DE102011104271B3 - Method for monitoring quality and aging of lubricants by dissipation factor measurements for e.g. aircraft, involves utilizing differences between dissipation factors in unused and aged states of lubricants for rating of state changes - Google Patents
Method for monitoring quality and aging of lubricants by dissipation factor measurements for e.g. aircraft, involves utilizing differences between dissipation factors in unused and aged states of lubricants for rating of state changes Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung der Qualität und der Alterung von Schmierstoffen mit Hilfe von Verlustfaktormessungen.The present invention relates to a method and apparatus for monitoring the quality and aging of lubricants using loss factor measurements.
Die Qualität und die Alterung von Schmierstoffen sind im Anlagen- und Maschinenbau sowie in der Fahr- und Flugzeugtechnik, in der Schiffstechnik und sonstiger zu schmierenden Baukomponenten wesentliche Einflussgrößen für die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit. Eine noch größere Bedeutung hat die Sicherheit bei der gesamten Antriebstechnik.The quality and the aging of lubricants are significant influencing factors for availability and reliability in plant construction and mechanical engineering, as well as in driving and aircraft technology, marine engineering and other components to be lubricated. Even more important is the safety of the entire drive technology.
In diesem Zusammenhang sind öllösliche Wirkstoffe, wie Additive für Mineralöle, Mineralölprodukte oder synthetische Öle anzuführen, um die physikalischen und chemischen Eigenschaften und damit die Schmierwirkung zu verbessern und die Alterungseinwirkung zu minimieren. Dennoch altern Schmierstoffe und Schmieröle durch thermische Einwirkung, Oxidation sowie Feuchtigkeitseinwirkung.In this context, oil-soluble active ingredients such as additives for mineral oils, mineral oil products or synthetic oils should be mentioned in order to improve the physical and chemical properties and thus the lubricating effect and to minimize the effects of aging. Nevertheless, lubricants and lubricating oils age by thermal action, oxidation and moisture.
Es ist bekannt, dass die Ölqualität mit Resonanz- und Oszillatorschaltungen, die mit Resonanzfrequenzen zwischen 10 MHz und 300 MHz arbeiten, durchgeführt werden (
Es sind des Weiteren bekannt, Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung der Qualität von Schmieröl mittels Ionenmobilitätsspektroskopie (
Außerdem ist bekannt ein Verfahren zur Diagnose der dielektrischen Alterung von Einzelkomponenten von elektrischen Anlagen und Geräten mittels Verlustfaktormessungen mit Frequenzen kleiner als die Frequenz der öffentlichen, elektrischen Versorgungssysteme (
Darüber hinaus sind bekannt, Verlustfaktor-Messmethoden für elektrische Isolierstoffe mittels Schering-Brückenschaltungen oder computerbasierte Messsysteme, die nach dem Prinzip einer vektoriellen Impedanzmessung arbeiten /4/.Moreover, loss factor measurement methods for electrical insulating materials by means of Schering bridge circuits or computer-based measuring systems which operate on the principle of a vector impedance measurement are known / 4 /.
Außerdem ist bekannt, dass Verlustfaktormessungen mit Mittelspannung an elektrischen Materialien von Generatorstäben sowohl mit der Schering-Brücke als auch mit der computerbasierten Verlustfaktormessung durchgeführt wurden /5/.In addition, it is known that medium-voltage loss factor measurements were made on electric materials from generator bars both with the Schering bridge and with the computer-based loss factor measurement / 5 /.
Des Weiteren sind bekannt ein Verfahren zur Herstellung von dielektrischen Kabelimprägnierölen und Verlustfaktormessungen an diesen Ölen zur Überprüfung und Optimierung der Anwendbarkeit (
Der in den Patentansprüchen angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Überwachung der Qualität und des Alterungszustands von Schmierstoffen mit Hilfe von Verlustfaktormessungen im Anlagen- und Maschinenbau sowie in zu schmierenden Antriebssystemen empfindlich und kostengünstig online mit und ohne Fernabfrage sowie offline durchzuführen, um von zeitgeplanten Schmierstoff-Wechselintervallen zu zustandsabhängigen Schmierstoff-Wechselintervallen überzugehen oder wenn notwendig, aus Sicherheitsgründen Abschaltungen vorzunehmen.The indicated in the claims invention is based on the problem of monitoring the quality and aging of lubricants with the help of loss factor measurements in plant and machinery and in lubricating drive systems sensitive and cost-effective online with and without remote access and offline to perform time-scheduled lubricant Change intervals to state-dependent lubricant change intervals or if necessary, for safety reasons shutdowns.
Dieses Problem wird durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale gelöst.This problem is solved by the features specified in the claims.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass an Stelle von Resonanz- und Oszillatorschaltungen (Frequenzbereich 10 MHz bis 300 MHz) mit Schering-Brückenschaltungen oder computerbasierten Messsystemen, die nach dem Prinzip einer vektoriellen Impedanzmessung im Frequenzbereichen von 1 Hz bis 10 kHz arbeiten, gemessen wird.The advantages achieved by the invention are in particular that, instead of resonant and oscillator circuits (
Bei Resonanz- und Oszillatorschaltungen liegen die Verlustfaktoren (bei 50°C Öltemperatur), d. h. die Messunterschiede zwischen neuen und sehr stark gealterten Schmierölen bei 26% (Erniedrigung)/1/, d. h. es ergibt für die Auswertung einen Änderungsfaktor (Multiplikationsfaktor) von 0,74. Bei höheren Temperaturen bis 120°C wird dieser entsprechende Faktor noch ungünstiger.For resonance and oscillator circuits, the loss factors (at 50 ° C oil temperature), d. H. the measurement differences between new and very aged lubricating oils at 26% (decrease) / 1 /, d. H. it gives a change factor (multiplication factor) of 0.74 for the evaluation. At higher temperatures up to 120 ° C this factor becomes even less favorable.
Dem Erfinder liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass durch den niedrigeren Frequenzbereich von 1 Hz bis 10 kHz die Dipole, Ionen und Ladungsträger sowohl in ungebrauchten (neuen) als auch vor allem in gealterten Schmierstoffen besser dem anliegenden elektrischen Feld folgen können. Dadurch werden die Verlustfaktorwerte, wesentlich erhöht. Wie im Ausführungsbeispiel beschrieben, ergeben sich vorteilhafter Weise bei 50°C Öltemperatur zwischen neuen und sehr stark gealterten Schmierölen für die entsprechender Messunterschiede der Verlustfaktoren ein Änderungsfaktor von 7,1 (Erhöhung). Bei höheren Öltemperaturen liegen die entsprechenden Änderungsfaktoren noch höher.The inventor is based on the finding that due to the lower frequency range of 1 Hz to 10 kHz, the dipoles, ions and charge carriers can better follow the applied electric field both in unused (new) and especially in aged lubricants. This significantly increases the loss factor values. As described in the embodiment, resulting advantageously at 50 ° C oil temperature between new and very heavily aged lubricating oils for the corresponding measurement differences in the loss factors, a change factor of 7.1 (increase). At higher oil temperatures, the corresponding change factors are even higher.
Damit werden die Qualität und die Alterung von Schmierstoffen in Anlagen, in Maschinen und Baugruppen, in Motoren sowie in Fahr- und Flugzeugen, in Schiffsantrieben und in Windkraftanlagen empfindlicher und damit genauer messbar. Das bedeutet, dass die Einflüsse auf das Qualitätsniveau und den Alterungsgrad durch chemische und physikalische Reaktionen, hervorgerufen durch Wärme, Feuchtigkeit, Säuregehalt, Fremdpartikel, Oxydation, sowie die Einflüsse von Additiven, Crackprodukten und Katalysatoren messtechnisch genauer erfasst und bewertet werden können. This makes the quality and aging of lubricants in plants, in machines and assemblies, in engines, as well as in vehicles and aircraft, in marine propulsion systems and in wind turbines more sensitive and thus more accurately measurable. This means that the influences on the quality level and the degree of aging due to chemical and physical reactions, caused by heat, moisture, acidity, foreign particles, oxidation, as well as the influences of additives, cracking products and catalysts, can be more accurately recorded and evaluated.
Damit ist es möglich, von zeitgeplanten Schmierstoff Wechselintervallen zu zustandsorientierten Schmierstoff-Wechselintervallen überzugehen.This makes it possible to move from time-planned lubricant change intervals to state-oriented lubricant change intervals.
Außerdem sind mittels Schering-Brückenschaltungen oder computergestützten Messsystemen mit Hilfe der von kapazitiven Sonden und Temperatursensoren Messungen vor Ort im Onlinebetrieb mit oder ohne Fernabfrage mit geringem technischem und finanziellem Aufwand durchführbar.In addition, by means of Schering bridge circuits or computer-aided measuring systems with the help of capacitive probes and temperature sensors on-site measurements can be carried out with or without remote access with little technical and financial effort.
Die Figuren zeigen:The figures show:
- U
- Prüfwechselspannung
- R
- Referenzzweig
- M
- Messzweig
- C0
- Referenzkapazität
- Cx
- Prüflingskapazität
- S0
- Stromsensor
- Sx
- Stromsensor
- T
- Temperatursensor
- LWL
- Lichtwellenleiter
- DSP
- digitaler Signalprozessor
- U
- test voltage
- R
- reference branch
- M
- measuring branch
- C 0
- reference capacity
- C x
- Prüflingskapazität
- S 0
- current sensor
- S x
- current sensor
- T
- temperature sensor
- LWL
- optical fiber
- DSP
- digital signal processor
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgendem näher beschrieben. Schering-Brückenschaltungen bestehen aus Kapazitäten und Widerständen und bilden eine Wechselstrombrücke. Die zu bedienenden Abgleichelemente sind in einem geerdeten, separaten Gehäuse untergebracht. Der Prüfling und ein möglichst verlustfreier Vergeichskondensator liegen an der Prüfspannung. Mit Hilfe der Abgleichelemente und eines Nullindikators wird der Abgleich der Brücke vorgenommen.An embodiment of the invention will be described in more detail below. Schering bridge circuits consist of capacitors and resistors and form an AC bridge. The adjustment elements to be operated are housed in a grounded, separate housing. The test object and a lossless Vergeichskondensator are at the test voltage. Using the adjustment elements and a zero indicator, the bridge is adjusted.
Eine entsprechende Weiterentwicklung, die hier vorzugsweise angewendet wird, ist die computerbasierte Verlustfaktormessung (
Hierbei sind T die Periodendauer jeweils für das Referenz- und Messsignal und t die laufende Zeitkoordinate. Der Verlustfaktor tan δ des Prüfobjekts setzt sich zusammen aus den Anteilen, der Leitverluste und der Polarisationsverluste:
Diese sind maßgebend für die Qualität und die Alterung von Schmierstoffen.These are decisive for the quality and aging of lubricants.
Verlustfaktorwerte von Schmierölen werden mit Hilfe von Sonden, die als Zylinder- oder Topfkondensatoren im Frequenzbereich von 1 Hz bis 10 kHz gemessen. Im Ausführungsbeispiel wurden die Verlusffaktorwerte, vorzugsweise mit den Parametern, 100 Hz und 100 V ermittelt. Dabei wird die Öltemperatur über einen Temperatursensor (T) gemessen (
Im
In
Der Unterschied bei einer Öltemperatur von 100°C zwischen dem gemessenen Verlustfaktor 4,5 im Neuzustand und dem gemessenen Verlustfaktor 65 im sehr stark gealterten Zustand ergibt einen Erhöhungsfaktor von 14 (
Das bedeutet, dass das in dieser Erfindung beschriebene Messverfahren eine sehr hohe Messempfindlichkeit besitzt und somit unterschiedliche Qualitäts- und Alterungszustände sehr gut praxisgerecht zu ermitteln sind.This means that the measuring method described in this invention has a very high measuring sensitivity and thus different quality and aging conditions can be determined very well in practice.
Literaturverzeichnisbibliography
-
/1/
/1/DE 698 10 288 T2 DE 698 10 288 T2 -
/2/
/ 2 /EP 1 387 165 A1 EP 1 387 165 A1 -
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/ 6 /DE 1 050 48 216 B DE 1 050 48 216 B
Claims (13)
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2011
- 2011-06-15 DE DE201110104271 patent/DE102011104271B3/en active Active
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