DE3933973A1

DE3933973A1 - Measuring lubrication capability of lubricant, esp. for vehicle - by measuring pressure on two surfaces moved w.r.t. each other with test substance between them

Info

Publication number: DE3933973A1
Application number: DE19893933973
Authority: DE
Inventors: Hans-Ulrich Augustin
Original assignee: AUGUSTIN HANS ULRICH
Current assignee: AUGUSTIN HANS ULRICH
Priority date: 1989-10-11
Filing date: 1989-10-11
Publication date: 1991-04-18

Abstract

Two surfaces are moved relative to each other between which the material under investigation is arranged. The resulting pressure is then measured. The pressure with which the two surfaces are held together is also measured. The change can be measured in the rotation rate of a plate, ring or belt moistened with the substance and held against a surface whilst rotating. ADVANTAGE - Direct measurement of lubrication capability is achieved, enabling timely lubricant replacement.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Meßvorrich tung zur Überwachung des Zustandes von Schmiermitteln, insbeson dere für Kraftfahrzeuge, und der Viskosität von Flüssigkeiten.The invention relates to a method and a measuring device device for monitoring the condition of lubricants, in particular for motor vehicles, and the viscosity of liquids.

Die Schmierfähigkeit eines Schmiermittels, beispielsweise Motoröl, kann vom Fahrer eines Kraftfahrzeuges nur mittels Ölthermometer und Öldruckmesser geschätzt werden. Aus diesen beiden Komponenten sollen Rückschlüsse auf die Schmierfähigkeit des Schmiermittels gezogen werden, wobei das Alter des Schmiermittels einen erheb lichen Einfluß auf dessen Qualität und Zuverlässigkeit hat. Eine Einschätzung der Schmierfähigkeit des Schmiermittels über die Tem peratur kann daher nur sehr beschränkt zuverlässig sein. Gerade die Schmierfähigkeit des Schmiermittels ist aber eine für Hoch leistungsmotoren sehr wichtige Eigenschaft.The lubricity of a lubricant, for example engine oil, can only be done by the driver of a motor vehicle using an oil thermometer and oil pressure gauges are estimated. From these two components are intended to draw conclusions about the lubricity of the lubricant be pulled, the age of the lubricant a significant influence on its quality and reliability. A Assessment of the lubricity of the lubricant via the tem temperature can therefore only be reliable to a very limited extent. Just however, the lubricity of the lubricant is one for high Power engines very important property.

Weil die tatsächliche Schmierfähigkeit bislang nicht zuverlässig vom Betreiber eines Kraftfahrzeuges geprüft werden konnte, können von Motorenherstellern nur Normintervalle angegeben werden, in denen die Schmierfähigkeit des Schmiermittels theoretisch aus reichend geblieben sein sollte. Dies ist jedoch nur eine theore tische Schätzung und kann bislang in der Praxis nicht ständig oder einfach überprüft werden.Because the actual lubricity has so far not been reliable could be checked by the operator of a motor vehicle only standard intervals are specified by engine manufacturers, in which the lubricity of the lubricant theoretically should have remained sufficient. However, this is only a theory tic estimate and so far not in practice or just be checked.

Um den Zeitpunkt eines notwendigen Wechsels des Schmiermittels besser einschätzen und die Motorbelastung dem Zustand des Schmier mittels anpassen zu können, was insbesondere bei Hochleistungs motoren sehr wichtig ist, hat diese Erfindung zur Aufgabe, eine weitere Meß- und Anzeigevorrichtung zu schaffen, mit der die Schmierfähigkeit des Schmiermittels direkt bestimmt werden kann.At the time of a necessary change of the lubricant better estimate and the engine load the condition of the lubrication to be able to adjust what is particularly important for high performance motor is very important, this invention has the task of a to create further measuring and display device with which the Lubricity of the lubricant can be determined directly.

Erreicht ist dieses Ziel dadurch, daß die erfindunsgemäße Meßein richtung gegeneinander bewegbare Teile aufweist, die vom Schmier mittel umgeben aufeinandergepreßt und gegeneinander bewegt werden. Die Gleitreibung erzeugt dabei eine Schubspannung in Bewegungs richtung, die von der Schmierfähigkeit des zwischen den Lauf flächen befindlichen Schmiermittels abhängt. Die Messung dieser Schubspannung in Bewegungsrichtung mittels eines Drucksensors gibt daher einen direkten Rückschluß auf die Gleitfähigkeit des Schmiermittels.This goal is achieved in that the measurement according to the invention Direction has mutually movable parts from the lubrication medium are pressed together and moved against each other. The sliding friction creates a shear stress in motion direction that depends on the lubricity of between the barrel surface lubricant. Measuring this Shear stress in the direction of movement by means of a pressure sensor therefore a direct conclusion on the lubricity of the Lubricant.

In einem ersten, einfachen Ausführungsbeispiel weist die Meßein richtung einen offenen Zylinder auf, in dem ein Kolben hin- und herbewegt werden kann, wobei zwischen die Kolben- und die Zylin derwand Schmiermittel gelangt oder hineingepreßt wird. Die Abhän gigkeit von der Frequenz der Bewegung treten bei jeder Hin- oder Herbewegung des Kolbens Druckwerte auf, die mit einem Drucksensor gemessen werden können. Der Drucksensor kann im Antriebssystem, zwischen dem Kolben und dem antreibenden Arm angebracht sein oder in der Halterung des Zylinders. In a first, simple embodiment, the measuring unit has towards an open cylinder in which a piston reciprocates can be moved, between the piston and the cylinder derwand lubricant gets or is pressed into it. The dependents Freedom from the frequency of the movement occur with each outward or forward Movement of the piston to pressure values with a pressure sensor can be measured. The pressure sensor in the drive system, between the piston and the driving arm or in the holder of the cylinder.

Bei ständigem Antrieb wird der Kolben im Zylinder hin- und herbe wegt, wobei die Amplitude der Bewegung festgelegt ist und sich die Geschwindigkeit der Bewegung mit der Frequenz, beispielsweise der Motordrehzahl, ändert. Dabei treten maximale Druckwerte auf, die in Abhängigkeit von der Kolbengeschwindigkeit bzw. Motordrehzahl ein Maß für die Gleitfähigkeit des Schmiermittels ist. Diese kann jedoch auch aus der Änderung der Antriebsgeschwindigkeit des Kolbens ermittelt werden.With constant drive, the piston reciprocates in the cylinder moves, the amplitude of the movement is fixed and the Speed of movement with frequency, for example the Engine speed changes. Here, maximum pressure values occur that depending on the piston speed or engine speed is a measure of the lubricity of the lubricant. This can however also from the change in the drive speed of the Pistons can be determined.

Diese erste Ausführungsform eignet sich insbesondere auch zum Messen der Schmierfähigkeit mit nur einer einzigen Messung, bei der auf den Kolben Druck ausgeübt wird. Durch diesen Druck wird der Kolben in Bewegung gesetzt. Die durch einen bestimmten Druck erzeugte Bewegung erzeugt einen Abfall des mechanischen Druckes am Kolben:This first embodiment is also particularly suitable for Measuring the lubricity with just one measurement, at pressure on the piston. This pressure will the piston is set in motion. By a certain pressure generated movement produces a drop in mechanical pressure on Piston:

Bei manueller Bedienung kann durch eine vorgespannte Feder, die zur Messung ausgelöst wird, auf den Kolben ein wohldefinierter Druck ausgeübt werden. Dieser Druck wird gemessen und dient als Eichdruck. Wird die Feder ausgelöst, so kann sie sich über die Bewegung des von ihr angetriebenen Kolbens entspannen. Je schneller der Kolben läuft, desto größer ist der Druckabfall. Die Laufgeschwindigkeit des Kolbens ist bei sonst gleichen Verhält nissen ein Maß für die Schmierfähigkeit des Schmiermittels, und diese wird über den Druckabfall ermittelt und auf einer optischen Anzeigeeinrichtung angezeigt.With manual operation, a is triggered for measurement, a well-defined on the piston Pressure is exerted. This pressure is measured and serves as Calibration pressure. If the spring is triggered, it can over the Relax movement of the piston driven by it. Each the faster the piston runs, the greater the pressure drop. The The running speed of the piston is otherwise the same a measure of the lubricity of the lubricant, and this is determined via the pressure drop and on an optical Display device displayed.

Diese erste Ausführungsform als Kolben und Zylinder kann sich jedoch im Dauerbetrieb wegen des Verschleißes, durch den sich der Abstand zwischen Kolben- und Zylinderwand ändert, als nach teilig erweisen.This first embodiment as a piston and cylinder can be however in continuous operation due to the wear and tear caused by the distance between the piston and cylinder walls changes as after prove in part.

Daher sind in einer zweiten, erfindungsgemäßen Ausführungsform zwei Teile vorgesehen, die gegeneinander bewegt werden können, wobei die Lauffläche ebenfalls vom Schmiermittel umspült ist. Bei dieser Ausführungsform wird jedoch eine Fläche durch einen zur Fläche senkrechten Druck gegen die andere gepreßt, während die beiden Teile bzw. Flächen gegeneinander bewegt werden. Das Auf einanderpressen kann durch einen Stempel bzw. Federstempel vorge nommen werden. Der Anpreßdruck senkrecht zur Lauffläche kann ent weder durch einen am Stempel angebrachten Drucksensor gemessen werden, oder das anzupressende Teil der Einrichtung wird in unter Druck geschmierten Motoren durch den Schmiermitteldruck angepreßt, wobei der Schmiermitteldruck den Anpreßdruck ergibt.Therefore, in a second embodiment according to the invention two parts are provided that can be moved against each other, the lubricant also flows around the tread. At In this embodiment, however, a surface is replaced by a surface Surface vertical pressure pressed against the other while the both parts or surfaces are moved against each other. The up can press against each other by a stamp or spring stamp be taken. The contact pressure perpendicular to the tread can ent neither measured by a pressure sensor attached to the stamp be, or the part of the facility to be pressed is in below Pressure lubricated engines pressed by the lubricant pressure, the lubricant pressure gives the contact pressure.

Der senkrecht zur Lauffläche gemessene Anpreßdruck ist der Refe renzwert für die bei der Bewegung auftretende Schubspannung. Wird nämlich die zweite Fläche auf einem Schmierfilm gegen die erste bewegt, so entsteht aufgrund der Gleitreibung eine Schubspannung in Bewegungsrichtung, die mit einem zweiten Druckelement gemessen werden kann. Dieser Druck in Bewegungsrichtung ist in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Bewegung zu messen und ist unter Berücksichtigung des ebenfalls gemessenen Anpreßdruckes ein Maß für die Schmierfähigkeit des Schmiermittels. The contact pressure measured perpendicular to the tread is the Refe limit value for the shear stress occurring during the movement. Becomes namely the second surface on a lubricating film against the first moved, a shear stress arises due to the sliding friction in the direction of movement, measured with a second pressure element can be. This pressure in the direction of movement is dependent to measure from the speed of movement and is under Taking into account the contact pressure, also measured, a measure for the lubricity of the lubricant.

Zur Beurteilung der Schmierfähigkeit sind also drei Größen zu messen: Die Geschwindigkeit der Bewegung, der durch die Schubspan nung auftretende Druck in Bewegungsrichtung und der Anpreßdruck zwischen den beiden Flächen, wobei davon ausgegangen wird, daß sich die Größe der Flächen und deren Beschaffenheit nicht ändern.There are three sizes for assessing the lubricity measure: The speed of movement through the shear pressure occurring in the direction of movement and the contact pressure between the two surfaces, assuming that the size of the surfaces and their properties do not change.

In einem ersten Ausführungsbeispiel zu der erfindungsgemäßen Meß einrichtung wird ein Stempel auf einer schmiermittelumspülten Fläche bewegt, wobei die bei der Bewegung auftretende maximale Geschwindigkeit der Bewegung bekannt ist. Bei gleichem Anpreßdruck senkrecht zur Lauffläche ist dann die maximale Schubspannung in Bewegungsrichtung ein Maß für die Schmierfähigkeit, wobei ein erster Drucksensor den Druck mißt, mit dem der Stempel gegen die Fläche gepreßt wird, und ein zweiter Drucksensor im Antriebssystem die Schubspannung als den bei der Bewegung auftretenden Druck in Bewegungsrichtung.In a first embodiment of the measurement according to the invention device is stamped on a lubricant Area moved, the maximum occurring during the movement Speed of movement is known. With the same contact pressure the maximum shear stress is then perpendicular to the tread Direction of movement a measure of lubricity, being a first pressure sensor measures the pressure with which the stamp against the Surface is pressed, and a second pressure sensor in the drive system the shear stress as the pressure occurring during the movement in Direction of movement.

Die Ausführung einer Hin- und Herbewegung der einen Fläche auf der anderen, beispielsweise eines Stempels auf einer Fläche, bedingt jedoch wechselnde Geschwindigkeiten und wechselnde Schubspannungen und damit ungünstige Meßbedingungen, solange die Bewegung nicht kreisförmig ist. Dieses Problem wurde in einem weiteren, erfin dungsgemäßen Ausführungsbeispiel gelöst, bei dem die Gegenfläche unter dem Stempel eine Endlosbewegung ausführt. Execution of a back and forth movement of the one surface on the other, for example a stamp on one surface however changing speeds and changing shear stresses and therefore unfavorable measuring conditions as long as the movement does not is circular. This problem was invented in another one solved inventive embodiment in which the counter surface makes an endless movement under the stamp.

In dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform drückt im einfachsten Falle der Stempel mit den Drucksensoren für die Schubspannung und den Anpreßdruck entweder gegen eine rotierende Scheibe oder einen rotierenden Ring oder gegen ein unter dem Stempel durchlaufendes Endlosband, wobei das Band gegenüber Ring und Scheibe den Vorteil einer großen Raumersparnis bringt. Diese Ausführungsformen haben den Vorteil, daß die Durchlaufgeschwindigkeit der Fläche unter dem Stempel konstant ist bzw. leicht konstant gehalten werden kann. Außerdem bieten diese Ausführungsformen den Vorteil, daß die um laufenden Flächenträger Ring, Scheibe oder Band zwischen zwei Um läufen gekühlt werden können, so daß die Reibungswärme einen weniger großen Einfluß auf das Meßergebnis hat und besser mit einem Schmiermittelfilm zu versehen sind.In this embodiment of the invention presses in the simplest Trap the stamp with the pressure sensors for the shear stress and the contact pressure either against a rotating disc or against rotating ring or against a continuous one under the stamp Endless belt, which has the advantage over ring and disc saves a lot of space. Have these embodiments the advantage that the throughput speed of the area under the Stamp is constant or can easily be kept constant. In addition, these embodiments offer the advantage that the order running surface support ring, disc or band between two um Runs can be cooled so that the frictional heat less influence on the measurement result and better with must be provided with a film of lubricant.

Die von der Schmierfähigkeit des Schmiermittels abhängende Schub spannung kann entweder direkt durch Drucksensor gemessen werden oder indirekt durch die Änderung der Geschwindigkeit oder Beschleunigung, wenn ein bewegtes Teil der Einrichtung mit der schmiermittelbenetzten Lauffläche gegen das in Ruhe befindliche gepreßt wird. Die in diesem Falle auftretenden Bremskräfte können durch die Messung der Änderung der Geschwindigkeit gemessen werden. Die Relativgeschwindigkeit der bewegten Fläche muß bei der Messung genau bekannt sein und sollte daher, beispielsweise bei einer rotierenden Fläche durch einen elektrischen Kontakt und Bestimmung der Frequenz, ebenfalls gemessen werden. Wird der mit einer bekannten Geschwindigkeit umlaufende Teil mit einem zu bestimmenden oder bekannten Anpreßdruck, beispielsweise dem Öl druck, gegen den festen Teil gepreßt, so ist die auftretende Ände rung der Umlaufgeschwindigkeit oder die Verzögerung der Beschleu nigung ein Maß für die Schmierfähigkeit des Schmiermittels oder der Viskosität der Flüssigkeit. Die Bestimmung der Umlaufgeschwin digkeit der Scheibe, des Ringes oder des Bandes beispielsweise durch elektrische Kontakte, die abgegriffen werden und bei jedem Umlauf ein Signal geben, kann zu einer Steuerung des Antriebs systems benutzt werden, so daß unter allen Umständen stets die gleiche Umlaufgeschwindigkeit gegeben ist oder die Änderung der Umlaufgeschwindigkeit beim Anpressen der Gegenlauffläche genau bestimmt werden kann.The thrust depending on the lubricity of the lubricant voltage can either be measured directly by the pressure sensor or indirectly by changing the speed or Acceleration when a moving part of the device with the lubricated tread against the one at rest is pressed. The braking forces occurring in this case can measured by measuring the change in speed will. The relative speed of the moving surface must at Measurement should be known exactly and should therefore, for example at a rotating surface through an electrical contact and Determination of the frequency, also to be measured. Will the with a known speed rotating part with a determining or known contact pressure, for example the oil pressure, pressed against the fixed part, is the change that occurs or the deceleration of the acceleration a measure of the lubricity of the lubricant or the viscosity of the liquid. The determination of the orbital speed the disc, the ring or the band, for example through electrical contacts that are tapped and at everyone Circulation can give a signal to control the drive systems are used so that under all circumstances the same rotational speed is given or the change in Circulation speed exactly when pressing the counter surface can be determined.

Um bei einem Stempel in der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowohl den Anpreßdruck als auch den bei Bewegung durch Gleitreibung auf tretenden Druck messen zu können, kann der erfindungsgemäße Stempel mittels zwei Führungen gelagert sein, wobei eine Führung senkrecht zur Lauffläche verläuft und die zweite Führung parallel zur Bewegungsrichtung. An den Befestigungspunkten können die Drucksensoren angebracht sein.To both with a stamp in the device according to the invention the contact pressure as well as that when moving due to sliding friction To be able to measure occurring pressure can be the inventive Stamp be stored by means of two guides, one guide runs perpendicular to the tread and the second guide parallel to the direction of movement. At the attachment points, the Pressure sensors may be attached.

In einer ersten Ausführung hierzu wird der Stempel von zwei zuein ander senkrechten Federhalterungen gehalten und geführt, einer in Bewegungsrichtung und einer senkrecht zur Lauffläche. Die an den Federn angebrachten Drucksensoren messen dann die beiden zuein ander senkrechten Drucke. In a first embodiment, the stamp is divided into two held and guided on other vertical spring mounts, one in Direction of movement and one perpendicular to the tread. The Andes Spring-mounted pressure sensors then measure the two towards each other other vertical prints.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen eignen sich zur Bestimmung der Viskosität von Flüssigkeiten, insbesondere zur Änderung der Vis kosität mit der Temperatur. Allen erfindungsgemäßen Vorrichtungen liegt das gleiche Verfahren der Meßwertbestimmung zugrunde, wie es in den Ansprüchen 1-3 gekennzeichnet wurde.The devices according to the invention are suitable for determining the Viscosity of liquids, especially to change the Vis cosiness with temperature. All devices according to the invention is based on the same method of measurement determination as it is was characterized in claims 1-3.

Im erfindungsgemäßen Verfahren wird die Schmierfähigkeit eines Schmiermittels dadurch bestimmt, daß eine Fläche gegen bzw. auf einer anderen bewegt wird, wobei sich zwischen den beiden Lauf flächen das zu untersuchende Schmiermittel befindet. Die bei einem bestimmten oder zu bestimmenden Anpreßdruck auftretende Gleitrei bung erzeugt einen Druck in Bewegungsrichtung, der ebenfalls ge messen wird, oder eine meßbare Änderung der Relativgeschwindigkeit oder eine meßbare Verzögerung bei der Beschleunigung.In the method according to the invention, the lubricity is a Lubricant determines that a surface against or on another is moved, moving between the two barrel surfaces of the lubricant to be examined. The one certain or occurring contact pressure exercise creates a pressure in the direction of movement, which is also ge will measure, or a measurable change in relative speed or a measurable delay in acceleration.

Statt, wie im letzten Falle, die Gleitreibung zu messen, kann auch die Haftreibung mit einer der erfindungsgemäßen Vorrichtungen gemessen werden. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere bei einmaliger, insbesondere manueller Untersuchung.Instead of measuring sliding friction, as in the last case, it can also static friction with one of the devices according to the invention be measured. This method is particularly suitable for one-time, especially manual examination.

Bei bekannter Relativgeschwindigkeit der bewegten Fläche ist der auftretende Druck in Bewegungsrichtung in Abhängigkeit vom Anpreß druck oder die Änderung der Relativgeschwindigkeit beim Anpressen ein Maß für die Schmierfähigkeit des Schmiermittels bzw. der Vis kosität der Flüssigkeit oder deren Änderung bei bekannten Anfangs werten. Besonders geeignet ist dieses Verfahren daher zum Auf nehmen einer Messung der Änderung einer unter Anfangsbedingungen bekannten Viskosität oder Schmierfähigkeit einer Flüssigkeit mit der Temperatur.If the relative speed of the moving surface is known, the Pressure occurring in the direction of movement depending on the pressure pressure or the change in the relative speed when pressing a measure of the lubricity of the lubricant or the vis viscosity of the liquid or its change at a known initial evaluate. This method is therefore particularly suitable for opening take a measurement of the change one under initial conditions known viscosity or lubricity of a liquid the temperature.

Claims

1. A method for measuring the lubricity of lubricants and the viscosity of liquids, characterized in that two surfaces between which the substance to be examined is moved against each other and the pressure occurring in the direction of movement is measured.

2. Method of measuring lubricity or viscosity after Claim 1, characterized in that the contact pressure is measured with which the two surfaces are pressed together.

3. Method of measuring lubricity or viscosity according to Claim 1 or 2, characterized in that the change in Circulation speed of a disc, a ring or a belt will measure which wetted with the substance to be examined are and are pressed rotating against a counter surface.

4. Device for measuring the lubricity of lubricants and the viscosity of liquids, characterized by an in a cylinder movable piston and an electromechanical Converter in the piston drive to determine the motion on the piston direction of pressure exerted.

5. Measuring device according to claim 3, characterized in that the electromechanical transducers installed in the cylinder holder is.

6. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that as a piston drive a tensionable, by means of a release device triggerable spring is provided.

7. device for measuring lubricity or viscosity, characterized in that the device two against each other has movable parts which are pressed and moved against each other be, the substance to be examined as a sliding film between the treads, and an electromechanical transducer that measures the pressure in the direction of movement of the relative movement.

8. The device according to claim 6, characterized in that a Part of the device is designed as a stamp, which is pressed against the tread.

9. The device according to claim 6 or 7, characterized in that the part of the device pressed against the counter surface has electromechanical transducer, which the contact pressure measures perpendicular to the tread.

10. Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that one of the two bearing the tread Parts of the device a disc, a ring or an endless belt is.

11. The device according to claim 9, characterized in that the movable part of the device on the disc, the ring or the Band is movable.

12. The apparatus according to claim 9, characterized in that the Disc, the ring or the band under which the counter surface traces part of the device are movable through.

13. Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the part of the front bearing a tread direction is designed as a stamp, which with two to one other vertical guides perpendicular to the tread and is movable in the direction of movement of the moving surface.

14. The apparatus according to claim 12, characterized in that the Stamp in a housing open to the tread using two Spring guides are mounted, for example on the fasteners the electromechanical transducers Measure the forces acting on the springs Lead perpendicular to the tread and one in the direction of movement tion is provided.

15. Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the movable part of the device is electrical Has contacts to determine the speed of movement or Recesses for counting using a mechanical or electro optical counter.

16. Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the stamp as running in a guide Piston is formed, which by the lubricant pressure against the counter surface is pressed.