EP3458817A1 - Lecksensor - Google Patents

Lecksensor

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EP3458817A1
EP3458817A1 EP17723306.1A EP17723306A EP3458817A1 EP 3458817 A1 EP3458817 A1 EP 3458817A1 EP 17723306 A EP17723306 A EP 17723306A EP 3458817 A1 EP3458817 A1 EP 3458817A1
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EP
European Patent Office
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electrode
housing
capacitor
gap
lubricant
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17723306.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Schäfer
Georg TENCKHOFF
Kris Smolders
Luk Geens
Rik BEQUÉ
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 Wind Power Antwerpen NV
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Wind Power Antwerpen NV
ZF Friedrichshafen AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ZF Wind Power Antwerpen NV, ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Wind Power Antwerpen NV
Publication of EP3458817A1 publication Critical patent/EP3458817A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/26—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields
    • G01F23/263—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors
    • G01F23/268—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors mounting arrangements of probes
    • G—PHYSICS
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    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
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    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/40—Investigating fluid-tightness of structures by using electric means, e.g. by observing electric discharges
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Definitions

  • the invention relates to an arrangement according to the preamble of claim 1.
  • Capacitive oil level sensors are known from the prior art. These use a capacitor to detect the presence of oil. As the oil enters a gap between the electrodes of the capacitor, its dielectric constant changes. Such a sensor can be used to determine whether the level in an oil sump exceeds or falls below a certain threshold value.
  • the capacitive oil sensors known from the prior art are not suitable for detecting oil leaks.
  • a passage of a shaft through a transmission housing is at risk of such leakage.
  • the arrangement comprises at least one shaft, at least one housing and at least one capacitor.
  • the arrangement is part of a transmission, such as a transmission of a wind turbine.
  • the shaft passes through an opening in the housing. This means that a first part of the shaft is outside the housing and a second part of the shaft is inside the housing.
  • the shaft may be a drive or output shaft.
  • the opening is designed as a through hole.
  • a first electrode and a second electrode of the capacitor form a gap.
  • the gap thus extends between the first electrode and the second electrode.
  • the gap is preferably filled with air.
  • the condenser is arranged so that a lubricant, which exits through the opening from the housing, at least partially enters the gap. If it is an air-filled gap, at least part of the air is displaced by the lubricant.
  • the lubricant changes a dielectric constant of the capacitor. Such a change suggests leaked lubricant.
  • the arrangement preferably has an evaluation unit which is designed to determine the dielectric constant of the capacitor and to detect a change in the dielectric constant.
  • the border is part of a surface of the housing which surrounds the opening. This part of the surface connects an interior with an outer or an environment of the housing.
  • the opening has two mouths. Both mouths each form an edge of said part of the surface.
  • the condenser is arranged so that not only escaping lubricant at least partially enters the gap, but conversely, no lubricant enters the gap when the lubricant does not exit through the opening of the housing. This means that lubricant will at least partially enter the gap when the lubricant escapes from the gap. As a result, the change in the dielectric constant of the capacitor is a clear indication of a lubricant leak.
  • the capacitor is preferably arranged outside the housing. This ensures that no lubricant that does not escape through the opening from the housing gets into the gap.
  • the first electrode and / or the second electrode are rotationally symmetrical with respect to an axis of symmetry which is identical to a rotation axis of the shaft. In this way, it is possible reliably to prevent the lubricant emerging through the opening from flowing out of the housing from flowing past the gap and, as a result, being unable to be detected.
  • the first electrode may be attached to the housing and the second electrode may be mounted on the shaft.
  • the shaft may form the second electrode or be integrally connected to at least a part of the second electrode.
  • Fig. 1 a circuit arrangement
  • Fig. 2 is a leakage sensor.
  • the circuit arrangement shown in FIG. 1 comprises a Wheatstone bridge 101 and an operational amplifier 103.
  • the Wheatstone bridge 101 in turn has a first capacitor 105, a second capacitor 107, a first ohmic resistor 109 and a second ohmic resistor 111.
  • a first pole of the first capacitor 105 and a first terminal of the first ohmic resistor 109 are connected to one another via a first electrical connection 113.
  • a second terminal of the first ohmic resistor 109 and a first terminal of the second ohmic resistor 111 via a second electrically conductive connection 115, a second terminal of the second ohmic resistor 111 and a first pole of the second capacitor 107 via a third electrically conductive connection 117th and a second terminal of the second capacitor 107 and a second terminal of the first capacitor 115 are connected via a fourth electrically conductive connection 119.
  • the Wheatstone bridge 101 is subjected to an alternating voltage which drops between the first electrically conductive connection 113 and the third electrically conductive connection 117.
  • the operational amplifier 113 picks up a voltage dropped between the second electrically conductive connection 115 and the fourth electrically conductive connection 119.
  • the first capacitor 105 is arranged so that fills a gap between its first pole and its second pole in case of failure with oil. As a result, its dielectric constant changes. This can be detected at an output of the operational amplifier 103 by means of an evaluation unit.
  • the first capacitor 105 has the shape of a lateral surface of a straight circular cylinder.
  • the first capacitor 105 can be secured in a transmission housing.
  • an evaluation unit 203 comprising the Wheatstone bridge shown in FIG. 1 is also attached to the cover 201.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit mindestens einer Welle, mindestens einem Gehäuse und mindestens einem Kondensator (105); wobei die Welle durch eine Öffnung des Gehäuses verläuft; wobei eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode des Kondensators (105) einen Spalt bilden. Der Kondensator (105) ist so angeordnet, dass durch die Öffnung aus dem Gehäuse austretender Schmierstoff mindestens teilweise in den Spalt gelangt.

Description

Lecksensor
Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus dem Stand der Technik sind kapazitive Ölstandsensoren bekannt. Diese verwenden einen Kondensator, um das Vorhandensein von Öl zu erkennen. Wenn das Öl in einen Spalt zwischen den Elektroden des Kondensators eindringt, verändert sich dessen Dielektrizitätskonstante. Durch einen solchen Sensor lässt sich ermitteln, ob der Pegelstand in einem Ölsumpf einen bestimmten Schwellwert über- oder unterschreitet.
Die aus dem Stand der Technik bekannten kapazitiven Ölsensoren eigenen sich nicht, Ölleckagen zu erkennen. Insbesondere eine Durchführung einer Welle durch ein Getriebegehäuse unterliegt dem Risiko einer solchen Leckage. Um zu verhindern, dass ausgetretenes Öl Umweltschäden anrichtet oder ein zu niedriger Ölstand zu einem Getriebedefekt führt, müssen derartige Leckagen frühzeitig und zuverlässig erkannt werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die Anordnung umfasst mindestens eine Welle, mindestens ein Gehäuse und mindestens einen Kondensator. Vorzugsweise ist die Anordnung Teil eines Getriebes, etwa eines Getriebes einer Windkraftanlage.
Die Welle verläuft durch eine Öffnung des Gehäuses. Dies bedeutet, dass ein erster Teil der Welle außerhalb des Gehäuses und ein zweiter Teil der Welle innerhalb des Gehäuses befindet. So kann es sich bei der Welle etwa um eine An- oder Abtriebswelle handeln. Die Öffnung ist als ein durchgehendes Loch ausgestaltet.
Eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode des Kondensators bilden einen Spalt. Der Spalt verläuft also zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode. Der Spalt ist vorzugsweise mit Luft gefüllt. Erfindungsgemäß ist der Kondensator so angeordnet, dass ein Schmierstoff, der durch die Öffnung aus dem Gehäuse austritt, mindestens teilweise in den Spalt gelangt. Handelt es sich um einen Luft gefüllten Spalt, wird dabei mindestens ein Teil der Luft durch den Schmierstoff verdrängt.
Durch den Schmierstoff verändert sich eine Dielektrizitätskonstante des Kondensators. Eine solche Veränderung lässt auf ausgetretenen Schmierstoff schließen. Entsprechend weist die Anordnung bevorzugt eine Auswerteeinheit auf, die ausgebildet ist, die Dielektrizitätskonstante des Kondensators zu ermitteln und eine Veränderung der Dielektrizitätskonstante zu erkennen.
Durch Anordnung der ersten Elektrode und/oder der zweiten Elektrode in einer bevorzugten Weiterbildung derart, dass die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode mit mindestens einen Teil einer Umrandung der Öffnung bilden, lässt sich erreichen, dass der austretende Schmierstoff mindestens teilweise in den Spalt gelangt. Bei der Umrandung handelt es sich um einen Teil einer Oberfläche des Gehäuses, welcher die Öffnung umgibt. Dieser Teil der Oberfläche verbindet ein Inneres bzw. einen Innenraum mit einem äußeren bzw. einer Umgebung des Gehäuses. Die Öffnung weist zwei Mündungen auf. Beide Mündungen bilden jeweils einen Rand des genannten Teils der Oberfläche.
In einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung ist der Kondensator so angeordnet, dass nicht nur austretender Schmierstoff mindestens teilweise in den Spalt gelangt, sondern umgekehrt auch kein Schmierstoff in den Spalt gelangt, wenn der Schmierstoff nicht durch die Öffnung aus dem Gehäuse austritt. Dies bedeutet, dass Schmierstoff genau dann mindestens teilweise in den Spalt gelangt, wenn der Schmierstoff aus dem Spalt austritt. Infolgedessen ist die Veränderung der Dielektrizitätskonstante des Kondensators ein eindeutiger Hinweis auf ein Schmierstoffleck.
Der Kondensator ist vorzugsweise außerhalb des Gehäuses angeordnet. Auf diese ist sichergestellt, dass kein Schmierstoff, der nicht durch die Öffnung aus dem Gehäuse austritt, in den Spalt gelangt. Vorzugsweise ist eine Dichtung vorhanden, das Gehäuse gegenüber der Welle entlang der Öffnung abdichtet. Erfüllt die Dichtung ihren Zweck, kann kein Schmierstoff durch die Öffnung aus dem Gehäuse austreten. Der Spalt des Kondensators bleibt infolgedessen frei von Schmierstoff. Schmierstoff gelangt erst dann mindestens teilweise in den Spalt, wenn die Dichtung versagt.
In einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung sind die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode rotationssymmetrisch bezüglich einer Symmetrieachse, die mit einer Drehachse der Welle identisch ist. Auf diese Weise lässt sich zuverlässig verhindern, dass der durch die Öffnung aus dem Gehäuse austretende Schmierstoff an dem Spalt vorbeifließt und infolge dessen nicht detektiert werden kann.
Die erste Elektrode kann an dem Gehäuse und die zweite Elektrode auf der Welle angebracht sein. Insbesondere kann die Welle die zweite Elektrode ausbilden bzw. einstückig mit mindestens einem Teil der zweiten Elektrode verbunden sein. Wenn die erste Elektrode an dem Gehäuse und die zweite Elektrode auf der Welle angebracht sind, muss sämtlicher durch die Öffnung aus dem Gehäuse austretender Schmierstoff zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode hindurch durch den Spalt fließen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Übereinstimmende Bezugsziffern kennzeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt:
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung; und
Fig. 2 einen Leckagesensor.
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung umfasst eine Wheatstone-Brücke 101 und einen Operationsverstärker 103. Die Wheatstone-Brücke 101 wiederum weist einen ersten Kondensator 105, einen zweiten Kondensator 107, einen ersten ohm- schen Widerstand 109 und einen zweiten ohmschen Widerstand 111 auf. Ein erster Pol des ersten Kondensators 105 und ein erster Anschluss des ersten ohmschen Widerstands 109 sind über eine erste elektrische Verbindung 113 miteinander verbunden. Gleichfalls sind ein zweiter Anschluss des ersten ohmschen Widerstands 109 und ein erster Anschluss des zweiten ohmschen Widerstands 111 über eine zweite elektrische leitende Verbindung 115, ein zweiter Anschluss des zweiten ohmschen Widerstands 111 und ein erster Pol des zweiten Kondensators 107 über eine dritte elektrisch leitende Verbindung 117 sowie ein zweiter Anschluss des zweiten Kondensators 107 und ein zweiter Anschluss des ersten Kondensators 115 über einer vierte elektrisch leitende Verbindung 119 verbunden.
Die Wheatstone-Brücke 101 wird mit einer Wechselspannung beaufschlagt, die zwischen der ersten elektrisch leitenden Verbindung 113 und der dritten elektrisch leitenden Verbindung 117 abfällt. Der Operationsverstärker 113 greift eine zwischen der zweiten elektrisch leitenden Verbindung 115 und der vierten elektrisch leitenden Verbindung 119 abfallende Spannung ab.
Der erste Kondensator 105 ist so angeordnet, dass sich ein Spalt zwischen seinem ersten Pol und seinem zweiten Pol im Fehlerfall mit Öl füllt. Infolge dessen ändert sich seine Dielektrizitätskonstante. Dies lässt sich an einem Ausgang des Operationsverstärkers 103 mittels einer Auswerteeinheit feststellen.
Einen Aufbau des ersten Kondensators 105 zeigt beispielhaft Fig. 2. Der erste Kondensator 105 hat demgemäß die Form einer Mantelfläche eines geraden Kreiszylinders. Mittels einer Abdeckung 201 lässt sich der erste Kondensator 105 in einem Getriebegehäuse befestigen. Neben dem ersten Kondensator 105 ist auch eine die in Fig. 1 dargestellte Wheatstone-Brücke umfassende Auswerteeinheit 203 an der Abdeckung 201 angebracht. Bezuqszeichen
101 Wheatstone-Brücke
103 Operationsverstärker
105 erster Kondensator
107 zweiter Kondensator
109 erster ohmscher Widerstand
111 zweiter ohmscher Widerstand
113 erste elektrisch leitende Verbindung
115 zweite elektrisch leitende Verbindung
117 dritte elektrisch leitende Verbindung
119 vierte elektrisch leitende Verbindung
201 Abdeckung
203 Auswerteeinheit

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung mit mindestens einer Welle, mindestens einem Gehäuse und mindestens einem Kondensator (105); wobei
die Welle durch eine Öffnung des Gehäuses verläuft; und wobei
eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode des Kondensators (105) einen Spalt bilden; dadurch gekennzeichnet, dass
der Kondensator (105) so angeordnet ist, dass durch die Öffnung aus dem Gehäuse austretender Schmierstoff mindestens teilweise in den Spalt gelangt.
2. Anordnung nach Anspruch 1 ; dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode mindestens einen Teil einer Umrandung der Öffnung bilden.
3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass
der Kondensator (105) so angeordnet ist, dass kein Schmierstoff in den Spalt gelangt, wenn der Schmierstoff nicht durch die Öffnung aus dem Gehäuse austritt.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode rotationssymmetrisch sind bezüglich einer Symmetrieachse, die mit einer Drehachse der Welle identisch ist.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Elektrode an dem Gehäuse und die zweite Elektrode auf der Welle angebracht ist.
EP17723306.1A 2016-05-20 2017-05-02 Lecksensor Withdrawn EP3458817A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016208764.9A DE102016208764A1 (de) 2016-05-20 2016-05-20 Lecksensor
PCT/EP2017/060343 WO2017198445A1 (de) 2016-05-20 2017-05-02 Lecksensor

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EP3458817A1 true EP3458817A1 (de) 2019-03-27

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EP17723306.1A Withdrawn EP3458817A1 (de) 2016-05-20 2017-05-02 Lecksensor

Country Status (5)

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US (1) US20190120680A1 (de)
EP (1) EP3458817A1 (de)
CN (1) CN109154520A (de)
DE (1) DE102016208764A1 (de)
WO (1) WO2017198445A1 (de)

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Also Published As

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