EP1554560A2 - Vorrichtung und verfahren zur bestimmung des luftgehalts, des luftabscheideverhaltens und der oberflächenschaumbildung von ölen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur bestimmung des luftgehalts, des luftabscheideverhaltens und der oberflächenschaumbildung von ölen

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Publication number
EP1554560A2
EP1554560A2 EP03758039A EP03758039A EP1554560A2 EP 1554560 A2 EP1554560 A2 EP 1554560A2 EP 03758039 A EP03758039 A EP 03758039A EP 03758039 A EP03758039 A EP 03758039A EP 1554560 A2 EP1554560 A2 EP 1554560A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
oil
air
differential pressure
mixer
measuring
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03758039A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Magnus Leinemann
Arthur Wetzel
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 EP1554560A2 publication Critical patent/EP1554560A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/02—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material
    • G01N11/04—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material through a restricted passage, e.g. tube, aperture
    • G01N11/08—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material through a restricted passage, e.g. tube, aperture by measuring pressure required to produce a known flow
    • G—PHYSICS
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    • G01N13/02—Investigating surface tension of liquids
    • G01N2013/0241—Investigating surface tension of liquids bubble, pendant drop, sessile drop methods
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    • G01N33/28—Oils, i.e. hydrocarbon liquids

Definitions

  • the invention relates to a device for determining the air content, the air separation behavior and the surface foam formation of oils, in particular gear oils, with the features of the preamble of claim 1 and a method for operating a device for determining the air content, the air separation behavior and the surface foam formation of oils. in particular gear oils, with the features of the preambles of claims 11, 12, 13.
  • Oil / air dispersions in gear oil lead to reduced efficiency of gearboxes and in extreme cases can lead to oil leaks.
  • the ability of the oil to quickly separate the incorporated air is therefore an important quality criterion and measuring systems for determining the air separation behavior (LAV) of oils are therefore of great importance.
  • a device for determining the air separation behavior of oils with an air-oil mixer and a differential pressure sensor is known from Castrol.
  • the air-oil mixer has a container that can be partially filled with oil and has a glass front with a propeller that is only slightly submerged in the oil.
  • the propeller can be raised to 10,000 rpm and swirls the oil.
  • Different hydrostatic pressures and the difference between them determine the air content in the oil via two superimposed pressure measuring points.
  • a disadvantage of this State of the art is the little practical, high metrological effort, such as precisely manufactured pressure connections and very finely resolved differential pressure transducers, due to the low pressure differences to be resolved.
  • the oil rotating in this prior art exerts additional pressure on the measuring points. Thus must the sample after the 'air entry is first brought to rest, resulting in delayed data acquisition.
  • Such LAV measuring systems do not fully correlate with the situation in the transmission.
  • the object of the invention is to provide a device for determining the air content, the air separation behavior and the surface foam formation of oils, in particular gear oils, with early measurement value acquisition and a practical method for operating a device for determining the air content, the air separation behavior and the surface foam formation of ' Specify oils, especially gear oils, with early data acquisition.
  • the solution is achieved with a device for determining the air content, the air separation behavior and the surface foam formation of oils, in particular gear oils, with the features of claim 1 and with a method for operating a device for determining the air content, the air separation behavior and the surface foam formation of oils, in particular of. gear oils, with the features of claims 11, 12 and 13.
  • Advantageous embodiments of the invention are shown in the subclaims.
  • a device for determining the air content, the air separation behavior and the surface foam formation of oils, in particular gearboxes oil provided with an air-oil mixer and a differential pressure transducer.
  • a delivery device is provided, which delivers the oil through pipes of the air-oil mixer.
  • a compressed air connection conveys air into the pipes of the air-oil mixer.
  • the differential pressure sensor detects differential pressures in the oil via at least two bores on a Venturi tube that are spaced apart from one another in the direction of oil flow. The venturi generates' differential pressures due to change in cross-sectional area that are to the respective density of the oil proportional.
  • the density of the oil and thus its air content can be determined from the measured differential pressures.
  • the flow rate results from the volume flow set on the conveyor and the cross-sectional conditions in the Venturi tube.
  • the device according to the invention results in a substantially larger measuring range for the differential pressure, and the measurement resolution is therefore easier to carry out.
  • the change in the density of the oil ie its changing air content and thus the air separation behavior of the oil, can be determined.
  • the volume of the surface foam (ml) can be recorded using a collecting container (glass ball).
  • the compressed air connection can be controlled, so that the supply of air can be switched off.
  • a mixer is provided for the intensive turbulent mixing of the air with the oil in the pipes.
  • At least one separator in the form of a volume vessel is provided in the pipelines, so that larger air bubbles can be separated in the venturi tube in front of the measuring section when the air supply is open and there is a large excess of air of approx , Large air bubbles with a ⁇ > 4 mm in particular could otherwise falsify the measured differential pressure if, for. B. an air bubble would just pass through the measuring parts in the Venturi tube and there would be dispersion at the measuring point in front of it, which would lead to large differential pressures and could prevent stable measured values in the long run.
  • the separator has a diameter of approximately 20 mm or preferably approximately 30 mm.
  • the air-oil mixer is provided with a collecting container for surface foam.
  • a temperature for different test temperatures There is a removable container with an aluminum plate on the front and the air-oil mixer and the pipes can be arranged with the venturi tube in the adjustable container so that the measuring circuit can be tempered using an oil bath.
  • a circulating thermostat is provided for the temperature-controllable container, which makes the oil bath in the container heatable to 200 ° C.
  • an A / D converter card and a computer are provided and the differential pressure sensor is connected to the computer via the A / D converter card, so that the measurements can be carried out automatically.
  • the delivery device is designed as a gear pump with a maximum volume flow of 3 607 ml / min and thermal stability up to 130 ° C.
  • ⁇ In accordance with the invention is a method for the determination of the air content at various flow rates with the inventive apparatus characterized by filling of preferably 150 ml of the test oil over the volume of the vessel in the air-oil mixers, turning on a water-jet pump so that oil in hoses or . is sucked in a viewing window above a measuring cell of the differential pressure sensor, preventing the oil in the hoses above the measuring cell from re-heating, switching on the delivery device, filling in further oil to be checked until the pipelines of the air-oil mixer are filled without bubbles, adjusting the Air supply and placing the conveyor direction (e.g. 3 400 ml / min) to maximum flow, pumping over the oil to be tested and measuring the differential pressure after 7 min of air supply.
  • the inventive apparatus characterized by filling of preferably 150 ml of the test oil over the volume of the vessel in the air-oil mixers, turning on a water-jet pump so that oil in hoses or . is sucked in
  • the method for determining the air separation behavior with the device according to the invention is characterized by filling preferably 150 ml of the oil to be tested via the volume vessel into the air-oil mixer, switching on a water jet pump, so that oil enters the hoses or viewing window above a measuring cell of the differential pressure sensor is sucked, preventing the oil in the hoses or viewing windows above the measuring cell from being re-heaved, switching on the delivery device, filling in more oil to be checked until the pipelines of the air-oil mixer are filled without bubbles, adjusting the delivery device to one determined flow for 7 min with air intake, measuring the differential pressure, stopping the air supply, timing and measuring the respective differential pressure at regular intervals.
  • another method for determining the Lucasabscheide s with the inventive apparatus characterized by filling preferably '150 ml of the funnel to be tested oil through the fill in the air-oil mixers, turning on a water-jet pump so that oil, into tubes above a measuring cell of the differential pressure transducer is sucked, preventing the oil from flowing back into the hoses above the measuring cell, switching on the delivery device, filling in more oil to be checked until the pipelines of the air-oil mixer are filled without bubbles, regulating the air supply, if necessary via two needle valves Setting the conveyor to a specific flow for 7 minutes, Measuring the differential pressure, stopping the air supply, timing and measuring the differential pressure at regular intervals.
  • the temperature of the oil to be tested is set via the thermostats set about 20 ° C higher; defined for 90 ° C and 130 ° C.
  • Fig. 1 is a front view of the device according to the invention.
  • Fig. 2 is a diagram with the device according to the invention detected differential pressures for an oil to be tested.
  • a device 1 for determining the air separation behavior of gear oils is provided with an air-oil mixer 2 and a differential pressure sensor 3.
  • a conveyor 4 is provided as a gear pump with a maximum volume flow of 3 607 ml / min and thermal stability up to 130 ° C., which sucks the oil through pipes 5 of the air-oil mixer 2.
  • All metal-made parts of the device 1 are made of V2A stainless steel.
  • plastic such as seals, hoses, etc.
  • PTFE or FKM is used and for these parts, as in the pump head, the Gear pump, no silicone-containing materials used.
  • a compressed air connection 6 feeds air into the pipelines 5 of the air-oil mixer 2 via needle valves (not shown).
  • the compressed air connection 6 can be controlled, so that the supply of air can be switched off.
  • the differential pressure sensor 3 detects the differential pressures in the oil 2 in the conveying direction of the oil .vonence spaced bores 7, (not shown) 8 on a venturi '9 and via hoses 12, 13.
  • a mixer is provided to intensive turbulent mixing of the air with the oil in the pipes 5.
  • a separator 15 in the form of a volume vessel is provided in the pipelines 5, so that when the air supply is open and there is a large excess of air of approx. 6 l / min air in 150 ml oil, larger air bubbles can be separated in the Venturi tube 9 in front of the measuring section.
  • the separator 15 has a diameter of 30 mm.
  • the air-oil mixer 2 is provided with a collecting container 14.
  • a temperature-controlled container with a glass or steel plate is provided on the front, and the air-oil mixer 2 and the pipelines 5 are arranged with the Venturi tube 9 in a temperature-controlled container (not shown) in such a way that the measuring circuit via a Oil bath can be tempered in the temperature-controlled container.
  • a circulation thermostat is provided for the temperature-controlled container, which makes the oil bath in the container heatable to 200 ° C.
  • An A / D converter card (not shown) and a computer 12 are connected to the differential pressure sensor 3 so that the measurements can be carried out automatically.
  • Method for operating the device 1 A method for.
  • the air content at constant volume flows is determined with the device 1 by pouring 150 ml of the oil to be tested into the air-oil mixer 2 via the volume vessel, switching on a water jet pump (not shown), so that oil enters the hoses or viewing window 12 , 13 is sucked above the differential pressure sensor 3 designed as a measuring cell.
  • the backflow of the oil in the hoses 12, 13 is prevented by closing the plug valves.
  • the conveyor 4 is switched on, further oil to be tested is filled in until the pipelines of the air-oil mixer are filled without bubbles, the air supply is adjusted and the conveyor is set to 3,400 ml / min. Pumping over the oil to be tested takes 7 minutes and. then the display of the differential device is noted.
  • the conveying device 4 sucks the oil to be checked clockwise through the pipelines 5 and can pump with an air intake, so that separate rules for the air supply can be omitted.
  • the device 1 Before the measurements are evaluated, the device 1 is preferably to be calibrated with water, with a fitting function which can be applied to the evaluation algorithm being determined with at least two series of measurements. With more the fitting function can be improved as two series of measurements.
  • the oil to be tested has to be pumped for 7 minutes at the maximum volume flow to be set with the air supply open and then the first measured value is recorded and then all volume flows to be set must be measured quickly, whereby in addition to the differential pressures, the temperature of the test item Oil is to be absorbed.
  • the temperature of the oil to be tested is set using the thermostats in the tank, which are set about 20 ° C higher.
  • the oil to be tested is mixed for 7 minutes with the air supply open and then the differential pressure is recorded and the air supply is stopped. Then the timing begins and the differential pressure is recorded at regular intervals.
  • Fig. 2 '
  • the differential pressures recorded with the device 1 are plotted in an upper row of points for an oil to be tested with defoamer and in a lower row without defoamer.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Be­stimmung des Luftgehalts, des Luftabscheideverhaltens und der Oberflächenschaumbildung von Ölen, insbesondere von Getriebeölen, mit einem Luft-Öl-Mischer (2) und einem Dif­ferenzdruckaufnehmer (3). Eine Fördereinrichtung (4) för­dert das Öl durch Rohrleitungen (5) des Luft-Öl-Mischers (2). Ein Druckluftanschluss (6) ist vorgesehen, der Luft in die Rohrleitungen (5) des Luft-Öl-Mischers (2) fördert. Ein Venturirohr (9) ist in einer der Rohrleitungen (5) vorgesehen, und der Differenzdruckaufnehmer (3) erfasst über mindestens zwei in Förderrichtung des Öls voneinander beabstandete Bohrungen (7, 8) am Venturirohr (9) Differenzdrücke im Öl.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung des
Luftgehalts, des Luftabscheideverhaltens und der Oberflachenschaumbildung von Ölen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Luftgehalts, des Luftabscheideverhaltens und der Oberflachenschaumbildung von Ölen, insbesondere von Getriebeölen, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Bestimmung des Luftgehalts, des Luftabscheideverhaltens und der Oberflachenschaumbildung von Ölen, insbesondere von Getriebeölen, mit den Merkmalen der Oberbegriffe der Ansprüche 11, 12, 13.
Öl-/Luft-Dispersionen im Getriebeöl führen zu verschlechterten Wirkungsgraden von Getrieben und können im Extremfall Ölaustritte zur Folge haben. Die Fähigkeit des Öls, eingearbeitete Luft schnell wieder abzuscheiden, ist daher ein wichtiges Qualitätskriterium und Messsystemen zum Bestimmen des Luftabscheideverhaltens (LAV) von Ölen kommt folglich auch große Bedeutung zu.
Bekannt ist von der Fa. Castrol eine Vorrichtung zur Bestimmung des Luftabscheideverhaltens von Ölen mit einem Luft-Öl-Mischer und einem Differenzdruckaufnehmer. Der Luft-Öl-Mischer weist ein teilweise mit Öl zu befüllendes Behältnis mit einer Glasfront auf mit einem Propeller, der nur leicht ins Öl eintaucht. Der Propeller kann bis auf 10 000 U/min hochgefahren werden und verwirbelt so das Öl. Über zwei übereinanderliegende Druckmessstellen werden dann unterschiedliche hydrostatische Drücke und aus deren Differenz der Luftgehalt im Öl bestimmt. Nachteilig bei diesem Stand der 'Technik ist der wenig praxistaugliche, hohe messtechnische Aufwand, wie exakt gefertigte Druckanschlüsse und sehr fein auflösende Differenzdruckaufnehmer, bedingt durch geringe aufzulösende Druckdifferenzen. Das bei diesem Stand der Technik rotierende Öl übt zusätzlichen Druck auf die Messstellen aus. Somit muss die Probe nach dem' Lufteintrag zunächst zur Ruhe gebracht werden, was zu verzögerter Messwerterfassung führt. Solche LAV-Messsysteme korrelieren also nicht vollständig mit der Situation im Getriebe.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Bestimmung des Luftgehalts, des Luftabscheideverhaltens und der Oberflachenschaumbildung von Ölen, insbesondere von Getriebeölen, zu schaffen mit früher Messwerterfassung und ein praxisnahes Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Bestimmung des Luftgehalts, des Luftabscheideverhaltens und der Oberflachenschaumbildung von' Ölen, insbesondere von Getriebeölen, mit früher Messwerterfassung anzugeben.
Die Lösung erfolgt mit einer Vorrichtung zur Bestimmung des Luftgehalts, des Luftabscheideverhaltens und der Oberflachenschaumbildung von Ölen, insbesondere von Getriebeölen, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Bestimmung des Luftgehalts, des Luftabscheideverhaltens und der Oberflachenschaumbildung von Ölen, insbesondere von .Getriebeölen, mit den Merkmalen der Ansprüche 11, 12 und 13. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.
Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Bestimmung des Luftgehalts, des Luftabscheideverhaltens und der Oberflachenschaumbildung von Ölen, insbesondere von Getrie- beölen, mit einem- Luft-Öl-Mischer und einem Differenzdruckaufnehmer versehen. Eine Fördereinrichtung ist vorgesehen, die das Öl durch Rohrleitungen des Luft-Öl-Mischers fördert. Ein Druckluftanschluss fördert Luft in die Rohrleitungen des Luft-Öl-Mischers. Der Differenzdruckaufnehmer erfasst über mindestens 2 in Förderrichtung des Öls voneinander beabstandete Bohrungen an einem Venturirohr Differenzdrücke im Öl. Das Venturirohr erzeugt 'Differenzdrücke aufgrund von Querschnittsflächenänderung, die proportional sind zur jeweiligen Dichte des Öls. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit im Venturirohr bekannt ist und die Strömung ohne Höhenänderung verläuft, kann aus den gemessenen Differenzdrücken die Dichte des Öls und damit dessen Luftgehalt bestimmt werden. Die Strömungsgeschwindigkeit ergibt sich aus dem eingestellten Volumenstrom an der Fördereinrichtung und den Querschnittsverhältnissen im Venturirohr. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung folgt aus der frühen Messwerterfassung, mit der die Anreicherung des Öls mit Luft bei kontinuierlicher Durchmischung und damit der Zustand im Getriebe realistisch erfaßbar ist. Je mehr Zeit zwischen .Lufteintrag und Messung der Anreicherung des Öls mit Luft vergeht, desto realitätsferner sind die Messwerte. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Erfaßbarkeit von kleinen Messvolumen, wie sie bei Gebrauchtölproben aus Getriebe- und Feldversuchen üblich sind. Zudem ergibt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein wesentlich größerer Messbereich für den Differenzdruck und damit ist die messtechnische Auflösung leichter durchführbar. Mit in zeitlichen Abständen wiederholt gemessenen Differenzdrücken kann die Veränderung der Dichte des Öls, d. h. dessen veränderlicher Luftgehalt und damit das Luftabscheideverhalten des Öls bestimmt werden. Zusätzlich kann das Volumen des Oberflächenschaums (ml) mittels eines Auffangbehälters (Glaskugel) erfaßt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Druckluftanschluss steuerbar, so däss die Zufuhr von Luft abschaltbar ist. Ein Mischer ist vorgesehen zur intensiv turbulenten Durchmischung der Luft mit dem Öl in den Rohrleitungen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein Abscheider in Form eines Volumengefäßes in den Rohrleitungen vorgesehen, so dass bei geöffneter Luftzufuhr und hohem Luftüberschuß von ca 6 1/min Luft in 200 ml Öl größere Luftblase'n vor der Messstrecke im Venturirohr abscheidbar sind. Insbesondere große Luftblasen mit einem Θ > 4 mm könnten sonst den gemessenen Differenzdruck stark verfälschen, wenn z. B. eine Luftblase gerade die Messteile im Venturirohr passieren und sich an der Messstelle davor Dispersion befinden würde, was zu großen Differenzdrücken führen würde und auf Dauer stabile Messwerte verhindern könnte.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Abscheider einen Durchmesser von ca. 20 mm oder vorzugsweise ca. 30 mm auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Luft-Öl-Mischer mit Auffangbehälter für Oberflächenschaum versehen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist für verschiedene Prüftemperaturen ein tempe- rierbarer Behälter mit einer Aluplatte an der Vorderseite vorgesehen und der Luft-Öl-Mischer und die Rohrleitungen können mit dem Venturirohr in dem temp.erierbaren Behälter so angeordnet werden, dass der Messkreislauf über ein Ölbad temperiert werden kann.
Gemäß. einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein ümwälzthermostat zu dem temperierbaren Behälter vorgesehen, der das Ölbad im Behälter bis auf 200 °C aufheizbar macht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind eine A/D-Wandler-Karte und ein Rechner vorgesehen und der Differenzdruckaufnehmer ist über die A/D-Wandler- Karte mit dem Rechner verbunden, so dass die Messungen automatisiert erfolgen können.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Fördereinrichtung als Zahnradpumpe mit einem maximalen Volumenstrom von 3 607 ml/min und thermischer Stabilität bis 130 °C ausgebildet.
■ Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung des Luftgehalts bei verschiedenen Volumenströmen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gekennzeichnet durch Einfüllen von vorzugsweise 150 ml des zu prüfenden Öls über das Volumengefäß in den Luft-Öl-Mischer, Einschalten einer Wasserstrahlpumpe, so dass Öl in Schläuche bzw. in Sichtfens- ter oberhalb einer Messzelle des Differenzdruckaufnehmers gesaugt wird, Verhindern des RückfHeßens des Öls in den Schläuchen oberhalb der Messzelle, Einschalten der Fördereinrichtung, Einfüllen von weiterem zu prüfenden Öl bis die Rohrleitungen des Luft-Öl-Mischers blasenfrei befüllt sind, Einregeln der Luftzufuhr und Stellen der Förderein- richtung (z. B. 3 400 ml/min) auf maximalen Durchfluss, ümpumpen des zu prüfenden Öls und Messen des Differenzdrucks nach 7 min Luftzufuhr.
Gemäß der Erfindung ist das Verfahren zur Bestimmung des Luftabscheideverhaltens mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gekennzeichnet durch Einfüllen von vorzugsweise 150 ml des zu prüfenden Öls über das Volumengefäß in den Luft-Öl-Mischer, Einschalten einer Wasserstrahlpumpe, so dass Öl in die Schläuche bzw. Sichtfenster oberhalb einer Messzelle des Differenzdruckaufnehmers gesaugt wird, Verhindern des RückfHeßens des Öls in den Schläuchen bzw. Sichtfenstern oberhalb der Messzelle, Einschalten der Fördereinrichtung, Einfüllen von weiterem zu prüfenden Öl bis die Rohrleitungen des Luft-Öl-Mischers blasenfrei befüllt sind, Einstellen der Fördereinrichtung auf einen bestimmten Durchfluss für 7 min mit Luftansaugung, Messen des Differenzdrucks, Stoppen der Luftzufuhr, Zeitnahme und Messen des jeweiligen Differenzdrucks in regelmäßigen Abständen.
Gemäß der Erfindung ist ein weiteres Verfahren zur Bestimmung des Luftabscheideverhaltens mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gekennzeichnet durch Einfüllen von vorzugsweise ' 150 ml des zu prüfenden Öls durch den Einfüll- trichter in den Luft-Öl-Mischer, Einschalten einer Wasserstrahlpumpe, so dass Öl in Schläuche oberhalb einer Messzelle des Differenzdruckaufnehmers gesaugt wird, Verhindern des Rückfließens des Öls in den Schläuchen oberhalb der Messzelle, Einschalten der Fördereinrichtung, Einfüllen von weiterem zu prüfenden Öl bis die Rohrleitungen des Luft-Öl- Mischers blasenfrei befüllt sind, Einregeln der Luftzufuhr, gegebenenfalls über zwei Nadelventile, Einstellen der Fördereinrichtung auf einen .bestimmten Durchfluss für 7 min, Messen des Differenzdrucks, Stoppen der Luftzufuhr, Zeitnahme und Messen des Differenzdrucks in regelmäßigen Abständen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Temperatur des zu prüfenden Öls über den um etwa 20 °C höher eingestellten Thermostaten eingestellt; definiert für 90 °C und 130 °C.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht von vorn der Vorrichtung gemäß der Erfindung und
Fig. 2 ein Diagramm mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung erfaßter Differenzdrücke für ein zu prüfendes Öl.
Fig. 1:
Eine Vorrichtung 1 zur Bestimmung des Luftabscheideverhaltens von Getriebeölen ist mit einem Luft-Öl-Mischer 2 und einem Differenzdruckaufnehmer 3 versehen. Eine Fördereinrichtung 4 ist als Zahnradpumpe mit einem maximalen Volumenstrom von 3 607 ml/min und thermischer Stabilität bis 130 °C vorgesehen, die das Öl durch Rohrleitungen 5 des Luft-Öl-Mischers 2 saugt.
Alle metallgefertigten Teile der Vorrichtung 1 sind in V2A-Edelstahl ausgeführt. Für alle Teile aus Kunststoff, wie Dichtungen, Schläuche, etc., wird PTFE oder FKM verwendet und für diese Teile werden, wie auch im Pumpenkopf der Zahnradpumpe, keine silikonhaltigen Materialien eingesetzt. Bis 150 °C beständiges Glas, wie Duranglas, wird im Luft- Öl-Mischer 2 eingesetzt.
Ein Druckluftanschluss 6 fördert über Nadelventile (nicht dargestellt) Luft in die Rohrleitungen 5 des Luft- Öl-Mischers 2. Der Druckluftanschluss 6 ist steuerbar, so dass die Zufuhr von Luft abschaltbar ist. Der Differenzdruckaufnehmer 3 erfaßt Differenzdrücke im Öl über 2 in Förderrichtung des Öls .voneinander beabstandete Bohrungen 7, 8 an einem Venturirohr ' 9 und über Schläuche 12, 13. Ein Mischer (nicht dargestellt) ist vorgesehen zur intensiv turbulenten Durchmischung der Luft mit dem Öl in den Rohrleitungen 5.
Ein Abscheider 15 in Form eines Volumengefäßes ist in den Rohrleitungen 5 vorgesehen, so dass bei geöffneter Luftzufuhr und hohem Luftüberschuß von ca. 6 1/min Luft in 150 ml Öl größere Luftblasen vor der Messstrecke im Venturirohr 9 abscheidbar sind. Der Abscheider 15 weist einen Durchmesser von 30 mm auf. Der Luft-.Öl-Mischer 2 ist mit einem Auffangbehälter 14 versehen.
Für verschiedene Prüftemperaturen ist ein temperierbarer Behälter mit einer Glas- oder Stahlplatte an der Vorderseite vorgesehen und der Luft-Öl-Mischer 2 und die Rohrleitungen 5 sind mit dem Venturirohr 9 in einem temperierbaren Behälter (nicht gezeigt) so angeordnet, dass der Messkreislauf über ein Ölbad in dem temperierbaren Behälter temperiert werden kann. Ein Umwälzthermostat ist zu dem temperierbaren Behälter vorgesehen, der das Ölbad im Behälter bis auf 200 °C aufheizbar macht. Eine A/D-Wandler-Karte (nicht dargestellt) und ein Rech- ner 12 sind mit dem Differenzdruckaufnehmer 3.verbunden, so dass die Messungen automatisiert erfolgen können.
Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung 1: Ein Verfahren zur . Bestimmung des Luftgehalts bei konstanten Volumenströmen mit der Vorrichtung 1 erfolgt durch Einfüllen von 150 ml des zu prüfenden Öls über das Volumengefäß in den Luft-Öl-Mischer 2, Einschalten einer Wasserstrahlpumpe (nicht dargestellt) , so dass Öl in die Schläuche bzw. Sichtfenster 12, 13 oberhalb des als Messzelle ausgebildeten Differenzdruckaufnehmers 3 gesaugt wird. Das Rückfließen des Öls in den Schläuchen 12, 13 wird durch Schließen der Kükenhähne verhindert. Dann, erfolgt Einschalten der Fördereinrichtung 4, Einfüllen von weiterem zu prüfenden Öl bis die Rohrleitungen des Luft-Öl-Mischers blasenfrei befüllt sind, Einregeln der Luftzufuhr und Stellen der Fördereinrichtung auf 3 400 ml/min. Umpumpen des zu prüfenden Öls dauert 7 min und. dann wird die Anzeige des Differenznehmers notiert.
Die Fördereinrichtung 4 saugt das zu prüfende Öl im Uhrzeigersinn durch die Rohrleitungen 5 und kann mit Luft- ansaugung pumpen, so dass gesondertes Regeln der Luftzufuhr entfallen kann.
Insbesondere große Luftblasen werden in dem Abscheider 15 aus dem Volumenstrom des zu prüfenden Öls ausgeschieden zur Verbesserung der Messgenauigkeit. Vor Auswertung der Messungen ist die Vorrichtung 1 noch vorzugsweise mit Wasser zu kalibrieren, .wobei mit mindestens zwei Messreihen eine Fittingfunktion ermittelbar ist, die auf den Auswerte-Algorithmus anwendbar ist. Mit mehr als zwei Messreihen kann die Fittingfunktion verbessert werden.
Zur Bestimmung der Luftgehalte bei verschiedenen Volumenströmen ist das zu prüfende Öl 7 min lang bei dem maximal einzustellenden Volumenstrom bei geöffneter Luftzufuhr umzupumpen und dann erfolgt die erste Messwertaufnähme und anschließend sind alle einzustellenden Volumenströme zügig zu messen, wobei neben den Differenzdrücken auch die Temperatur des zu prüfenden Öls aufzunehmen ist.
Zur .Bestimmung der Luftgehalte bei verschiedenen Temperaturen ist der Volumenstrom konstant zu halten. Die Temperatur des zu prüfenden Öls wird über den um etwa 20 °C höher eingestellten Thermostaten im Behälter eingestellt.
Zur Bestimmung des Luftabscheideverhaltens wird das zu prüfende Öl 7 min lang bei geöffneter Luftzufuhr gemischt und danach der Differenzdruck aufgenommen und die Luftzufuhr gestoppt. Dann beginnt die Zeitnahme und in regelmäßigen Abständen wird der Differenzdruck aufgenommen.
Fig. 2: ' In Abhängigkeit vom eingestellten Volumenstrom sind . die mit der Vorrichtung 1 erfaßten Differenzdrücke aufgetragen in einer oberen Punktreihe für ein zu prüfendes Öl mit Entschäumer und in einer unteren Punktreihe ohne Entschäumer. Bezugszeichen
1 Vorrichtung
2 • Luft-Öl-Mischer
3 Differenzdruckaufnehmer
4 Fördereinrichtung
5 Rohrleitungen
6 Druckluftanschluss
7 Bohrungen
8 Bohrungen
9 Venturirohr
12 Schläuche
13 Schläuche
14 Auffangbehälter
15 Abscheider

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung (1) zur Bestimmung des Luftgehalts, des Luftabscheideverhaltens und der Oberflachenschaumbildung von Ölen, insbesondere von Getriebeölen, mit einem Luft-Öl- Mischer (2) und einem Differenzdruckaufnehmer (3), dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Fördereinrichtung (4) vorgesehen ist, die das Öl durch Rohrleitungen (5) des Luft-Öl-Mischers (2) fördert, ein Druckluftanschluss (6) vorgesehen ist, der Luft in die Rohrleitungen (5) des Luft-Öl-Mischers (2) fördert, ein Venturirohr (9) in einer der Rohrleitungen (5) vorgesehen ist, und der Differenzdruckaufnehmer (3) über mindestens 2 in Förderrichtung des Öls voneinander beabstandete Bohrungen (7, 8) am Venturirohr (9) Differenzdrücke im Öl erfasst.
2. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch g e - ke n n z e i c h n e t , dass der Druckluftanschluss (6) steuerbar ist und ein Mischer vorgesehen ist zur intensiv turbulenten Durchmischung der Luft mit dem Öl in den Rohrleitungen (5) .
3. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass mindestens ein Abscheider (7) in den Rohrleitungen (5) vorgesehen ist.
4. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Abscheider (15) einen Durchmesser von ca. 20 bis 30 mm aufweist.
5. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Luft-Öl-Mischer (2) teilweise .aus Glas gefertigt ist.
6. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch g e e n n z e i c h n e t , dass der Luft-Öl-Mischer (2) mit einem Auffangbehälter (14) für Oberflächenschaum versehen ist.
7. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass ein temperierbarer Behälter vorgesehen ist und der Luft-Öl-Mischer (2) und die Rohrleitungen mit dem Venturirohr (9) in dem temperierbaren Behälter angeordnet sind.
8. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Umwälzthermostat zu dem temperierbaren Behälter vorgesehen ist.
9. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass eine A/D-Wandler-Karte und ein Rechner vorgesehen sind und der Differenzdruck ufneh- mer (3) über die A/D-Wandler-Karte mit dem Rechner verbunden ist.
10. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Fördereinrichtung (4) als Zahnradpumpe ausgebildet ist.
11. Verfahren zur Bestimmung des Luftgehalts bei verschiedenen Volumenströmen mit der Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t durch Einfüllen des zu prüfenden Öls durch- den Auffangbehälter (14) in den Luft-Öl-Mischer '(2), Einschalten einer Wasserstrahlpumpe, so dass Öl in Schläuche (12, 13) oberhalb einer Messzelle des Differenzdruckaufnehmers (3) gesaugt 'wird, Verhindern des Rückfließens des Öls in den Schläuchen (12 13) oberhalb der Messzelle, Einschalten der Fördereinrichtung (4), Einfüllen- von weiterem zu prüfenden Öl bis die Rohrleitungen (5) des Luft-Öl-Mischers (2) blasenfrei befüllt sind,
Einregeln der Luftzufuhr und
Einstellen der Fördereinrichtung (4) auf maximalen Durchfluss,
Umpumpen des zu prüfenden Öls und Messen aller einzustellenden Volumenströme bei jeweils konstantem Volumenstrom.
12. Verfahren zur Bestimmung des Luftabscheideverhaltens und des Oberflächenschaums mit der Vorrichtung (1) gemäß Anspruch .1, g e k e n n z e i c h n e t durch
Einfüllen des zu prüfenden Öls durch den Einfülltrich- ter (14) in den Luft-Öl-Mischer (2), Einschalten einer Wasserstrahlpumpe, so dass Öl in Schläuche (12, 13) oberhalb einer Messzelle des Differenzdruckaufnehmers (3) gesaugt wird, Verhindern des Rückfließens des Öls in den Schläuchen (12, 13) oberhalb der Messzelle, Einschalten der Fördereinrichtung (4), Einfüllen von weiterem zu prüfenden Öl bis die Rohrleitungen (5) des Luft-Öl-Mischers (2) blasenfrei befüllt sind, Einstellen der Fördereinrichtung (4) auf einen bestimmten Durchfluss,
Messen des Differenzdrucks, Stoppen der Luftzufuhr, Messen des Oberflächenschaums in ml, Zeitnahme und Messen des jeweiligen Differenzdrucks in regelmäßigen Abständen.
13. Verfahren zur Bestimmung des Luftabscheideverhaltens und des Oberflächenschaums mit der Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, g e k e n n z ei c h n e t durch
Einfüllen des zu prüfenden Öls durch den Auffangbehälter (14) in den Luft-Öl-Mischer (2), Einschalten einer Wasserstrahlpumpe, so dass Öl in Schläuche (12, 13) oberhalb einer Messzelle des Differenzdruckaufnehmers (3) gesaugt wird, Verhindern des Rückfließens des Öls in den Schläuchen (12, 13) oberhalb der Messzelle, Einschalten der Fördereinrichtung (4), Einfüllen von weiterem zu prüfenden Öl bis die Rohrleitungen (5) des Luft-Öl-Mischers (2) blasenfrei befüllt sind,
Einregeln der Luftzufuhr,
Einstellen der Fördereinrichtung (4) auf einen bestimmten Durchfluss,
Messen des Differenzdrucks, Stoppen der Luftzufuhr, Messen des Oberflächenschaums in ml, Zeitnahme und Messen des Differenzdrucks in regelmäßigen Abständen.
14. Verfahren gemäß Anspruch 13, g e k e n n z e i c h n e t durch Einstellen der Temperatur des zu prüfenden Öls über einen Thermostaten in Behälter.
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