DE10105793A1 - Verfahren zur Bewertung der Schmierstoffqualität - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung der Schmierstoffqualität, vorzugsweise für Schmieröle von Kraftfahrzeugen. Bekannte gattungsgemäße Verfahren bewerten jeweils getrennt voneinander das Vorhandensein von Alterungsprodukten oder Frischölbestandteilen. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bewertung von Schmierstoffen zu schaffen, wobei Messwerte für dessen Absorption bzw. Transmission von Infrarotstrahlung in Spektralbereichen für Alterungsprodukte und Frischölbestandteile gleichermaßen zur Bildung eines Gütekriteriums für die Ölqualität genutzt werden. Es werden zur Bewertung vorzugsweise online ermittelte Messwerte für die Absorptions- bzw. Transmissionseigenschaften des Schmierstoffes bezüglich infraroter Strahlung genutzt, wobei mindestens zwei charakteristische Spektralbereiche ausgewertet werden. Die Spektralbereiche werden aus mindestens einem charakteristischen Band für im unverbrauchten Schmierstoff enthaltene, sich über die Alterung des Öls verbrauchenden Bestandteile und einem charakteristischen Band für die im Öl entstehenden Alterungsprodukte ausgewählt, wobei die Gesamtbewertung der Schmierstoffqualität aus einer gemeinsamen Bewertung beider Messgrößen gebildet wird.
Description
Die Erfindung betrifft eine Verfahren zur Bewertung der Schmierstoffqualität, vorzugsweise
für Schmieröle von Kraftfahrzeugen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Allgemein bekannt sind Verfahren zur Bewertung der Schmierstoffqualität, wobei die
Schmierstoffqualität kennzeichnende Messgrößen aus der Transmission- bzw. Absorption
von Infrarotlicht durch das Schmiermittel gewonnen werden. Derartige Verfahren sind z. B.
aus der Schrift DE 32 12 734 A1 bekannt.
In der Offenlegungsschrift DE 196 50 397.3 A1 ist ein Verfahren zur Ermittelung des
Verschleißgrades von Öl mit Hilfe der Absorption von Infrarotstrahlung beschrieben. Zur
Auswertung wird eine Wellenlänge von 10,3 µm genutzt, in welchem der Abbau
notwendiger im Frischöl enthaltener Bestandteile nachweisbar ist. Zur Bildung einer
absolutwertunabhängigen Bewertungsgröße wird ein weiterer Absorptionswert bei einer
Wellenlänge von 9,7 µm gemessen und aus dem Vergleich der Absorptionswerte eine
Bewertungsgröße berechnet. In beiden Spektralbereichen werden Messwerte, die
charakteristisch für Frischölbestandteile sind, zur Bewertung genutzt. Eine Beeinflussung
der Ölqualität durch Alterungsprodukte, Wasser- oder Kraftstoffeintrag wird durch die
Bewertung nicht erfasst.
Es ist weiterhin vorbekannt aus dem isolierten Nachweis eines im Öl enthaltenen
Alterungsproduktes eine Bewertung der Schmierölqualität vorzunehmen. So wird z. B. in
der US 5.049.742 ein Verfahren beschrieben, bei dem der Anteil von Nitratsäureestern
anhand der Transmission des Schmieröls im Spektralbereich von 6,7 µm ermittelt und aus
diesem Alterungsprodukt auf die Schmierölqualität geschlossen wird.
Weiterhin ist durch die US 4.649.711 ein Verfahren bekannt, bei dem die Transmission des
Schmieröls im Spektralbereich zwischen 9,7 und 10,3 µm genutzt wird.
Die Verfahren nach dem Stand der Technik bewerten getrennt voneinander jeweils das
Vorhandensein von Alterungsprodukten oder Frischölbestandteilen. Deren gleichmäßige
Bewertung über die gesamte Lebensdauer des Motors führt jedoch zu Fehlbewertungen.
Insbesondere die bei jedem Ölwechsel im Motor verbleibenden Restbestandteile
beeinflussen die Transmission/Absorption des Frischöls.
Ein weiteres Problem der Bewertung der Ölqualität in starren Spektralbereichen liegt darin,
dass verschiedenen Ölqualitäten in unterschiedlichen Spektralbereichen charakteristische
Ausprägungen für Alterungs- bzw. Frischölbestandteile aufweisen. Eine sichere Bewertung
des Öls unabhängig von der Ölqualität ist mit den bekannten Verfahren nicht gewährleistet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Bewertung von Schmierstoffen
zu schaffen, wobei Messwerte für dessen Absorption bzw. Transmission von
Infrarotstrahlung in Spektralbereichen für Alterungsprodukte und Frischölbestandteile
gleichermaßen zur Bildung eines Gütekriteriums für die Ölqualität genutzt werden.
Erfindungsgemäß vorteilhaft erfolgt die Bewertung des jeweiligen Absorptions- bzw.
Transmissionswertes des Infrarotlichts für unterschiedliche Spektralbereiche mit
unterschiedlicher Wichtung, wobei der Einfluss des in dem jeweiligen Spektralbereich
gemessenen Bestandteils auf die Ölqualität Beachtung findet.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird eine Referenzmessung nach dem
Einfüllen des Frischöls ausgelöst, auf deren Basis relevante Spektralbereiche für die
Messung bestimmt und gleichzeitig Referenzwerte für deren Beurteilung gebildet werden.
Es kann damit der Einfluss verschiedener Ölqualitäten auf das Bewertungsergebnis
vermindert werden. Es ist möglich in dieser Anlernphase quantitative Bezugswerte und/
oder Messbereiche für die Bewertung des Frischöls zu bilden.
Diese Aufgabe wird bei Verfahren zur Bewertung von Schmierstoffen entsprechend dem
Oberbegriff erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1
und 5 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind im Ausführungsbeispiel und in den
Unteransprüchen aufgezeigt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematisch
dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.
Hierbei zeigt:
Fig. 1 in einem Diagramm die Transmissionswerte eines Frischöls, sowie zweier
Gebrauchtöle gleicher Ölqualität nach jeweils 250 Stunden Laufzeit in Abhängigkeit von der
Wellenlänge,
Fig. 2 den Einfluss von in das Öl eingetragenem Wasser auf die Transmission im
Spektralbereich zwischen einer Wellenzahl von 3000 cm-1 und 4000 cm-1.
Fig. 1 zeigt in einem Diagramm die Transmissionswerte infraroten Lichtes für 3
verschiedene Ölproben in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Kurve 1 (stark gezeichnet)
zeigt die Transmissionswerte für ein Frischöl in einem Motor minimaler Laufleistung. Kurve
2 zeigt das gleiche Öl nach einer Laufzeit von 250 Stunden (dünn gezeichnet). Kurve 3
zeigt die Transmissionswerte eines Gebrauchtöls nach 250 Stunden Laufzeit des Öls,
jedoch nach einer Gesamtlaufzeit des Motors von 500 Stunden (durchbrochen dargestellt).
Obwohl beide Gebrauchtöle gleiche Ölverweilzeiten aufweisen sind deren
Transmissionswerte unterschiedlich. Die bei einem Ölwechsel im Motor verbleibenden
Restbestandteile beeinflussen die Ölqualität des Frischöls. Insbesondere die messbaren
Frischölbestandteile werden durch die verbliebenen Restbestandteile beeinflusst.
Eine charakteristische Bewertungsgröße bildet die Schwärzung des Öls. Dieser Parameter
ist im gesamten Spektralbereich messbar. Er wird für das verwendete Motorenöl
vorzugsweise bei einer Wellenlänge von 2000 cm-1 gemessen. Die Schwärzung wird im
erfindungsgemäßen Verfahren bei der Bildung einer Gesamtbewertung für die Ölqualität
stark gewichtet.
Für die verwendete Ölqualität lassen sich verschiedenen charakteristische Messbereiche
erkennen. Es ist bekannt, dass im Bereich zwischen 1650 cm-1 und 1790 cm-1 durch die
Nitration entstehende Carbonsäureanteile sowie durch Oxidation entstehende Ketone
zwischen 1650 cm-1 und 1780 cm-1 und Aldehyde zwischen 1645 cm-1 und 1765 cm-1
erkennbar sind.
Die Entstehung dieser Alterungsprodukte ist in ihrer Intensität stark vom Gebrauchszustand
des Öls abhängig. Es sind für beide Gebrauchtöle stark ausgeprägte Peaks bei
Wellenzahlen von 1620 cm-1 und von 1720 cm-1 zu erkennen. Diese können mittels
Basislinienverfahren bewertet werden. Die Bewertung der Peaks unabhängig vom
Grundwert der Kurve gestatte eine quantitative Aussage auch bei unterschiedlichen
Gesamtlaufzeiten des Motors.
In die erfindungsgemäße Gesamtbewertung gehen die Messwerte für Nitrate und Säuren
bei Wellenzahlen im Bereich zwischen 1610 cm-1 und 1625 cm-1 mit einer höheren
Gewichtung als die anderer Oxidationsprodukte ein.
Der Einfluss eingetragenen Kraftstoffes auf die Ölqualität ist beim verwendeten Beispiel bei
einer Wellenzahl von 760 cm-1 erkennbar. Er geht in die erfindungsgemäße Bewertung mit
einer geringeren Wichtung als der Wassereintrag und die Schwärzung ein.
Die im Spektralbereich zwischen Wellenzahlen von 900 cm-1 und 1500 cm-1 messbaren
Frischölbestandteile, werden mit der geringsten Wichtung in das erfindungsgemäß gebildete
Bewertungskriterium einbezogen. Ein ausgeprägter Peak ist für die verwendete
Frischölqualität bei einer Wellenzahl von 960 cm-1 zu erkennen, der bei den Gebrauchtölen
nach 250 h und 500 h Gesamtmotorlaufzeit nicht messbar ist. Es wird hierbei wieder das
Basislinienverfahren zur Bewertung genutzt, wobei die Höhe des Peaks in Bezug zum
weiteren Kurvenverlauf bewertet wird.
In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bewertungsverfahrens
werden die Absolutmesswerte von Transmission/Absorption des Öls in charakteristischen
Spektralbereichen für Frischölbestandteile (Wellenzahl 900-1000 cm-1), Oxidationsprodukte
(Wellenzahl 1650-1750 cm-1), Wassereintrag (3200-3600 cm-1), Kraftstoffeintrag
(Wellenzahl 760 cm-1) sowie für Nitrate und Säuren (1620 cm-1) aufgenommen. Aus der
Gesamtbewertung wird eine Bewertungsgröße für die Ölqualität gebildet. Das Verhältnis
der Wichtungen ist flexibel an Motorart, verwendete Sensorik und Auswerteplattform
anpassbar. Eine mögliche Auswertungsvariante stellt die Bildung einer Gesamtsumme dar,
wobei die Anteile wird der Wassereintrag sowie die enthaltenen Nitrate und Säuren jeweils
mit dem Faktor 3, die Oxidationsprodukte und der Kraftstoffeintrag mit dem Faktor 2 und die
Frischölbestandteile einfach gewichtet werden. Die so erhaltene Summe stellt ein Maß für
die Gebrauchseigenschaften des Öls dar. Dabei können Schwellwerte für einzelne
Bestandteile gebildet werden, vorzugsweise für die stark zu wichtenden Bestandteile, bei
denen z. B. bei stark erhöhtem Wassereintrag im Fehlerfall das Öl als verbaucht bewertet
wird.
Fig. 2 zeigt die Transmission infraroten Lichtes im Spektralbereich zwischen Wellenzahl
3000 cm-1 und 4600 cm-1. Im Spektralbereich zwischen 3200 cm-1 und 3600 cm-1 ist eine
deutliche Abschwächung der Transmission für ein Gebrauchtöl (stark gezeichnet) zu
erkennen, die auf einen Wassereintrag zurückzuführen ist.
Die vorliegende Erfindung sollte nicht auf die vorstehend ausgeführten
Ausführungsbeispiele beschränkt werden, sondern kann in viele andere Richtungen
modifiziert werden, ohne das vom Geist der Erfindung abgewichen wird.
Claims (7)
1. Verfahren zur Bewertung der Qualität eines Schmierstoffes, mittels vorzugsweise
online ermittelter Messwerte für dessen Absorptions- bzw. Transmissionseigenschaften
bezüglich Infraroter Strahlung, wobei mindestens zwei charakteristische
Spektralbereiche zur Auswertung genutzt werden,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spektralbereiche jeweils aus mindestens einem charakteristischen Band für im
unverbrauchten Schmierstoff enthaltene, sich über die Alterung des Öls verbrauchenden
Bestandteile und einem charakteristischen Band für die im Öl entstehenden
Alterungsprodukte besteht, wobei die Gesamtbewertung der Schmierstoffqualität aus
einer gemeinsamen Bewertung beider Messgrößen gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass zusätzlich ein Messwert in einem für eingetragenen Fremdstoffe wie Wasser
und/oder Kraftstoff charakteristischen Spektralbereich mit zur Bildung der
Gesamtbewertung der Schmierstoffqualität genutzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messwerte für sich bildende Alterungsprodukte höher gewichtet werden, als die
sich im Frischöl verbrauchenden Bestandteile.
4. Verfahren nach Anspruch 2
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Auswertung die Messwerte der durch Nitration und Säuren entstehenden
Alterungsprodukte, und der Messwert aus dem für den Wassereintrag charakteristischen
Band am höchsten, die Messwerte der Bänder für Oxidationsprodukte und
Kraftstoffeintrag geringer und die Messwerte für die sich im Frischöl verbrauchenden
Bestandteile am geringsten gewichtet werden.
5. Verfahren zur Bewertung der Qualität eines Schmierstoffes, mittels vorzugsweise
online ermittelter Messwerte für dessen Absorptions- bzw. Transmissionseigenschaften
bezüglich infraroter Strahlung, wobei mindestens zwei charakteristische
Spektralbereiche zur Auswertung genutzt werden,
dadurch gekennzeichnet,
dass der unverbrauchte Schmierstoff analysiert wird und aus dem Ergebnis
charakteristische Spektralbereiche zur Beurteilung des Verbrauchszustandes
ausgewählt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5
dadurch gekennzeichnet,
dass die zur Beurteilung des Verbrauchszustandes ausgewählten Spektralbereiche
entsprechend dem Ergebnis der Analyse des unverbrauchten Schmierstoffes, aus einer
Anzahl vorgebbarer, für verschiedenen Ölqualitäten charakteristische Spektralbereiche
erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass quantitative Aussagen zur Ölqualität im betreffenden Spektralbereich mittels des
Basislinienverfahrens gewonnen werden.
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