PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE4130987A1 26.03.1992
Titel Schmierölreinigungseinrichtung
Anmelder Zahnradfabrik Friedrichshafen AG, 7990 Friedrichshafen, DE
Erfinder Joachim, Franz-Josef, Dr., 8990 Enzisweiler., DE
DE-Anmeldedatum 18.09.1991
DE-Aktenzeichen 4130987
Offenlegungstag 26.03.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.03.1992
IPC-Hauptklasse F16N 29/00
IPC-Nebenklasse F16N 39/06   G01N 27/82   G01D 5/12   G01F 22/00   F01M 1/18   
Zusammenfassung Diese Schmierölreinigungseinrichtung verfügt über einen Abscheidemagneten (7), der in einem Ölsammeltrichter (2) Eisenschlamm (5) aus dem Umlauföl ansammelt.
Die jeweilige Menge an Eisenschlamm (5) kann mit einer integrierten Meßinduktionsspule (9) ohne Demontagen oder Betriebspausen gemessen werden. Mittels Vergleich zu maschinenspezifischen Daten und Benutzungszeiten bzw. Belastungen lassen sich hieraus der Maschinenverschleiß und die noch zu erwartende Lebensdauer bzw. Inspektionsintervall-Restdauer bestimmen. Hierzu kann der Eisenschlamm (5) beispielsweise in einem Auffanggefäß (6) im Bereich der Meßinduktionsspule (9) gesammelt werden. Eine Induktionsspule (9) kann selbst als Elektromagnet (7) vorgesehen und dessen Spule zum Messen genutzt werden, so daß kein Stellglied zum Verfahren des Auffanggefäßes (6) nötig ist. Anstelle des Auffanggefäßes (6) kann auch nur eine Trennmembran (6A) treten. Aus den als Induktivitätsmeßwerte ermittelten Veränderungen der Menge an Eisenschlamm (5) sind mit Hilfe geeigneter Auswertsysteme ohne Betriebspausen aktuelle Maschinenlebensdauerprognosen ermittelbar und unvorhergesehene Ausfälle infolge fortgeschrittenen Verschleißes sind vermeidbar. Lebensdauerschmierung wird risikoloser, Ölwechselintervalle sind bedarfsgerechter steuerbar, und der Schmiermittelverbrauch verringert sich (Fig. 1).

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Schmierölreinigungseinrichtung für Maschinen, insbesondere für auf lange Betriebsdauer geschmierte Kraftfahrzeugantriebe mit Druckölumlauf und magnetischen bzw. elektrostatischen Feststoffabscheidern, in deren Auffangraum sich metallischer Abrieb sammelt, der als Indiz für Ölzustand und Abnutzungsgrad der Maschine dienen kann.

Ein Beispiel einer gattungsgemäßen Schmierölreinigungseinrichtung ist aus der DE-A 38 13 684 ersichtlich. Dort ist ein in ein Getriebegehäuse einbaubarer Magnetkörper beschrieben, der Eisenpulver entfernt, welches infolge der Abnutzung der Zahnräder entsteht und im ungereinigten Öl enthalten ist. Dadurch soll verhindert werden, daß die Zahnräder und Lager infolge mitumgewälzten Eisenpulvers besonders schnell verschleißen, und daß das Öl unter katalytischer Wirkung des Eisenpulvers schnell altert. Das Eisenpulver wird aus dem Umlauf durch Magnetkräfte abgeschieden und in einem besonderen Raum im Bereich des Magneten aufgrund dessen spezieller Gestaltung festgehalten.

Auf diese Weise werden zwar Inspektionsintervalle vergrößert, wie dies auch im Aufsatz von Hubert Essers, "Verschleißschutzfiltration für Schmieranlagen", Antriebstechnik 28/1989 Nr. 2, S. 31/38, ausführlich erläutert wird, jedoch kann mit derartigen Einrichtungen lediglich der Inhalt der Ablagerungsräume bei Außerbetriebnahmen visuell inspiziert werden. Informationen über die Größenordnung des Verschleißes und die jeweilige noch verbleibende Maschinenlebenserwartung können vom Maschinisten nicht während des Betriebs erlangt werden und stehen ihm auch beim Start nicht ohne weiteres zur Verfügung. Dazu bedarf es stets entsprechender Betriebsunterbrechungen, Probeentnahmen und Filterdemontagen sowie umfangreicher Laborarbeiten. Die quantitative Erfassung der Ablagerungen ist bei ungeöffnetem Getriebe nicht jederzeit möglich. Eine Analyse und Mengenauswertung des Ölschlammes mittels einzelner Proben ist mühsam, zeitraubend und ungenau, so daß vorsichtshalber in der Regel die Ölwechsel- und Inspektionsintervalle kürzer als zwingend notwendig gewählt werden und dazu häufigere Einsatzpausen in Kauf genommen werden müssen, als dies bei wichtigen Maschinen wünschenswert ist.

Die Aufgabe der Erfindung wird darin gesehen, eine Schmierölreinigungseinrichtung zu schaffen, die nicht nur lange Inspektionsintervalle bzw. eventuell sogar Lebensdauerschmierungen bei geringem Störungsrisiko ermöglicht, sondern darüber hinaus während des Betriebs und ohne großen Bedienungsaufwand brauchbare Anhaltswerte über den Verschleißzustand bzw. über die noch zulässige Weiterbenutzungsdauer einer Maschine bis zu ihrer Generalinspektion liefert.

Die Lösung wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 insbesondere dadurch erreicht, daß der im Feststoffabscheider angesammelte Ölschlamm einem Magnetfeld einer elektrischen Meßinduktionsspule so ausgesetzt werden kann, daß sich aus den dabei angezeigten Induktivitätsveränderungen des Magnetfeldes unter Vergleich mit maschinenspezifischen Speicherdaten und den Betriebszeiten die abgeschiedene Abtragungsmasse ermitteln läßt und damit eine aktuelle Lebensdauerprognose sowie eine hinreichend genaue Aussage zum Termin eines Ölaustausches bzw. einer Generalinspektion machen läßt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Eine zuverlässige Messung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß in einem Ölsammeltrichter ein Auffanggefäß über dem Magnetfeld so angeordnet ist, daß dasselbe bei ungeöffnetem Getriebegehäuse aus dem Magnetfeld des Abscheidemagneten seitlich herausziehbar ist und in den Bereich einer parallel dazu angeordneten separaten Meßinduktionsspule verbracht werden kann.

Alternativ kann selbstverständlich auch der Abscheidemagnet aus dem dann von der Meßinduktionsspule umgebenen Sammelraum herausziehbar angeordnet werden.

Weiterhin kann die Induktionsspule bei entsprechender Umschaltbarkeit sowohl zur Erzeugung einer Magnetkraft als auch nach elektrischer Umschaltung zum Messen der Induktivität benutzt werden. Die Feststoffablagerungen führen bei der Messung zu geänderten Werten. Dabei könnte eine Schaltungsvariante auch darin bestehen, eine separate Meßinduktionsspule konzentrisch zur Elektromagnetspule einzusetzen.

Verlegt man den Sammelraum in ein Leitungsrohr des Ölumwälzsystems, so braucht er nur von einem Nebenstrom des Öles passiert werden, und es ist dann möglich, die Zu- und Abflüsse zum Ablagerungsraum absperrbar auszuführen und damit den Ablagerungsraum vom Druckölstrom abzuschalten. Hiermit wäre eine vom Umlauföl ungestörte Messung unter günstigeren Bedingungen möglich und würde eine Inspektion des Magnetabscheiders bzw. Sammelraumes ohne Betriebsunterbrechung möglich sein.

Für das ferngesteuerte Ein- und Ausschieben des Auffanggefäßes bzw. des Eisenkernes können servobetätigbare Stellglieder wie Hubzylinder oder Zugvorrichtungen mit Wickelspulen vorgesehen sein, die mit einem Schalter zur Betätigung des Meßgerätes gekoppelt sind.

Zur Erfassung der Meßwerte kann in an sich bekannter Weise über eine Brückenschaltung eine Abstimmung der Spulenwiderstände im Sinne einer Stromunterbrechung erfolgen, bei der der dann noch angezeigte Strom aufgrund geänderter Feldlinien bzw. der dadurch erfolgten Brückenverstimmung ein Maß für die Veränderung der Eisenschlammansammlung. Bedarfsweise kann hierbei eine Temperaturkompensations-Abstimmregelung und ein Alarmgeber integriert sein.

Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombinationen der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.

Nachfolgend werden die schematischen Zeichnungen, die die Erfindung darstellen, anhand dreier Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die Schmierölreinigungseinrichtung als im Bodenflansch einer Maschine angebrachte Ölablaßschraube mit Permanentmagnet, welcher ein Auffanggefäß vorgelagert ist, das zur Überprüfung der Feststoffablagerungen mittels Stellglied auf einen zur Ölablaßschraube parallelen Stutzen gleicher Größe verschieblich ist. In diesem ist Meßinduktionsspule als Teil eines Brückenschaltungsmeßsystems eingesetzt, das Vergleichsdaten über die Veränderungswerte der Menge an Eisenschlamm im Auffanggefäß liefert.

Fig. 2 zeigt eine an sich prinzipgleiche Variante hierzu, bei der sich jedoch Ölablaßschraube und Meßstutzen in einem vom Ölumlauf eventuell ferngesteuert abschaltbaren und demontierbaren Nebenstrom befinden.

Fig. 3 zeigt eine weitere Möglichkeit, mit einem Elektromagneten als Abscheidemagnet zu arbeiten, welcher eine Doppelnutzung als Abscheidemagnet und als Meßeinsatz erlaubt, wozu lediglich eine nicht näher gezeigte elektrische Schaltung vorhanden ist. Sinngemäß kann hierbei eine zweite konzentrische Spule für den Meßvorgang vorgesehen sein, um die Meßgenauigkeit zu verbessern.

In Fig. 1 ist ein Maschinengehäuse 1 mit einem Ölsammeltrichter 2 über einer Ölablaßschraube 3 in einer am Maschinengehäuse 1 angeflanschten Bodenplatte 4 vorgesehen. Der im Öl sich absetzende Eisenschlamm 5 kann sich in einem Auffanggefäß 6 aus vorzugsweise nichtmagnetisierbarem Werkstoff ummittelbar über einem in das obere Ende der Ölablaßschraube 3 eingebauten Permanentmagneten 7 sammeln. In der Bodenplatte 4 ist parallel zur Ölablaßschraube 3 in kleinem Abstand ein etwa gleich großer, paralleler Meßeinsatz 8 eingelassen, der gemäß vorliegendem Beispiel aus einer Induktionsspule 9 in einer Isoliermasse 10 besteht, die einen Eisenkern 11 umhüllt und beispielsweise mittels Gewinde ebenfalls in der Bodenplatte 4 gehalten ist. Das Auffanggefäß 6 ist innerhalb der Bodenplatte 4 mittels eines etwa den Außenmaßen des Auffanggefäßes 6 entsprechenden Querkanals 12 vom Permanentmagneten 7 weg auf eine zur Induktionsspule 9 konzentrische Position zu verschieben. Für die Verschiebebewegung ist als Stellglied hier ein aufspulbarer Draht 13 angenommen, der beidseits des Auffanggefäßes 6 befestigt ist und an den Stirnseiten des Querkanals 12 über Stopfbuchsen 14 auf je eine motorgetriebene Aufwickelspule 15 läuft. Ein nicht näher dargestelltes elektrisches Umschaltsystem für den Einschaltwechsel von den Aufwickelspulen 15 auf ein Anzeige- oder Signalgerät 16 ist vorzugsweise so ausgestaltet, daß beim Meßbefehl das Auffanggefäß 6 vom Permanentmagneten 7 weg bis stirnseitig über die Induktionsspule 9 gefahren wird, ehe die Meßspannung von der Spannungsquelle 17 über nicht im einzelnen gezeigte Schalter usw. die Messung freigibt. Die Meßinduktionsspule 9 liegt im einen Seitenteil eines Brückenschaltungsdreieckes, dessen anderes Seitenteil eine außenliegende Kompensationsspule 18 ist, deren Ausgang ebenso wie der Ausgang der Induktionsspule 9 an je einem Ende eines Abgleichschiebewiderstandes 19 angeschlossen ist, der parallel zum Anzeige- und Signalgerät 16 liegt und dessen Schiebekontakt 20 mit dem anderen Pol der Spannungsquelle 17 verbunden ist.

Damit ist das intermittierende Messen des im Auffanggefäß 6 angesammelten Eisenschlammes 5 ohne Ablassen des Öles möglich, und es lassen sich mit Rechnerhilfe brauchbare Anhaltswerte für den Abnutzungsgrad bzw. die noch zu erhoffende Lebensdauer der Maschine bzw. für den Alterungsgrad des eingesetzten Öles. Nach jeder Messung kann zusätzlich auf beliebige Weise der angesammelte Eisenschlamm 5 aus dem Auffanggefäß 6 ausgespült werden, um eine Rückförderung in den Umlauf zu verhüten.

In Fig. 2 sind Permanentmagnet 7 und Meßinduktionsspule 9 an sich gleich wie in Fig. 1 angeordnet, jedoch nicht in einer Bodenplatte 4 des Maschinengehäuses 1, sondern in einem über dem Auffanggefäß 6 unten offenen Rohrleitungsabschnitt 21, der gleichzeitig als Querkanal 12 genutzt werden kann. Die Stopfbuchsen 14 für den Draht 13 bzw. eine entsprechende Stange liegen außerhalb je eines Rohranschlusses 22, 23, in denen Absperrhähne 24, 25 die Abtrennung des gesamten Rohrleitungsabschnittes 21 vom eigentlichen Ölumlauf im Maschinengehäuse 1 erlauben. Die Absperrhähne 24, 25 können gewünschtenfalls mittels Hubmagneten in eine elektrische Meßautomatik integriert sein. Einer der Absperrhähne 24 befindet sich unmittelbar unter dem Ölsammeltrichter 2 und der andere 25 vor einem von dort abzweigenden Umwälzölhauptstrom 26, der unter Umgehung des Absperrhahnes 25 direkt in eine Umwälzpumpe 27 mündet. Die Pumpe 27 fördert das Öl laufend über das Maschinengehäuse 1 bzw. den Ablauftrichter 2 im Kreis, und es kann ohne Betriebspause beliebig oft und beliebig lange eine vom Ölstrom ungestörte Kapazitätsmessung des Inhaltes an Eisenschlamm 5 im Auffanggefäß 6 bzw. dessen Reinigung erfolgen.

In Fig. 3 ist die Induktionsspule 9 mit der Isoliermasse 10 und dem Eisenkern 11 direkt unter den Ölablauftrichter 2 gesetzt, in welchem sich kein Auffanggefäß 6, sondern nur eine nichtmagnetisierbare Trennfolie 6A befindet. Unter derselben ist konzentrisch zur Induktionsspule 9 ein Eisenkern 11 angeordnet, der mit der Spule 9 einen senkrechten Elektromagneten bildet. Gemäß diesem Beispiel ist kein Auffanggefäß 6 und Stellglied 15 nötig und dient der Abscheidemagnet 3 nach entsprechender Umschaltung zur Messung nach gleichem Prinzip. Dazu ist es auch möglich, daß, statt nur einer, zwei konzentrisch ineinander gebaute, aber elektrisch trennbare Induktionsspulen 9 vorgesehen werden. Die Ölablaßschraube 3 kann auf diese Weise ohne größeren zusätzlichen Platzbedarf und Aufwand doppelt genutzt werden zum Abscheiden und mengenmäßigen Kontrollieren der Eisenschlammablagerungen.

Bezugszeichen

1 Maschinengehäuse

2 Ölsammeltrichter

3 Ölablaßschraube

4 Bodenplatte

5 Eisenschlamm

6 Auffanggefäß

6A Trennfolie

7 Permanentmagnet bzw. Magnetspule

8 Meßeinsatz

9 Meßinduktionsspule

10 Isoliermasse

11 Eisenkern von 9

12 Querkanal für 6

13 Draht

14 Stopfbuchse für 13

15 Aufwickelspule

16 Anzeige oder Signalgeber

17 Spannungsquelle

18 Kompensationsspule

19 Abgleichwiderstand

20 Schieber zu 19

21 Rohrabschnitt

22 Rohranschluß

23 Rohranschluß

24 Absperrhahn

25 Absperrhahn

26 Umwälzhauptstrom

27 Umwälzpumpe

28 Kolbenstellglied


Anspruch[de]
  1. 1. Schmierölreinigungseinrichtung mit einem integrierten Feststoffabscheider, der einen in einem Ölsammeltrichter (2) angeordneten Abscheidemagneten (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß derjenige Teil des Ölsammeltrichters (2) bzw. eines darin eingesetzten Auffanggefäßes (6), in welchem sich mit Hilfe des Abscheidemagneten (7) Eisenschlamm (5) aus dem Öl ablagert, dem Magnetfeld einer Meßinduktionsspule (9) aussetzbar ist,
    2. - welche über eine Meßeinrichtung (17, 18, 19, 20) mit einem Anzeige- oder Signalgerät (16) während einer Stromzufuhr aus einer Spannungsquelle (17) einen Meßwert erzeugt, der der abgelagerten Eisenschlammenge (5) entspricht, und
    3. - daß Vergleichsdatenspeicher und Betriebszeiten- Erfassungsgeräte sowie zugehörige Umwerter vorhanden sind, um mit dem Meßwert eine Lebensdauerprognose bzw. einen Inspektionstermin zu bestimmen.
  2. 2. Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß das Magnetfeld des Abscheidemagneten (7) selbst als Teil einer elektrischen Meßinduktionsspule (9) nutzbar ist und
    2. - daß damit über eine Meßeinrichtung (17, 18, 19, 20) mit einem Anzeige- oder Signalgerät (16) während einer Stromzufuhr aus einer Spannungsquelle (17) ein Meßwert erzeugt wird, der der abgelagerten Eisenschlammenge (5) entspricht, und
    3. - daß Vergleichsdatenspeicher und Betriebszeiten- Erfassungsgeräte sowie zugehörige Umwerter vorhanden sind, um mit dem Meßwert eine Lebensdauerprognose bzw. einen Inspektionstermin zu bestimmen.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß das Auffanggefäß (6) mittels eines Stellgliedes (15) aus dem Bereich des Abscheidemagneten (7) in den Bereich der Meßinduktionsspule (9) und umgekehrt verschiebbar ist,
    2. - wobei die beiden Bereiche magnetisch voneinander getrennt sind.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß der Abscheidemagnet (7) aus einem von einer Induktionsspule (9) umgebenen Eisenkern (11) besteht,
    2. - der mittels eines Stellgliedes (15) aus der Induktionsspule (9) und dem Bereich des Ölsammeltrichters (2) während eines Meßzustandes der Meßeinrichtung (16, 17, 18, 19, 20) herausziehbar ist.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abscheidemagnet (7) in einem Nebenstrom (21) eines Ölumlaufes liegt.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Ölsammeltrichters (2) und einer Leitungszusammenführung des Hauptstromes (26) mit dem Nebenstrom (21) je ein Absperrhahn (24 bzw. 25) vorgesehen ist.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß ein servobetätigbares Stellglied (15) für das Ein- und Ausschieben des Auffanggefäßes (6) bzw. des Eisenkernes (11) vorgesehen ist,
    2. - welches mit einem Schalter zur Betätigung des Anzeige- und Signalgerätes (16) zusammenwirkt.
  8. 8. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß die Meßinduktionsspule (9) der eine Teil einer Meßbrückenschaltung ist, deren anderer Teil eine Kompensationsspule (18) aufweist, und
    2. - daß deren Ausgangskontakte durch einen Abgleichwiderstand (19) mit darauf sitzendem Schieber (20) verbunden sind,
    3. - wobei deren Stromanzeige aufgrund der durch geänderte Feldlinien infolge des Eisenschlammes (5) ausgelösten Brückenverstimmung ein Maß für den Zuwachs an Ablagerung bzw. für den Abrieb in der Maschine (1) ist.
  9. 9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß eine Ölablaßschraube (3) mit dem Abscheidemagneten (7) und ein Meßeinsatz (8) in einer gemeinsamen Bodenplatte (4) eingelassen sind,
    2. - in welche ein von der Ölablaßschraube (3) zum Meßeinsatz (8) führender Querkanal (12) mit lichten Abmessungen entsprechend den Außenmaßen des Auffanggefäßes (6) eingearbeitet ist,
    3. - durch den ein beidseits am Auffanggefäß (6) befestigter Draht (13) verläuft, der an den beiden Stirnseiten des Querkanals (12) durch Stopfbuchsen (14) geführt auf Aufwickelspulen (15) gelangt,
    4. - bei deren Links- oder Rechtslauf das Auffanggefäß (6) in die jeweilige Position verfahren wird.
  10. 10. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ölsammeltrichter (2) und dem Eisenkern (11) des Abscheidemagneten (7) eine nichtmagnetisierbare Trennfolie (6A) öldicht gehaltert ist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com