WO2015051791A1 - Sensoreinheit zum bestimmen von eigenschaften eines schmiermittels und verfahren zu deren betrieb sowie maschinenelement - Google Patents

Sensoreinheit zum bestimmen von eigenschaften eines schmiermittels und verfahren zu deren betrieb sowie maschinenelement Download PDF

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receiver
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sensor unit
electromagnetic radiation
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Martin Kram
Thomas Drescher
Stephan Neuschaefer-Rube
Andreas BILL
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F16C33/6603—Special parts or details in view of lubrication with grease as lubricant
    • F16C33/6622—Details of supply and/or removal of the grease, e.g. purging grease
    • F16C33/6625—Controlling or conditioning the grease supply

Definitions

  • the present invention relates to a sensor unit for determining properties of a lubricant; for example, a grease in a rolling bearing. Furthermore, the invention relates to a method for operating the sensor unit according to the invention and a machine element with the sensor unit according to the invention.
  • DE 10 2007 042 254 A1 shows a measuring device for analyzing the lubricant in a bearing. This measuring device comprises a transmitter for emitting infrared radiation, which is directed to a sample area and from the sample back to a receiver. The sample area is located inside the warehouse. In particular, IR radiation in the range of the combination methods of the CH vibrations is detected by the receiver and analyzed spectrally.
  • a grease sensor is known, which is particularly suitable for grease monitoring in Rolling.
  • the grease sensor comprises a cylindrical sensor head, which projects directly into the rolling bearing.
  • a bearing arrangement is known in which a lubricant sensor sends information about the state of the bearing to a central receiving station via a transmitter.
  • DE 10 2010 015 084 A1 shows a sensor part for an infrared sensor for the spaced arrangement of an infrared transmitter, an infrared detector, a reference source and a reference detector.
  • DE 10 2010 031 919 A1 teaches a measuring probe for a sensor for analyzing a medium by means of infrared spectroscopy.
  • the probe includes an infrared transmitter and an infrared detector and a reference detector.
  • the infrared detector and the reference detector are arranged on spaced-apart surfaces. From the infrared transmitter IR radiation hits the medium and is thrown back onto the infrared detector. Furthermore, IR radiation from the infrared transmitter hits a mirror surface and is thrown back onto the reference detector.
  • the infrared transmitter and the reference detector are arranged on a carrier.
  • the mirror surface and the infrared detector are formed on opposite sides of a bridge element, with the carrier and the bridge element spaced apart. This results in a three-dimensional structure of the components.
  • the possibility of reference measurement leads to an error reduction, but the three-dimensional structure with the mirror surface and the spaced detectors is very complex.
  • the object of the present invention starting from the prior art, is to facilitate the possibility of a reference measurement in the case of a lubricant sensor.
  • the stated object is achieved by a sensor unit according to the appended claim 1 and by a machine element according to the appended independent claim 9 and by a method according to the appended independent claim 10.
  • the sensor unit according to the invention serves to determine the properties of a lubricant.
  • the lubricant is preferably in use, in particular for the purpose of lubricating movable components of a machine element.
  • the sensor unit is preferably designed for mounting on the machine element or in the machine element.
  • the sensor unit is preferably designed for monitoring the lubricant in the machine element.
  • the sensor unit according to the invention first comprises a first transmitter for emitting electromagnetic radiation to the lubricant and a first receiver for receiving the electromagnetic radiation emitted by the first transmitter and reflected by the lubricant.
  • the first transmitter and the first receiver are arranged together on a first carrier.
  • the first carrier is preferably flat.
  • the sensor unit according to the invention further comprises a second transmitter for emitting electromagnetic radiation and a second receiver for receiving the electromagnetic radiation emitted by the second transmitter.
  • the second transmitter and the second receiver are arranged together on a second carrier.
  • the second carrier is preferably formed flat.
  • a further component of the sensor unit according to the invention forms an evaluation electronics which is electrically connected at least to the first receiver and to the second receiver and is designed to generate at least one sensor signal.
  • the at least one sensor signal is based on a comparison between the output signal of the first receiver, which receives the radiation reflected by the lubricant, and the output signal of the second receiver, which receives the non-lubricant-influenced radiation. It will thus disturbances, which are caused in particular by the transmitter and receiver, for example due to aging of the transmitter and the receiver, eliminated.
  • the comparison makes it possible to determine the influence of the lubricant on the radiation as a desired signal of the measurement free of interference influences.
  • the sensor unit according to the invention has the advantage that the reduction of the interference does not require a three-dimensional arrangement of the two receivers relative to the transmitter or the transmitters.
  • the associated transmitter and receiver can each just be arranged on a flat carrier, for example on a circuit board, whereby the cost of producing the transmitter-receiver arrangements is significantly reduced.
  • the second receiver and the second transmitter can be arranged completely independently of the first receiver and the first transmitter, in particular in a separate area of the sensor unit. Basically, the first receiver receives radiation that has been reflected by the grease, while the second receiver receives radiation that was not reflected by grease.
  • the sensor unit according to the invention preferably further comprises a mirror surface on which the electromagnetic radiation which can be emitted by the second transmitter can be reflected and fed to the second receiver.
  • the mirror surface is preferably parallel and spaced from the second carrier.
  • the second transmitter and the second receiver are arranged so that the electromagnetic radiation emitted by the second transmitter impinges directly on the second receiver.
  • the disturbance variables can be largely eliminated, in particular, if the first measuring arrangement and the second measuring arrangement are identical. Consequently, preferably the first receiver and the second receiver are the same. Furthermore, the first transmitter and the second transmitter preferably also resemble each other. Likewise, the first carrier and the second carrier are also preferably identical. Incidentally, the arrangement of the first transmitter is preferably the same and the first receiver on the first carrier and the arrangement of the second transmitter and the second receiver on the second carrier.
  • the sensor unit according to the invention preferably comprises a sensor housing, which forms an outer shell of the sensor unit.
  • the sensor housing has a window, which can be aligned with the lubricant and preferably immersed in the lubricant.
  • the sensor housing is designed in particular for mounting on or in the machine element.
  • the window closes off an interior of the sensor housing.
  • the first transmitter and the first receiver are located in the sensor housing.
  • the second transmitter and the second receiver are preferably in the sensor housing.
  • the first transmitter is arranged to emit electromagnetic radiation through the window.
  • the first receiver is arranged to receive the electromagnetic radiation radiating through the window. It is the electromagnetic radiation emitted by the first transmitter and reflected by the lubricant.
  • the window must be transparent at least for this electromagnetic radiation.
  • the evaluation electronics are preferably located in the sensor housing.
  • the sensor unit according to the invention preferably further comprises an electrical connection, which is passed through the sensor housing and is electrically connected to the evaluation in the sensor housing. Consequently, the sensor signal can be tapped via the electrical connection from outside the sensor housing. Via the electrical connection is preferably also a power supply of the transmitter and the transmitter.
  • the evaluation electronics can also be arranged in a separate housing.
  • the electrical connection is preferably formed by a cable.
  • the cable is led out of the sensor housing and serves for the electrical connection of the sensor unit.
  • the first receiver, the second receiver, the first transmitter and the second transmitter may each be single or multiple.
  • the electromagnetic radiation which can be emitted by the first transmitter and by the second transmitter is formed by infrared radiation. Consequently, the first receiver and the second receiver are configured to receive infrared radiation.
  • the window is transparent at least for infrared radiation.
  • the infrared radiation is particularly suitable for determining properties of a lubricant.
  • the infrared radiation is preferably in the near and / or middle IR range. In principle, other electromagnetic radiation, such as visible light can be used.
  • the first receiver, the second receiver and the evaluation electronics are configured to detect and spectrally analyze electromagnetic radiation in the region of the infrared, preferably in the region of the near and / or middle IR.
  • the detection and spectral evaluation of the IR radiation reflected by the lubricant can be used to determine several properties of the lubricant.
  • the first receiver and the evaluation electronics are preferably configured to detect and analyze electromagnetic radiation in the range of the combination methods of the CH vibrations. In the area of CH combination modes, individual absorption lines can be identified which allow conclusions to be drawn about the chemical composition of the lubricant.
  • the first transmitter and the second transmitter are preferably electrically connected to the evaluation, wherein the evaluation is configured to control the two transmitters with different spectral properties of the emissive electromagnetic radiation.
  • the control of the two transmitters for the emission of electromagnetic radiation with different spectral properties taking into account the two receivers readily measured radiation allows a spectral analysis of the reflection properties of the lubricant.
  • the evaluation electronics are configured to determine at least one signal for representing a property of the lubricant, which forms the digital sensor signal or one of the digital sensor signals, starting from the control of the two transmitters and from output signals of the two receivers.
  • the properties of the lubricant to be determined by a spectral analysis are preferably formed by a state of the lubricant, in particular by a water content of the lubricant, by a turbidity of the lubricant, by aging of the lubricant and / or by usability of the lubricant. These properties are preferably quantified. Consequently, the digital sensor signal or respectively one of the digital sensor signals preferably represents a water content of the lubricant, a turbidity of the lubricant, an aging of the lubricant or a usability of the lubricant.
  • the sensor unit according to the invention preferably further comprises a temperature sensor arranged in the sensor housing for measuring a temperature of the lubricant.
  • one of the digital sensor signals is preferably formed from an output signal of the temperature sensor.
  • the measured temperature can additionally be used to determine the spectral reflection properties of the lubricant.
  • the transmitter is preferably configured to determine, starting from the control of the two transmitters and starting from output signals of the two receivers and starting from an output signal of the temperature sensor at least one signal for representing a property of the lubricant, which the digital sensor signal or one of the digital Sensor signals forms.
  • the two transmitters are preferably each formed by a diode, in particular by an LED.
  • the two transmitters and the two receivers are preferably each designed as a DIE.
  • the sensor housing preferably has a cylindrical basic shape, for example a pen-like basic shape.
  • the window is arranged at one axial end of the cylindrical basic shape.
  • At the other axial end may be a fastener, such as an external thread with a screwed nut and a stop, but preferably no such fastener is present, the attachment of the sensor unit by the cylindrical basic shape of the sensor housing is positively or non-positively, for example using a clamping screw ,
  • the lubricant is preferably formed by a grease.
  • the machine element according to the invention has movable components, between which a lubricant is arranged.
  • the lubricant serves to reduce the friction between the moving components.
  • the machine element comprises the sensor unit according to the invention, wherein the electromagnetic radiation which can be emitted by the first transmitter is aligned with the lubricant located in the machine element.
  • the possibly present window of the sensor unit protrudes into the lubricant.
  • the sensor unit is preferably fixed in or on the machine element.
  • Preferred embodiments of the machine element according to the invention comprise preferred embodiments of the sensor unit according to the invention.
  • the machine element is preferably formed by a rolling bearing, but other types of machine elements are also suitable.
  • the inventive method is used to operate the sensor unit according to the invention.
  • the first transmitter and the second transmitter are driven to emit the same electromagnetic radiation. This is done in particular by the fact that the two transmitters are driven with the same voltages or the same currents after a same time course or even synchronously.
  • the at least one sensor signal is generated on the basis of an output signal of the first receiver, wherein the output signal of the first receiver is compared with an output signal of the second receiver. By this comparison, interference is eliminated or at least largely reduced. Two measurements are thus carried out, one measurement representing the actual measurement of the lubricant, while the other measurement represents a reference measurement without the influence of the lubricant.
  • the method according to the invention is preferably used for operating preferred embodiments of the sensor unit according to the invention.
  • the only Fig. 1 shows a preferred embodiment of the sensor unit according to the invention in a schematic representation.
  • the sensor unit initially comprises a cylindrical sensor housing 01, from which a multi-pole cable 02 is led out for the electrical connection of the sensor unit.
  • a sapphire disk 03 forms part of the sensor housing 01.
  • the sensor unit shown serves to determine the properties of grease which is in use, e.g. B. in a rolling bearing.
  • the sensor unit is mounted in the rolling bearing (not shown), wherein the sapphire disc 03 protrudes into the arranged in the rolling bearing grease, so the grease is on the sapphire disk 03.
  • the sapphire disk 03 forms a window of the sensor housing 01.
  • a first carrier 04 Inside the sensor housing 01 is located behind the sapphire disk 03, a first carrier 04, on which two first infrared transmitter 06 and a first infrared receiver 07 are arranged.
  • the first carrier 04 is flat and formed by a circuit board.
  • the first carrier 04 is arranged at a distance from the sapphire disk 03 by spacers 08.
  • Infrared radiation can be radiated onto the grease (not shown) on the sapphire disk 03 by means of the first infrared transmitters 06, which is reflected by the grease back to the first infrared receiver 07. Due to the reflection on the grease, the spectral composition of the infrared radiation changes, whereby the occurring changes allow conclusions about the properties of the grease.
  • a second carrier 09 with two second infrared transmitters 1 1 and with a second infrared receiver 12.
  • the second carrier 09 is similar in its functional portion of the first carrier 04.
  • the second carrier 09 with the second located thereon Infrared transmitters 1 1 and the second infrared receiver 12 thereon are not aligned with the sapphire disk 03, so that no radiation emitted by the second infrared transmitters 1 1 falls through the sapphire disk 03 and no radiation falling through the sapphire disk 03 hits the sapphire disk 03 second infrared receiver 12 drops.
  • a transmitter 14 In the interior of the sensor housing 01 is still a transmitter 14.
  • the transmitter 14 is connected to the first infrared transmitters 06, with the first infrared receiver 07, with the second infrared transmitters 1 1 and 12 electrically connected to the second infrared receiver.
  • a targeted actuation of the first infrared transmitter 06 enables a spectral evaluation of the infrared radiation reflected by the lubricating grease.
  • the evaluation electronics 14 are designed to generate a digital sensor signal from the signal of the first infrared receiver 07, taking into account the activation of the first infrared transmitters 06, which represents one or more of the determined properties of the lubricating grease.
  • the second infrared transmitters 1 1 are driven in the same way and the signal of the second infrared receiver 12 is taken into account by the evaluation electronics 14 in order to eliminate error influences of the first infrared transmitters 06 and the first infrared receiver 07.
  • the sensor signal is transmitted via the cable 02.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoreinheit zum Bestimmen von Eigenschaften eines Schmiermittels; beispielsweise eines Schmierfettes in einem Wälzlager. Im Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb der Sensoreinheit sowie ein Maschinenelement. Die erfindungsgemäße Sensoreinheit umfasst einen ersten Sender (06) zum Aussenden elektromagnetischer Strahlung auf das Schmiermittel und einen ersten Empfänger (07) zum Empfangen der vom ersten Sender (06) ausgesendeten und vom Schmiermittel reflektierten elektromagnetischen Strahlung. Der erste Sender (06) und der erste Empfänger (07) sind gemeinsam auf einem ersten Träger (04) angeordnet. Die Sensoreinheit umfasst weiterhin einen zweiten Sender (11) zum Aussenden elektromagnetischer Strahlung und einen zweiten Empfänger (12) zum Empfangen der vom zweiten Sender (11) ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung. Der zweite Sender (11) und der zweite Empfänger (12) sind gemeinsam auf einem zweiten Träger (09) angeordnet. Eine Auswertelektronik (14) ist mit dem ersten Empfänger (07) und mit dem zweiten Empfänger (12) elektrisch verbunden und zur Generierung mindestens eines Sensorsignals ausgebildet. Hierbei beruht das Sensorsignal auf einem Vergleich zwischen dem Ausgangssignal des ersten Empfängers (07) und dem Ausgangssignal des zweiten Empfängers (12).

Description

Sensoreinheit zum Bestimmen von Eigenschaften eines Schmiermittels und Verfahren zu deren Betrieb sowie Maschinenelement
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoreinheit zum Bestimmen von Ei- genschaften eines Schmiermittels; beispielsweise eines Schmierfettes in einem Wälzlager. Im Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen Sensoreinheit sowie ein Maschinenelement mit der erfindungsgemäßen Sensoreinheit. Die DE 10 2007 042 254 A1 zeigt eine Messvorrichtung zur Analyse des Schmiermittels in einem Lager. Diese Messvorrichtung umfasst einen Sender zum Aussenden infraroter Strahlung, welche auf einen Probenbereich gerichtet ist und von der Probe zurück auf einen Empfänger trifft. Der Probenbereich ist im Inneren des Lagers angeordnet. Von dem Empfänger wird insbesondere IR- Strahlung im Bereich der Kombinationsmethoden der C-H-Schwingungen er- fasst und spektral analysiert. Hierdurch kann das Schmiermittel während des Betriebes permanent überwacht werden und es kann ein Alarm ausgegeben werden, wenn das Schmiermittel zu wechseln ist. Aus dem Produktinformationsblatt„Zustandsüberwachung von Schmierfetten in Wälzlagern" der Schaeffler Technologies GmbH und Co. KG, September 2010 und aus dem Produktinformationsblatt „FAG GreaseCheck" der Schaeffler Technologies AG und Co. KG, August 2013 ist ein Schmierfettsensor bekannt, welcher insbesondere zur Schmierfettüberwachung in Wälzlagern vorgesehen ist. Der Schmierfettsensor umfasst einen zylinderförmigen Sensorkopf, welcher unmittelbar in das Wälzlager ragt. Aus der DE 10 2009 037 424 A1 ist eine Lageranordnung bekannt, bei welcher ein Schmiermittelsensor über einen Transmitter Informationen über den Zustand des Lagers zu einer zentralen Empfangsstation sendet. Die DE 10 2010 015 084 A1 zeigt ein Sensorteil für einen Infrarot-Sensor zur beabstandeten Anordnung eines Infrarot-Senders, eines Infrarot-Detektors, einer Referenzquelle und eines Referenzdetektors.
Die DE 10 2010 031 919 A1 lehrt eine Messsonde für einen Sensor zur Analyse eines Mediums mittels Infrarotspektroskopie. Mit dieser Messsonde kann beispielsweise das Schmiermittel eines Lagers analysiert werden. Die Messsonde umfasst einen Infrarot-Sender und einen Infrarot-Detektor sowie einen Referenzdetektor. Der Infrarot-Detektor und der Referenzdetektor sind auf zueinander beabstandeten Flächen angeordnet. Vom Infrarot-Sender trifft IR-Strahlung auf das Medium und wird zurück auf den Infrarot-Detektor geworfen. Weiterhin trifft IR-Strahlung vom Infrarot-Sender auf eine Spiegelfläche und wird zurück auf den Referenzdetektor geworfen. Der Infrarot-Sender und der Referenzdetektor sind auf einem Träger angeordnet. Die Spiegelfläche und der Infrarot- Detektor sind auf entgegengesetzten Seiten eines Brückenelementes ausgebil- det, wobei der Träger und das Brückenelement beabstandet sind. Es ergibt sich ein dreidimensionaler Aufbau der Komponenten. Die Möglichkeit der Referenzmessung führt zu einer Fehlerreduktion, jedoch ist der dreidimensionale Aufbau mit der Spiegelfläche und den beabstandeten Detektoren sehr aufwändig. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, bei einem Schmiermittelsensor die Möglichkeit einer Referenzmessung zu erleichtern.
Die genannte Aufgabe wird gelöst durch eine Sensoreinheit gemäß dem beige- fügten Anspruch 1 sowie durch ein Maschinenelement gemäß dem beigefügten nebengeordneten Anspruch 9 und durch ein Verfahren gemäß dem beigefügten nebengeordneten Anspruch 10. Die erfindungsgemäße Sensoreinheit dient der Bestimmung von Eigenschaften eines Schmiermittels. Das Schmiermittel befindet sich bevorzugt in Verwendung, insbesondere zum Zwecke der Schmierung von beweglichen Komponenten eines Maschinenelementes. Hierzu ist die Sensoreinheit bevorzugt zur Mon- tage an dem Maschinenelement bzw. in dem Maschinenelement ausgebildet. Die Sensoreinheit ist dabei bevorzugt zur Überwachung des Schmiermittels im Maschinenelement ausgebildet.
Die erfindungsgemäße Sensoreinheit umfasst zunächst einen ersten Sender zum Aussenden elektromagnetischer Strahlung auf das Schmiermittel und einen ersten Empfänger zum Empfangen der vom ersten Sender ausgesendeten und vom Schmiermittel reflektierten elektromagnetischen Strahlung. Der erste Sender und der erste Empfänger sind gemeinsam auf einem ersten Träger angeordnet. Der erste Träger ist bevorzugt flächig ausgebildet.
Die erfindungsgemäße Sensoreinheit umfasst weiterhin einen zweiten Sender zum Aussenden elektromagnetischer Strahlung und einen zweiten Empfänger zum Empfangen der vom zweiten Sender ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung. Der zweite Sender und der zweite Empfänger sind gemeinsam auf einem zweiten Träger angeordnet. Der zweite Träger ist bevorzugt flächig ausgebildet. Es sind somit zwei Messanordnungen vorhanden, wobei die erste Messanordnung für die eigentliche Messung des Schmiermittels ausgebildet ist, während die zweite Messanordnung für eine Referenzmessung ohne den Ein- fluss des Schmiermittels ausgebildet ist.
Eine weitere Komponente der erfindungsgemäßen Sensoreinheit bildet eine Auswertelektronik, welche zumindest mit dem ersten Empfänger und mit dem zweiten Empfänger elektrisch verbunden ist und zur Generierung mindestens eines Sensorsignals ausgebildet ist. Hierbei beruht das mindestens eine Sen- sorsignal auf einem Vergleich zwischen dem Ausgangssignal des ersten Empfängers, welcher die vom Schmiermittel reflektierte Strahlung empfängt, und dem Ausgangssignal des zweiten Empfängers, welcher die nicht vom Schmiermittel beeinflusste Strahlung empfängt. Es werden somit Störgrößen, welche insbesondere durch die Sender und Empfänger bedingt sind, beispiels- weis infolge einer Alterung der Sender und der Empfänger, eliminiert. Durch den genannten Vergleich ist der Einfluss des Schmiermittels auf die Strahlung als gewünschtes Signal der Messung frei von Störeinflüssen bestimmbar.
Die erfindungsgemäße Sensoreinheit weist den Vorteil auf, dass die Reduktion der Störeinflüsse keine dreidimensionale Anordnung der beiden Empfänger gegenüber dem Sender bzw. den Sendern erfordert. Insbesondere können die zugehörigen Sender und Empfänger jeweils eben auf einem flächigen Träger, beispielsweise auf einer Platine angeordnet sein, wodurch der Aufwand zur Herstellung der Sender-Empfänger-Anordnungen deutlich gemindert ist. Zudem können der zweite Empfänger und der zweite Sender völlig unabhängig vom ersten Empfänger und vom ersten Sender angeordnet werden, insbesondere in einem abgetrennten Bereich der Sensoreinheit. Grundsätzlich empfängt der erste Empfänger Strahlung, welche vom Schmierfett reflektiert wurde, während der zweite Empfänger Strahlung empfängt, welche nicht Schmierfett reflektiert wurde.
Die erfindungsgemäße Sensoreinheit umfasst bevorzugt weiterhin eine Spiegel- fläche, an der die vom zweiten Sender aussendbare elektromagnetische Strahlung reflektierbar und dem zweiten Empfänger zuführbar ist. Die Spiegelfläche befindet sich bevorzugt parallel und beabstandet zum zweiten Träger. Alternativ sind der zweite Sender und der zweite Empfänger so angeordnet, dass die vom zweiten Sender aussendbare elektromagnetische Strahlung unmittelbar auf den zweiten Empfänger trifft.
Die Störgrößen können insbesondere dann weitestgehend eliminiert werden, wenn sich die erste Messanordnung und die zweite Messanordnung gleichen. Folglich gleichen sich bevorzugt der erste Empfänger und der zweite Empfän- ger. Weiterhin gleichen sich bevorzugt auch der erste Sender und der zweite Sender. Ebenso gleichen sich bevorzugt auch der erste Träger und der zweite Träger. Im Übrigen gleichen sich bevorzugt die Anordnung des ersten Senders und des ersten Empfängers auf dem ersten Träger und die Anordnung des zweiten Senders und des zweiten Empfängers auf dem zweiten Träger.
Die erfindungsgemäße Sensoreinheit umfasst bevorzugt ein Sensorgehäuse, welches eine Außenhülle der Sensoreinheit bildet. Das Sensorgehäuse weist ein Fenster auf, welches auf das Schmiermittel ausrichtbar ist und bevorzugt in das Schmiermittel eintauchbar ist. Das Sensorgehäuse ist insbesondere zur Montage am bzw. im Maschinenelement ausgebildet. Das Fenster schließt einen Innenraum des Sensorgehäuses ab. Der erste Sender und der erste Emp- fänger befinden sich im Sensorgehäuse. Ebenso befinden sich der zweite Sender und der zweite Empfänger bevorzugt im Sensorgehäuse. Der erste Sender ist zum Aussenden der elektromagnetischen Strahlung durch das Fenster hindurch angeordnet. Der erste Empfänger ist zum Empfangen der durch das Fenster strahlenden elektromagnetischen Strahlung angeordnet. Dabei handelt es sich um diejenige elektromagnetische Strahlung, welche vom ersten Sender gesendet und vom Schmiermittel reflektiert wurde. Das Fenster muss zumindest für diese elektromagnetische Strahlung transparent sein.
Auch die Auswertelektronik befindet sich bevorzugt im Sensorgehäuse. Die erfindungsgemäße Sensoreinheit umfasst bevorzugt weiterhin einen elektrischen Anschluss, welcher durch das Sensorgehäuse hindurchgeführt ist und mit der Auswerteelektronik im Sensorgehäuse elektrisch verbunden ist. Folglich kann das Sensorsignal über den elektrischen Anschluss von außerhalb des Sensorgehäuses abgegriffen werden. Über den elektrischen Anschluss erfolgt bevorzugt auch eine Spannungsversorgung der Auswerteelektronik und der Sender.
Alternativ kann die Auswertelektronik auch in einem separaten Gehäuse angeordnet sein.
Der elektrische Anschluss ist bevorzugt durch ein Kabel gebildet. Das Kabel ist aus dem Sensorgehäuse herausgeführt und dient dem elektrischen Anschluss der Sensoreinheit. Der erste Empfänger, der zweite Empfänger, der erste Sender und der zweite Sender können jeweils einfach oder mehrfach vorhanden sein. Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoreinheit ist die durch den ersten Sender und durch den zweiten Sender aussendbare elektromagnetische Strahlung durch infrarote Strahlung gebildet. Folglich sind der erste Empfänger und der zweite Empfänger zum Empfangen infraroter Strahlung ausgebildet. Das Fenster ist zumindest für infrarote Strahlung transparent. Die infrarote Strahlung ist besonders gut zur Bestimmung von Eigenschaften eines Schmiermittels geeignet. Die infrarote Strahlung liegt bevorzugt im nahen und/oder mittleren IR-Bereich. Grundsätzlich kann auch andere elektromagnetische Strahlung, wie zum Beispiel sichtbares Licht verwendet werden. Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoreinheit sind der erste Empfänger, der zweite Empfänger und die Auswerteelektronik dazu konfiguriert, elektromagnetische Strahlung im Bereich des Infraroten, bevorzugt im Bereich des nahen und/oder mittleren IR zu erfassen und spektral zu analysieren. Durch die Erfassung und spektrale Auswertung der vom Schmier- mittel reflektierten IR-Strahlung können mehrere Eigenschaften des Schmiermittels bestimmt werden. Hierzu sind der erste Empfänger und die Auswerteelektronik bevorzugt dazu konfiguriert, elektromagnetische Strahlung im Bereich der Kombinationsmethoden der C-H-Schwingungen zu erfassen und zu analysieren. Im Bereich der C-H-Kombinationsmoden lassen sich einzelne Absorpti- onslinien erkennen, die Rückschlüsse auf die chemische Zusammensetzung des Schmiermittels zulassen.
Der erste Sender und der zweite Sender sind bevorzugt elektrisch mit der Auswerteelektronik verbunden, wobei die Auswerteelektronik zur Ansteuerung der beiden Sender mit unterschiedlichen spektralen Eigenschaften der aussendbaren elektromagnetischen Strahlung konfiguriert ist. Die Ansteuerung der beiden Sender zur Ausstrahlung elektromagnetischer Strahlung mit unterschiedlichen spektralen Eigenschaften unter Berücksichtigung der an den beiden Empfän- gern gemessenen Strahlung erlaubt eine spektrale Analyse der Reflexionseigenschaften des Schmiermittels.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoreinheit ist die Auswerteelektronik dazu konfiguriert, ausgehend von der Ansteuerung der beiden Sender und ausgehend von Ausgangsignalen der beiden Empfänger mindestens ein Signal zur Repräsentation einer Eigenschaft des Schmiermittels zu bestimmen, welches das digitale Sensorsignal bzw. eines der digitalen Sensorsignale bildet.
Die durch eine spektrale Analyse zu bestimmenden Eigenschaften des Schmiermittels sind bevorzugt durch einen Zustand des Schmiermittels, insbesondere durch einen Wassergehalt des Schmiermittels, durch eine Trübung des Schmiermittels, durch eine Alterung des Schmiermittels und/oder durch eine Verwendbarkeit des Schmiermittels gebildet. Diese Eigenschaften werden bevorzugt quantitativ erfasst. Folglich repräsentiert das digitale Sensorsignal bzw. jeweils eines der digitalen Sensorsignale bevorzugt einen Wassergehalt des Schmiermittels, eine Trübung des Schmiermittels, eine Alterung des Schmiermittels oder eine Verwendbarkeit des Schmiermittels.
Die erfindungsgemäße Sensoreinheit umfasst bevorzugt weiterhin einen im Sensorgehäuse angeordneten Temperatursensor zum Messen einer Temperatur des Schmiermittels. Dabei ist eines der digitalen Sensorsignale bevorzugt aus einem Ausgangssignal des Temperatursensors gebildet. Im Übrigen kann die gemessene Temperatur ergänzend zur Bestimmung der spektralen Reflexionseigenschaften des Schmiermittels herangezogen werden. Hierfür ist die Auswerteelektronik bevorzugt dazu konfiguriert, ausgehend von der Ansteuerung der beiden Sender und ausgehend von Ausgangsignalen der beiden Empfänger sowie ausgehend von einem Ausgangssignal des Temperatursensors mindestens ein Signal zur Repräsentation einer Eigenschaft des Schmiermittels zu bestimmen, welches das digitale Sensorsignal bzw. eines der digitalen Sensorsignale bildet. Die beiden Sender sind bevorzugt jeweils durch eine Diode, insbesondere durch eine LED gebildet.
Die beiden Sender und die beiden Empfänger sind bevorzugt jeweils als ein DIE ausgebildet.
Das Sensorgehäuse weist bevorzugt eine zylindrische Grundform auf, beispielsweise eine stiftartige Grundform. Das Fenster ist dabei an einem axialen Ende der zylindrischen Grundform angeordnet. Am anderen axialen Ende kann sich ein Befestigungselement befinden, beispielsweise ein Außengewinde mit aufgeschraubter Mutter und mit einem Anschlag, jedoch ist bevorzugt kein solches Befestigungselement vorhanden, wobei die Befestigung der Sensoreinheit durch die zylindrische Grundform des Sensorgehäuses formschlüssig oder kraftschlüssig erfolgt, beispielsweise unter Verwendung einer Spannschraube.
Das Schmiermittel ist bevorzugt durch ein Schmierfett gebildet.
Das erfindungsgemäße Maschinenelement weist bewegliche Komponenten auf, zwischen denen ein Schmiermittel angeordnet ist. Das Schmiermittel dient da- zu, die Reibung zwischen den beweglichen Komponenten zu mindern. Das Maschinenelement umfasst die erfindungsgemäße Sensoreinheit, wobei die vom ersten Sender aussendbare elektromagnetische Strahlung auf das im Maschinenelement befindliche Schmiermittel ausgerichtet ist. Bevorzugt ragt das ggf. vorhandene Fenster der Sensoreinheit in das Schmiermittel. Die Sensor- einheit ist bevorzugt im oder am Maschinenelement befestigt.
Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Maschinenelementes umfassen bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoreinheit.
Das Maschinenelement ist bevorzugt durch ein Wälzlager gebildet, jedoch kommen auch andere Arten von Maschinenelementen infrage. Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betrieb der erfindungsgemäßen Sensoreinheit. Gemäß diesem Verfahren werden der ersten Sender und der zweite Sender zur Emission gleicher elektromagnetischer Strahlung angesteuert. Dies erfolgt insbesondere dadurch, dass die beiden Sender mit gleichen Spannungen bzw. gleichen Strömen nach einem gleichen Zeitverlauf oder sogar synchron angesteuert werden. Erfindungsgemäß wird das mindestens eine Sensorsignal ausgehend von einem Ausgangssignal des ersten Empfängers generiert, wobei das Ausgangssignal des ersten Empfängers mit einem Ausgangssignal des zweiten Empfängers verglichen wird. Durch diesen Vergleich werden Störeinflüsse eliminiert oder zumindest weitestgehend reduziert. Es werden somit zwei Messungen durchgeführt, wobei die eine Messung die eigentliche Messung des Schmiermittels darstellt, während die andere Messung eine Referenzmessung ohne den Einfluss des Schmiermittels darstellt. Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt zum Betrieb bevorzugter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoreinheit angewendet.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinheit, unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Die einzige Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinheit in einer schematischen Darstellung. Die Sensoreinheit um- fasst zunächst ein zylinderförmiges Sensorgehäuse 01 , aus welchem ein mehr- poliges Kabel 02 zum elektrischen Anschluss der Sensoreinheit herausgeführt ist. An dem anderen axialen Ende der Zylinderform des Sensorgehäuses 01 bildet eine Saphirscheibe 03 einen Teil des Sensorgehäuses 01 .
Die gezeigte Sensoreinheit dient zum Bestimmen der Eigenschaften von Schmierfett, welches sich in Gebrauch befindet, z. B. in einem laufenden Wälzlager. Hierzu ist die Sensoreinheit im Wälzlager (nicht gezeigt) befestigt, wobei die Saphirscheibe 03 in das im Wälzlager angeordnete Schmierfett ragt, sodass sich das Schmierfett auf der Saphirscheibe 03 befindet. Die Saphirscheibe 03 bildet dabei ein Fenster des Sensorgehäuses 01 .
Im Inneren des Sensorgehäuses 01 befindet sich hinter Saphirscheibe 03 ein erster Träger 04, auf welchem zwei erste Infrarot-Sender 06 und ein erster Infrarot-Empfänger 07 angeordnet sind. Der erste Träger 04 ist eben und durch eine Platine gebildet. Der erste Träger 04 ist durch Abstandshalter 08 von der Saphirscheibe 03 beabstandet angeordnet. Mithilfe der ersten Infrarot-Sender 06 kann Infrarot-Strahlung auf das an der Saphirscheibe 03 befindliche Schmierfett (nicht gezeigt) gestrahlt werden, welche vom Schmierfett zurück zu dem ersten Infrarot-Empfänger 07 reflektiert wird. Durch die Reflexion am Schmierfett ändert sich die spektrale Zusammensetzung der Infrarot-Strahlung, wobei die auftretenden Änderungen Rückschlüsse auf die Eigenschaften des Schmierfettes ermöglichen.
Im Inneren des Sensorgehäuses 01 befindet sich weiterhin ein zweiter Träger 09 mit zwei zweiten Infrarot-Sendern 1 1 und mit einem zweiten Infrarot- Empfänger 12. Der zweite Träger 09 gleicht in seinem funktionellen Abschnitt dem ersten Träger 04. Insbesondere gleicht die Anordnung der zwei zweiten Infrarot-Sender 1 1 und des zweiten Infrarot-Empfängers 12 auf dem zweiten Träger 09 der Anordnung der zwei ersten Infrarot-Sender 06 und des ersten Infrarot-Empfängers 07 auf dem ersten Träger 04. Allerdings ist der zweite Träger 09 mit den darauf befindlichen zweiten Infrarot-Sendern 1 1 und dem darauf befindlichen zweiten Infrarot-Empfänger 12 nicht auf die Saphirscheibe 03 aus- gerichtet, sodass keine von den zweiten Infrarot-Sendern 1 1 ausgesendete Strahlung durch die Saphirscheibe 03 fällt und keine durch die Saphirscheibe 03 fallende Strahlung auf den zweiten Infrarot-Empfänger 12 fällt. Auf der Rückseite des ersten Trägers 04 befindet sich eine Spiegelfläche 13, an welcher die Infrarot-Strahlung der zweiten Infrarot-Sender 1 1 zurück auf den zwei- ten Infrarot-Empfänger 12 geworfen wird.
Im Inneren des Sensorgehäuses 01 befindet sich weiterhin eine Auswerteelektronik 14. Die Auswerteelektronik 14 ist mit den ersten Infrarot-Sendern 06, mit dem ersten Infrarot-Empfänger 07, mit den zweiten Infrarot-Sendern 1 1 und mit dem zweiten Infrarot-Empfänger 12 elektrisch verbunden. Eine gezielte Ans- teuerung der ersten Infrarot-Sender 06 ermöglicht eine spektrale Auswertung der vom Schmierfett reflektierten Infrarot-Strahlung.
Die Auswerteelektronik 14 ist dazu ausgebildet, aus dem Signal des ersten Infrarot-Empfängers 07 unter Berücksichtigung der Ansteuerung der ersten Infrarot-Sender 06 ein digitales Sensorsignal zu generieren, welches eine oder mehrere der ermittelten Eigenschaften des Schmierfettes repräsentiert. Hierbei wer- den die zweiten Infrarot-Sender 1 1 in gleicher Weise angesteuert und das Signal des zweiten Infrarot-Empfängers 12 wird von der Auswerteelektronik 14 berücksichtigt, um Fehlereinflüsse der ersten Infrarot-Sender 06 und des ersten Infrarot-Empfängers 07 zu eliminieren. Das Sensorsignal wird über das Kabel 02 übertragen.
Bezugszeichenliste
01 Sensorgehäuse
02 Kabel
03 Saphirscheibe
04 erster Träger
05
06 erste Infrarot-Sender
07 erster Infrarot-Empfänger
08 Abstandshalter
09 zweiter Träger
10
zweite Infrarot-Sender
12 zweiter Infrarot-Empfänger
13 Spiegelfläche
14 Auswerteelektronik

Claims

Patentansprüche
Sensoreinheit zum Bestimmen von Eigenschaften eines Schmiermittels, folgende Komponenten umfassend:
- einen ersten Sender (06) zum Aussenden elektromagnetischer Strahlung auf das Schmiermittel;
- einen ersten Empfänger (07) zum Empfangen der vom ersten Sender (06) ausgesendeten und vom Schmiermittel reflektierten elektromagnetischen Strahlung, wobei der erste Sender (06) und der erste Empfänger gemeinsam auf einem ersten Träger (04) angeordnet sind;
- einen zweiten Sender (1 1 ) zum Aussenden elektromagnetischer Strahlung;
- einen zweiten Empfänger (12) zum Empfangen der vom zweiten Sender (1 1 ) ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung, wobei der zweite Sender (1 1 ) und der zweite Empfänger (12) gemeinsam auf einem zweiten Träger (09) angeordnet sind; und
- eine Auswertelektronik (14), welche zumindest mit dem ersten Empfänger (07) und mit dem zweiten Empfänger (12) elektrisch verbunden ist und zur Generierung mindestens eines Sensorsignals ausgebildet ist.
Sensoreinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin eine Spiegelfläche (13) umfasst, an der die vom zweiten Sender (1 1 ) aussendbare elektromagnetische Strahlung reflektierbar und dem zweiten Empfänger (12) zuführbar ist.
Sensoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Empfänger (07) und der zweite Empfänger (12) gleichen.
4. Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Sender (06) und der zweite Sender (1 1 ) gleichen.
5. Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Träger (04) und der zweite Träger (09) gleichen.
6. Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Anordnung des ersten Senders (06) und des ersten Empfängers (07) auf dem ersten Träger (04) und die Anordnung des zweiten Senders (1 1 ) und des zweiten Empfängers (12) auf dem zweiten Träger (09) gleichen.
7. Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin ein Sensorgehäuse (01 ) mit einem Fenster (03) umfasst, wobei das Fenster (03) auf das Schmiermittel ausrichtbar ist.
8. Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den ersten Sender (06) und durch den zweiten Sender (1 1 ) aussendbare elektromagnetische Strahlung durch infrarote Strahlung gebildet ist.
9. Maschinenelement mit beweglichen Komponenten, zwischen denen ein Schmiermittel angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin eine Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst, wobei die vom ersten Sender (06) aussendbare elektromagnetische Strahlung auf das im Maschinenelement befindliche Schmiermittel ausgerichtet ist.
10. Verfahren zum Betrieb einer Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, folgende Schritte umfassend:
- Ansteuern des ersten Senders (06) und Ansteuern des zweiten Senders (1 1 ) zur Emission gleicher elektromagnetischer Strahlung; und - Generieren des mindestens eines Sensorsignals ausgehend von einem Ausgangssignal des ersten Empfängers (07), wobei das Ausgangssignal des ersten Empfängers (07) mit einem Ausgangssignal des zweiten Empfängers (12) verglichen wird.
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