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Verfahren und Vorrichtung zum Anzeigen der
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Ölnebel- und/oder Ölrauchbildung in Triebräumen Von Brennkraftmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auX' ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anzeigen
der Ölnebel- und/oder Ölrauchbildung in Triebräumen von Brennkcra L'tmaschinen,
vorzubsweise von Schiffsdieselmotoren und/ oder in Getrieben, bei denen ständig
von einer Absaugpumpe aus einem oder mehreren Kurbei- und/eder Getrieberäumen ein
Probestrom des Ölnebels und/oder des Ölrauches entnommen und durch eine Absaugleitung
mit Prüfkanai geleitet wird, in weichem eine Meßstrecke, insbesondere eine aus einem
lichtelektrischen Sendet und einem lichtelektrischen Empfänger bestehende Lichtschranke
laufend die Opazität des Probestromes mißt, in eine elektrische Größe umwandelt
und beim uberschreiten eines Grenzwertes eiiI Alarmsignal und/oder ein 3teuer- bzw.
Abstellsignal für den Motor auslöst.
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Ein derartiges blnebe1überwachungsverfahrer bzw. -gerät dient zum
rechtzeitigen Erkennen des Heißlaufens von Lagern oder anderen Triebwerksteilen,
insbesondere in Schiffsdieselmotoren, da die Konzentration des im Kurbelraum entstehenden
Ölnebels und/oder Ölrauches ein zuverlässiges Kriteriuni für das Heißlaufen eines
Triebwerkteiles darstellt.
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Als nachteilig ist bei den bekannten Ölnebelüberwachungsgeräten anzusehen,
daß mit dem ständig durch den Prüf-kanal strömenden, aus dem Kurbelraum des Dieselmotors
kommenden Ölnebelstrom Öltröpfchen mitgerissen werden, die aul' jen vor dem Lichtsender
und den Licntemfänger der Lichtschranke befindlichen Linsen bzw. auf den Fenstern
einer anderen Meßstrecke einen Ölfilm erzeugen, der ar sich senon die optischen
Verhältnisse der Lichtschranke stört und außerdem das Aosetzen eines Schmutzbelages
aus deni Ölnebelstrom begünstigt, wodurch eine Opazitätsänderung im Probestrom vorgetäuscht
wira, die zu einer Verfälschung des Meßwertes und zu Fehlalarmen führt.
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Derartige, zum Abschalten des Schiffsdieselmotors führende Fehlalarme
müssen aber unbedingt vermieden werden, da das Schiff durch den Motorausfall steuerlos
wird und hierbei, insbesondere während
schwieriger Steuermanöver,
beschädigt werden kann. Auen durch eine laufende manuelle Reinigung der Linsen ist
hier keine sichere Aohilfe zu schaffen, da diese Reinigung aufwendig ist und vor
allem oft vergessen wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Verschmutzung der Linsen bzw.
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der Druchtrittsfenster der Meßstrecke weitestgehend zu verhindern.
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Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung darin gesehen,
daß die am Ende der Aosauglei tung angeshiossene Absaugpumpe mit einem Pumpenabsaugdruck
betrieben wird, der das Vielfache, vorzugsweise das 10 bis 20-fache der im Triebraum
gegenuber der Atmosphäre möglichen Druckschwankungen, mindestens jedoch etwa 100
mm Wassersäule beträgt und der abgesaugte Probestrom vor dem Prüfkanal durch eine
düsenartige Verengung der Absaugleitung auf eine Keine oder nur wenige Öltröpfchen
aus dem Triebraum mitreißende dtrömungsgeschwindigkeit zwischen Triebraum und Verengung
gedrosselt wird und der mit wesentlich nöherer Geschwindigkeit f-ei aus der uüsenartigen
Verengung austretende Probestrom tangential in einen Zentrifugalabscheider eingeleitet
und durch die bei der Wirbelbewegung entstehende Zentrifugalkraft von seinen restlichen
Ölteilchen befreit wird.
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Durch die Anwendung dieses honen Ansaugdruckes der Pumpe in Verbindung
mit der vorgeschlagenen Drosselurig des Probesstromes werden die unvermeidlichen,
last- und verschleißabhängigen Druckschwankungen im rr-iebraum des Motors so weitgehend
überdeckt, daß sie bei der Betrachtung der Absauggeschwindigkeit des Probestromes
vernachläsigt werden können. Diese Druckschwankungen im Triebraum des Motors wirkten
sich nämlich bische deshalb sehr nachteilig aus, weil die den Gesamtansaugdruck
aus Pumpen- und Triebsraumdruck und damit in die Geschwindigkeit / der Absaugleitung
wesentlich beeinflußten, wodurch diese Absauggeschwindigkeit nicht konstant gehalten
werden konnte. So haben sich Druckerhöhungen im Triebraum bisher so ausgewirkt,
daß die Absauggeschwindigkeit über die ein Mitreißen der Öltiöpfehen verhindernde
Grenze angehoben wurde. Durch die vorgeschlagene starke Erhöhung des Pumpenansaugdruckes
werden die Auswirkungen der möglichen Druckschwankungen im Triebraum auf die Absauggeschwindigkeit
vernachlässigbar klein und durch die gleichzeitig vorgeschlagene Drosselung des
Probestromes wird die Absauggeschwindigkeit
trotz Verwendung des
hohen Drucke so niedrig gehalten, daß keine Öl teilchen mehr mitgerissen werden
können.
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Diese Drosselung des Ansaugstromes ist hierbei in besonders zweckmäßiger
Weise an die Einmündungsstelle eines Zentrifugalabscheiders gelegt, sc daß der Probestrom
jetzt mit relativ honer Geschwindig-Keit frei in den Wirbeiraum des Abscheiders
eintreten kann und hierbei die Restabschedung eventuell noch vorhandener Öltröpfchen
auslöst. Die Absauggeschwindigkeit v ergibt sich aus der Formel
wobei der Absaugdruck Pa die Summe aus dem Pumpendruck Pp und dem Triebraumdruck
Pt darstellt und #Pt die Druckschwankungen im Triebraum Kennzeichnet und c der Strömungsbeiwert
ist. Hieraus ist aeuzlich ersichtlich, daß die Druckschwankungeri im Triebraum jetzt
bei dem honen Pumpendruck die Geschwindigkeit nur unwesentlich verändern und außerdem
die Geschwindigkeit durch die quadratische Abhängigkeit bei der Drosselung noch
geringfügiger beeinflußt wird.
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Zweckmäßigerweise ist zwischen dem Prüfkanal und den Sende- und Empfangs
teilen der Meßstrecke, insbesondere beiderseits des Prüfkanals zum Lichtsender und
zum Lichtempfänger einer Lichtschranke hin eine Spülluftkammer vorgesehen, deren
Rückwand die Linse oder das Fenster für die Sende- und Empfangs teile der Meßstrecke
trägt und ÜLe eine das Karnmerinnere mit der Atmosphäre verbindende Lufteintrittsöffnung
aufweist und über eine in Höhe der Meßstrecke liegenae Austrittsöffnung in offener
Verbindung mit dem Prülkanal steht.
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Mit Hilfe dieser Spülluftkammer oder -kammern wird ständig reine Atmosphärenluft
in die Umgebung der Linsen gebracht so daß diese Linsen noch sicherer vor Verschmutzung
durch den Ölnebel oder O1-rauch geschützt sind. Hierbei wird der in der Absaugleitung
zwischen der Pumpe und der düsenartigen Verengung vorhandene hohe Unterdruck ausgenutzt,
um Frischluft aus der freien Atmosphäre in die Spülluftkammer oder -kammern einzusaugen.
Die Druckdifferenz zwischen Prüfkanal und Spülluftkammer ist hierbei so klein gehalten,
daß der etwas höhere DrucK in der Spülluftkammer gerade ausreicht, an mit Sicherheit
zu verhindern, daß Ölnebel oder Ölrauch aus dem Prüfkanal in die Spülluftkammer
und damit an die Linse oder das Fenster der Meßstrecke gelangen kann.
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Außerdem wird vorgeschlagen, an die Lufteintriffsöffnung zur Spülluftkammer
ein großes Filter mii hoher Schmutzaufnahmekapazität anzuschließen, wodurch die
eintretende Frischluft gereinigt zu den Linsen gelangt und diese besonders sauber
hält.
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Der hohe UnterdrucK in der Ansaugleitung gestattet den Einbau dieses
großen Filters, das infolge der nohen Schmutzaufnahme kapazität über eine lange
Zeit wartungsfrei arbeitet. Der hohe Druckverlust dieses Großfilters wird durch
den hohen Ansaugdruck ausgeglichen.
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Die in die Spülluftkammer eintretende Außenluft läßt sich weiterhin
auch dadurch zur Überwachung der FunktIonsfähigkeit des Ansaugsystems benutzen,
daß die Lufteintrittsöffnung zur Spülluftkammer als im Verhältnis zur Austrittsöffnung
im Querschnitt sehr kleine Düse ausgebildet ist und in den Bereich des hieraus austretenden
Reinluftstrahles ein Strömungswächter, vorzugsweise ein an Spannung liegender und
dadurch aufgeheizter temperaturabhängiger elektriscLier Widerstand, z. B. ein Kaltleiter
in die Spülluftkammer eingebaut ist. Dieser elektrisch erhitzte und von dem Reinluftstrom
gekühlte Strömungswächter spricht an, wenn der Absaugunterdrucx ausfällt, da dann
auch keine Luftzuströmung mehr erfolgt. Außerdem wird auch Störung gemeldet, wenn
das Filter für die Reinluft verschmutzt ist fluid damit keine ausrei hende Luftmenge
mehr in die Spülluf'tkammer eintritt und den Strömungswächter kühlen kann. Auch
wird weiterhin Störung gemeldet, wenn das Gerät, z. B. zu Reinigungszwecken geöffnet
wird und dadurch Falschluft eintreten kann, die den Unterdruck abbaut.
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Weiterhin empfiehlt es sich, als Pumpe eine an eine Treibluftquelle
angeschlossene Lu1'tstrahlpumpe vorzusehen, die bei niedriger Treibluftmenge bereits
einen verhältnismäßig Klonen Unterdruck in der Ansaugleitung erzeugt und im höheren
Treibluftmengenbereich nur einen demgegenüber wesentlich geringeren Unterdruckanstieg
bewirkt. Dadurch ist es möglich, das blnebelüberwachungsgerät auch an eine sobwankende
Druckluftquelle anzuschließen.
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Insbesondere eignet sich deshalb auch das Ladeluftrohr des Dieselmotors
als Druckluftquelle für die Luftstrahlpumpe, dessen vom Luftkompressor kommender
Fülldruck sich bei Laständerurg des Motors
ände t't .
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Außerdem wird vorgeschlagen, die Luftstrahlpumpe sowohl unterhalb
der Ansaugleitung i%i t den Prüt'anal als auch. unterhalb des Zentrifugalabscheiders
und einer eventuell vorhandenen Sammelkammer für die einzelnen, aus verschiedenen
Triebräumen kommenden Entnahmeleitungen anzuordnen und den Boden des Zentrifugalabscheiders
sowie des eventuell vorhandenen Sammlers über schräg abfallende Ölablaufleitungen
r@t der Ansaugseite der Luftstrahlpumpe zu verbinden.
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Dadurch werden die ausgeschiedenen Öltröpfchen aus dem Zentrifugalabscheider,
aus der Absaugleitung mit dem Prüfkanal und auch aus der Sammelkammer von der Pumpe
abgesaugt und mit der Pumpenabluft abtransportiert. Außerdem bleiben Flüssiganteile
in der Treibluft, xin Öl oder Wasser im unteren Bereich und können nicht in das
Absaugsystem gelangen.
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Eine Weiterentwicklung der Erfindung wird darin gesehen, daß der Austrittkanal
des Zentrifugalabscheiders im Querschnitt wesentlich größer als der. rschnitt der
düsenartigen Verengung im Zyklon-eintritt ist und senKrecht nach oben abgeht, wodurch
eventuell noch in Luftstrom mitgenommene Öltröpt'chenteilchen nach unten aus dem
senkrechten Steigkanal ausfallen können.
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Vorzugsweise ist der aufsteigende Austrittskanal des Zentrifugalabscheiders
mit Ringabschnitten, gefüllt, deren Durchmesser gleich ihr-er Abschnittslänge ist,
wodurch noch ein weiterer zusätzlicher Ausscheidungseffekt für die Ölteilchen über
diese sogenannten Haschig-Ringe erzielt werden kann.
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Hierbei empfiehlt es sich, den Prüfkanal mit dem anschließenden bis
zur Luftstrahlpumpe führenden Teil der Absaugleitung senKrecht fallend zu verlegen,
so daß auch eventuell noch in dem Probestrom vorhandene Restölteilchen nicht in
die Spülluftkammern gelangen können sondern nach unten abfließen.
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Für Motoren mit mehreren voneinander getrennten Triebräumen und jeweile
einer besonderen entnahmeleitung zu jedem Triebraum wird weiterhin vorgeschlagen,
ein Sammelrohr über die ganze Länge des Motors anzuordneri, -JOn dem aus an der
Rohrunterseite möglichst gleichlange Abzweigleitungen, deren Innendurchmesser vorzugsweise
im
Verhältnis 1 : 4 Kleiner als der Innendurchmesser des Sammelrohres
sind, zu den einzelnen Triebräumen senkrecht nach unten abführen und das an die
Absaugleitung angeschlossen und von hier aus leicht fallend nach unten verlegt ist.
Dadurch wird erreicht, daß die unterschiedlichen längen von den einzelnen Triebräumen
des Motors zum Überwachungsgerät hin ohne Einf'luß auf' die voll jedem Triebraum
abgesaugte Einzelmenge ist. In den kurzen dünnen Abzweigleitungen wird nämlich durch
ihre nahezu gleiche Länge die gleiche Drosselung hervorgerufen, so daß hl erfür
die gleichen Entnanmemengen ausgelöst werden. Die leicht Tallende Verlegung dieses
Sammelrohres und der untere Anschluß der Abzweigleitungen sorgen dafür, daß auskondensierter
Ölhebel und ausgefallene Öltröpfchen wieder in die Triebräume zurückfließen können.
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Zweckmäßigerweise wird die Abluftleitung der Luftstrahlpumpe in das
Triebraumentlüftungsrohr eingeführt und die Einmündung erfolgt im spitzen Winkel
zur Auslaßrichtung des Triebraumentlüftungsrohres, wodurch das im Abluftstrom mitgeführte,
im ganzen Absaugsystem des Ölhebelgerätes abgesonderte Öl wieder so in den Motortriebraum
eingeführt wird, daß keine unerwünschte Druckerhöhung im Triebraum in Kauf' genommen
zu werden brauent. Im Gegenteil wird durch die in besonderer Weise dem Entlüftungsrohr
zugeführte Abluft eine Sogwirkung erzeugt, die den Triebraumdruck zusätzlich vermindert,
wänrend bei direKter Einführung der Aoluftleitung in die Triebräume der Trieoraumdruck
erhöht würde.
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Wird nierbei die einmündende Abluftleitung injektorartig bis ins Zentrum
des Triebraumentlüftungsrohres eingeführt und mit seinem Austrittsende gleichlaufend
zur Rohrachse des Triebraumentlüftungsrohres abgebogen, so wird dieser Druckminderungseffekt
für den Triebraum noch verstärkt.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens in der Zeicnnung näher erläutert.
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Der gezeigte zu überwachende Schiffsdieselmotor 1 ist beispielsweise
als Achtzylindermotor ausgebildet uiid besitzt acht voneinander getrennte Triebräume
2, an die Jeweils die acht Entnahmeleitungen 3
für die Einzelprobeströme
angeschlossen sind. Diese Entnahmeleitungen 3 münden alle in eine gemeisame Sammelkammer
4 ein . Aus dieser Sammelkammer 4 wird der Gesamtprobestrom über die Absaugleitung
5 von der Luftstrahlpumpe 6 abgesaugt und überdie Abluftleitung 7 der Pumpe angeführt.
Der an die Sammelkammer 4 angeschlossene ßintrittsabschnitt 8 der Absaugleitung
5 mündet über die düsenartige Verengung 9 frei in einen Zentrifugalabscheider 10
ein.
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Die Luf'strahlpumpe 6 arbeitet mit einem hohen Ansaugdruck, der das
10 bis 20-fache der in den Triebräumen 2 gegenüber der Atmosphäre möglichen Druckschwankungen,
mindestens jedoch 100 mm Wassersäule beträgt. In Verbindung mit der düsenartigen
Verengung 5 des Eintrittsabschnittes 8 der Absaugleitung 5 wird die Strömungsgeschwindigkeit
des Probestromes zwischen dem Triebraum und der Verengung stets soweit gedrosselt,
daß Keine oder nur wenige Ölteilchen aus dew Triebraum vom Probestrorn mitgerissen
werden. Da die Drosselung des Ansaugstromes an die Einmündungsstelle in den Zentrifugalabscheider
lo gelegt ist, Kann der Probestrom hier mit hoher Geschwindigkeit frei in den Wirbelraum
des Abscheiaers lo eintreten, wodurch eine Drallbewegung ausgelöst wird bei der
in-Folge der Zentrifugalwirkung die Restabscheidung eventuell noch vorhandener Öltröpfchen
erfolgt. Die ausgeschiedenen Ölteilchen fließen im Abscheider lo nah unten und können
über den im Verhältnis zur Absaugleitung 5 senr eng ausgebildeten Ölablaufkanal
11 zu dein senkrecht abfallenden Austrittsabschnitt 12 der Absaugleitung gelangen.
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Aus dem Zenztrifugalabscheider lo tritt der von den Öltröpfcnen befreite
Probestrom über die Austrittsöffnung 13 senkrecht nach oben in den mittleren Abschnitt
14 der Aosaugleitung 5, woDei der Querschnitt der Austrittsöffnung 13 wesentlich
größer als der Querschnitt der Verengung 9 ist, so daß für den Fall, daß tatsächlich
noch Resttröpfchenteilchen im Probestrom enthalten sein sollten, diese durch die
Verzögerung nach unten aus dem senkrechten Steigkanal 14 ausfallen können.
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Am Anfang des senkrecht abfallenden Austrittsabschnittes 12 der Absaugleitung
5 ist der Prüfkanal 15 vorgesehen, in dessen Bereich die Lichtschranke 16 mit dem
lichtelektrischen Sender 17 und dem lichteiektrischen Empfänger 18 vorgesehen ist.
Zwischen dem Lichtsender
17 und dem Prüfkanal 15 einerseits und
dem Lichtemfänger 18 und dem Prüfkanal andererseits ist je eine Spülluftkammer 19
eingebaut, die in ihrer Rückwand 2o die Linsen 23 für den Lichtsender 17 und den
Lichtempfänger 18 tragen. Diese Spülluftkammern 19 stehen über die Austrittsöffnungen
22mit dem Prüfkanal 15 in offener Verbindung, so daß in den Kammern 19 der gleiche
Unterdruck gegenüber der Atmosphäre wie in dem Prüfkanal 15 herrsent. Dadurch kann
ständig Frischluft von außen über die Lufteintrittsöffnung 25 in die Spülluftkammern
19 einströmen. Im Bereich des Eiströmung ist im Innern der Spülluftkammern ein Strömungswächter
24 eingebaut, der als elektrisch beheitzter, sehr kleiner temperaturabhängiger Halbleiterwiderstand
ausgebildet ist. Die Frischluft-Eintrittsöffnung 23 ist im Verhältnis zur Austrittsöffnung
22 im Querschnitt sehr klein ausgebildet, so daß wohl am Strömungswächter 24 noch
eine gerichtete Strömung vorhanden ist, an der Austrittsöffnung 22 dagegen keine
spürbare, den Probestrom nachteilig beeinflußende Luftströmung entsteht.
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Vor der Eintrittsöffnung 23 der Spülluftkammern 19 ist ein relativ
großes Filter 25 mit hoher SchrnutzablagezungsKapazität eingebaut, so daß die Frischluft
gereinigt über einen langen, artungsfreien Zeitraum eingeführt werden kann. Das
aus der Sammelkammern 4 abfließende Öl fließt über die enge Ablauftleitung 26 zur
Pumpe 6 ab.
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Über die Treibluftleitung 27 wird der Luftstrahlpumpe 6 die Treibluft
zugeführt und mit dem Ölhebel und dem ausgeschiedenen Öl angereicherte Abluft tritt
über die Abluftteilung 7 aus der Pumpe 6 aus und wird den Triebraumentlüftungsrohr
?b Injektorartig zat,eführt.
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L e e r s e i t e