EP1415148A2 - Method and device for machine diagnosis and especially, gear diagnosis - Google Patents

Method and device for machine diagnosis and especially, gear diagnosis

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Publication number
EP1415148A2
EP1415148A2 EP01984787A EP01984787A EP1415148A2 EP 1415148 A2 EP1415148 A2 EP 1415148A2 EP 01984787 A EP01984787 A EP 01984787A EP 01984787 A EP01984787 A EP 01984787A EP 1415148 A2 EP1415148 A2 EP 1415148A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
magnet
hall sensor
sensor
oil
ferritic
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01984787A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jörg Martin
Gabriele Schuwerk
Friedrich J. Ehrlinger
Hermann Beck
Otto Pankiewicz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP1415148A2 publication Critical patent/EP1415148A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/0656—Investigating concentration of particle suspensions using electric, e.g. electrostatic methods or magnetic methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/26—Oils; Viscous liquids; Paints; Inks
    • G01N33/28—Oils, i.e. hydrocarbon liquids
    • G01N33/2835—Specific substances contained in the oils or fuels
    • G01N33/2858—Metal particles

Definitions

  • the present invention relates to a method for machine diagnosis and in particular for transmission diagnosis for a machine or a motor vehicle according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a device for carrying out the method.
  • the machine oil or gear oil is used to lubricate and cool all machine elements. Since it is never changed, it is excellently suited for machine or gearbox diagnostics, as abrasion particles of all kinds are stored in the oil over time. As a result, the analysis of the machine or gear oil provides information about the condition of the machine or gear.
  • ferritic abrasion is of particular importance, since with almost every impending damage, e.g. B. Rolling bearing wear, pitting in the gearing up to tooth breakage, planet carrier pin wear etc. Ferritic wear occurs alone or in combination with other types of wear (non-ferrous metal wear, molybdenum vibrations, etc.).
  • oil diagnostic systems that detect wear metals by measuring the conductivity of the oil, see “Determining the quality and condition of lubricants", Research Institute currently 41 (2000) 3, p. 58 and "Sensors for viscosity, die - Electricity number and conductivity ", information sheet of the Fraunhofer Institute for Microelectronic Circuits and Systems, Kunststoff.
  • This measuring system is used to measure the oil quality of an internal combustion engine, making use of the fact that impurities (combustion residues, water, fuel, wear particles, etc.) change the dielectric loss factor of the oil. These changes are determined using an impedance spectroscope.
  • This sensor detects iron abrasion in the oil; however, combustion residues, water input and fuel in the oil also lead to a change, so that the lack of selectivity of this measuring system precludes use in practice.
  • the sensor signal supplied depends on both the temperature and the type of new oil.
  • the oil quality sensor which is described in the article by George S. Saloka and Allen H. Meitzler, "A Capacitive Oil Detoriation Sensor” SAE Technical Papers Series 910497, International Congress and Exposition Detroit, Michigan, February 25 - March 1, 1991, p. 137 - 145 is presented. It is a capacitive sensor that is integrated into the mounting flange of an engine oil filter, including signal processing electronics. A deterioration in the oil quality increases the permeability of the oil. The integrated sensor converts this change in permittivity into an analog shift in the oscillation frequency using an RC oscillator.
  • the present invention is therefore based on the object, starting from the prior art mentioned at the outset, of specifying a method for machine diagnosis and in particular for transmission diagnosis, which selectively detects iron abrasion and online diagnosis of the machine or Gear state enabled. Furthermore, a device for performing the method is to be specified.
  • a measuring method for machine or transmission diagnosis which is based on the Hall effect, the measuring system being installed in an oil-carrying channel or in a channel of a transmission or a machine.
  • a sensor is preferably used, the sensor housing having a lower part and an upper part, and wherein a catch magnet is arranged in the lower part, on whose surface the ferritic abrasion particles to be detected are deposited.
  • a Hall sensor is arranged in the upper part, the magnetic flux density which passes through the Hall sensor becoming smaller as the layer thickness of the ferritic abrasion particles located on the catch magnet increases, so that the output signal of the Hall sensor decreases, such that the output signal is a measure of the concentration of the ferritic abrasion particles in the machine or gear oil.
  • the invention is explained in more detail below with reference to the attached figure, which shows a schematic representation of the structure and mode of operation of an embodiment of the measuring system according to the invention.
  • a longitudinal section through a section of an oil-carrying channel of a transmission is shown.
  • the sensor housing 1 has a cylindrical shape and is inserted through a hole in the wall of the channel 2 carrying the gear oil. It preferably consists of a magnetically neutral material, for example aluminum or brass.
  • the sensor is installed in an oil-tight manner, the oil-tight assembly preferably being done by screwing in.
  • a copper disk 3 serves as a seal.
  • the sensor housing 1 has a lower part 4 and an upper part 5, which are connected to one another via three bolts 6. These bolts 6 serve as spacers and ensure that the oil flow can penetrate the sensor almost unhindered.
  • a permanent magnet 7 is arranged in the lower part 4 of the sensor housing and is glued into the lower part 4.
  • the permanent magnet 7 serves as a catch magnet and is simply polarized perpendicular to its central plane.
  • the ferritic abrasion particles 8 to be detected accumulate on the magnetic surface and are thus removed from the oil circuit.
  • In the upper part 5 of the housing 1 there is a blind hole with a fine thread.
  • a threaded pin 9 made of brass is screwed into this thread.
  • a Hall sensor 10 is arranged on the face of the threaded pin 9.
  • the threaded pin 9 has a continuous milled groove 11 in which the freely electrical contacts 12 of the Hall sensor 10 are laid.
  • a two-component adhesive 13 is used according to the invention for mounting the Hall sensor 10 on the threaded pin 9 and for pouring out the groove 11 serving as a cable duct. Furthermore, two plane-parallel surfaces 14 for receiving an open-ended wrench are milled at the end of the grub screw 9. According to the invention, the setscrew 9 is secured against inadvertent rotation by means of a lock nut 15. To seal the threaded pin in the lower housing part 4, a commercially available liquid screw locking agent that hardens after a short time is used. The grub screw 9 and the catch magnet 7 have a lateral offset to one another, which is decisive for the effectiveness and sensitivity of the sensor.
  • the construction according to the invention ensures that the distance h_0 of the Hall cell 10 from the surface of the catch magnet 7 is infinitely adjustable. In this way, an adaptation of the abrasion sensor to the magnetic field strength of the catching magnet 7 and to the prevailing flow conditions is made possible.
  • a temperature sensor can be integrated in the lower housing part 4 or arranged in the tube wall in the immediate vicinity of the abrasion sensor.
  • the measuring method according to the invention works as follows: The interior of the abrasion sensor is flushed by part of the oil flow (indicated by the arrow in the figure). There are ferritic abrasion particles in the oil flow, which attach to the catch magnet if the magnetic force acting on them is large enough to separate them from the oil. As the operating time of the sensor according to the invention increases, more and more iron abrasion particles accumulate on the capture magnet, so that a particle layer with a continuously increasing thickness h forms. Accord- Accordingly, the initially constant distance h_0 between the magnetic surface and the surface of the Hall sensor 10 decreases.
  • the output signal of the Hall sensor 10 thus decreases with increasing layer thickness of the ferritic abrasion particles located on the capture magnet.
  • the output signal of the Hall sensor 10 is measured and serves as a measure of the concentration of the ferritic wear particles in the oil to be examined. Because of its size, this output signal can be processed in a gearbox control unit without additional shielding measures, and a possible temperature compensation of the sensor signal can likewise only take place in the gearbox control unit.
  • an electromagnet is used instead of the permanent magnet 7. This makes it possible to adapt the magnetic field strength to the sensor at a constant distance h_0 of the Hall cell 10 from the surface of the electromagnet and to adapt it to the prevailing flow conditions.
  • This embodiment has the advantage that no set screw is required and that the adjustment is not mechanical, but electrical.
  • the invention presented here also has the following advantages:
  • the assembly of the abrasion sensor in the oil-carrying channel is very simple, the supply voltage of 5 volts DC required for the Hall sensor being provided by every electronic transmission control unit as standard.
  • the measuring system according to the invention is inexpensive to manufacture and extremely compact, so that little installation space is required. Another advantage is that the measuring method is independent of the geometry of the channel cross-section.
  • the sensor signal has a linear dependence on the thickness of the particle layer on the catch magnet. This means that the particle capture efficiency can be adjusted by an appropriate choice of the magnetic field strength or the energy density of the capture magnet, as a result of which the abrasion sensor can be adapted to the prevailing flow conditions in the oil-carrying channel.

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Abstract

According to the inventive method for machine diagnosis and especially, gear diagnosis by analysis of the machine or gear oil, especially for detecting ferritic wear (8), a Hall sensor (10) is used and the output voltage thereof is a measure of the concentration of worn-off ferritic particles (8) in the machine or gear oil.

Description

Verfahren und Einrichtung zur Maschinendiagnose und insbesondere zur Getriebediagnose Method and device for machine diagnosis and in particular for transmission diagnosis
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Maschinendiagnose und insbesondere zur Getriebediagnose für eine Maschine bzw. ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The present invention relates to a method for machine diagnosis and in particular for transmission diagnosis for a machine or a motor vehicle according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a device for carrying out the method.
Bei modernen Maschinen und Nutzfahrzeuggetrieben wird heutzutage eine Lebensdauerbefüllung mit Maschinenöl bzw. Getriebeöl angestrebt, wobei beispielsweise eine typische Kilometerleistung mit einem dieser verwendeten Getriebe in der Größenordnung von 1 Million Kilometer liegt.In modern machines and commercial vehicle transmissions, the aim today is to fill life with machine oil or gear oil, with a typical mileage with one of these gears being in the order of 1 million kilometers.
Das Maschinenöl bzw. Getriebeöl dient zur Schmierung und Kühlung von sämtlichen Maschinenelementen. Da es nie gewechselt wird, ist es hervorragend zur Maschinen- bzw. Getriebediagnose geeignet, da im Öl im Laufe der Zeit Abriebpartikel jeglicher Art gespeichert werden. Folglich gibt die Analyse des Maschinen- bzw. Getriebeöls Aufschluß über den Zustand der Maschine bzw. des Getriebes.The machine oil or gear oil is used to lubricate and cool all machine elements. Since it is never changed, it is excellently suited for machine or gearbox diagnostics, as abrasion particles of all kinds are stored in the oil over time. As a result, the analysis of the machine or gear oil provides information about the condition of the machine or gear.
Hierbei ist der ferritische Abrieb von besonders großer Bedeutung, da bei nahezu jeder sich anbahnenden Schädigung z. B. Wälzlagerverschleiß, Pittingbildung in der Verzahnung bis hin zum Zahnbruch, Planetenträgerbolzenver- schleiß usw. ferritischer Abrieb alleine oder in Kombinati- on mit anderen Verschleißarten (Buntmetallverschleiß, Molybdänzerrüttung, etc.) entsteht. Nach dem Stand der Technik existieren derzeit Öldiag- nosesysteme, die Verschleißmetalle durch eine Leitfähigkeitsmessung des Öls nachweisen, siehe "Qualität und Zustand von Schmierstoffen bestimmen", Betriebstechnik aktu- eil 41 (2000) 3, S. 58 und "Sensoren für Viskosität, Die- lektrizitätszahl und Leitfähigkeit", Informationsblatt des Fraunhofer Instituts für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme, München.Here, the ferritic abrasion is of particular importance, since with almost every impending damage, e.g. B. Rolling bearing wear, pitting in the gearing up to tooth breakage, planet carrier pin wear etc. Ferritic wear occurs alone or in combination with other types of wear (non-ferrous metal wear, molybdenum vibrations, etc.). According to the state of the art, there are currently oil diagnostic systems that detect wear metals by measuring the conductivity of the oil, see "Determining the quality and condition of lubricants", Betriebsstechnik currently 41 (2000) 3, p. 58 and "Sensors for viscosity, die - Electricity number and conductivity ", information sheet of the Fraunhofer Institute for Microelectronic Circuits and Systems, Munich.
Eine Erprobung dieses Funktionsprinzips ergab jedoch, dass Eisenabrieb in einer Konzentration, wie sie bei einem sich anbahnenden Verzahnungsschaden auftritt, das Meßsignal nicht signifikant ändert. Dagegen reagierten diese Systeme stark auf eine Änderung der Partikelverteilung im Getriebe- öl, was sie für den Einsatz in Fahrzeuggetrieben unbrauchbar erscheinen lässt, da die räumliche Verteilung der Eisenpartikel im Öl regellos ist.However, a test of this functional principle showed that iron abrasion does not change the measurement signal significantly in a concentration such as that which occurs when tooth damage is imminent. In contrast, these systems reacted strongly to a change in the particle distribution in the transmission oil, which makes them seem unusable for use in vehicle transmissions, since the spatial distribution of the iron particles in the oil is irregular.
Ein alternatives Verfahren zur Öldiagnose wird in H. Kaden, W. Fichtner und K. Ahlborn, "Sensorik zur Online- Messung von Schmieröleigenschaften", MTZ Motortechnische Zeitschrift 61 (2000) 3, S. 164-169 vorgestellt. Demnach besteht das Messsystem auf seiner öldurchströmten kapazitiven Meßzelle, die mit einem elektrischen Widerstand zu ei- nem Tiefpaß erster Ordnung verschaltet ist.An alternative method for oil diagnosis is presented in H. Kaden, W. Fichtner and K. Ahlborn, "Sensors for Online Measurement of Lube Oil Properties", MTZ Motortechnische Zeitschrift 61 (2000) 3, pp. 164-169. Accordingly, the measuring system insists on its capacitive measuring cell through which oil flows, which is connected to an electrical resistance to a low-pass filter of the first order.
Dieses Messsystem wird zur Ölgütemessung an einem Verbrennungsmotor eingesetzt, wobei von der Tatsache Gebrauch gemacht wird, dass Verunreinigungen (Verbrennungs- rückstände, Wasser, Kraftstoff, Verschleißpartikel, etc.) den dieleketrischen Verlustfaktor des Öls verändern. Diese Veränderungen werden mittels eines Impedanzspektroskops ermittelt. Dieser Sensor detektiert zwar Eisenabrieb im Öl; jedoch führen Verbrennungsrückstände, Wassereintrag und Kraftstoff im Öl ebenfalls zu einer Veränderung, so dass die mangelnde Selektivität dieses Messsystems einen Einsatz in der Praxis ausschliesst . Außerdem hängt das gelieferte Sensorsignal sowohl von der Temperatur als auch von der Sorte des Neuöls ab.This measuring system is used to measure the oil quality of an internal combustion engine, making use of the fact that impurities (combustion residues, water, fuel, wear particles, etc.) change the dielectric loss factor of the oil. These changes are determined using an impedance spectroscope. This sensor detects iron abrasion in the oil; however, combustion residues, water input and fuel in the oil also lead to a change, so that the lack of selectivity of this measuring system precludes use in practice. In addition, the sensor signal supplied depends on both the temperature and the type of new oil.
Ähnliches gilt auch für den Ölgütesensor, der in dem Artikel von George S. Saloka and Allen H. Meitzler, "A Ca- pacitive Oil Detoriation Sensor" SAE Technical Papers Se- ries 910497, International Congress and Exposition Detroit, Michigan, February 25 - March 1, 1991, p. 137 - 145 vorgestellt wird. Es handelt sich dabei um einen kapazitiven Sensor, der inklusive Signalverarbeitungselektronik in den Anbauflansch eines Motorölfilters integriert wird. Eine Verschlechterung der Ölgüte bewirkt eine Erhöhung der Per- mittivität des Öls. Der integrierte Sensor wandelt diese Permittivitätsveränderung über einen RC-Oszillator in eine analoge Verschiebung der Oszillationsfrequenz um.The same applies to the oil quality sensor, which is described in the article by George S. Saloka and Allen H. Meitzler, "A Capacitive Oil Detoriation Sensor" SAE Technical Papers Series 910497, International Congress and Exposition Detroit, Michigan, February 25 - March 1, 1991, p. 137 - 145 is presented. It is a capacitive sensor that is integrated into the mounting flange of an engine oil filter, including signal processing electronics. A deterioration in the oil quality increases the permeability of the oil. The integrated sensor converts this change in permittivity into an analog shift in the oscillation frequency using an RC oscillator.
Auch in diesem Fall erscheint ein erfolgreicher Einsatz dieses Sensors fraglich, da auch er mit dem Nachteil behaftet ist, dass eine Reihe von ölqualitätsbestimmenden Verunreinigungen fester und flüssiger Art aus einem einzigen Meßsginal identifiziert werden müssen.In this case too, the successful use of this sensor seems questionable, since it too has the disadvantage that a number of solid and liquid types of oil quality-determining impurities have to be identified from a single measuring signal.
Der vorliegenden Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem eingangs erwähnten Stand der Technik ein Verfahren zur Maschinendiagnose und insbesondere zur Getriebediagnose anzugeben, welches Eisenabrieb selektiv erfaßt und eine Online-Diagnose des Maschinen- bzw. Getriebezustandes ermöglicht. Des weiteren soll eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.The present invention is therefore based on the object, starting from the prior art mentioned at the outset, of specifying a method for machine diagnosis and in particular for transmission diagnosis, which selectively detects iron abrasion and online diagnosis of the machine or Gear state enabled. Furthermore, a device for performing the method is to be specified.
Diese Aufgabe wird für ein Verfahren durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 und für die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 10 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.This object is achieved for a method by the features of the characterizing part of patent claim 1 and for the device for carrying out the method by the features of the characterizing part of patent claim 10. Further embodiments of the invention emerge from the subclaims.
Demnach wird vorgeschlagen, zur Maschinen- bzw. Getriebediagnose ein Messverfahren einzusetzen, welches auf dem Hall-Effekt basiert, wobei das Messsystem in einen ölführenden Kanal bzw. in eine Rinne eines Getriebes oder einer Maschine eingebaut wird.Accordingly, it is proposed to use a measuring method for machine or transmission diagnosis, which is based on the Hall effect, the measuring system being installed in an oil-carrying channel or in a channel of a transmission or a machine.
Bevorzugterweise wird ein Sensor verwendet, wobei das Sensorgehäuse ein Unterteil und ein Oberteil aufweist, und wobei im Unterteil ein Fangmagnet angeordnet ist, auf des- sen Oberfläche sich die zu detektierenden ferritisschen Abriebpartikel anlagern. Erfindungsgemäß ist im Oberteil ein Hallsensor angeordnet, wobei die magnetische Flussdichte, die den Hallsensor durchsetzt, mit wachsender Schichtdicke der sich am Fangmagneten befindlichen ferritischen Abriebpartikel geringer wird, so dass das Ausgangssignal des Hallsensors abnimmt, derart, dass das Ausgangssignal ein Maß für die Konzentration der ferritischen Abriebpartikel im Maschinen- bzw. Getriebeöl ist.A sensor is preferably used, the sensor housing having a lower part and an upper part, and wherein a catch magnet is arranged in the lower part, on whose surface the ferritic abrasion particles to be detected are deposited. According to the invention, a Hall sensor is arranged in the upper part, the magnetic flux density which passes through the Hall sensor becoming smaller as the layer thickness of the ferritic abrasion particles located on the catch magnet increases, so that the output signal of the Hall sensor decreases, such that the output signal is a measure of the concentration of the ferritic abrasion particles in the machine or gear oil.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figur näher erläutert, die eine schematische Darstellung des Aufbaus und der Funktionsweise einer Ausführungsform des Messsystems gemäß der Erfindung zeigt. In der Figur ist ein Längsschnitt durch ein Teilstück eines ölführenden Kanals eines Getriebes gezeigt. Das Sensorgehäuse 1 weist eine -zylindrische Form auf und wird durch eine Bohrung in der Wandung des getriebeölführenden Kanals 2 gesteckt. Es besteht vorzugsweise aus einem magnetisch neutralen Werkstoff, beispielsweise Aluminium oder Messing. Der Sensor wird öldicht montiert, wobei die öl- dichte Montage bevorzugterweise duch Einschrauben erfolgt. Als Dichtung dient hierbei eine Kupferscheibe 3.The invention is explained in more detail below with reference to the attached figure, which shows a schematic representation of the structure and mode of operation of an embodiment of the measuring system according to the invention. In the figure, a longitudinal section through a section of an oil-carrying channel of a transmission is shown. The sensor housing 1 has a cylindrical shape and is inserted through a hole in the wall of the channel 2 carrying the gear oil. It preferably consists of a magnetically neutral material, for example aluminum or brass. The sensor is installed in an oil-tight manner, the oil-tight assembly preferably being done by screwing in. A copper disk 3 serves as a seal.
Des weiteren weist das Sensorgehäuse 1 ein Unterteil 4 und ein Oberteil 5 auf, die über drei Bolzen 6 miteinander verbunden sind. Diese Bolzen 6 dienen als Abstandshalter und gewährleisten, dass die Ölströmung nahezu ungehindert in den Sensor eindringen kann.Furthermore, the sensor housing 1 has a lower part 4 and an upper part 5, which are connected to one another via three bolts 6. These bolts 6 serve as spacers and ensure that the oil flow can penetrate the sensor almost unhindered.
Im Sensorgehäuseunterteil 4 ist ein Permanentmagnet 7 angeordnet, der in das Unterteil 4 eingeklebt ist. Der Permanentmagnet 7 dient als Fangmagnet und ist senkrecht zu seiner Mittelebene einfach polarisiert. Die zu detektieren- den ferritischen Abriebpartikel 8 lagern sich auf der Magnetoberfläche an und werden somit dem Ölkreislauf entzogen. Im Oberteil 5 des Gehäuses 1 befindet sich ein Sackloch mit Feingewinde. In dieses Gewinde wird ein Gewindestift 9 aus Messing eingeschraubt. Erfindungsgemäß ist stirnseitig auf dem Gewindestift 9 ein Hallsensor 10 angeordnet. Zudem weist der Gewindestift 9 eine durchgehende eingefräste Nut 11 auf, in der die frei elektrischen Kontakte 12 des Hallsensors 10 verlegt sind. Zur Montage des Hallsensors 10 auf dem Gewindestift 9 und zum Ausgießen der als Kabelkanal dienenden Nut 11 wird erfindungsgemäß ein Zweikomponenten- Klebstoff 13 verwendet. Des weiteren sind am Ende des Gewindestiftes 9 zwei planparallele Flächen 14 für die Aufnahme eines Gabelschlüssels angefräst. Erfindungsgemäß wird der Gewindestift 9 mittels einer Kontermutter 15 gegen unbeabsichtig- tes Verdrehen gesichert. Zur Abdichtung des Gewindestiftes im unteren Gehäuseteil 4 wird ein handelsübliches und nach kurzer Zeit aushärtendes flüssiges Schraubensicherungsmittel eingesetzt. Der Gewindestift 9 und der Fangmagnet 7 weisen zueinander einen lateralen Versatz auf, der für die Effektivität und Empfindlichkeit des Sensors entscheidend ist.A permanent magnet 7 is arranged in the lower part 4 of the sensor housing and is glued into the lower part 4. The permanent magnet 7 serves as a catch magnet and is simply polarized perpendicular to its central plane. The ferritic abrasion particles 8 to be detected accumulate on the magnetic surface and are thus removed from the oil circuit. In the upper part 5 of the housing 1 there is a blind hole with a fine thread. A threaded pin 9 made of brass is screwed into this thread. According to the invention, a Hall sensor 10 is arranged on the face of the threaded pin 9. In addition, the threaded pin 9 has a continuous milled groove 11 in which the freely electrical contacts 12 of the Hall sensor 10 are laid. A two-component adhesive 13 is used according to the invention for mounting the Hall sensor 10 on the threaded pin 9 and for pouring out the groove 11 serving as a cable duct. Furthermore, two plane-parallel surfaces 14 for receiving an open-ended wrench are milled at the end of the grub screw 9. According to the invention, the setscrew 9 is secured against inadvertent rotation by means of a lock nut 15. To seal the threaded pin in the lower housing part 4, a commercially available liquid screw locking agent that hardens after a short time is used. The grub screw 9 and the catch magnet 7 have a lateral offset to one another, which is decisive for the effectiveness and sensitivity of the sensor.
Durch die erfindungsgemäße Konstruktion wird gewährleistet, dass der Abstand h_0 der Hallzelle 10 von der 0- berflache des Fangmagneten 7 stufenlos einstellbar ist. Auf diese Weise wird eine Adaption des Abriebsensors an die magnetische Feldstärke des Fangmagneten 7 und an die herrschenden Strömungsverhältnisse ermöglicht. Zur Temperaturkompensation des Hallsensorsignales kann ein Temperatursen- sor in das untere Gehäuseteil 4 integriert werden bzw. in die Rohrwandung in unmittelbarer Nähe des Abriebsensors angeordnet werden.The construction according to the invention ensures that the distance h_0 of the Hall cell 10 from the surface of the catch magnet 7 is infinitely adjustable. In this way, an adaptation of the abrasion sensor to the magnetic field strength of the catching magnet 7 and to the prevailing flow conditions is made possible. For temperature compensation of the Hall sensor signal, a temperature sensor can be integrated in the lower housing part 4 or arranged in the tube wall in the immediate vicinity of the abrasion sensor.
Das erfindungsgenmäße Messverfahren funktioniert wie folgt: Der Innenraum des Abriebsensors wird von einem Teil der Ölströmung (durch den Pfeil in der Figur verdeutlicht) durchspült. In der Ölströmung befinden sich ferritische Abriebpartikel, die sich am Fangmagneten anlagern, wenn die auf sie wirkende Magnetkraft groß genug ist, um sie vom Öl zu separieren. Mit steigender Betriebsdauer des erfindungsgemäßen Sensors lagern sich immer mehr Eisenabriebpartikel am Fangmagneten an, sodass sich eine Partikelschicht mit kontinuierlich wachsender Dicke h ausbildet. Dementspre- chend verringert sich der anfangs konstante Abstand h_0 zwischen der Magnetoberfläche und der Oberfläche des Hallsensors 10. Je geringer die lichte Weite h_0 - h wird, desto geringer wird die magnetische Flussdichte, die den Hall- sensor 10 durchsetzt, wobei dieser Effekt an den Kanten des Fangmagneten 7 besonders ausgeprägt ist. Dies liegt daran, dass sich die Feldlinien durch die Anlagerung der Eisenpartikel verkürzen. Folglich wird die räumliche Ausdehnung des Magnetfeldes, das den Fangmagneten 7 umgibt, reduziert, sodass die vom Hallsensor 10 erfaßte Normalkomponente der magnetischen Flussdichte abnimmt.The measuring method according to the invention works as follows: The interior of the abrasion sensor is flushed by part of the oil flow (indicated by the arrow in the figure). There are ferritic abrasion particles in the oil flow, which attach to the catch magnet if the magnetic force acting on them is large enough to separate them from the oil. As the operating time of the sensor according to the invention increases, more and more iron abrasion particles accumulate on the capture magnet, so that a particle layer with a continuously increasing thickness h forms. Accord- Accordingly, the initially constant distance h_0 between the magnetic surface and the surface of the Hall sensor 10 decreases. The smaller the clear width h_0 - h, the lower the magnetic flux density which passes through the Hall sensor 10, this effect at the edges of the Catch magnet 7 is particularly pronounced. This is because the field lines are shortened due to the accumulation of the iron particles. Consequently, the spatial expansion of the magnetic field that surrounds the capture magnet 7 is reduced, so that the normal component of the magnetic flux density detected by the Hall sensor 10 decreases.
Somit nimmt das Ausgangssignal des Hallsensors 10 mit wachsender Schichtdicke der sich am Fangmagneten befindli- chen ferritischen Abriebpartikel ab.The output signal of the Hall sensor 10 thus decreases with increasing layer thickness of the ferritic abrasion particles located on the capture magnet.
Erfindungsgemäß wird das Ausgangssignal des Hallsensors 10 gemessen und dient als Maß für die Konzentration der ferritischen Abriebpartikel im zu untersuchenden Öl. Dieses Ausgangssignal kann aufgrund seiner Größe ohne zusätzliche Abschirmmaßnahmen in einem Getriebesteuergerät verarbeitet werden, wobei eine mögliche Temperaturkompensation des Sensorsignals ebenfalls erst im Getriebesteuergerät erfolgen kann.According to the invention, the output signal of the Hall sensor 10 is measured and serves as a measure of the concentration of the ferritic wear particles in the oil to be examined. Because of its size, this output signal can be processed in a gearbox control unit without additional shielding measures, and a possible temperature compensation of the sensor signal can likewise only take place in the gearbox control unit.
Im Rahmen einer weiteren Variante (nicht dargestellt) wird anstelle des Permanentmagneten 7 ein Elektromagnet eingesetzt. Dadurch ist es möglich, bei konstantem Abstand h_0 der Hallzelle 10 von der Oberfläche des Elektro- magneten die magnetische Feldstärke an den Sensor zu adaptieren und an die herrschenden Strömungsverhältnisse anzupassen. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass kein Gewindestift benötigt wird und dass die Anpassung nicht mechanisch, sondern elektrisch erfolgt.In a further variant (not shown), an electromagnet is used instead of the permanent magnet 7. This makes it possible to adapt the magnetic field strength to the sensor at a constant distance h_0 of the Hall cell 10 from the surface of the electromagnet and to adapt it to the prevailing flow conditions. This embodiment has the advantage that no set screw is required and that the adjustment is not mechanical, but electrical.
Die hier vorgestellte Erfindung weist außerdem folgende Vorteile auf: Die Montage des Abriebsensors in den ölführenden Kanal ist sehr einfach, wobei die für den Hallsensor erforderliche Versorgungsspannung von 5 Volt DC von jedem elektronischen Getriebesteuergerät standardmäßig bereitgestellt wird.The invention presented here also has the following advantages: The assembly of the abrasion sensor in the oil-carrying channel is very simple, the supply voltage of 5 volts DC required for the Hall sensor being provided by every electronic transmission control unit as standard.
Zudem ist das erfindungsgemäße Messsystem günstig herzustellen und äußerst kompakt, sodass wenig Bauraum beansprucht wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Messverfahren unabhängig von der Geometrie des Kanalquer- Schnitts ist.In addition, the measuring system according to the invention is inexpensive to manufacture and extremely compact, so that little installation space is required. Another advantage is that the measuring method is independent of the geometry of the channel cross-section.
Das Sensorsignal weist eine lineare Abhängigkeit von der Dicke der Partikelschicht auf dem Fangmagneten auf. Dies bedeutet, dass durch eine entsprechende Wahl der mag- netischen Feldstärke bzw. der Energiedichte des Fangmagneten der Partikelfangwirkungsgrad einstellbar ist, wodurch der Abriebsensor an die herrschenden Strömungsverhältnisse im ölführenden Kanal adaptierbar ist.The sensor signal has a linear dependence on the thickness of the particle layer on the catch magnet. This means that the particle capture efficiency can be adjusted by an appropriate choice of the magnetic field strength or the energy density of the capture magnet, as a result of which the abrasion sensor can be adapted to the prevailing flow conditions in the oil-carrying channel.
Mittels des erfindungsgemäßen Abriebsensors ist auch eine Online-Getriebediagnose möglich. BezugszeichenOnline transmission diagnosis is also possible by means of the abrasion sensor according to the invention. reference numeral
1 Gehäuse1 housing
2 ölführender Kanal2 oil-carrying channel
3 KupferScheibe3 copper disc
4 Unterteil4 lower part
5 Oberteil5 top
6 Bolzen6 bolts
7 Fangmagnet7 catch magnet
8 Abriebpartikel8 abrasion particles
9 Gewindestift9 grub screw
10 Hallsensor10 Hall sensor
11 Nut11 groove
12 elektrische Kontakte12 electrical contacts
13 Zweikomponenten-Klebstoff13 two-component adhesive
14 planparallele Fläche14 plane-parallel surface
15 Kontermutter15 lock nut
h Dicke der Abriebpartikelschicht h_0 Abstand zwischen der Fangmagnetoberfläche und der Oberfläche des Hallsensors h Thickness of the abrasion particle layer h_0 Distance between the capture magnet surface and the surface of the Hall sensor

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Verfahren zur Maschinendiagnose und insbesondere zur Getriebediagnose mittels der Analyse des Maschinenbzw. Getriebeöls und insbesondere zur Detektierung von ferritischem Abrieb (8), dadurch g e k e n n z e i c h e t , dass ein Hallsensor (10) verwendet wird, dessen Ausgangssignal ein Maß für die Konzentration von ferriti- sehen Abriebpartikel (8) im Maschinen- bzw. Getriebeöl ist.1. Method for machine diagnosis and in particular for transmission diagnosis by means of the analysis of the machine or Gear oil and in particular for the detection of ferritic wear (8), due to the fact that a Hall sensor (10) is used, the output signal of which is a measure of the concentration of ferritic wear particles (8) in the machine or gear oil.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass als Messsystem ein Sensor verwendet wird, der in einen ölführenden Kanal einer Maschine bzw. eines Getriebes eingebaut ist, wobei das Sensorgehäuse (1) ein Unterteil (4) und ein Oberteil (5) aufweist, und wobei im Unterteil (4) ein Fangmagnet (7) angeordnet ist, auf dessen Oberfläche sich die zu detektierenden ferritischen Abriebpartikel (8) lagern und im Oberteil (5) ein Hallsensor (10) angeordnet ist, wobei die magnetische2. The method according to claim 1, characterized in that a sensor is used as the measuring system, which is installed in an oil-carrying channel of a machine or a transmission, the sensor housing (1) having a lower part (4) and an upper part (5) , and in the lower part (4) a catch magnet (7) is arranged, on the surface of which the ferritic abrasion particles (8) to be detected are mounted and in the upper part (5) a Hall sensor (10) is arranged, the magnetic
Flussdichte, die den Hallsensor (10) durchsetzt, mit wachsender Schichtdicke der sich am Fangmagneten (7) befindlichen ferritischen Abriebpartikel geringer wird, so dass das Ausgangssignal des Hallsensors (10) abnimmt, derart, dass das Ausgangssignal ein Maß für die Konzentration der ferritischen Abriebpartikel (8) im Getriebeöl ist.Flux density that passes through the Hall sensor (10) decreases with increasing layer thickness of the ferritic abrasion particles located on the capture magnet (7), so that the output signal of the Hall sensor (10) decreases, such that the output signal is a measure of the concentration of the ferritic abrasion particles (8) in the gear oil.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e e n n z e i c h n e t , dass die Effektivität und Empfindlich- keit des Sensors mittels des lateralen Versatzes des Hallsensors (10) und des Fangmagneten (7) zueinander eingestellt wird. 3. The method according to claim 2, characterized in that the effectiveness and sensitivity of the sensor by means of the lateral offset of the Hall sensor (10) and the catch magnet (7) to each other.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass als Fangmagnet (7) ein Permanentmagnet eingesetzt wird.4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that a permanent magnet is used as the catching magnet (7).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Abstand des Hallsensors (10) von der Oberfläche des Fangmagneten (7) stufenlos einstellbar ist, so dass eine Adaption des Sensors an die magnetische Feldstärke des Fangmagneten (7) und an die herrschenden Strömungsverhältnisse ermöglicht wird.5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the distance of the Hall sensor (10) from the surface of the catch magnet (7) is infinitely adjustable, so that an adaptation of the sensor to the magnetic field strength of the catch magnet (7) and to the prevailing flow conditions is made possible.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass als Fangmagnet (7) ein E- lektromagnet eingesetzt wird.5. The method according to claim 2 or 3, characterized in that an electromagnet is used as the catching magnet (7).
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass bei konstantem Abstand zwischen Hallsensor (10) und Fangmagneten (7) mittels einer stufenlosen Regelung der Energiedichte des Elektromagneten (7) eine Adaption des Sensors an die herrschenden Strömungsverhältnisse ermöglicht wird.6. The method according to claim 5, characterized in that, at a constant distance between the Hall sensor (10) and the catch magnet (7), the sensor can be adapted to the prevailing flow conditions by means of a stepless regulation of the energy density of the electromagnet (7).
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Aus- gangssignal des Hallsensors (1) ohne zusätzliche Abschirmmaßnahmen in einem Getriebesteuergerät verarbeitet wird.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the output signal of the Hall sensor (1) is processed in a transmission control unit without additional shielding measures.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Tempe- raturkompensation' des Sensorsignals erfolgt. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a temperature compensation 'of the sensor signal takes place.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass d ch eine entsprechende Wahl der magnetischen Feldstärke bzw. der Energiedichte des Fangmagneten (7) der Partikelfangwir- kungsgrad eingestellt wird.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a corresponding choice of the magnetic field strength or the energy density of the capture magnet (7) adjusts the particle capture efficiency.
10. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass sie ein Gehäuse (1) mit einem Un- terteil (4) und einem Oberteil (5) aufweist, wobei im Unterteil (4) ein Fangmagnet (7) angeordnet ist, auf dessen Oberfläche sich die zu detektierenden ferritischen Abriebpartikel (8) anlagern und im Oberteil (4) ein Hallsensor (10) angeordnet ist, dessen Ausgangsspennung ein Maß für die Konzentration der ferritischen Abriebpartikel im Öl ist.10. Device for carrying out the method according to one of claims 1 to 9, characterized in that it has a housing (1) with a lower part (4) and an upper part (5), a catch magnet (4) in the lower part (4). 7) is arranged, on the surface of which the ferritic wear particles (8) to be detected accumulate and in the upper part (4) a Hall sensor (10) is arranged, the output tension of which is a measure of the concentration of the ferritic wear particles in the oil.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Unterteil (4) und das Oberteil (5) über Bolzen (6) miteinander verbunden sind.11. Device according to claim 10, characterized in that the lower part (4) and the upper part (5) are connected to one another by means of bolts (6).
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Fangmagnet (7) senkrecht zu seiner Mittelebene einfach polarisiert ist.12. Device according to claim 11, characterized in that the catch magnet (7) is simply polarized perpendicular to its central plane.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 - 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Fangmagnet (7) ein Permanentmagnet ist.13. Device according to one of claims 10 - 12, characterized in that the catch magnet (7) is a permanent magnet.
14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Oberteil (5) des Gehäuses (1) ein Sackloch mit Feingewinde aufweist, wobei in diesem Gewinde ein Gewindestift (9) eingeschraubt ist, auf dessen Stirnseite ein Hallsensor (10) angeordnet ist.14. Device according to claim 13, characterized in that the upper part (5) of the housing (1) has a blind hole with a fine thread, wherein in a threaded pin (9) is screwed into this thread, on the end face of which a Hall sensor (10) is arranged.
15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch g e - k e n n z e i c h n e t , dass der Gewindestift (9) eine durchgehende eingefräste Nut (11) aufweist, in der die e- lektrischen Kontakte (12) des Hallsensors (10) verlegt sind, wobei zur Montage des Hallsensors (10) auf dem Gewindestift (9) und zum Ausgießen der als Kabelkanal dienenden Nut (11) ein Zweikomponenten-Klebstoff (13) verwendet wird.15. Device according to claim 14, characterized in that the grub screw (9) has a continuous milled groove (11) in which the electrical contacts (12) of the Hall sensor (10) are laid, for mounting the Hall sensor (10) on the threaded pin (9) and for pouring out the groove (11) serving as a cable channel, a two-component adhesive (13) is used.
16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass am Ende des Gewindestiftes (9) zwei planparallele Flächen (14) für die Aufnahme eines Gabelschlüssels angefräst sind.16. Device according to claim 15, characterized in that at the end of the threaded pin (9) two plane-parallel surfaces (14) are milled for receiving a fork wrench.
17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Gewindestift (9) mittels einer Kontermutter (15) gegen unbeabsich- tigtes Verdrehen gesichert ist, wobei zur Abdichtung des17. Device according to one of claims 14 to 16, characterized in that the grub screw (9) is secured by means of a lock nut (15) against unintentional rotation, whereby to seal the
Gewindestiftes (9) im unteren Gehäuseteil (4) ein nach kurzer Zeit aushärtendes flüssiges Schraubensicherungsmittel eingesetzt wird.Set screw (9) in the lower housing part (4) is a liquid screw locking agent that hardens after a short time.
18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Hallsensor (10) und der Fangmagnet (7) zueinander einen lateralen Versatz aufweisen.18. Device according to one of claims 10 to 17, characterized in that the Hall sensor (10) and the catching magnet (7) have a lateral offset to one another.
19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 - 12 o- der 18, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Fangmagnet (7) ein Elektromagnet ist. 19. Device according to one of claims 10 - 12 o- 18, characterized in that the catching magnet (7) is an electromagnet.
20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 - 19, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Gehäuse (1) eine zylindrische Form aufweist und durch eine Bohrung in der Wandung eines ölführenden Kanals (2) gesteckt wird.20. Device according to one of claims 10 - 19, characterized in that the housing (1) has a cylindrical shape and is inserted through a bore in the wall of an oil-carrying channel (2).
21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Gehäuse (1) aus einem magnetisch neutralen Werkstoff besteht.21. Device according to claim 20, characterized in that the housing (1) consists of a magnetically neutral material.
22. Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der magnetisch neutrale Werkstoff Aluminium oder Messing ist. 22. Device according to claim 21, characterized in that the magnetically neutral material is aluminum or brass.
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