DE19723804C2 - Vorrichtung zur Ermittlung des Druckes im Arbeitsraum von Hubkolbenmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung des Druckes im Arbeitsraum von Hubkolbenmaschinen, und insbesondere eine Vorrichtung zur Ermittlung des Druckes im Arbeitsraum von Kolbenkompressoren.

Zur Diagnose des Arbeitsablaufes in Hubkolbenmaschinen ist es beispielsweise bei Kolbenkompressoren bekannt, Druckaufnehmer im Arbeitssraum anzuordnen. Mit diesen Druckaufnehmern läßt sich der momentane Druck im Arbeitsraum bestimmen, so daß sich wegen des vorgegebenen Volumens des Arbeitsraumes ein aktuelles pv-Diagramm erstellen läßt. Dies kann nun mit einem vorgegebenen, auf Originalausführung bezogenes oder einem theoretischen pv-Diagramm verglichen werden, wobei Abweichungen zu dem Bezugs-pv-Diagramm Hinweise auf einen Verschleiß beispielsweise an den Saug- oder Druckventilen oder Kolbenringen liefern. Damit ist eine frühestmögliche Auswechslung von verschlissenen Teilen bei vorgeplanten Stillständen der Maschine möglich, so daß die Reparaturkosten verringert und die Ausfallzeiten minimiert werden und damit eine Hubkolbenmaschine bzw. ein Kolbenkompressor mit hoher Zuverlässigkeit zur Verfügung gestellt wird. Weiterhin ermöglicht die Ermittlung und Überprüfung der ordnungsgemäßen Maschinenfunktion durch Bestimmung des eingetretenen Schädigungs- oder Verschleißzustandes eine zustandsorientierte Maschinenwartung.

Als nachteilig ist hier jedoch anzusehen, daß durch die Verwendung von Druckaufnehmern als Meßwertaufnehmer der Vorrichtung zur Ermittlung des Druckes im Arbeitsraum von Hubkolbenmaschinen eine Anordnung der Meßwertaufnehmer nur im Arbeitsraum möglich ist. Dies führt u. a. dazu, daß eine Überprüfung und gegebenenfalls ein Austausch der Meßwertaufnehmer nur bei Stillstand und Demontage der Hubkolbenmaschine möglich ist. Eine entsprechende Überprüfung bzw. ein Austausch der Meßwertaufnehmer ist somit mit einem hohen Zeit- und Kostenaufwand verbunden.

Vor diesem Hintergrund ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Ermittlung des Druckes im Arbeitsraum von Hubkolbenmaschinen zur Verfügung zu stellen, die keine als Druckaufnehmer ausgebildete Meßwertaufnehmer zur Ermittlung des Druckes im Arbeitsraum benötigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Ermittlung des Druckes im Arbeitsraum von Hubkolbenmaschinen gelöst, bei der mindestens ein Meßwertaufnehmer zur Ermittlung der Dehnung von zugbelasteten Bauteilen vorgesehen ist.

Durch die Verwendung von Meßwertaufnehmern zur Ermittlung der Dehnung von Bauteilen, deren Dehnung proportional zu dem im Arbeitsraum herrschenden Druck ist, läßt sich einfach der im Arbeitsraum herrschende Druck indirekt ermitteln und in ein aktuelles pv-Diagramm in bekannter Weise übertragen. Damit ist die eingangs näher beschriebene Verschleißüberwachung von Bauteilen durch Diagnose des Arbeitsverlaufes von Hubkolbenmaschinen und den Vergleich des aktuellen pv-Diagrammes mit einem vorgegebenen Bezugs-pv-Diagramm ohne großen Aufwand möglich. Weiterhin ergeben sich durch die frühestmögliche Auswechslung bei vorgeplanten Stillständen von verschlissenen Teilen verringerte Reparaturkosten und minimierte Ausfallzeiten, so daß die Zuverlässigkeit von Hubkolbenmaschinen erhöht wird und eine zustandsorientierte Maschinenwartung möglich ist.

Der Meßwertaufnehmer zur Ermittlung der Dehnung kann beispielsweise an einem bewegten druckbelasteten Bauteil angeordnet werden, wobei sich hier vorteilhafterweise die Kolbenstange anbietet, da deren Dehnung proportional zu dem im Arbeitsraum herrschenden Druck ist. In diesem Fall werden die Meßergebnisse des Meßwertaufnehmers vorteilhafterweise telemetrisch nach außen zu einem entsprechenden Empfänger übertragen und in ein aktuelles pv- Diagramm übertragen, um eine Verschleißüberwachung in der beschriebenen Weise zu ermöglichen.

Bevorzugt ist jedoch die Anbringung des mindestens einen Meßwertaufnehmers an einem ruhenden druckbelasteten Bauteil, welches besonders bevorzugt von außen zugänglich ist. Dieses bietet den zusätzlichen Vorteil, daß eine Überprüfung und ein möglicher Austausch des mindestens einen Meßwertaufnehmers ohne Stillstand und Demontage der Hubkolbenmaschine möglich ist. Dieses führt zu weiter verringerten Reparaturkosten und weiter minimierten Ausfallzeiten, so daß eine verbesserte zustandsorientierte Maschinenwartung mit geringeren Kosten möglich ist.

Vorteilhaftweise wird der mindestens eine Meßwertaufnehmer bei dieser besonders bevorzugten Ausführungsform an einer Deckelschraube oder an einer Verbindungsschraube vom Arbeitszylinder zum Kurbelgehäuse angebracht. Dieses bietet einen besonders einfachen Zugang zum Meßwertaufnehmer auch während des Betriebes der Hubkolbenmaschine und damit eine besonders einfache Überprüfungs- und Austauschmöglichkeit des Meßwertaufnehmers.

Vorteilhafterweise weist hier die entsprechende Schraube einen sich über ihre Länge erstreckenden Hohlraum auf, in dem ein mit dem mindestens einen Meßwertaufnehmer versehener Meßstift so angeordnet ist, daß die Dehnung der Schraube auf den Meßstift übertragen wird. Damit wird eine besonders einfache Anordnung des Meßwertaufnehmers an der entsprechenden Schraube zur Verfügung gestellt, die eine leichte und einfache Überprüfung und gegebenenfalls Austausch des Meßwertaufnehmers im Betrieb der Hubkolbenmaschine ermöglicht.

Der Meßwertaufnehmer ist bevorzugt als Dehnungsmeßstreifen ausgebildet. Damit ist eine besonders einfache Befestigung des Meßwertaufnehmers auf dem entsprechenden druckbelasteten Bauteil möglich, da der Dehnungsmeßstreifen einfach nur aufgeklebt und kalibriert werden muß.

Der Meßwertaufnehmer kann aber auch als optischer Meßwertaufnehmer ausgebildet sein, beispielsweise in Verbindung mit einem Laser.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Ermittlung des Druckes im Arbeitsraum von Hubkolbenmaschinen, bei dem die Meßwertaufnehmer 20 an einem ruhenden, druckbelasteten Bauteil, einer Deckelschraube 32 angeordnet sind. Der Einfachheit halber ist dabei die Zylinderdeckelbefestigung in einem Ausschnitt im Schnitt dargestellt.

Der Zylinderdeckel 30 einer Hubkolbenmaschine ist mittels einer Anzahl von Deckelschrauben 32, von denen hier eine im Schnitt dargestellt ist, auf einem Zylinder 40 befestigt. Der Zylinder 40 weist dabei Innengewinde 42 zur Aufnahme der Deckelschrauben 32 auf.

Die Deckelschraube 32 weist an einem Ende ein erstes Außengewinde 33 auf, mit dem sie in das Innengewinde 42 des Zylinders 40 eingeschraubt wird. Am anderen Ende weist die Deckelschraube 32 ein zweites Außengewinde 34 auf, auf dem eine Deckelschraubenmutter 38 aufgeschraubt wird, um den Zylinderdeckel 30 auf dem Zylinder 40 zu befestigen. Hierzu weist der Zylinderdeckel 30 eine Durchgangsbohrung 31 auf, durch welche die in den Zylinder 40 eingeschraubte Deckelschraube 32 hindurchführt, so daß auf das andere Ende der Deckelschraube 32 die Deckelschraubenmutter 38 auf das zweite Außengewinde 34 aufgeschraubt werden kann.

Die Deckelschraube 32 weist eine entlang der Längsachse der Deckelschraube 32 ausgeführte Bohrung 35 auf, die sich nahezu über die gesamte Länge der Deckelschraube 32 erstreckt. Diese Bohrung 35 bildet einen sich über die Längsachse der Deckelschraube 32 erstreckenden Hohlraum, an dessen innerem Ende ein Innengewinde 36 zur Aufnahme eines Meßstiftes 50 ausgebildet ist.

Der Meßstift 50 weist an seinem einen Ende ein erstes Außengewinde 51 auf, mit dem er in das Innengewinde 36 in der Bohrung 35 der Deckelschraube 32 eingeschraubt wird. Am anderen Ende des Meßstiftes 50 ist ein zweites Außengewinde 52 angeordnet, auf das eine Meßstiftmutter 58 aufgeschraubt wird. Weiterhin weist der Meßstift 50 eine entlang der Mittelachse ausgebildete und sich durch den gesamten Meßstift 50 erstreckende Bohrung 54. Diese Bohrung 54 nimmt eine Leitung 56 auf, die von auf dem Außenumfang des Meßstiftes 50 angeordneten, als Dehnmeßstreifen ausgebildeten Meßwertaufnehmer 20 zu einer nicht dargestellten Auswertvorrichtung führt.

Mit der hier dargestellten Anordnung von als Dehnmeßstreifen ausgebildeten Meßwertaufnehmer 20 an der Deckelschraube 32 ist es einfach und problemlos möglich, den Druck im Arbeitsraum der Hubkolbenmaschine über die Dehnung der Deckelschraube 32 zu ermitteln. Der auf den Zylinderdeckel 30 vom Arbeitsraum der Hubkolbenmaschine einwirkende Druck wird über die Deckelschraubenmutter 38 auf die Deckelschraube 32 übertragen. Da sie mit einem Ende mit dem dort angeordneten ersten Außengewinde 33 in das im Zylinder 40 angeordnete Innengewinde 42 eingeschraubt ist, wird die Deckelschraube 32 mittels der auf das am anderen Ende der Deckelschraube 32 angeordnete zweite Außengewinde 34 aufgeschraubten Deckelschraubenmutter 38 gedehnt.

Die Dehnung der Deckelschraube 32 wird dabei durch die besondere Anordnung des Meßstiftes 50 auf diesen übertragen. Der in der Bohrung 35 der Deckelschraube 32 angeordnete Meßstift 50 ist mit seinem inneren Ende mit dem dort befindlichen ersten Außengewinde 51 in das Innengewinde 36 in der Bohrung 35 der Deckelschraube 32 eingeschraubt. Dieses Innengewinde 36 befindet sich im inneren Ende der Bohrung 35, welche sich bis in den in den Zylinder 40 eingeschraubten Bereich der Deckelschraube 32 erstreckt. Da das andere Ende des Meßstiftes 50 mittels des dort angeordneten zweiten Außengewindes 52 und der darauf aufgeschraubten Meßstiftmutter 58 mit der Außenseite der Deckelschraube 32 verspannt ist, wird folglich die gesamte Dehnung der Deckelschraube 32 auf den Meßstift 50 übertragen.

Die Dehnung des Meßstiftes 50, die proportional zur Dehnung der Deckelschraube 32 ist, welche wiederum proportinal zur Druckbelastung des Zylinderdeckels 30 durch den im Arbeitsraum herrschenden Druck ist, wird von den auf dem Außenumfang des Meßstiftes 50 angeordneten Dehnmeßstreifen 20 erfaßt. Diese sind über die Leitungen 56 mit einer nicht dargestellten Auswertvorrichtung verbunden, die aus der ermittelten Dehnung den aktuell im Arbeitsraum herrschenden Druck berechnet, so daß ein aktuelles pv-Diagramm erstellt werden kann. Dieses kann dann mit einem vorgegebenen theoretischen pv-Diagramm verglichen werden, um beispielsweise den Verschleiß von Bauteilen der Hubkolbenmaschine zu ermitteln.

Diese hier beschriebene Anordnung bietet den besonderen Vorteil, neben der indirekten Druckermittlung des Druckes im Arbeitsraum der Hubkolbenmaschine zur Erstellung eines aktuellen pv-Diagrammes zur Arbeitsdiagnose und Verschleißüberwachung und damit zustandsorientierten Maschinenwartung, daß die Meßwertaufnehmer 20 auch während des Betriebes der Hubkolbenmaschine überprüft und gegebenenfalls ausgetauscht werden können. Dieses wird durch die einfache Zugänglichkeit des Meßstiftes 50 ermöglicht, auf dessen äußeren Umfang die Meßwertaufnehmer in Form von Dehnungsmeßstreifen 20 angeordnet sind. Durch Lösen der Meßstiftmutter 58 und Herausschrauben des Meßstiftes 50 aus dem Innengewinde 36 der Deckelschraube 32 ist der Meßstift 50 ohne weiteres aus der Deckelschraube 32 entfernbar. Die darauf angeordneten Dehnmeßstreifen 20 sind somit für eine Überprüfung und einen gegebenenfalls notwendigen Austausch zugänglich, ohne daß die gesamte Hubkolbenmaschine stillgelegt und demontiert werden muß.

Damit wird eine zustandsorientierte Maschinenwartung wesentlich erleichtert und Hubkolbenmaschinen mit einer hohen Zuverlässigkeit bereitgestellt, da durch die frühestmögliche Auswechslung von Verschleißteilen und Zusammenlegung des Austausches von Verschleißteilen bei vorgeplanten Stillständen die Ausfallzeiten minimiert und die Reparaturkosten verringert werden.

Obwohl hier nur eine Deckelschraube 32 mit einem darin angeordneten Meßstift 50 beschrieben worden ist, können auch mehrere Deckelschrauben einer Hubkolbenmaschine mit einem derartigen Meßstift 50 versehen werden, so daß die Dehnung von mehreren Deckelschrauben 32, unter Umständen auch von allen Deckelschrauben zur Ermittlung des Druckes im Arbeitsraum einer Hubkolbenmaschine verwendet werden kann.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Ermittlung des Druckes im Arbeitsraum von Hubkolbenmaschinen durch Messung der Dehnung eines durch den Druck im Arbeitsraum auf Zug beanspruchten Bauteils, insbesondere einer zwischen Decke, Zylinder und Kurbelgehäuse im wesentlichen parallel zur Richtung der Kolbenbewegung angeordneten Verbindungsschraube, dadurch gekennzeichnet, daß
die Verbindungsschraube (32) einen sich über ihre Länge erstreckenden zentralen Hohlraum (35) aufweist,
im Hohlraum (35) ein Meßstift (50) mit wenigstens einem Meßwertaufnehmer (20) angeordnet und endseitig in der Verbindungsschraube (32) derart befestigt ist, daß
die Dehnung der Verbindungsschraube (32) auf den Meßstift (50) übertragen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstift (50) eine zentrale Bohrung (54) aufweist, in der eine elektrische Leitung (56 für die Verbindung des Meßwertaufnehmers (20) mit einer Anzeige- bzw. Auswerteeinrichtung angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Meßwertaufnehmer (20) ein Dehnungsmeßstreifen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Meßwertaufnehmer (20) ein optischer Meßwertaufnehmer ist.