WO2007121879A1

WO2007121879A1 - Verfahren und sensorvorrichtung zur bestimmung der partikelzahl in einem ölvolumen

Info

Publication number: WO2007121879A1
Application number: PCT/EP2007/003317
Authority: WO
Inventors: Thomas Meindorf; Daniel Van Der Veer
Original assignee: Argo-Hytos Gmbh
Priority date: 2006-04-19
Filing date: 2007-04-16
Publication date: 2007-11-01
Also published as: DE102006018964A1; EP2008080A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Partikelzahl in einem Ölvolumen (15), wobei man mittels einer optischen Messeinrichtung (30,32) im Öl eingeschlossene Partikel (24) erfasst. Um das Verfahren derart weiterzubilden, dass damit der Zustand des Öls genauer kontrolliert werden kann, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass man die Partikel anhand einer oder mehrerer physikalischer Materialeigenschaften unterscheidet, die mit mindestens einer Sonde, zum Beispiel einer induktiven (41) oder kapazitativen (51) Sonde, erfassbar sind. Außerdem wird eine Sensorvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen.

Description

Verfahren und Sensorvorrichtung zur Bestimmung der Partikelzahl in einem Ölvolumen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Partikelzahl in einem Ölvolumen, wobei man mittels einer optischen Messeinrichtung im Öl eingeschlossene Partikel erfasst.

Außerdem betrifft die Erfindung eine Sensorvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Zur Bewertung oder Kontrolle der Qualität eines Öls, beispielsweise eines Hydraulik- oder Schmieröls, ist die Bestimmung der Anzahl von in einem bestimmten Ölvolumen eingeschlossenen Partikeln von grundlegender Bedeutung. Dadurch gewinnt man Informationen über den Zustand des Öls.

Bei den Partikeln handelt es sich häufig um feste Verunreinigungen, die zum Beispiel durch Abnutzung von mit dem Öl in Kontakt stehenden Teilen eines Hydrauliksystems entstehen und die vom Öl mitgeführt werden. Mit zunehmender Anzahl derartiger Verunreinigungen wächst die Gefahr der Beschädigung des Systems.

Darüber hinaus kann es sich bei den Partikeln um nichtfeste Verunreinigungen handeln in Form eingelagerter disperser Phasen wie zum Beispiel Wassertropfen oder in Form von im Öl eingeschlossenen Gasblasen. Die Anzahl dieser Partikel wächst üblicherweise ebenfalls mit dem Alter des Öls, beispielsweise in Folge von Undichtigkeiten der Anlage.

Verunreinigungen können auch in Form von organischen Substanzen vorliegen, zum Beispiel als Abriebe von Dichtungen, insbesondere O-Ringen, oder auch als Lackpartikel oder disperse Phasen von Kraftstoffen.

Es sind Partikelzähler zur Bestimmung der Partikelzahl bekannt, die auf Basis der Extinktion von Licht im Ölvolumen arbeiten. Diese Zähler weisen eine optische Messeinrichtung auf, die eine Lichtquelle, beispielsweise eine Leuchtdiode oder eine Laserlichtquelle, sowie einen Fotodetektor umfasst, wobei sich das zu untersuchende Öl zwischen Lichtquelle und Fotodetektor befindet. Wenn ein im Öl mitgeführtes Partikel den Lichtweg zwischen Lichtquelle und Fotodetektor durchquert, vermindert sich dadurch die vom Fotodetektor erfasste Lichtintensität. Üblicherweise umfasst ein solcher Partikelzähler eine Auswerteelektronik, die anhand der Abdunklung des Fotodetektors die Anzahl der Partikel, eventuell auch deren Größenverteilung, bestimmt. Man kann aber auf Basis des Extinktionsverfahrens lediglich die Anzahl und die Größe der Partikel erfassen, gewinnt aber keine weiteren Informationen über den Zustand des Öls.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Sensorvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass damit der Zustand des Öls genauer kontrolliert werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art dadurch gelöst, dass man die Partikel anhand einer oder mehrerer physikalischer Materialeigenschaften unterscheidet, die mit mindestens einer Sonde erfassbar sind.

Erfindungsgemäß nutzt man eine oder mehrere physikalische Eigenschaften der Partikel zu deren Unterscheidung. Auf diese Weise wird die mittels der optischen Messeinrichtung erfassbare und mittels einer Auswerteelektronik bestimmbare Partikelanzahl um die Information ergänzt, um was für eine Art von Partikel es sich handelt. Dadurch ist der Zustand des Öls genauer kontrollierbar.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, die Partikel in feste Verunreinigungen und nichtfeste Verunreinigungen zu unterscheiden. Feste Verunreinigungen können beispielsweise in Folge einer Abnutzung von Teilen des Hydrauliksystems entstehen oder zum Beispiel auch durch Eintragungen in das Hydrauliksystem von außen. Nichtfeste Verunreinigungen können beispielsweise durch Undichtigkeiten entstehen. Die Unterscheidung zwischen festen und nichtfesten Verunreinigungen gibt die Möglichkeit, bei zunehmender Gesamtpartikelanzahl die Ursache der Qualitätsänderung des Öls zu spezifizieren und gegebenenfalls Wartungsmaßnahmen, beispielsweise ein Ölaustausch, oder Reparaturmaßnahmen durchzuführen. Eine hohe Anzahl nichtfester Verunreinigungen kann auch ein Hinweis sein für eine falsche Positionierung des Sensors innerhalb des Hydrauliksystems.

Grundlage für die Unterscheidung ist eine physikalische Materialeigenschaft der Partikel, die von einer Sonde erfassbar ist. Hierbei ist es möglich, dass man die Partikel anhand einer physikalischen Materialeigenschaft in mehrere Kategorien unterteilt. Es kann auch vorgesehen sein, dass man mehrere Materialeigenschaften zusammenfasst für eine bestimmte Kategorie.

Günstig ist es, wenn man die Partikel anhand ihrer relativen magnetischen Permeabilität unterscheidet. Bei der relativen magnetischen Permeabilität handelt es sich um eine physikalische Materialeigenschaft, die eine besonders einfache und zuverlässige Weise der Unterscheidung ermöglicht. Die magnetische Permeabilität ist ein Maß für die Durchlässigkeit von Materie für magnetische Felder. Für die meisten Stoffe (wie zum Beispiel Luft) beträgt die Permeabilität ungefähr 1. Für Eisen beispielsweise ist die Permeabilität jedoch wesentlich höher. Anhand ihrer relativen magnetischen Permeabilität lassen sich die im Öl vorhandenen Partikel somit deutlich voneinander unterscheiden.

Bevorzugt unterscheidet man zwischen Ferromagnetika und Nichtferromagne- tika. Eine derartige Unterscheidung ist beispielsweise auf einfache Weise anhand der relativen Permeabilität durchführbar, die für die genannten Kategorien sehr unterschiedliche Werte aufweist. Ferromagnetika weisen eine mehr als tausendfach größere relative magnetische Permeabilität auf als Nichtferro- magnetika. Dies ermöglicht es beispielsweise, Eisenpartikel von Luftblasen oder Wassertropfen zu unterscheiden.

Es ist von Vorteil, wenn man die relative magnetische Permeabilität anhand der Änderung der Induktivität einer induktiven Sonde erfasst, denn dies ist auf konstruktiv einfache Weise möglich. So kann die induktive Sonde als Spule ausgestaltet sein, die von Strom durchflössen wird. Die stromdurchflossene Spule erzeugt ein Magnetfeld, dessen Stärke abhängig ist von der magnetischen Permeabilität der die Spule umgebenden Materie. Kommt ein Partikel oder eine disperse Phase in die Nachbarschaft der Spule, so ändert sich deren Induktivität, d.h. deren Fähigkeit, bei einer Stromänderung eine elektrische Spannung zu induzieren. Die Größe der Änderung der Induktivität der Sonde ist dann ein Maß für den Betrag der relativen Permeabilität des Partikels und, sofern das Magnetfeld homogen ist, auch ein Maß für die Größe des Partikels.

Besonders günstig ist es, wenn man die Partikel anhand ihrer relativen Dielektrizitätskonstante unterscheidet. Bringt man einen elektrisch nichtleitenden Stoff in das elektrische Feld eines Kondensators, so ändert sich dessen Kapazität um einen materialabhängigen Faktor, die relative Dielektrizitätskonstante. Für viele nichtleitende Stoffe liegt die relative Dielektrizitätskonstante im Bereich von 1 bis 5, für Wasser beträgt sie jedoch ungefähr 80, wohingegen sie für Luft ungefähr 1 beträgt. Anhand ihrer relativen Dielektrizitätskonstante lassen sich somit im Öl vorhandene nichtleitende Partikel und Phasen deutlich voneinander unterscheiden.

Bevorzugt unterscheidet man bei den im Öl vorhandenen Partikel zwischen Wassertropfen, Gasblasen und/oder organischen Verunreinigungen. Diese Unterscheidung kann man beispielsweise anhand der relativen Dielektrizitätskonstante vornehmen, deren Wert für Wasser im Vergleich zu Gasen besonders hoch ausfällt, wobei sich der Wert für Gase vom Wert für organische Verunreinigungen unterscheidet.

Günstig ist es, wenn man die relative Dielektrizitätskonstante anhand der Änderung der Kapazität einer kapazitiven Sonde erfasst, denn dies ist auf konstruktiv einfache Weise möglich. Beispielsweise kann die kapazitive Sonde als Kondensator ausgestaltet sein, an dessen Elektroden eine elektrische Span- nung angelegt wird. Zwischen den Elektroden baut sich dann ein elektrisches Feld auf. Kommen nichtleitende Partikel oder Phasen in die Nachbarschaft der Elektroden und damit in den Bereich des elektrischen Feldes, so ändert sich die Kapazität des Kondensators, d.h. dessen Fähigkeit, elektrische Ladung zu speichern. Die Größe der Änderung der Kapazität der Sonde ist ein Maß für den Betrag der relativen Dielektrizitätskonstante der Partikel und, sofern das elektrische Feld homogen ist, auch ein Maß für die Größe der Partikel bzw. Phasen.

Vorzugsweise staltet man mindestens eine Sonde als kapazitive oder induktive Sonde aus und erfasst die Änderung der Resonanzfrequenz eines elektromagnetischen Schwingkreises, in den die mindestens eine Sonde geschaltet ist. Die Resonanzfrequenz ist von der Induktivität einer induktiven Sonde sowie von der Kapazität einer kapazitiven Sonde abhängig. Nähert sich der induktiven oder kapazitiven Sonde ein Partikel, so hat dies eine Änderung von deren Induktivität bzw. Kapazität zur Folge und damit auch eine Änderung von der Resonanzfrequenz des Schwingkreises. Die Frequenzänderung hängt folglich von der Materialeigenschaft des Partikels ab, die auf diese Weise besonders einfach erfassbar ist.

Wie bereits erwähnt, betrifft die Erfindung auch eine Sensorvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die Sensorvorrichtung umfasst eine optische Messeinrichtung zum Erfassen von im Öl eingeschlossenen Partikeln und eine Auswerteelektronik. Bei einer derartigen Sensorvorrichtung wird die eingangs erwähnte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Sensorvorrichtung mindestens eine mit der Auswerteelektronik gekoppelte Sonde aufweist zur Erfassung einer oder mehrerer physikalischer Materialeigenschaften der Partikel.

Wie bereits erläutert, ist es von Vorteil, wenn man die von der optischen Messeinheit erfassten Partikel oder Phasen anhand einer oder mehrerer physikalischer Materialeigenschaften unterscheidet, denn das gibt die Möglichkeit einer genaueren Kontrolle des Ölzustandes. Die erfindungsgemäße Sensorvorrich- tung umfasst hierfür mindestens eine Sonde zum Erfassen einer Materialeigenschaft sowie eine mit der Sonde gekoppelte Auswerteelektronik. Dadurch kann der Auswerteelektronik von der Sonde ein Signal bereitgestellt werden, anhand dessen die Partikel von der Auswerteelektronik unterscheidbar sind.

Die Auswerteelektronik kann außerdem mit einem Fotodetektor der optischen Messeinheit gekoppelt sein, die zur Bestimmung der Anzahl der Partikel zum Einsatz kommt. Dies hat den Vorteil, dass Partikelzählung und Partikelunterscheidung von derselben Auswerteeinheit durchführbar sind. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Partikelunterscheidung mit der Partikelzählung korreliert ist. Beispielsweise kann die Partikelunterscheidung innerhalb einer gewissen Zeit vor oder nach dem Erfassen der Partikel mittels der optischen Messeinheit erfolgen. Dadurch ist die Gefahr von Auswertefehlern verringerbar. Die Auswerteelektronik kann hierfür ein zeitliches Korrelatorglied aufweisen. Dies gibt die Möglichkeit, Partikel mit unterschiedlichen Materialeigenschaften zu unterscheiden und jeweils zu zählen.

Günstig ist es, wenn die Sensorvorrichtung eine induktive Sonde aufweist zur Erfassung der relativen magnetischen Permeabilität der Partikel. Wie bereits erläutert, ist die relative magnetische Permeabilität eine physikalische Materialeigenschaft, anhand derer die Partikel in magnetische und nichtmagnetische Materialien, insbesondere in ferromagnetische und nichtferromagnetische Materialien, unterscheidbar sind.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Sensorvorrichtung eine kapazitive Sonde aufweist zur Erfassung der relativen Dielektrizitätskonstante der Partikel. Es wurde voranstehend bereits darauf hingewiesen, dass die relative Dielektrizitätskonstante eine physikalische Materialeigenschaft ist, anhand derer die Partikel nach der Fähigkeit, die Kapazität eines elektrischen Kondensators zu ändern, unterscheidbar sind. Insbesondere sind auf diese Weise nichtpolare Partikel von polaren Partikeln wie im Öl eingelagerte Wassertropfen, unterscheidbar. Auch sind zum Beispiel im Öl eingeschlossene Luftblasen de- tektierbar.

Bevorzugt umfasst die Sensorvorrichtung eine Trägerplatine, die einen Messabschnitt aufweist, an dem die mindestens eine Sonde angeordnet ist, und günstigerweise auch einen Auswerteabschnitt, an dem die Auswerteelektronik angeordnet ist. Der Einsatz einer Trägerplatine ist konstruktiv besonders einfach und erlaubt eine kostengünstige Herstellung der Sensorvorrichtung. Die mindestens eine Sonde und die Auswerteelektronik können gemeinsam auf einer kompakten Trägerplatine angeordnet sein.

Eine vorteilhafte Sensorvorrichtung umfasst ein Behältnis, das zu untersuchendes Öl aufnimmt, und der Messabschnitt der Trägerplatine ist am oder im Öl aufnehmenden Behältnis angeordnet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das zu untersuchende Öl am Messabschnitt, an dem die mindestens eine Sonde angeordnet ist, entlang strömt. Dies erlaubt einen kontinuierlichen Betrieb der Sensorvorrichtung dergestalt, dass laufend Öl am Messabschnitt entlang strömt und die optische Messeinrichtung und der mindestens eine zusätzliche Sensor im Öl vorhandene Partikel erfassen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung ist mindestens eine Sonde als Spule ausgestaltet, deren Wicklungen auf einem Substrat festgelegt sind. Wie bereits erläutert, ist mittels der Spule die relative Permeabilität der Partikel erfassbar. Das Substrat kann auf der Trägerplatine festgelegt sein. Vorzugsweise ist das Substrat optisch transparent. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Trägerplatine selbst das Substrat ausbildet, d.h. dass die Spule unmittelbar auf der Trägerplatine angeordnet ist.

Bevorzugt ist mindestens eine Sonde als Kondensator ausgestaltet, dessen Elektroden auf einem Substrat festgelegt sind. Mittels des Kondensators ist die relative Dielektrizitätskonstante der Partikel erfassbar. Das Substrat kann auf der Trägerplatine festgelegt sein. Vorzugsweise ist das Substrat optisch transparent. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Trägerplatine selbst das Substrat ausbildet, d.h. dass der Kondensator unmittelbar auf der Trägerplatine angeordnet ist.

Günstig ist es, wenn die Elektroden des Kondensators als zwei nebeneinander angeordnete und ineinander greifende Kammelektroden ausgestaltet sind. Insbesondere kann es sich bei dem Kondensator um einen sogenannten Inter- digitalkondensator handeln.

Von Vorteil ist es, wenn mindestens eine Sonde in Dünnschichttechnologie gefertigt ist, denn dies ermöglicht eine kompakte Bauweise und eine kostengünstige Herstellung der Sensorvorrichtung.

Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn mindestens eine Sonde als Spule oder als Kondensator ausgebildet und in einen elektromagnetischen Schwingkreis geschaltet ist, der mit der Auswerteelektronik verbunden ist. Dadurch kann der Auswerteelektronik auf besonders einfache Weise Information über die von der Sonde erfassbare physikalische Materialeigenschaft bereitgestellt werden. Wie bereits erläutert, ist die Resonanzfrequenz des Schwingkreises von der Induktivität der Spule und der Kapazität des Kondensators abhängig, und diese Eigenschaften sind wiederum von den Materialeigenschaften der die Spule bzw. den Kondensator umgebenden Partikeln und Phasen abhängig. Nähern sich die Partikel der Spule und/oder dem Kondensator, so ändert sich die Resonanzfrequenz des Schwingkreises, und diese Frequenzänderung ist von der Auswerteelektronik registrierbar, etwa mittels eines handelsüblichen FM-Detektors (Frequenzdemodulationsdetektor). Vorzugsweise beträgt die Resonanzfrequenz des Schwingkreises etwa 100 MHz.

Bevorzugt weist das Öl aufnehmende Behältnis der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung eine vom Öl durchströmbare Messkapillare auf. Dies gibt beispielsweise die Möglichkeit, die Messkapillare in ein Hydrauliksystem zu integrieren, wobei die Messkapillare in Strömungsverbindung mit den von Öl durchströmten Bereichen des Systems bringbar ist. Durch die Messkapillare kann das zu untersuchende Öl hindurch strömen, so dass das erfindungsgemäße Verfahren auf einfache Weise kontinuierlich betrieben werden kann.

Besonders günstig ist es, wenn die Messkapillare als Nut in einer Seitenfläche des Behältnisses ausgestaltet ist, wobei die Nut von der Trägerplatine bedeckt ist. Auf diese Weise ist die Messkapillare besonders einfach und kostengünstig herstellbar. Der die Nut bedeckende Abschnitt der Trägerplatine kann hierbei der Messabschnitt sein. Auf diese Weise kann die mindestens eine Sonde mit dem die Kapillare durchströmenden Öl in Kontakt treten.

Bevorzugt ist das Behältnis im Bereich der optischen Messeinrichtung aus einem optisch transparenten Material, insbesondere aus Quarzglas, gefertigt. Dies ermöglicht eine einfache Bauweise der Sensorvorrichtung, bei der die optische Messeinrichtung außerhalb des Behältnisses anordnenbar ist.

Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:

Figur 1 : eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung;

Figur 2: eine Schnittansicht der Sensorvorrichtung längs der Linie 2-2 in Figur 1.

In der Zeichnung ist schematisch eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegte Sensorvorrichtung dargestellt. Sie umfasst ein ölaufnehmendes qua- derförmiges Behältnis 12, das eine Nut 14 aufweist. Durch die Nut 14 strömt kontinuierlich zu untersuchendes Öl 15 hindurch. Die Nut 14 ist hierbei in die untere Seitenfläche 16 des Behältnisses 12 eingeformt und von einer Trägerplatine 18 bedeckt, auf der das Behältnis 12 mit seiner unteren Seitenfläche 16 bündig aufliegt. Von der Nut 14 und der Oberseite 19 der Trägerplatine 18 wird eine Messkapillare 20 definiert. Die Messkapillare 20 steht über einen Zulauf 21 und einen Ablauf 22 mit einem an sich bekannten und deshalb in der Zeichnung nicht dargestellten Hydrauliksystem in Strömungsverbindung und wird vom Öl 15 durchströmt.

Im Öl 15 sind Partikel 24 eingeschlossen, die als feste Verunreinigungen 25 vorliegen oder als nichtfeste Verunreinigungen, beispielsweise als eingelagerte Wassertropfen 26 oder als Gasblasen 27.

An den Seitenflächen 28 bzw. 29 des Behältnisses 12 sind ein elektrisches Leuchtelement in Form einer Leuchtdiode 30 bzw. ein Fotodetektor 32 angeordnet. Die Leuchtdiode 30 ist auf der Trägerplatine 18 festgelegt und wird in bekannter Weise von einer Betriebsspannung versorgt. Die Messkapillare 20 ist zwischen der Leuchtdiode 30 und dem Fotodetektor 32 so ausgerichtet, dass das Öl 15 die Messkapillare 20 längs des Lichtweges durchströmt. Die Leuchtdiode 30 und der Fotodetektor 32 bilden eine optische Messeinrichtung 33 aus, mittels derer im Öl 15 eingeschlossene Partikel 24 erfasst werden. Im Bereich der optischen Messeinrichtung 33 ist das Behältnis 12 aus optisch transparentem Quarzglas gefertigt. Der Fotodetektor 32 ist über eine Signalleitung 34 mit einer Auswerteelektronik 36 verbunden, die an einem Auswerteabschnitt 37 der Trägerplatine 18 angeordnet ist. Darüber hinaus weist die Trägerplatine 18 einen Messabschnitt 38 auf, auf dem das Behältnis 12 mit der Nut 14 aufliegt.

An dem Teil des Messabschnitts 38, der die Nut 14 bedeckt, ist eine induktive Sonde 40 angeordnet. Auf diese Weise kann das Öl 15 in der Messkapillare 20 an der induktiven Sonde 40 vorbeiströmen. Die induktive Sonde 40 ist als in Dünnschichttechnologie gefertigte Spule 41 ausgestaltet, deren Wicklungen 42 auf einem Substrat festgelegt sind, das im Messabschnitt 38 auf der Trägerplatine 18 angeordnet ist.

Die Spule 41 ist in einen ersten elektromagnetischen Schwingkreis 44 geschaltet, der über eine Signalleitung 46 mit der Auswerteelektronik 36 verbunden ist.

Zusätzlich zur induktiven Sonde 40 ist an dem die Nut 14 bedeckenden Teil des Messabschnitts 38 eine kapazitive Sonde 50 angeordnet, die der induktiven Sonde 40, bezogen auf die Strömungsrichtung des Öls 15, nachgeordnet ist. Die kapazitive Sonde 50 ist als in Dünnschichttechnologie gefertigter Kondensator 51 ausgestaltet, dessen Elektroden als nebeneinander angeordnete und ineinander greifende Kammelektroden 52 ausgestaltet sind. Die Kammelektroden 52 sind auf einem Substrat festgelegt, das im Messabschnitt 38 auf der Trägerplatine 18 angeordnet ist. Der Kondensator 51 ist in einen zweiten elektromagnetischen Schwingkreis 54 geschaltet, der über eine Signalleitung 56 mit der Auswerteelektronik 36 verbunden ist.

Mittels der Sensorvorrichtung 10 kann die Anzahl der Partikel 24 im Öl 15 bestimmt werden, wobei es möglich ist, die Partikel 24 anhand physikalischer Materialeigenschaften zu unterscheiden, wie im Folgenden erläutert wird.

Wenn ein im Öl 15 eingeschlossenes Partikel 24 den Lichtweg zwischen der Leuchtdiode 30 und dem Fotodetektor 32 durchquert, führt dies zu einer Verdunklung in Form einer Verringerung der vom Fotodetektor 32 erfassten Lichtintensität. Der Fotodetektor 32 stellt der Auswerteelektronik 36 über die Signalleitung 34 ein entsprechendes Signal bereit. Anhand der Stärke der Verdunklung und der Abfolge von Verdunklungen bestimmt die Auswerteelektronik in an sich bekannter und deswegen nicht näher erläuterter Weise die Anzahl der Partikel 24 und auch deren Größenverteilung in einem bestimmten Ölvolumen, das durch die Messkapillare 20 hindurch gepumpt wird. Zur Bestimmung des Ölvolumens, das innerhalb einer gewissen Zeit die Messkapillare 20 durchströmt, kann der Volumenstrom des zu untersuchenden Öls gemessen werden. Hierzu kann beispielsweise ein an sich bekannter und deshalb in der Zeichnung nicht dargestellter Zahnradmessmotor zum Einsatz kommen.

Mittels der Spule 41 wird gleichzeitig eine physikalische Materialeigenschaft der Partikel 24, nämlich deren relative magnetische Permeabilität, erfasst. Ein im Öl 15 eingeschlossenes Partikel 24, welches zusammen mit dem Öl 15 an der Spule 41 vorbeiströmt, bewirkt eine Änderung der Induktivität der Spule 41. Insbesondere haben Partikel 24, die aus einem Material bestehen, das eine hohe relative magnetische Permeabilität aufweist, wie zum Beispiel Ferroma- gnetika, eine große Änderung der Induktivität der Spule 41 zur Folge. Da die Spule 41 in den elektromagnetischen Schwingkreis 44 geschaltet ist, bewirkt die Veränderung der Induktivität eine Änderung der Resonanzfrequenz des elektromagnetischen Schwingkreises. Diese Veränderung wird von der Auswerteelektronik 36 über die Signalleitung 46 erfasst. Auf Basis der Veränderung unterscheidet die Auswerteelektronik 36 die von der optischen Messeinrichtung 33 erfassten Partikel 24 in magnetische und nichtmagnetische Partikel, insbesondere in Ferromagnetika und Nichtferromagnetika.

Zur zeitlichen Abstimmung der induktiven Partikelunterscheidung mit der optischen Partikelzählung weist die Auswerteelektronik 46 ein zeitliches Korrelatorglied 60 auf.

Mittels des Kondensators 51 wird eine weitere physikalische Materialeigenschaft der Partikel 24, nämlich deren relative Dielektrizitätskonstante, erfasst. Ein im Öl 15 eingeschlossenes elektrisch nichtleitendes Partikel 24 ändert aufgrund seiner relativen Dielektrizitätskonstante die Kapazität des Kondensators 51. Die Größe der Änderung ist hierbei ein Maß für die Größe der relativen Dielektrizitätskonstante. Während im Öl 15 eingeschlossene Wassertropfen 26 eine sehr hohe Dielektrizitätskonstante aufweisen, weisen im Öl eingeschlossene Gasblasen 27 eine gegenüber dem Öl 15 verminderte Dielektrizitätskonstante auf. Die Änderung der Kapazität des Kondensators 51 wird mittels des elektromagnetischen Schwingkreises 54, in den der Kondensator 51 geschaltet ist, erfasst. Die Änderung der Kapazität hat eine Änderung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises 54 zur Folge, die von der Auswerteelektronik 36 über die Signalleitung 56 erfasst wird. Auf Basis der Größe der Veränderung unterscheidet die Auswerteelektronik 36 die von der optischen Messeinrichtung 33 erfassten Partikel 24 anhand ihrer relativen Dielektrizitätskonstante. Dies ermöglicht es insbesondere, Wassertropfen 26 von Gasblasen 27 zu unterscheiden. Die Auswerteelektronik 36 kann die optische Partikelzählung und die kapazitive Partikelunterscheidung mittels des Korrelatorglieds 60 zeitlich aufeinander abstimmen.

Mittels der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 10 ist es möglich, die Partikelanzahl in einem Ölvolumen zu bestimmen und die Partikel anhand einer oder mehrerer physikalischer Materialeigenschaften zu unterscheiden. Dadurch ist es möglich, den Zustand des Öls genauer zu kontrollieren.

Claims

PATENTANSPRUCHE

1. Verfahren zur Bestimmung der Partikelzahl in einem Ölvolumen, wobei man mittels einer optischen Messeinrichtung im Öl eingeschlossene Partikel erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass man die Partikel anhand einer oder mehrerer physikalischer Materialeigenschaften unterscheidet, die mit mindestens einer Sonde erfassbar sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Partikel anhand ihrer relativen magnetischen Permeabilität unterscheidet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man zwischen Ferromagnetika und Nichtferromagnetika unterscheidet.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass man die Änderung der Induktivität einer induktiven Sonde erfasst.

5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man die Partikel anhand ihrer relativen Dielektrizitätskonstante unterscheidet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man zwischen Wassertropfen, Gasblasen und/oder organischen Verunreinigungen unterscheidet.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass man die Änderung der Kapazität einer kapazitiven Sonde erfasst.

8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man mindestens eine Sonde als kapazitive oder induktive Sonde ausgestaltet und dass man die Änderung der Resonanzfrequenz eines elektromagnetischen Schwingkreises erfasst, in den die mindestens eine Sonde geschaltet ist.

9. Sensorvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche, mit einer optischen Messeinrichtung zum Erfassen von im Öl eingeschlossenen Partikeln und einer Auswerteelektronik, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung mindestens eine mit der Auswerteelektronik (36) gekoppelte Sonde (40; 50) aufweist zur Erfassung einer oder mehrerer physikalischer Materialeigenschaften der Partikel (24).

10. Sensorvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung eine induktive Sonde (40) aufweist zur Erfassung der relativen magnetischen Permeabilität der Partikel (24).

11. Sensorvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung eine kapazitive Sonde (50) aufweist zur Erfassung der relativen Dielektrizitätskonstante der Partikel (24).

12. Sensorvorrichtung nach Ansprüche 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung eine Trägerplatine (18) umfasst, die einen Messabschnitt (38) aufweist, an dem die mindestens eine Sonde (40; 50) angeordnet ist.

13. Sensorvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (10) ein Behältnis (12) umfasst, das zu untersuchendes Öl aufnimmt, und dass der Messabschnitt (38) am oder im Behältnis (12) angeordnet ist.

14. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Sonde (40) als Spule (41) ausgestaltet ist, deren Wicklungen (42) auf einem Substrat festgelegt sind.

15. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Sonde (50) als Kondensator (51) ausgestaltet ist, dessen Elektroden (52) auf einem Substrat festgelegt sind.

16. Sensorvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (52) als zwei nebeneinander angeordnete und ineinander greifende Kammelektroden (52) ausgestaltet sind.

17. Sennsorvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Sonde (40, 50) in Dünnschichttechnologie gefertigt ist.

18. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Sonde (40; 50) als Spule oder als Kondensator ausgebildet und in einen elektromagnetischen Schwingkreis (44; 54) geschaltet ist, der mit der Auswerteelektronik (36) verbunden ist.

19. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (10) ein Behältnis (12) mit einer vom Öl (15) durchströmbaren Messkapillare (20) aufweist.

20. Sensorvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Messkapillare (20) als Nut (14) in einer Seitenfläche (16) des Behältnisses (12) ausgestaltet ist, wobei die Nut (14) von einer Trägerplatine (18) bedeckt ist.

21. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (10) ein Behältnis (12) aufweist, das im Bereich der optischen Messeinrichtung (33) aus einem optisch transparenten Material, insbesondere aus Quarzglas, gefertigt ist.