Versorgung des genannten Verbraucherkreises mit einem hydraulischen Fluidum,

- den zweiten (113 - 114) der genannten Sensoren für Verunreinigungen, der mit der genannten Versorgungsleitung verbunden ist, und

- eine differenzierende Vorrichtung (140) zur Messung des Verunreinigungsgrades, mit denen die zweiten Enden (14B, 114B) der zweiten Lichtleitfasern des genannten ersten und zweiten Sensors für Verunreinigungen verbunden sind, und die die Differenzen (141) der Lichtreize erkennt, die aus den genannten zweiten Enden der zweiten Lichtleitfasern stammen.