DE102016115778A1

DE102016115778A1 - Verfahren zum Betreiben eines Ölspiegelregulators

Info

Publication number: DE102016115778A1
Application number: DE102016115778.3A
Authority: DE
Inventors: Franz Stoll; Christoph Leja
Original assignee: Kriwan Industrie Elektronik GmbH
Current assignee: Kriwan Industrie Elektronik GmbH
Priority date: 2016-08-25
Filing date: 2016-08-25
Publication date: 2018-03-01
Also published as: IT201700095639A1; US20180058733A1; CN107781163A; US10767640B2

Abstract

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Ölspiegelregulators an einer Maschine, überwacht der Ölspiegelregulator einen Ölstand in der Maschine und bewirkt bei erkanntem Ölmangel ein Nachfüllen von Öl, wobei der Ölspiegelregulator eine Lauferkennung der Maschine vorsieht, bei der überprüft wird, ob sich die Maschine in einem an- oder ausgeschalteten Zustand befindet, wobei das Nachfüllen von Öl nur dann ausgeführt wird, wenn sich die Maschine im angeschalteten Zustand befindet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Ölspiegelregulators an einer Maschine, wobei der Ölspiegelregulator den Ölstand einer Maschine überwacht und bei erkanntem Ölmangel ein Nachfüllen von Öl bewirkt.
Der Ölspiegelregulator weist hierfür einen geeigneten Sensor auf, der den Ölstand in der Maschine misst. Wird ein Ölmangel festgestellt, öffnet ein Regler ein Magnetventil, um Öl aus einem Sammler der Maschine zuzuführen. Bei dem Ölspiegelregulator INT 280 B^® der Anmelderin wird beim Nachfüllen von Öl eine Füllperiode, bestehend aus einem Füllzyklus, bei dem Öl während einer Füllzykluszeit nachgefüllt wird und einem Pausenzyklus, bei dem das Nachfüllen von Öl während einer Pausenzykluszeit unterbrochen ist, solange wiederholt, bis ein ausreichender Ölspiegel erreicht ist. Bei dem Ölspiegelregulator INT 280 B^® ist die Füllzykluszeit und die Pausenzykluszeit in der ersten Füllperiode mit jeweils 5s bemessen. In der nächsten Füllperiode betragen die Zeiten jeweils 10s, dann 20s und schließlich 30s. Die zuletzt erreichte Füllperiode (30s Füllen und 30s Pause) bleibt solange bestehen, bis ein ausreichender Ölstand erreicht ist. Die Zykluszeiten bei diesem bekannten Ölspiegelregulator sind fest vorgegeben.
Die Menge des während einer bestimmten Füllzykluszeit nachgefüllten Öls variiert sehr stark mit dem vorherrschenden Druck, mit dem das Öl nachgefüllt wird. Bei Verdichtern von Kälteanlagen wurde in der Vergangenheit mit Öldrücken im Bereich von 30 bis 50 bar gearbeitet. Mit zunehmendem Einsatz von Kohlendioxid als Kältemittel unterscheiden sich die Druckbereiche von Verdichter zu Verdichter erheblich mehr als früher. So können transkritische CO₂-Verdichteranlagen bei bis zu 130 bar Druck betrieben werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Füllalgorithmus zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Ölspiegelregulators an einer Maschine, überwacht der Ölspiegelregulator einen Ölstand in der Maschine und bewirkt bei erkanntem Ölmangel ein Nachfüllen von Öl, wobei der Ölspiegelregulator eine Lauferkennung der Maschine vorsieht, bei der überprüft wird, ob sich die Maschine in einem an- oder ausgeschalteten Zustand befindet, wobei das Nachfüllen von Öl nur dann ausgeführt wird, wenn sich die Maschine im angeschalteten Zustand befindet. Dadurch wird verhindert, dass die Maschine durch den Ölspiegelregulator abgeschaltet wird, obwohl eigentlich Öl nachgefüllt werden könnte.
Das könnte im Falle eines Verdichters ansonsten beispielsweise wie folgt passieren:
Öl wird durch den Ölspiegelregulator auf der Niederdruckseite des Verdichters nachgefüllt. Der Druck, um das Öl nachzufüllen, wird durch den laufenden Verdichter aufgebaut. Der Ölsammler ist mit der Hochdruckseite des Verdichters verbunden und steht damit unter hohem Druck, der dazu dient, Öl in die Niederdruckseite des Verdichters nachzufüllen. Wenn der Verdichter nicht läuft und der hohe Druck am Verdichterausgang zusammenbricht, kann auch kein Öl mehr nachgefüllt werden. Der Ölspiegelregulator erkennt nach einer maximal zulässigen Füllzeit immer noch einen zu niedrigen Ölstand und schaltet den Verdichter als Vorsichtsmaßnahme ab. Dadurch kann der Verdichter aber auch vom Kälteregler der zugehörigen Kälteanlage nicht mehr gestartet werden, sodass kein Druck aufgebaut wird und der Verdichter unnötigerweise dauerhaft gesperrt ist.
Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung kann beim Nachfüllen von Öl eine Füllperiode, bestehend aus einem Füllzyklus, bei dem Öl während einer Füllzykluszeit nachgefüllt wird und einem Pausenzyklus, bei dem das Nachfüllen von Öl während einer Pausenzykluszeit unterbrochen ist, solange wiederholt werden, bis ein ausreichender Ölspiegel erreicht ist, wobei eine durchschnittliche Nachfüllzeit (aus vorhergehenden Nachfüllzeiten), innerhalb welcher der ausreichende Ölspiegel erreicht wird, ermittelt wird und die Füllzykluszeit und die Pausenzykluszeit in Abhängigkeit der durchschnittlichen Nachfüllzeit festgelegt werden.
Durch die Anpassung von Füllzykluszeit und Pausenzykluszeit können die speziellen Gegebenheiten an der zu überwachenden Maschine berücksichtigt werden. So werden die Zeiten entsprechende kürzer gewählt werden, wenn beim Nachfüllen ein hoher Öldruck anliegt und dadurch innerhalb eine gegebenen Zeit eine entsprechend große Ölmenge nachgefüllt wird. Der Ölspiegelregulator kann dadurch automatisch an unterschiedlichen und auch schwankenden Druckbereichen arbeiten.
So wird für das Nachfüllen von Öl bis zum Erreichen eines ausreichenden Ölspiegels eine vorgegebene Anzahl an Füllperioden angestrebt, wobei die Füllzykluszeit und die Pausenzykluszeit in Abhängigkeit der vorgegebenen Anzahl an Füllperioden festgelegt werden. Dadurch kann ein unnötiges Überfüllen der Maschine mit Öl und eine zu hohe Anzahl an Füllperioden vermieden werden.
Die Füllzykluszeit kann dabei insbesondere nach folgender Formel berechnet werden: Füllzykluszeit = (durchschnittliche Nachfüllzeit/vorgegebene Anzahl an Füllperioden)·a, wobei a ein Wert im Bereich von 0,5 bis 0,9 ist.
Die Pausenzykluszeit kann dabei insbesondere nach folgender Formel berechnet werden: Pausenzykluszeit = (durchschnittliche Nachfüllzeit/vorgegebene Anzahl an Füllperioden)·b,
wobei b = 1 – a ist.
Die durchschnittliche Nachfüllzeit kann dabei als Mittelwert aus einer vorgegebenen Anzahl der letzten Nachfüllzeiten berechnet werden. So können beispielsweise 10 +/– 5 der letzten Nachfüllzeiten berücksichtigt werden. Im Rahmen der Erfindung kann hierbei auch ein gewichteter Mittelwert gebildet werden, indem die letzte Nachfüllzeit höher gewichtet wird als die vorletzte, usw. So könnte man für die Berechnung des Mittelwerts beispielsweise die 10 letzten Nachfüllzeiten verwenden, wobei die letzte Nachfüllzeit mit 10, die vorletzte mit 9, ... und die älteste mit 1 multipliziert wird, um dann die Summe zu bilden und diese durch 55 (= 10 + 9 + 8 + 7 + 6 + 5 + 4 + 3 + 2 + 1) zu teilen. Jede andere Anzahl an berücksichtigen Nachfüllzeiten und auch jede andere Wichtung der einzelnen Nachfüllzeiten ist aber auch denkbar.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Nachfüllen des Öls auch nach Erreichen eines ausreichenden Ölstands für eine vorgegebene Überfüllzeit weiter betrieben. Hierdurch soll wiederum dem Fehlsignal des Sensors durch den Schaumbildungseffekt Rechnung getragen werden. Idealerweise wird die Überfüllzeit, in der noch Öl nachgefüllt wird, so festgelegt, dass nach dem Abbau des Schaums der richtige Ölstand erreicht wird.
Die Überfüllzeit ist dabei vorzugsweise einstellbar, wobei die speziellen Verhältnisse der jeweiligen Anwendung berücksichtigt werden. Dabei können insbesondere der Druck des Öls beim Nachfüllen und die Art der Schaumbildung zu berücksichtigende Faktoren bilden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet der Füllalgorithmus die Überfüllzeit, die Lauferkennung der Maschine und die adaptive Anpassung der Füllzyklus- bzw. Pausenzykluszeiten einer Füllperiode.
Weiterhin kann vorgesehen werden, dass das Nachfüllen von Öl unterbrochen wird, wenn die Maschine während des Nachfüllens von Öl vom angeschalteten Zustand in den ausgeschalteten Zustand gebracht wird.
Bei der Maschine handelt es sich vorzugsweise um einen Verdichter. Dieser kann insbesondere einen Niederdruckbereich und einen Hochdruckbereich aufweisen, wobei das Öl dadurch nachgefüllt wird, das Öl aus einem mit der Hochdruckseite des Verdichters in Verbindung stehenden Ölsammler entnommen und dem Niederdruckbereich des Verdichters zugeführt wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ölspiegelregulator die für das Nachfüllen von Öl benötigte Nachfüllzeit überwacht und die Maschine abschaltet, wenn innerhalb einer vorgegebenen Nachfüllzeit kein ausreichender Ölstand erreicht wird.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen
1 eine schematische Darstellung eine Maschine mit Ölspiegelregulator,
2 eine graphische Darstellung des Füllalgorithmus unter Berücksichtigung des Betriebszustandes der Maschine,
3 eine graphische Darstellung des Füllalgorithmus in Abhängigkeit des Ölspiegels und
4 eine graphische Darstellung des Füllalgorithmus mit Hinzufügung einer Überfüllzeit.
Die in 1 dargestellte Maschine 2, bei der es sich beispielsweise um einen Verdichter handelt, weist einen Ölspiegelregulator 1 zur Überwachung des Ölspiegels auf. Der Ölspiegelregulator 1 hat die Aufgabe, aus einem Ölsammler 6 bei Ölmangel Öl in die Maschine 2 nachzufüllen. Der Ölspiegelregulator 1 weist hierfür beispielsweise einen optischen Sensor 3 auf, der den Ölstand in der Maschine 2 misst. Wird ein Ölmangel festgestellt, öffnet ein Regler 4 ein Magnetventil 5, um Öl aus dem Ölsammler 6 in die Maschine 2 zu speisen. Auch während des Nachfüllens wird der Ölspiegel laufend überwacht, wobei das Magnetventil bei Erreichen eines ausreichenden Ölspiegels wieder geschlossen wird.
2 zeigt den erfindungsgemäßen Füllalgorithmus, bei dem überprüft wird, ob sich die Maschine 2 in einem an- oder ausgeschalteten Zustand befindet, wobei das Nachfüllen von Öl nur dann ausgeführt wird, wenn sich die Maschine im angeschalteten Zustand befindet.
Im dargestellten Beispiel ist die Maschine 2 vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t5 und zwischen t6 und t8 angeschaltet und ansonsten ausgeschaltet. Zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 liegt eine Ölmangel vor, sodass hier durch Öffnen des Magnetventils 5 während einer Nachfüllzeit NZ1 ein Nachfüllen von Öl durchgeführt wird. Der nächste Ölmangel wird zum Zeitpunkt t4 festgestellt, sodass wiederum ein Nachfüllen von Öl bewirkt wird. Die Maschine 1 wird zu einem Zeitpunkt t5 abgeschaltet, woraufhin das Nachfüllen des Öls sofort abgebrochen wird (NF2), obwohl noch kein ausreichender Ölstand vorliegt. Das Nachfüllen wird erst wieder fortgesetzt, wenn die Maschine zum Zeitpunkt t6 wieder angeschaltet wird.
Die Nachfüllzeit NZ3 endet zum Zeitpunkt t7, zu dem wieder ein ausreichender Ölstand vorhanden ist. Zum Zeitpunkt t9 wird wieder ein Ölmangel festgestellt, der aber kein Nachfüllen von Öl auslöst, da die Maschine zu diesem Zeitpunkt nicht eingeschaltet ist. Das Nachfüllen wird erst dann wieder ausgeführt, wenn die Maschine erneut angeschaltet wird (nicht mehr dargestellt).
Der Füllalgorithmus während einer Nachfüllzeit (beispielsweise NZ1) ist aus 3 ersichtlich. Die oberste Kennlinie zeigt an, ob der Sensor einen Ölmangel diagnostiziert (ja) oder ob der Sensor einen ausreichenden Ölstand erkennt (nein). Darunter wird der Zustand des Magnetventils 5 angezeigt, wobei im geöffneten Zustand (auf) Öl nachgefüllt wird und im geschlossenen Zustand (zu) kein Öl nachgefüllt wird. Das Nachfüllen von Öl erfolgt in mehreren Füllperioden (FP1, FP2), bestehend jeweils aus einem Füllzyklus, bei dem Öl während einer Füllzykluszeit FZ1 bzw. FZ2 nachgefüllt wird und einem Pausenzyklus, bei dem das Nachfüllen von Öl während einer Pausenzykluszeit PZ1 bzw. PZ2 unterbrochen ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel gibt es zwei vollständige Füllperioden FP1 und FP2 sowie eine angebrochene Füllperiode FP3, die nach einer Füllzykluszeit von FZ3 endet, da ab diesem Zweitpunkt wieder ein ausreichender Ölspiegel vorhanden ist und das Magnetventil geschlossen wird. Alle drei Füllperioden FP1, FP2 und FP3 bilden die Nachfüllzeit NZ.
Für einen adaptiven Füllalgorithmus wird erfindungsgemäß die durchschnittliche Nachfüllzeit NZ ermittelt, innerhalb welcher der ausreichende Ölspiegel erreicht wird. Dies geschieht beispielsweise durch Berücksichtigung der letzten 5 bis 10 Nachfüllzeiten, wobei ein Mittelwert gebildet wird. Zweckmäßigerweise werden die Nachfüllzeiten gewichtet berücksichtigt, wobei die jüngsten Nachfüllzeiten eine höhere Wichtung als die älteren Nachfüllzeiten erfahren sollten, um etwaigen Änderungen in den Betriebsbedingungen Rechnung zu tragen.
Die Füllzykluszeit kann beispielsweise nach folgender Formel berechnet werden: Füllzykluszeit = (durchschnittliche Nachfüllzeit/vorgegebene Anzahl an Füllperioden)·a, wobei a ein Wert im Bereich von 0,5 bis 0,9 ist.
Die Pausenzykluszeit kann dann analog nach folgender Formel berechnet werden: Pausenzykluszeit = (durchschnittliche Nachfüllzeit/vorgegebene Anzahl an Füllperioden)·b, wobei b = 1 – a ist.
Die vorgegebene Anzahl an Füllperioden kann beispielsweise im Bereich von 3 bis 8 liegen. Der Wert a wird beispielsweise mit 0.8 festgelegt, sodass sich für b ein Wert von 0.2 ergibt. Dies bedeutet, dass die Füllzykluszeit viermal länger als die Pausenzykluszeit. Aber auch hier kann je nach den Gegebenheiten ein anderes Verhältnis ausgewählt bzw. eingestellt werden.
Bei Anwendungen mit sehr hohen Druckbereichen ergeben sich entsprechend kürzere Füll- und Pausenzykluszeiten, da das Nachfüllen entsprechend schneller erfolgt.
Gemäß einer weiteren Option überwacht der Ölspiegelregulator die für das Nachfüllen von Öl benötigte Nachfüllzeit und schaltet die Maschine ab, wenn innerhalb einer vorgegebenen Nachfüllzeit kein ausreichender Ölstand erreicht wird. Diese Regelung dient dem Schutz der Maschine. Gerade für diese zusätzliche Überwachung ist die oben mit Bezug auf 2 beschriebene Berücksichtigung des Betriebszustandes der Maschine eine sinnvolle Ergänzung, da die Maschine 2 ansonsten durch den Ölspiegelregulator 1 abgeschaltet werden könnte, obwohl eigentlich Öl nachgefüllt werden müsste.
4 zeigt noch eine weitere Option, bei der das Nachfüllen des Öls dann noch für eine vorgegebene Überfüllzeit ÜZ weiter betrieben wird, wenn bereits ein ausreichender Ölstand festgestellt worden ist. Dies trägt dem Umstand Rechnung, dass der Ölspiegelregulator zwar einen ausreichenden Ölstand anzeigt, aber die Messung darauf beruht, dass der Ölspiegelregulator fehlerhafterweise etwaigen Schaum als Öl interpretiert und dadurch zu früh einen ausreichenden Ölstand meldet.
Durch Einstellen einer geeigneten Überfüllzeit (beispielsweise 5 Sekunden) wird noch weiteres Öl nachgefüllt, sodass nach Abbau des Schaums der ausreichende Ölstand vorliegt.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Ölspiegelregulators an einer Maschine, wobei der Ölspiegelregulator einen Ölstand in der Maschine überwacht und bei erkanntem Ölmangel ein Nachfüllen von Öl bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass überprüft wird, ob sich die Maschine in einem an- oder ausgeschalteten Zustand befindet und das Nachfüllen von Öl nur dann ausgeführt wird, wenn sich die Maschine im angeschalteten Zustand befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachfüllen von Öl unterbrochen wird, wenn die Maschine während des Nachfüllens von Öl vom angeschalteten Zustand in den ausgeschalteten Zustand gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Maschine um einen Verdichter handelt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter einen Niederdruckbereich und einen Hochdruckbereich aufweist, wobei das Öl dadurch nachgefüllt wird, das Öl aus einem mit der Hochdruckseite des Verdichters in Verbindung stehenden Ölsammler entnommen und dem Niederdruckbereich des Verdichters zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölspiegelregulator die für das Nachfüllen von Öl benötigte Nachfüllzeit überwacht und die Maschine abschaltet, wenn innerhalb einer vorgegebenen Nachfüllzeit kein ausreichender Ölstand erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Nachfüllen von Öl eine Füllperiode (FP1, FP2), bestehend aus einem Füllzyklus, bei dem Öl während einer Füllzykluszeit (FZ1, FZ2) nachgefüllt wird und einem Pausenzyklus, bei dem das Nachfüllen von Öl während einer Pausenzykluszeit (PZ1, PZ2) unterbrochen ist, solange wiederholt wird, bis ein ausreichender Ölspiegel erreicht ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine durchschnittliche Nachfüllzeit (NZ), innerhalb welcher der ausreichende Ölspiegel erreicht wird, ermittelt wird und die Füllzykluszeit und die Pausenzykluszeit in Abhängigkeit der durchschnittlichen Nachfüllzeit festgelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für das Nachfüllen von Öl bis zum Erreichen eines ausreichenden Ölspiegels eine vorgegebene Anzahl an Füllperioden angestrebt wird und die Füllzykluszeit und die Pausenzykluszeit in Abhängigkeit der vorgegebenen Anzahl an Füllperioden festgelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllzykluszeit nach folgender Formel berechnet wird: Füllzykluszeit = (durchschnittliche Nachfüllzeit/vorgegebene Anzahl an Füllperioden)·a, wobei a ein Wert im Bereich von 0,5 bis 0,9 ist und die Pausenzykluszeit nach folgender Formel berechnet wird: Pausenzykluszeit = (durchschnittliche Nachfüllzeit/vorgegebene Anzahl an Füllperioden)·b, wobei b = 1 – a ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die durchschnittliche Nachfüllzeit als Mittelwert aus einer vorgegebenen Anzahl der letzten Nachfüllzeiten berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die durchschnittliche Nachfüllzeit als gewichteter Mittelwert aus einer vorgegebenen Anzahl der letzten Nachfüllzeiten berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachfüllen des Öls auch nach Erreichen eines ausreichenden Ölstands für eine vorgegebene Überfüllzeit weiter betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Überfüllzeit einstellbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölspiegelregulator (1) den Ölstand in der Maschine (2) während des Nachfüllens laufend überwacht.