Pagina 30 van: Aandrijftechniek – nummer 5 – 2020
AANDRIJFTECHNIEK | augustus 202030
ganische verbindingen, gebroken oliemoleculen, zuren of olie-
zepen voor. De toename van ionenconcentratie en -mobiliteit
resulteert in een toename van de elektrische geleidbaarheid.
Er is direct verband tussen de elektrische geleidbaarheid en de
vervuilingsgraad van de oliën. Een toenemende geleidbaarheid
van olie tijdens bedrijf kan dus worden geïnterpreteerd als
toenemende slijtage (op korte termijn) of verontreiniging van
het smeermiddel (onmiddellijke of langzaam voortschrijdende
verontreiniging). Bij oliën met additieven volgen verande-
ringen in de diëlektrische constante de chemische afbraak
van additieven. Een online systeem voor bewaking van de
olieconditie kan dus uitkomst bieden.
Het WearSens WS 3000 sensorsysteem van CMC
Instruments uit Eschborn bepaalt de specifieke elektrische
geleidbaarheid (κ), de relatieve permittiviteit (εr, vroeger
diëlektrische constante genaamd) en de olietemperatuur
(T ). De waarden van κ en εr worden onafhankelijk van
elkaar bepaald. Figuur 1 illustreert de geleidbaarheid van
verschillende materialen en het bereik van het WearSens
sensorsysteem.
Samenstelling van smeerolie
Ionenmobiliteit dus elektrische geleidbaarheid is afhanke-
lijk van de interne wrijving van de olie en daarmee ook van de
temperatuur. Het geleidend vermogen van de olie neemt toe
met de temperatuur. Om de vergelijkbaarheid van de metingen
te verbeteren, is een zelflerend adaptief temperatuurcom-
pensatie-algoritme nodig. Tijdens bedrijf zal de oliesamen-
stelling continu veranderen, afhankelijk van de situatie door
additievenverbruik, vervuiling of verouderingsprocessen. Een
verandering van de oliekwaliteit kan worden beoordeeld aan
de hand van de voor temperatuur gecompenseerde geleidbaar-
heidswaarde, ook al is de specifieke vervuiling niet te bepalen.
De relatieve permittiviteit wordt gemeten met dezelfde basis-
sensoropstelling als die wordt gebruikt voor de bepaling van
de elektrische geleidbaarheid.
Figuur 2 illustreert het effect van de verschillende proces-
sen op de elektrische geleidbaarheid en de relatieve permit-
tiviteit bij een constante olietemperatuur. De parameterruimte
van de verse olie (weergegeven als een paars rondje) beweegt
zich in de loop van de tijd in verschillende richtingen. Het
additievenverbruik, de veroudering van de olie en de veront-
reiniging spelen op middellange tot lange termijn. Kritieke
smeeromstandigheden – die alleen tijdens bedrijf optreden –
duren in de ordegrootte van seconden tot minuten. Wanneer
de kritieke gebeurtenis voorbij is, keren de parameters terug
richting de begintoestand van de olie.
De vervuiling van oliën met verkeerde of incompatibele
typen olie, onzuiverheden en brandstof zal resulteren in een
permanente verhoging van beide parameters. Een verhoogde
zuurgraad zal εr en κ eveneens verhogen. Ook oxidatie en
veroudering van de olie verhoogt de elektrische geleidbaar-
heid. Binnenkomend water zal reageren met de additieven die
zorgen voor het emulgeren van het water, zodat de conglome-
raatvorming van waterdruppels wordt geminimaliseerd en een
blanco metaaloppervlak zonder smeerfilm wordt voorkomen.
εr neemt een beetje af. Nadat de additieven voor wateremul-
gering zijn uitgeput, zal εr weer gaan stijgen door de hogere
geleidbaarheid van water vergeleken met die van olie.
Het bijbehorend wiskundig model (WearSens Index of WSi)
is oorspronkelijk ontwikkeld voor de smeerolieanalyse van
een tandwielkast van een windturbine. De index kan echter
Figuur 3. Ingrijpingsposities en de daarbij behorende ingrijpingsstijfheid en transmissiefout
onder belasting (BRON: LIT. [1])
Schematische weergave van de meetopstelling met behulp van de WearSens slijtagesensor
op FPGA-basis. Hier wordt het ongewijzigde signaal van de
sensor gebruikt in plaats van een sinus/cosinus-signaal.
Om mogelijke meetfouten door mechanische toleranties
van het tandwiel te elimineren, zorgen twee sensoren voor
een differentiaalmeting. Eén sensor wordt gemonteerd om een
onbelast deel van de tandflank te scannen. Een tweede sensor
scant het gebied van de tand waar slijtage wordt verwacht.
Het tijdsverschil tussen de maxima in de twee sensorsignalen
wordt gemeten. Een klein tijdsverschil is al voldoende om
slijtage te bewaken en zelfs te kwantificeren. Deze benadering
is al met succes toegepast op de bewaking van de slijtage van
de tandwielflanken in verpakkingsmachines.
Online diëlektrische olieanalyse
Met de hogere eisen aan de bedrijfszekerheid en levens-
duur van machines en apparaten nemen ook de eisen aan
de bewaking van (onder meer) de olie en de olieconditie toe.
Oliën zijn over het algemeen niet elektrisch geleidend.
Door slijtage van onderdelen komen op contactvlakken anor-
A
Eén ingrijpend
tandpaar
Ingrijpingsstijfheid
Overbrengingsfout tijdens belasting
Twee ingrijpende
tandparen
B B
D D
E E
A
Combifilter
UMTS Router
100-240 V/
50-60 Hz
Voeding
Tandwielkast/
Hydraulisch systeem/
Lager/
Turbine/
Compressor
WearSens
communicatie-
unit
WearSens
‘Een Hyperloop-systeem van
10.000 km kan tot 65 procent
van de Europese vluchten
overnemen binnen de EU’
1
28-29-30-31_tandwielen.indd 30 12-08-20 13:55