nebst Auswertung seiner Ergebnisse

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Partikelsensors nebst Auswertung seiner Ergebnisse.

Ein dahingehendes Verfahren wi rd gemäß der Lehre der DE 10 201 1 1 21 528 A1 zur Überwachung eines fl uidführenden Systems, insbesondere in Form eines Hydrauliksystems eingesetzt, umfassend die Feststel lung des Vorhandenseins von Partikeln im Fluid und/oder die Bestimmung des Verschmutzungsgrades mittels mindestens einer Einrichtung zur Erfassung einzelner Partikel, wie einer Partikelzähleinrichtung. Bei dem dahingehenden Verfahren wi rd über einen vorgegebenen Zeitraum hinweg zu jedem

Zeitinkrement die Partikelzahl und/oder der Verschmutzungsgrad festgestellt, wobei ein aus der Partikelanzahl und/oder dem Verschmutzungsgrad sich ergebendes Zählinkrement über den vorgegebenen Zeitraum aufsummiert und bei Überschreiten eines vorgegebenen G renzwertes und/oder beim Ablauf des vorgegebenen Zeitraums ein Serviceerfordernis ausgegeben wi rd.

Fl uidführende Systeme werden i n vielfältigen Einsatzbereichen im H inbl ick auf eine Verschmutzung des geführten Fluids, wie Öl in einem Hydraul ik- System, mit Partikeln überwacht. Aus der mittels der E inrichtung zur Erfassung einzelner Partikel festgestel lten Partikelanzahl kann der Verschmut- zungsgrad vorzugsweise online bestimmt und ausgegeben werden. In Abhängigkeit der gemessenen Verschmutzung bzw. des bestimmten Verschmutzungsgrades kann dann das fl uidführende System gewartet bzw. instandgehalten werden. Eine regelmäßige Wartung und Instandhaltung, d.h. ein dementsprechender Service ist die Voraussetzung für einen dauerhaften und zuverlässigen Betrieb eines fluidführenden Systems. Um die Betriebskosten für das fl uidführende System mögl ichst gering zu halten, sind die Kosten für die jeweilige Wartung selbst und die Ausfal lzeit des Systems während der jeweiligen Wartung sowie einer möglicherweise sich an- schließenden Reparatur von Schäden gering zu halten, also das Wartungsinterval l bzw. der Wartungszykl us mögl ichst lang zu wählen.

Das optimale Wartungsinterval l hängt neben bekannten E igenschaften des fluidführenden Systems, wie der Auslegung von dessen Komponenten, von variablen, mehr oder weniger bekannten Betriebsbedi ngungen ab, so dass das optimale Wartungsinterval l bis zum Erfordernis eines vorzunehmenden Service in seiner Länge variabel sein kann. Die in bekannten Verfahren und Vorrichtungen eingesetzten Partikelzähleinrichtungen zur Bestimmung des jewei l igen Verschmutzungsgrades dienen der Optimierung des jewei l igen Wartungsintervalls durch Ausgabe, insbesondere Anzeige, des jeweiligen Verschmutzungsgrades. Hierbei kann das Wartungsinterval l mitunter zu kurz gewählt werden, da auch bei einem singulär, d.h. kurzzeitig hohen Verschmutzungsgrad ein Service als erforderl ich signal isiert wird. Mit Hilfe des vorstehend beschriebenen bekannten Verfahrens wi rd die Wartung des fluidführenden Systems in Abhängigkeit von der im Betrieb des Systems auftretenden Verschmutzung des Fluids, was vom Verschlei ß, betriebsbedingten Änderungen und der Temperatur abhängt, bestimmt und ein entsprechender Service als erforderl ich ausgegeben, so dass ein dahin- gehender Servicei nterval l vorzugsweise zeitnah eingeleitet werden kann. Die jewei l ige Einrichtung zur Erfassung einzelner Partikel kann eine vorzugsweise nach ISO 1 1 1 71 oder 1 1 943 oder nach einer sonstigen Norm kal ibrierte Partikelzähleinrichtung oder ein Siebblockadesensor oder ein sonstiger Verschmutzungssensor sein und zählt typischerweise ausgehend vom Wert Nul l im Betrieb des fl uidführenden Systems die Partikelanzahl bzw. das entsprechende Zähl inkrement hoch. Solche Sensoren sind beispielhaft in der DE 1 97 35 066 C1 sowie in der DE 102 47 353 AI exemplarisch aufgezeigt.

Das angesprochene jeweilige Zählinkrement ist eine Funktion, insbesondere der Verschmutzungsklasse, beispielsweise nach SAE AS 4059 oder ISO 4406 bzw. einer quantitativen Darstel lung der Verschmutzung sowie der Temperatur und ist als Formel oder Tabel le im System hinterlegt. Die entsprechende Zählgeschwindigkeit hängt von der Verschmutzung des Fl u ids mit Partikeln, wie von der Ölreinheit, ab: Bei einem geringen Verschmutzungsgrad, wie einer hohen Öl reinheit, ist die Zählgeschwindigkeit langsam, bei zunehmend höherem Verschmutzungsgrad, wie einer geringen Öl reinheit, nimmt die Zählgeschwindigkeit zu. Die jewei l ige Zähleinrichtung kann als Online-Verschmutzungssensor mit sogenanntem„Wear coun- ter"-Auswertung in das fl uidführende System, wie in eine hydraul ische Maschine, eingesetzt sein.

Im Stand der Technik sind zusammengefasst Verfahren zum Betrieb von Partikelsensoren bekannt, bei denen der Sensor pro detektiertem Partikel einen„Rechteckimpuls" ausgibt, so dass ein Schaltausgang für kurze Zeit durchschalten kann (DE 1 97 35 066 C1 ). Eine weitere Verfahrenslösung besteht darin, dass der Sensor die Anzahl der detektierten Partikel über eine digitale Kommunikationsschnittstel le ausgibt und dass dabei die detektierten Partikel differenziert sind nach G röße und Materialart (DE 102 47 353 AI ). Ferner kann die Information des Partikelsensors von einer separaten zusätzl ichen Auswerteelektronik verarbeitet und weitergeleitet werden (DE 10 201 1 1 21 528 AI ).

Bei al len vorstehend beschriebenen Verfahren zum Betrieb der verschie- densten Arten von Partikelsensoren muss die erhaltene Sensorinformation grundsätzl ich außerhalb des Sensors verarbeitet und weitergeleitet werden. Typischerweise erfolgt dabei eine Anbindung an sogenannte Schwingungs- überwachungssysteme, die jedoch regelmäßig teuer sind und oft erst noch angeschafft werden müssen, da im Basis-System nicht vorhanden. Alternativ besteht die Möglichkeit einer zusätzl ichen Instal lation von Systemen zur Datenerfassung/-verarbeitung/-übertragung _/ was wiederum eine separate „Rechnerbox" notwendig macht, die nicht nur regelmäßig teuer in der Anschaffung ist, sondern auch einen zusätzlichen Platzbedarf nebst Verkabel ung mit sich bringt. Eine Einbindung in die vorhandenen Anlagensteuerun- gen erfordert Änderungen an der Steuerungssoftware, was in der Regel bereits wegen Gewährleistungsfragen nicht real isierbar ist. Ferner ergibt sich ein zusätzl icher hoher Testaufwand mit entsprechenden Kosten, um die verlässl iche Einbindung der Sensori nformation in die jewei l ige Anlagensteuerung vor Ort sicherstellen zu können.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die von einem Partikelsensor erhaltenen Sensorsignale verfahrensgemäß in einfacher Weise in bestehende Systeme oder vorhandene Strukturen einspeisen zu können, ohne dass zusätzl iche Rechner oder elekt- ronische Auswerteeinheiten notwendig werden und ohne dass in bestehende Software wie Steuerungssoftware eingegriffen werden muss. Eine dahingehende Aufgabe löst ein Verfahren zum Betrieb eines Partikelsensors nebst Auswertung seiner Ergebnisse gemäß der Merkmalsausgestaltung des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit. Das erfindungsgemäße Verfahren nach dem Patentanspruch 1 ist durch die folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet:

Ermitteln der Häufigkeit der Partikelereignisse mittels des Partikelsensors und

Signalisieren des Überschreitens eines vorgebbaren Grenzwertes, ermittelt aus der maximal detektierten Partikelanzahl pro Zeitinterval l.

Aufgrund der dahingehenden erfinderischen Verfahrensschritte erkennt der Partikelsensor von sich aus, also selbständig, Zustände, die signal isiert werden müssen und gibt mindestens ein Schaltsignal aus, das ohne Weiteres in bereits vorhandene Systeme oder Strukturen vor Ort ei ngespeist werden kann, ohne dass hierfür ein zusätzl icher Steuer- oder Rechneraufwand betrieben werden müsste und ohne dass man in bestehende Softwareabläufe eingreifen müsste.

Wie vorstehend dargelegt, ermittelt der Partikelsensor von sich aus die Häufigkeit der auftretenden Partikelereignisse. Dabei wi rd das Überschreiten eines Grenzwertes (maximale Partikelanzahl pro Zeitintervall oder pro Zeitinkrement) signalisiert.

Wird ein solches Verfahren zum Betrieb ei nes Partikelsensors, beispielsweise bei einer Windenergieanlage, ei ngesetzt, hat deren Anlagensteuerung bereits eine Vielzahl von„Alarmeingängen", die zu einem Betriebsführer weitergemeldet werden. Die dahingehenden Eingänge sind standardmäßig vorhanden, wobei es regelmäßig aus Redundanzgründen i m Normalfal l noch freie Eingänge gibt, die für das Einbinden des Partikelsensors genutzt werden können. Ohne eine Softwareänderung ist es dann mögl ich, über den derart eingebundenen Partikelsensor dessen Alarmangaben oder Warnungen entsprechend dem Betriebsführer zu signal isieren. Der Betriebsfüh- rer kann diese Meldungen dann quittieren oder rücksetzen und je nach Bedeutung des Signals unmittelbar oder bei gehäuftem Auftreten später reagieren und geeignete Maßnahmen, beispielsweise im Rahmen eines Wartungsoder Serviceinterval ls, einleiten.

Als besonders vortei lhaft hat es sich erwiesen, mehrere Zeitintervalle in zeitlich ansteigender Hintereinanderabfolge zu definieren und dabei jedem Zeitinterval l zugehörig eine maximale Partikelanzahl vorzugeben. Dabei kann ein erstes Zeitintervall oder Zeitinkrement im Erfassungsbereich von Minuten, ein zweites Zeitinterval l im Stundenbereich von 24 Stunden l iegen und ein drittes Zeitinterval l den Bereich von Tagen, beispielsweise den Bereich einer Woche, abdecken. Den von einem N utzer festgelegten Zeitinterval len wird dann jewei ls eine vorgebbare maximale Partikelanzahl zugeordnet, bei deren Überschreiten ein jewei ls eigenständiger Alarm ausgelöst wird, der an die genannte Anlagensteuerung mit ihrer Vielzahl von Alarmeingängen weitergeleitet werden kann, auch in Form eines sogenannten Parametrier-Menüs im Rahmen ei ner Rechner- und Anlagensteuerung.

Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Partikelsensor über eine Lernphase die maximal auftretenden Partikelzahlen pro Zeitinterval l selbst lernend ermittelt und daraus sich eine individuelle Alarmschwel le errechnet. Dieses„selbstlernende" Verfahren ist nur anwendbar, wenn noch kei ne Schäden an der Anlage vorl iegen, respektive die E insatzfähigkeit des zu detektierenden Fluidkreises gewährleistet ist.

Zum Detektieren von Partikelverschmutzungen im Bereich von Getriebelösungen bei Windkraftanlagen haben sich als besonders geeignet sogenannte induktive Metallpartikelsensoren erwiesen. Dahingehende induktive Partikelzähler weisen mindestsens eine Feldspule zum Erzeugen eines den Fl u- idstrom mindestens abschnittsweise abdeckenden Magnetfeldes auf, wobei eine Sensorspule, die mit einer Auswerteeinrichtung, beispielsweise in der Windkraftanlage verbindbar ist, mittels der aus dem in der Sensorspule induzierten Signal die Anwesenheit eines Partikels in dem Fl uidstrom erkennt. Wenn, wie in der DE 1 0 2006 005 956 A1 aufgezeigt, die Vorrich- tung mindestens eine erste und eine zweite Sensorspule aufweist, wobei die beiden Sensorspulen gegenseitig gewickelt sind, lässt sich die Empfindl ichkeit hinsichtlich der zu detektierenden Partikel erhöhen, und es können auch kleinere Partikel mit einer G röße von 50 bis 100 /vm ohne Weiteres detektiert werden.

Im Folgenden wi rd das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Partikelsensors anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Art Menü-Übersicht betreffend das Einstel len der Zeiti nter- val le und der maximalen Partikelzahlen;

Fig. 2 in der Art eines Ablaufdiagramms den möglichen Verfahrensbetriebsablauf für einen Partikelsensor bei angewendetem erfindungsgemäßen Verfahren.

Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Partikelsensors nebst Auswertung sei ner Ergebnisse näher beschrieben. Der Partikelsensor selbst ist im Einzelnen nicht näher dargestellt; vorzugsweise sol l jedoch ein induktiver Metal l-Partikelsensor zum Einsatz kommen, der beispielhaft in der DE 10 2006 005 956 AI aufgezeigt ist. Das erfi ndungsgemäße Verfahren ist insbesondere dadurch charakterisiert, dass der Partikelsensor die Häufigkeit der Partikelereignisse ermittelt und das Überschreiten eines vorgebbaren Grenzwertes signal isiert, ermittelt aus der maximal detektierten Partikelanzahl pro Zeitinterval l. Wie insbesondere die Fig. 1 zeigt, werden dabei mehrere Zeitintervalle, die mit Periode A, B und C bezeichnet sind, in zeitl ich ansteigender Hinterei- nanderabfolge definiert und jedem Zeitinterval l A, B, C zugehörig ist eine maximale Partikelanzahl vorgegeben. So sol l die Periode A beispielsweise einen Zeitraum von 30 min umfassen und als maximale Partikelanzahl ΠΑ sol len 1 0 Partikel vorgegeben sein. Die Periode B soll 24 Stunden (h) umfassen, bei einer maximalen Partikelanzahl ne von 50. Die Periode C um- fasst 7 Tage (d), also eine Woche, bei einer maximal vorgegebenen Partikelanzahl nc von 200. Al le angegebenen Zeitinterval le A, B und C sind nur beispielhaft angegeben; hier können auch andere Zeitdauern eingesetzt werden, ebenso können die maximalen Partikelanzahlen andere sein als soeben angegeben.

Detektiert der Metall-Partikelsensor, der vorzugsweise mit einem induktiven Messverfahren arbeitet, das die vorgegebenen G renzen für die Perioden A, B und C sowie die jeweilige Partikelanzahlen ΠΑ, ΠΒ, nc überschritten sind, wi rd jedem Zeitintervall A, B, C zugeordnet ein Alarm A, ein Alarm B oder ein Alarm C ausgegeben, der gemäß der Darstel l ung nach der Fig. 1 an ei n sogenanntes Parametrier Menü weiter geleitet wi rd, um dergestalt ei nen „Alarmeingang" einer nicht näher dargestel lten Anlagensteuerung, beispielsweise bei einer Windenergieanlage, mit der jeweil igen Alarmmeldung für den Betriebsführer zu versorgen.

Wie dargelegt wird also bei Überschreiten des jewei ls vorgebbaren G renzwertes betreffend die maximale Partikelanzahl ΠΑ, ΠΒ, nc und jedem Zeitinterval l A, B, C zugeordnet, ein eigenes und als solches identifizierbares Alarmsignal Alarm A, Alarm B und Alarm C ausgegeben.

Die angegebenen Alarmstufen A, B, C können um weitere Alarmmeldungen D ff ergänzt sein (nicht dargestel lt); ebenso sind bel iebige Kombinationen der Einzelalarme A, B, C miteinander mögl ich, beispielsweise in der Verbindung von Alarm A mit Alarm B oder von Alarm A mit Alarm C etc.

Sowohl die Länge der Zeitinterval le A, B, C als auch die Anzahl der maximal zu detektierenden Partikel können durch den Nutzer des Verfahrens vorgegeben werden.

In einer Fortbi ldung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der Partikelsensor mittels einer rechnerunterstützten Lernphase die maximal auftretende Partikelanzahl ΠΑ, ΠΒ, nc pro Zeitinterval l A, B, C selbständig ermittelt und daraus einen Schwellenwert (z.B. Faktor 1 ,5) für die Alarmsignalabgabe selbständig generiert. Auch die Dauer der Adaption für die jewei l ige Lernphase kann vom N utzer entsprechend eingestellt werden. Dabei können während der Lernphase die vom Nutzer als Startwert eingegebenen G renzwerte eingesetzt werden. Ein erfolgreicher Abschluss einer Lernphase kann am jewei l igen Schaltausgang signalisiert werden.

Eine Lernphase war erfolgreich, wenn die ermittelten G renzwerte innerhalb vorher definierter Grenzen l iegt. So kann vermieden werden, dass ein fehlerhafter Zustand als Normalzustand„gelernt" wird. Dies ist regelmäßig dann der Fal l, wenn bereits ein Schaden mit hoher Partikelerzeugung vorl iegt, die das Sensorsignal stören.

Dies vorausgeschickt sol l anhand der Fig. 2 exemplarisch ein Betriebsablauf für den Sensor angegeben werden. Die dort angegebene Überwachung auf maximale Partikelanzahl läuft parallel für die verschiedenen Perioden A (z.B. 30 min), B (z. B. 24 h) und C (z. B. 7d). Im Betrieb des Partikelsensors wird über diesen Perioden A, B, C der aktuelle Zählerstand n an Partikelverschmutzungen erfasst. Ist die % - Periode der angegebenen Perioden A, B, C oder Zeitinterval le abgelaufen, wird der ermittelte Wert n in ein Schieberegister eingetragen, das die einzelnen erfassten Werte mit no, m, m, m usw. bezeichnet. Ist, wie angesprochen die VA - Periode noch n icht abgelaufen, wird das aktuel le Zählerstandverfahren fortgeführt. Werte, die aus dem Schieberegister ausgetragen werden, dienen dann zur Differenzermittlung An = n - no. Ist der hieraus resultierende Wert An > m wird eine Warnung Alarm A, B, C ausgegeben, m ist dabei die maximale zulässige Anzahl an Partikeln für eine Periode i, also ΠΑ für die Periode A, ΠΒ für die Periode B und nc für die Periode C. Ist die Referenzwertbetrachtung An < n. wird mit der aktuel len Zählerstandfeststel lung n fortgefahren. Für den Schaltausgang, an den die Warnung ausgegeben wird, kann ein Durchschalten, von bei- spielsweise einer Sekunde vorgesehen sein. Danach wi rd für eine Totzeit von beispielsweise einer Periode keine Warnung mehr ausgegeben. Die angesprochene Totzeit wird dazu genutzt, eine auftretende Warnung nicht mehrfach auszugeben. Aufgrund des Schieberegisters könnte dies ansonsten der Fal l sein.