DE10051752A1 - Verdichter für Kältemittel in einem Kühlkreislauf - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verdichter für Kältemittel in einem Kühlkreislauf mit einer Antriebseinheit (12), einer vorzugsweise über einen Ölkreislauf (50) geschmierten Verdichtereinheit (12) und einem Verdichtergehäuse (16) zur Aufnahme zumindest der Verdichtereinheit (12) und gegebenenfalls der Antriebseinheit (12). Zur Erkennung von Störungsfällen ist eine Überwachungseinrichtung (18) vorgesehen, welche den Betriebszustand des Verdichters nach Maßgabe von an einer Meßstelle im Bereich des Verdichtergehäuses (16) erfaßten mechanischen Verdichterschwingungen kontrolliert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdichter für Kältemittel in einem Kühlkreislauf mit einer insbesondere als Elek­ tromotor ausgebildeten Antriebseinheit, einer insbeson­ dere durch einen Kolbenverdichter gebildeten, vorzugs­ weise über einen Ölkreislauf geschmierten Verdich­ tereinheit und einem Verdichtergehäuse zur Aufnahme zu­ mindest der Verdichtereinheit.

Beim Einsatz solcher Verdichter in Kältemaschinen bei­ spielsweise zur Kühlung von Tiefkühlgut können im Stö­ rungsfall schon nach kurzer Zeit erhebliche Folgeschä­ den auftreten. Um dies zu verhindern, ist es bekannt, auf Temperatur- oder Druckaufnehmern basierende Einzel­ geräte zur Fehlererkennung heranzuziehen. In der Praxis wird allerdings vor allem aus Kostengründen häufig auf die aufwendige Montage gesonderter Geräte verzichtet, was dann im Störungsfall oft zu Totalschäden am Ver­ dichter führt.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, einen Verdichter der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß mit einfachen Mitteln eine hohe Betriebssicherheit erreicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 bzw. 7 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, Fehlfunktionen mittelbar über das Auftreten von Körperschwingungen zu erfassen und gegebenenfalls entgegenzuwirken. Dement­ sprechend wird erfindungsgemäß eine Überwachungsein­ richtung zur Steuerung bzw. Kontrolle des Betriebszu­ standes des Verdichters nach Maßgabe von an einer Meß­ stelle im Bereich des Verdichtergehäuses erfaßten me­ chanischen Verdichterschwingungen vorgeschlagen. Damit wird es auf einfache Weise möglich, verdichterspezifi­ sche Probleme gezielt zu erkennen, um gegebenenfalls Gegenmaßnahmen einleiten zu können.

In bevorzugter Ausführung weist die Überwachungsein­ richtung mindestens einen Vibrationssensor zur Erfas­ sung der Verdichterschwingungen auf. Dieser kann vor­ teilhafterweise durch einen piezoelektrisch arbeitenden Beschleunigungssensor zur Erfassung von Schwingbe­ schleunigungen gebildet sein.

Um Anlaufprobleme zu erkennen, ist es vorteilhaft, wenn die Überwachungseinrichtung eine beim Anlauf der An­ triebseinheit mit einem Startsignal beaufschlagte An­ laufkontrollstufe aufweist. Diese kann nach Ablauf ei­ ner mittels eines Zeitgebers vorgegebenen Verzögerungs­ zeit nach dem Startsignal bei Erfassung unzulässiger oder ausbleibender Verdichterschwingungen ansprechen, so daß schwerwiegende Antriebsschäden zuverlässig ver­ mieden werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Er­ findung ist es vorgesehen, daß die Überwachungseinrich­ tung eine bei Überschreiten eines vorzugsweise empi­ risch ermittelten oberen Schwellenwerts des Ausgangs­ signals des Vibrationssensors ansprechende Betriebskon­ trollstufe zur Erkennung von Flüssigkeitsschlägen im Kältemittel aufweist.

Zur weiteren Fehlerbehandlung ist es vorteilhaft, wenn die Überwachungseinrichtung eine vorzugsweise durch Leuchtdioden gebildete Störungsanzeige und/oder einen akustischen Alarmgeber aufweist. Um Totalschäden zu verhindern, ist es von Vorteil, wenn die Überwachungs­ einrichtung mindestens ein Schaltrelais zur Unterbre­ chung der Stromzufuhr der Antriebseinheit aufweist.

Als weiterer Aspekt oder Variante der Erfindung wird eine Überwachungseinrichtung zur Steuerung des Be­ triebszustandes des Verdichters nach Maßgabe der an ei­ ner Meßstelle im Ölkreislauf erfaßten Öltemperatur vor­ geschlagen. Damit läßt sich ein Kaltstart und auch ein unzulässiger Betrieb bei zu tiefer Öltemperatur aus­ schließen. Hierfür ist es vorteilhaft, wenn die Überwa­ chungseinrichtung einen in den Ölkreislauf eingreifen­ den Temperatursensor und eine mit dem Ausgangssignal des Temperatursensors beaufschlagte Schaltstufe zur Ab­ schaltung bzw. Freischaltung der Antriebseinheit bei Unterschreiten bzw. Überschreiten eines unteren Grenz­ werts des Ausgangssignals aufweist.

Im Hinblick auf eine integrierte handhabungsfreundliche Funktion sieht eine vorteilhafte Ausführung vor, daß die Überwachungseinrichtung weitere an eine gemeinsame Steuereinheit angeschlossene Sensoren zur kombinierten Überwachung von Betriebsparametern wie Motorenwick­ lungstemperatur, Verdichtungsendtemperatur im Kältemit­ tel und Öldruck im Ölkreislauf aufweist.

Um auch bei erkannter Fehlfunktion der Sensorik einen Notbetrieb zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, daß die Überwachungseinrichtung über einzelnen Betriebsparametern zugeordnete Schalter auf einen die jeweilige Über­ wachungsfunktion stillsetzenden Handbetrieb umschaltbar ist. Eine weitere Verbesserung wird dadurch erreicht, daß die Überwachungseinrichtung über eine Rückstellein­ heit gegebenenfalls für eine begrenzte Anzahl von Rück­ setzungen in einen Normalbetriebszustand rücksetzbar ist. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Überwachungseinrichtung einen mit einem Zeit­ geber gekoppelten, vorzugsweise durch eine Programmrou­ tine softwaremäßig gebildeten Einschaltzähler zur Über­ wachung der Einschalthäufigkeit auf.

Zur gezielten Wartung ist es von Vorteil, wenn die Überwachungseinrichtung eine in Abhängigkeit von fort­ laufend ausgewerteten Betriebsparametern geschaltete Serviceanzeige aufweist.

Eine besonders kompakte Bauform wird dadurch erreicht, daß die Überwachungseinrichtung in dem zum elektrischen Anschluß der Antriebseinheit vorgesehenen Klemmenkasten angeordnet ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch einen Verdichter für Kältemittel mit einer schaubildlich dargestellten Überwachungsein­ richtung.

Der insgesamt mit 10 bezeichnete Verdichter dient zur Kompression des Kältemittels in einem nicht eigens dar­ gestellten Kühlkreislauf und umfaßt eine Kolbenverdich­ tereinheit 12 mit einem Antriebsmotor 14, die sich bei­ de in einem kältemitteldichten Verdichtergehäuse 16 be­ finden. Zur Überwachung des Betriebszustandes des Ver­ dichters 10 ist eine Überwachungseinrichtung 18 vorge­ sehen, welche verschiedene Betriebsparameter über zuge­ ordnete Sensoren 20, 22, 24, 26 erfaßt und gegebenen­ falls automatisch Schutzfunktionen übernimmt. Grund­ sätzlich ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Überwa­ chungseinrichtung auch bei so genannten offenen Ver­ dichtern denkbar, bei denen der Antrieb außerhalb des Verdichtergehäuses angeordnet ist und nicht vom Kälte­ mittel berührt wird.

Die Verdichtereinheit 12 weist Zylinder 28 auf, in de­ nen Kolben 30 eine oszillierende Hubbewegung ausführen, wobei Kältemittel über einen Saugstutzen und saugseiti­ gen Strömungskanal 34 angesaugt und über einen davon im Zylinderkopf 36 druckdicht getrennten druckseitigen Strömungskanal 38 und Druckstutzen 40 ausgestoßen wird. Zu diesem Zweck sind die Kolben 30 über Pleuel 43 mit einer Kurbelwelle 42 verbunden, welche mit der Motor­ welle 44 des Antriebsmotors 14 gekoppelt ist. Der als Elektromotor ausgeführte Antriebsmotor 14 weist eine Motorenwicklung 46 auf, die in einem Klemmenkasten 48 an eine externe Stromversorgung angeschlossen ist. Zur Schmierung der Verdichtereinheit 12 ist ein Ölkreislauf 50 vorgesehen, welcher mit dem saugseitigen Strömungs­ kanal 34 kommuniziert und damit in Kontakt mit dem Käl­ temittelstrom steht.

Die Überwachungseinrichtung 18 weist einen Vibrations­ sensor 20 zur Erfassung von mechanischen Körperschwin­ gungen auf. Der Vibrationssensor 20 ist als piezoelek­ trisch arbeitender Beschleunigungsaufnehmer ausgebildet und im Bereich des Klemmenkastens 48 fest mit dem Ver­ dichtergehäuse 16 verbunden. Grundsätzlich ist auch der Zylinderkopf 36 als Meßstelle gut geeignet.

Der Vibrationssensor 20 ermöglicht zum einen eine An­ laufkontrolle des Antriebsmotors 14. Zu diesem Zweck weist die Überwachungseinrichtung 18 eine beim Motor­ start mit einem Startsignal beaufschlagte Anlaufkon­ trollstufe 52 auf, welche nach Ablauf einer vorgegebe­ nen Verzögerungszeit bei Erfassung unzulässiger oder ausbleibender Verdichterschwingungen anspricht. Solche Schwingungszustände können beispielsweise bei extremer Überlastung oder erheblicher Unterschreitung der zuläs­ sigen Unterspannung auftreten.

Eine weitere Funktion des Vibrationssensors 20 besteht in der Erkennung von Flüssigkeitsschlägen, wie sie so­ wohl im Kältemittelstrom des Verdichters 10 als auch im Ölkreislauf 50 auftreten können und sich in großen Schwingungsamplituden des Verdichtergehäuses 16 bemerk­ bar machen. Hierfür ist eine Betriebskontrollstufe 54 in der Überwachungseinrichtung 18 vorgesehen, welche bei Überschreiten eines empirisch im regulären Betrieb ermittelten oberen Schwellenwerts des Ausgangssignals des Vibrationssensors 20 anspricht.

Neben dem Vibrationssensor 20 ermöglichen die als Tem­ peraturfühler ausgeführten Sensoren 22, 24, 26 eine in­ tegrierte Überwachung weiterer möglicher Störungsfälle. Der Sensor 22 ist dazu vorgesehen, die Öltemperatur im Ölkreislauf 50 zu erfassen. Eine nachgeordnete Schalt­ stufe 56 der Überwachungseinrichtung 18 sorgt dafür, daß der Antriebsmotor 14 erst bei Erreichen einer Vor­ gabetemperatur freigeschaltet wird. Zusätzlich läßt sich die Öltemperatur auch für Servicefestlegungen speichern. Weitere Überwachungsmöglichkeiten bestehen in der Erfassung der Temperatur der Motorwicklung 46 mittels einem oder mehreren Sensoren 24, der Verdichtungsendtemperatur über den in den druckseitigen Strö­ mungskanal 38 eingreifenden Sensor 26 und des Öldrucks im Ölkreislauf 50 über einen nicht gezeigten Druckauf­ nehmer.

Zur Verarbeitung und gegebenenfalls kombinierten Aus­ wertung der Sensorsignale weist die Überwachungsein­ richtung eine vorzugsweise durch einen Mikroprozessor gebildete Steuereinheit 58 auf, welche ausgangsseitig mit nicht gezeigten optischen und akustischen Signalge­ bern verbunden ist. Um Folgeschäden zu vermeiden, ist es vorgesehen, daß die Steuereinheit 58 unter bestimm­ ten Fehlerbedingungen den Antriebsmotor 14 über Schaltrelais abschaltet. Für einen Handbetrieb lassen sich einzelne Überwachungsfunktionen über zugeordnete Schalter stillsetzen. Eine Reset-Taste 62 ermöglicht die manuelle Rücksetzung bei einer begrenzten Anzahl von erkannten Störungen im Notbetrieb. Die Servicean­ zeige 64 signalisiert erforderliche Wartungen in Abhän­ gigkeit von den fortlaufend ausgewerteten Betriebsbe­ dingungen.

Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfin­ dung betrifft einen Verdichter für Kältemittel in einem Kühlkreislauf mit einer Antriebseinheit 12, einer vor­ zugsweise über einen Ölkreislauf 50 geschmierten Verdichtereinheit 12 und einem Verdichtergehäuse 16 zur Aufnahme zumindest der Verdichtereinheit 12 und gegebe­ nenfalls der Antriebseinheit 12. Zur Erkennung von Stö­ rungsfällen ist eine Überwachungseinrichtung 18 vorge­ sehen, welche den Betriebszustandes des Verdichters nach Maßgabe von an einer Meßstelle im Bereich des Ver­ dichtergehäuses 16 erfaßten mechanischen Verdichter­ schwingungen kontrolliert.

Claims (17)

1. Verdichter für Kältemittel in einem Kühlkreislauf mit einer insbesondere als Elektromotor ausgebilde­ ten Antriebseinheit (12), einer insbesondere durch einen Kolbenverdichter gebildeten, vorzugsweise über einen Ölkreislauf (50) geschmierten Verdich­ tereinheit (12) und einem Verdichtergehäuse (16) zur Aufnahme zumindest der Verdichtereinheit (12) und gegebenenfalls der Antriebseinheit (12), ge­ kennzeichnet durch eine Überwachungseinrichtung (18) zur Kontrolle des Betriebszustandes des Ver­ dichters nach Maßgabe von an einer Meßstelle im Be­ reich des Verdichtergehäuses (16) erfaßten mechani­ schen Verdichterschwingungen.

2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung (18) mindestens ei­ nen Vibrationssensor (20) zur Erfassung von Ver­ dichterschwingungen aufweist.

3. Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Überwachungseinrichtung (18) ei­ nen piezoelektrisch arbeitenden Beschleunigungssen­ sor (20) zur Erfassung von Schwingbeschleunigungen aufweist.

4. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrich­ tung (18) eine beim Anlauf der Antriebseinheit (12) mit einem Startsignal beaufschlagte Anlaufkontroll­ stufe (52) aufweist.

5. Verdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaufkontrollstufe (52) nach Ablauf einer mittels eines Zeitgebers vorgegebenen Verzögerungs­ zeit nach dem Startsignal bei Erfassung unzulässi­ ger oder ausbleibender Verdichterschwingungen an­ spricht.

6. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrich­ tung (18) eine bei Überschreiten eines vorzugsweise empirisch ermittelten oberen Schwellenwerts des Ausgangssignals des Vibrationssensors (20) anspre­ chende Betriebskontrollstufe (54) zur Erkennung von Flüssigkeitsschlägen im Verdichter aufweist.

7. Verdichter für Kältemittel in einem Kühlkreislauf mit einer insbesondere als Elektromotor ausgebilde­ ten Antriebseinheit (12), einer insbesondere durch einen Kolbenverdichter gebildeten, über einen Ölkreislauf (50) geschmierten Verdichtereinheit (12) und einem Verdichtergehäuse (16) zur Aufnahme zu­ mindest der Verdichtereinheit (12) und gegebenen­ falls der Antriebseinheit (12), gekennzeichnet durch eine Überwachungseinrichtung (18) zur Steue­ rung des Betriebszustandes des Verdichters nach Maßgabe der an einer Meßstelle im Ölkreislauf (50) erfaßten Öltemperatur.

8. Verdichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung (18) einen in den Ölkreislauf (50) eingreifenden Temperatursensor (22) und eine mit dem Ausgangssignal des Tempera­ tursensors (22) beaufschlagte Schaltstufe (56) zur Abschaltung bzw. Freischaltung der Antriebseinheit (12) bei Unterschreiten bzw. Überschreiten eines unteren Grenzwerts des Ausgangssignals aufweist.

9. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrich­ tung (18) eine vorzugsweise durch Leuchtdioden ge­ bildete Störungsanzeige aufweist.

10. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung (18) einen akustischen Alarmgeber aufweist.

11. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrich­ tung (18) mindestens ein Schaltrelais zur Unterbre­ chung der Stromzufuhr der Antriebseinheit (12) auf­ weist.

12. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrich­ tung (18) weitere an eine gemeinsame Steuereinheit (58) angeschlossene Sensoren (24, 26) zur kombinier­ ten Überwachung von Betriebsparametern wie Motoren­ wicklungstemperatur, Verdichtungsendtemperatur im Kältemittel und Öldruck im Ölkreislauf (50) auf­ weist.

13. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrich­ tung (18) über einzelnen Betriebsparametern zuge­ ordnete Schalter (60) auf einen die jeweilige Über­ wachungsfunktion stillsetzenden Handbetrieb um­ schaltbar ist.

14. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung (18) über eine Rückstelleinheit (62) gegebe­ nenfalls für eine begrenzte Anzahl von Rücksetzun­ gen in einen Normalbetriebszustand rücksetzbar ist.

15. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrich­ tung (18) einen mit einem Zeitgeber gekoppelten, vorzugsweise durch eine Programmroutine softwaremä­ ßig gebildeten Einschaltzähler zur Überwachung der Einschalthäufigkeit aufweist.

16. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrich­ tung (18) eine in Abhängigkeit von fortlaufend aus­ gewerteten Betriebsbedingungen geschaltete Service­ anzeige (64) zur Signalisierung erforderlicher War­ tungen aufweist.

17. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrich­ tung (18) in dem zum elektrischen Anschluß der An­ triebseinheit (12) vorgesehenen Klemmenkasten (48) angeordnet ist.