Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fluidmengenmessung in Antrieben bzw. Geräten, mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Anspruchs 1. Eine solche Vorrichtung ist aus der
In den verschiedenen Teilen eines Antriebs oder eines Gerätes wird eine Vielzahl unterschiedlicher Fluide eingesetzt. Hierzu zählen vor allem Schmiermittel wie Motor- und Getriebeöle, aber auch Kühlmittel. Besondere Bedeutung für die verschleißarme Funktion des Antriebs kommt dabei der regelmäßigen Überprüfung der Füllmengen der Fluide zu. So werden beispielsweise Motorölmengen über einen Füllstandssensor in der Ölwanne erfasst. Die erfassten Werte werden entsprechend den Fahrzustandswerten des Fahrzeugs ausgewertet, wobei hierzu beispielsweise auf Messwerte aus den Steuergeräten des Antriebs oder sonstige geeignete Messtechnik zugegriffen wird. Für die Erfassung der jeweiligen Füllmengen, der auch eine besondere Bedeutung bei der Entwicklung und Erprobung von Antrieben zukommt, müssen bisher in der Regel durch einen entsprechend aufwändigen Umbau Sensoren, Kabeln und die zugehörige Messtechnik nachgerüstet bzw. angebracht werden.
Eine Erleichterung in der Handhabung bietet die in
Nachteilig an den vorgeschlagenen Vorrichtungen und Verfahren ist neben deren Bauaufwand, dass die gezeigten Vorrichtungen einen erheblichen Umbau am zu vermessenden Antrieb voraussetzen und eine Neigung des Antriebs bzw. Geräts während des Messvorganges unberücksichtigt bleibt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine kompakte Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine präzise Bestimmung des Fluidverbrauchs auch bei geneigtem Antrieb ermöglicht. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird bevorzugt eine kapazitive Ermittlung der betriebszustandsabhängigen Menge von Fluiden, z. B. der Schmlermittelmenge in wenigstens einem Antrieb oder Gerät vorgenommen, insbesondere auf volumetrischem Wege. Um diese Ermittlung auch bei einer Neigung des Antriebes durchführen zu können, ist wenigstens ein Sensor zur Erfassung der Querund/oder Längsneigung des Antriebs bzw. Geräts mit einer zugeordneten Mess-/Auswerteeinheit vorgesehen. Die dort erfassten Werte werden anschließend bei der Berechnung der Fluidmenge im Antrieb bzw. des Fluidverbrauchs während des Betriebs herangezogen. Bevorzugt ist der Sensor als Beschleunigungs- oder Winkelsensor ausgebildet und kann besonders platzsparend in der Vorrichtung untergebracht werden oder von einem außerhalb des Motors angebrachten Steuergerät bzw. Sensor (z. B. im Bremssystem) übernommen werden. Für die permanente Erfassung der Verbrauchswerte, beispielsweise zur Anpassung des Motormanagements, empfiehlt es sich, die Vorrichtung (oder Teile davon) dauerhaft mit dem Antrieb zu verbinden oder in diesen einzubauen.
Um eine kurzzeitige Messung, beispielsweise in Entwicklungs- und Erprobungsphasen oder bei der Wartung durchführen zu können, wird es als günstig angesehen, wenn die Vorrichtung lösbar mit dem Antrieb verbunden ist. Als besonders vorteilhaft erweist es sich dabei, wenn die Vorrichtung über eine Einlass- oder Ablassschraube für das Fluid, insbesondere eine Ölablassschraube, an den Antrieb koppelbar ist. Um eine Korrelation zwischen den Betriebsparametern des Antriebs und der Fluidmenge bzw. dem -verbrauch feststellen zu können, wird es als günstig angesehen, wenn die Vorrichtung mit der Antriebssteuerung, insbesondere dem Zündsignalgeber gekoppelt ist.
Neben der Erfassung der Quer- und/oder Längsneigung des Antriebs Ober geeignete Sensoren erweist es sich zur weiteren Erhöhung der Messgenauigkeit als vorteilhaft, wenn die Vorrichtung wenigstens einen zusätzlichen Sensor zur Erfassung physikalischer und/oder chemischer Parameter des Fluides, insbesondere des Druckes, der Temperatur und/oder der chemischen Zusammensetzung aufweist. In Abhängigkeit vom Versuchsdesign bzw. des Erfassungsziels ist es empfehlenswert, dass die Ermittlung der Fluidmenge und/oder die Erfassung der Quer- und/oder Längsneigung kontinuierlich und/oder zyklisch erfolgt. So wird beispielsweise in der Entwicklungs- oder Erprobungsphase eine kontinuierliche Erfassung der Werte erfolgen, während beim normalen Betrieb des Antriebs eine zyklische Messung der Werte zur Erkennung von Fehlern oder zur Warnung vor Fluidmengenmängeln o. dgl. ausreicht.
Um eine nachträgliche Auswertung der erfassten Werte durchführen zu können, wird es als günstig erachtet, wenn in der Vorrichtung eine Speichereinheit für die erfassten Werte vorgesehen ist. Bevorzugt weist die Vorrichtung eine der Speichereinheit kabellos oder kabelgebunden zuordenbare Anzeige- und/oder Auswerteeinheit für die erfassten Werte auf, so dass beispielsweise zur Ferndiagnose ein Auslesen der gespeicherten Werte aus der Speichereinheit problemlos durchgeführt werden kann. Bevorzugt wird dem Bediener dabei die Wahl überlassen, ob eine kontinuierliche oder nachträgliche Anzeige und/oder Auswertung der erfassten Werte durchgeführt werden soll. Auch hier ist der Einsatz der Vorrichtung ausschlaggebend. Während beispielsweise bei der Verwendung auf Motorprüfständen eine kontinuierliche Ausgabe der Werte günstig ist, genügt für die Auswertung der Parameter des Antriebs im routinemäßigen Einsatz eine nachträgliche Anzeige bzw. Auswertung der Werte. Zudem kann die Vorrichtung zusätzlich einen Sensor bzw. Detektor für die zurückgelegte Wegstrecke und/oder die Betriebsdauer aufweisen, ebenso kann die Mess-/Auswerteeinheit einen GPS- oder Galileo-Empfänger besitzen. Zudem können auch Umweltparameter wie Luftdruck, Luftfeuchtigkeit usw. detektiert werden.
Zur vereinfachten Messung der Parameter verfügt die Vorrichtung über wenigstens eine Wanne oder einen Behälter für das Fluid aus dem Antrieb bzw. Gerät. Um mit einer Vielzahl von zusätzlichen Mess- und/oder Erfassungsgeräten verbindbar zu sein, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Vorrichtung eine Vielzahl von Anschlüssen aufweist. Über diese Anschlüsse ist es zudem auch möglich, eine Vorrichtung parallel oder seriell mit mehreren Antrieben oder Geräten simultan zu verwenden.
Nachfolgend wird exemplarisch die Verwendung der Vorrichtung mit einem Verbrennungsmotor dargestellt. Denkbar ist auch die Verwendung mit ähnlichen Antrieben, Geräten oder Maschinen, beispielsweise Getrieben, Turbinen, Hydraulikpumpen. Ausgang der Ölverbrauchsmessung ist die sich in einem bestimmten Betriebszustand einstellende Füllstandshöhe des Öls in der Ölwanne des Motors. Diese Füllstandshöhe wird über ein Rohr oder einen Schlauch nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren an die Messvorrichtung weitergegeben. Dort kann der Füllstand nach dem gravimetrischen oder volumetrischen Messprinzip, aber auch per Mikrowellen, Ultraschall oder kapazitiv gemessen werden. Die Vorrichtung erfasst nun über geeignete Sensoren z. B. die Motordrehzahl und die Öltemperatur sowie über die Neigungssensoren zusätzlich die Winkellage der Vorrichtung und/oder der Ölwanne. Gegebenenfalls kann nun ein Abgleich der Werte mit den Werten eines definierten Betriebszustandes erfolgen. Um die Messungen durchführen zu können, werden zuvor entsprechende Kennlinien oder auch Kennfelder erstellt. Diese erlauben eine Zuordnung des ermittelten Ausgangsölniveaus und der Ölmenge im Motor. Um zu verhindern, dass durch das in die Vorrichtung eingeleitete Öl eine Änderung des Ölstandes erfolgt, wird eine entsprechende Ausgleichsölmenge nachgefüllt.
Um verschiedene Messungen vergleichen zu können, sollten die Betriebsparameter des Antriebs kontinuierlich erfasst werden. Hierzu gehört beispielsweise auch die Ermittlung des jeweiligen Drehzahlbereichs, die Öltemperaturdifferenz bei mehreren Messungen sowie die über die Sensoren ausgelesene Winkellage (Quer- und Längsneigung) des Antriebs bzw. des diesen Antrieb umfassenden Systems. Die Erfassung der relevanten Werte erfolgt dabei über die Motorensteuerung und/oder zusätzliche am Antrieb oder der Vorrichtung vorgesehene Sensoren oder Messfühler. Im Versuchs- oder Entwicklungsbetrieb können aufgrund von vorab festgelegten Kennlinien und -feldern in verschiedenen Messungen als zulässig definierte Betriebszustände erfasst und erprobt werden. Es wird hierbei zunächst das Ölniveau gemessen, das sich in der Messeinheit vor Messbeginn einstellt. Nach oder während den zu überprüfenden Fahrzyklen wird das Ölniveau erneut gemessen. Den beiden Ölniveaus wird jeweils eine Ölmenge zugeordnet. Aus der Differenz der gemessenen Werte ergibt sich anschließend der Ölverbrauch.
Die jeweiligen Betriebszustände sollten auch über eine definierte Zeit konstant angefahren werden. Dabei wird auch die Zeit und/oder die zurückgelegte Strecke aufgezeichnet. Während der Versuchsdurchführung bzw. der Überprüfung können die zyklisch oder kontinuierlich erfassten Werte direkt oder nach Korrelation mit weiteren Parametern über eine Anzeige angezeigt werden. Die Öl- oder Fluidverbrauchsmessung kann nicht nur in Straßenfahrzeuge angewandt werden, sondern eignet sich u.a. auch für Schienenfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, Fluggeräte/ Flugzeuge und mobile Arbeitsgeräte. Desweiteren ist auch der Einsatz im stationären Bereich, u.a. in Produktionsmaschinen, Maschinen auf Prüfständen, Wärmekraftmaschinen usw. möglich, wobei es zum Vergleich mehrerer Messungen wichtig ist, auf eine einfache Art und Weise die jeweiligen Fluidmengen festzustellen.
Beim Vergleich von zwei oder mehr Antriebseinheiten können diese an die gleiche oder an parallel angeordnete Vorrichtung(en) angeschlossen werden. Befindet sich nun jeweils die gleiche Fluidmenge in zwei gleich aufgebauten Geräten, so muss sich in dem gleichen Betriebszustand jeweils das gleiche Ölniveau in der Vorrichtung bzw. in dem Teil, beispielsweise einer Wanne oder einem geschlossenen Behälter, in dem die Messung durchgeführt wird, einstellen. Ist das nicht der Fall, kann von Bauteiltoleranzen/Bauteilschäden ausgegangen werden. Hiermit kann zum Beispiel überprüft werden, ob an Prüfständen oder Fahrzeugen bei gleichen Motoren das gleiche Motorenöl bzw. die gleiche Ölmenge eingefüllt wurde.
Weitere Vorteile, Merkmale und Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, jedoch nicht beschränkender Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen. Es zeigt:
Die Verbindung zur Auswerteeinheit 2 kann direkt über einen Schlauch 4 oder aber indirekt über einen Behälter 7 erfolgen. An den Behälter 7 ist eine Rücklaufleitung 4' angeschlossen, in die ein Ausgleichsgefäß 11 eingebaut sein kann, insbesondere bei höheren Gasanteilen im Fluid. Die Mess-/Auswerteeinheit 2 bietet die Möglichkeit, zu überprüfen, ob sich bei gleich aufgebauten Antrieben 1, gleichen Ölmengen sowie bei gleichen Betriebszuständen das gleiche Ölniveau in der Mess-/Auswerteeinheit 2 messen lässt und dient dabei der Qualitätskontrolle und zur Messung der Fertigungsstreuung. Mit der dargestellten Vorrichtung 10 ist ein Umbau des Antriebs 1 nicht notwendig. Die Mess-/Auswerteeinheit 2 kann direkt über einen Ein- bzw. Auslass 6 des Antriebs 1, z. B. eine Olablassschraube, angeschlossen werden. Die Anbindung kann aber auch über andere Anschlüsse 8 erfolgen, die einen direkten oder indirekten Fluidaustausch oder die Signalweitergabe, wie z. B. die Weitergabe des Drucks, erlauben. Durch die Möglichkeit zur Messung und gleichzeitigen Auswertung der gemessenen Werte ist die Mess-/Auswerteeinheit 2 in vielen - auch nicht mit entsprechender Sensorik ausgestatteten - Antrieben 1 einsetzbar und eignet sich auch zur Verwendung in Werkstätten oder für mobile Messungen.
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