DE4118896A1 - Vorrichtung zur ueberwachung bzw. anzeige - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung bzw. Anzeige eines bei verschiedenen Betriebszuständen einer Maschine unterschiedlichen Pegels, insbesondere eines Betriebsmittelvorrates od. dgl., z. B. des Pegels eines Ölvorrates einer Arbeitsmaschine, wie z. B. Schrauben­ kompressor.

Bei vielen Arbeitsmaschinen muß der Pegel eines Betriebs­ mittels, insbesondere der Pegel eines Ölvorrates, ständig überprüft werden, um die Betriebssicherheit gewährleisten zu können. Zwar ist es grundsätzlich einfach, den Pegel eines Vorrates von Öl u. dgl. zu messen und damit zu über­ wachen. Jedoch kann diese Überwachung bei vielen Maschinen dadurch erschwert werden, daß sich der Pegel beim Umschalten zwischen verschiedenen Betriebszuständen stark ändert.

Bei Schraubenkompressoren beispielsweise hat der Pegel des Ölvorrates in einem Vorratsbehälter beim Lastbetrieb einen vergleichsweise geringen Wert, der beim Übergang in den Leerlauf bzw. Stillstand relativ schnell und stark ansteigt. Dies beruht darauf, daß sich im Lastbetrieb wesentlich mehr Öl im Ölkreislauf außerhalb des Vorratsbehälters befindet.

Für die Betriebssicherheit eines Schraubenkompressors ist der relativ geringe Pegel des Ölvorrates beim Lastbetrieb wesentlich. Hier soll ein Mindestpegel keinesfalls unter­ schritten werden. Da nun der Pegel bei Leerlaufbetrieb bzw. Stillstand des Schraubenkompressors einen relativ hohen Wert hat, kann der Fall eintreten, daß im Stillstand bzw. Leerlauf der Pegel des Ölvorrates deutlich oberhalb des Mindestpegels liegt und beim nachfolgenden Umschalten auf den Lastbetrieb unter diesen Mindestpegel abfällt.

Auch wenn gegebenenfalls Sicherheitsschaltungen vorhanden sein können, die den Kompressor bzw. die jeweilige Arbeits­ maschine automatisch stillsetzen, sobald der Mindestpegel des Ölvorrates unterschritten wird, wird damit noch keine zufriedenstellende Betriebsweise ermöglicht. Denn in jedem Falle führt die Sicherheitsabschaltung zu einer unerwünschten Betriebsunterbrechung.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der auch bei stark wechselnden Betriebszu­ ständen und entsprechend stark veränderlichem Pegel ohne Schwierigkeit ein hinreichender Vorrat sichergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß unabhängig vom jeweiligen Ist-Betriebszustand - Stillstand, Leerlauf bzw. Lastbetrieb u. dgl. - der sich bei einem vorgegebenen Referenz-Betriebszustand - beispielsweise Lastbetrieb - einstellende Pegel anzeigbar ist.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Überwachungs- bzw. Anzeigevorrichtung so auszubilden, daß die grundsätzlich bekannten bzw. leicht ermittelbaren Pegeldifferenzen, die beim Wechsel zwischen dem Referenz- Betriebszustand - insbesondere dem Lastbetrieb - und anderen Betriebszuständen auftreten, bei der Anzeige bzw. Überwachung automatisch berücksichtigt werden, um jeweils den Pegel zu bestimmen, welcher sich beim Referenz-Betriebszustand einstellen würde.

Vorteilhafterweise kann die Überwachungs- bzw. Anzeigevor­ richtung ohne weiteres derart ausgebildet werden, daß sie sich automatisch an unterschiedliche Arbeitsmaschinen bzw. Änderungen im Betriebsverhalten anzupassen vermag, ohne daß dazu ein übermäßig großer konstruktiver Aufwand erforderlich wäre.

Im wesentlichen genügt es, während des Referenz-Betriebs­ zustandes ständig den Istwert des zu überwachenden Pegels zu registrieren und dabei den jeweils zuletzt ermittelten Wert zu speichern; bei einer nachfolgenden Umschaltung auf einen anderen Betriebszustand kann dann der sich nunmehr einstellende Wert des Pegels ermittelt und mit dem zuletzt während des Referenz-Betriebszustandes gespeicherten Wert verglichen werden, um einen aktuellen Wert für die Pegel­ differenz zu ermitteln, die sich beim Übergang vom Referenz- Betriebszustand in den anderen Betriebszustand einstellt. Diese Pegeldifferenz wird dann ihrerseits gespeichert und jeweils berücksichtigt, um den Istwert des Pegels beim Betrieb der Arbeitsmaschine in dem anderen Betriebszustand auf den Pegel umzurechnen, der sich beim Referenzbetriebs­ zustand ergeben würde.

Die Werte der genannten Pegeldifferenzen können bei einem erneuten Umschalten vom Referenz-Betriebszustand auf den jeweils anderen Betriebszustand erneut ermittelt und damit aktualisiert werden, d. h. die Anzeige bzw. Überwachungs­ vorrichtung kann die jeweils letzten Werte der genannten Pegeldifferenzen berücksichtigen und sich damit auch einem - beispielsweise aufgrund Verschleißes - veränderten Betriebsverhalten der Arbeitsmaschine anpassen.

Da moderne Arbeitsmaschinen in der Regel ohnehin eine durch Mikroprozessor überwachte Steuerung aufweisen, kann dieser Mikroprozessor gegebenenfalls auch für die Anzeige- bzw. Überwachungsvorrichtung herangezogen werden.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfin­ dung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung vorteilhafter Ausführungsformen anhand der Zeichnung verwiesen.

Dabei zeigt

Fig. 1 ein schematisiertes Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Überwachungs- und Anzeigevorrichtung und

Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Betriebsweise dieser Vorrichtung.

Gemäß Fig. 1 wird eine Arbeitsmaschine 1, beispielsweise ein Kompressor, beim Betrieb mit Öl aus einem Vorratsbehälter 3 versorgt, in den das Öl aus der Arbeitsmaschine 1 über eine Rücklaufleitung zurückfließt. Ein Teil des Öls wird in der Arbeitsmaschine 1 verbraucht, so daß der Pegel des Öls im Vorratsbehälter 3 im Laufe der Zeit absinkt.

Im Vorratsbehälter 3 ist ein Füllstandsmesser 4 angeordnet, welcher jeweils ein den Pegel des Öls im Vorratsbehälter 3 entsprechendes Signal erzeugt und an einen Eingang eines Rechners 5 weiterleitet.

Über einen weiteren Eingang erhält der Rechner 5 Signale, die den jeweiligen Betriebszustand der Arbeitsmaschine 1 - beispielsweise Lastbetrieb, Leerlauf oder Stillstand - wiedergeben.

Ausgangsseitig ist der Rechner 5 mit einer Steuerung 7 der Arbeitsmaschine 1 verbunden, so daß deren Betriebsweise in Abhängigkeit von vorgebbaren Parametern gesteuert werden kann, die über einen Steuereingang 8 dem Rechner 5 als Signale zugeführt werden.

Des weiteren ist der Rechner 5 ausgangsseitig mit einer Anzeige 9 verbunden, die vom Rechner 5 so betätigt wird, daß unabhängig vom jeweils tatsächlich vorliegenden Betriebs­ zustand der Arbeitsmaschine 1 jeweils der Wert des Pegels angezeigt wird, der sich beim Lastbetrieb der Arbeitsmaschine 1 für das Öl im Vorratsbehälter 3 einstellen würde.

Damit wird berücksichtigt, daß sich der Pegel des Öls im Vorratsbehälter 3 relativ stark ändert, wenn die Arbeits­ maschine zwischen Lastbetrieb und Leerlauf bzw. Stillstand umgeschaltet wird; im Lastbetrieb ergibt sich ein relativ geringer Pegel.

Da erfindungsgemäß jeweils der sich beim Lastzustand einstellende Pegel des Ölvorrates angezeigt wird, läßt sich in allen Betriebszuständen ohne weiteres feststellen, ob der Ölvorrat noch für einen längeren Lastbetrieb ausreicht.

Damit die Anzeige 9 in der angegebenen Weise gesteuert werden kann, besitzt der Rechner 5 verschiedene Speicher 5′, 5′′ usw. Ein Speicher 5′ dient zur ständigen Aufzeichnung des sich beim Lastbetrieb der Arbeitsmaschine 1 einstellenden Wer­ tes des Pegels des Ölvorrates. Dabei genügt es, den jeweils letzten Wert dieses Pegels aufzuzeichnen. Die jeweils voran­ gehenden Werte können gelöscht bzw., wenn der Speicher 5′ als Schieberegister ausgebildet ist, aus dem Register ausge­ schoben werden. Ein weiterer Speicher 5′′ dient dazu, die jeweils zuletzt berechnete Pegeldifferenz K aufzuzeichnen, welche sich beim Umschalten vom Lastbetrieb in den Leerlauf nach einer vorgebbaren Zeitspanne einstellt. Der Wert dieser Pegeldifferenz kann ständig aktualisiert werden, wenn im Laufe des Betriebes der Arbeitsmaschine 1 erneut vom Lastbetrieb in den Leerlauf umgeschaltet und der Leerlauf­ betrieb über mindest die vorgegebene Zeitspanne beibehalten wird.

In analoger Weise kann verfahren werden, wenn vom Lastbetrieb in den Stillstand umgeschaltet wird. Hier kann eine Pegel­ differenz K* ermittelt werden.

Auf diese Weise "kennt" der Rechner 5 ständig aktualisierte Werte für Pegeldifferenz zwischen dem Ölvorrat beim Lastbe­ trieb und dem Ölvorrat beim Leerlauf bzw. Stillstand. Damit ist der Rechner 5 grundsätzlich in der Lage, beim Leerlauf bzw. beim Stillstand den jeweiligen Istwert des Pegels des Ölvorrates im Vorratsbehälter 3 zur entsprechenden Steuerung der Anzeige 9 auf denjenigen Pegel umzurechnen, der sich beim Lastbetrieb einstellen würde.

Wird beispielsweise während des Stillstandes oder Leerlaufes Öl in den Vorratsbehälter 3 nachgefüllt, so kann auch der aufgrund der Nachfüllung veränderte Pegel im Vorratsbehälter 3 auf den entsprechenden Pegel beim Lastbetrieb umgesetzt werden.

Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, jeweils den Istwert des Pegels im Vorratsbehälter 3 nach längerem Leer­ laufbetrieb bzw. nach längerem Stillstand der Arbeitsmaschine 1 in einem Speicher aufzuzeichnen und dann die Pegeldifferenz zu bestimmen, die sich beim Umschalten in den Lastbetrieb ergibt. Auch auf diese Weise lassen sich die Werte für K und K* ermitteln, um die Istwerte des Pegels in allen Betriebszuständen in den entsprechenden Wert des Pegels beim Lastbetrieb umzurechnen.

Nachfolgend wird die Betriebsweise anhand des in Fig. 2 dargestellten Flußdiagramms erläutert.

Sobald das System gestartet wird, Pos. 100, wird gemäß Pos. 101 der Istwert I_ist des Pegels des Ölvorrates im Vorratsbehälter 3 mittels des Füllstandsmessers 4 ermittelt, wobei die entsprechenden Signale dem Rechner 5 zugeführt werden.

Nunmehr werden gemäß Pos. 102 die Betriebsart bzw. der Zustand der Arbeitsmaschine 1 abgefragt.

Für die weitere Betrachtung sei zunächst davon ausgegangen, daß der Lastbetrieb vorliegt.

Im Lastbetrieb wird zunächst gemäß Pos. 103 ein Zustands­ register für Leerlauf und Stillstand jeweils auf den Wert 0 gesetzt.

Danach wird in Pos. 104 abgefragt, ob das Zustandsregister für Lastbetrieb den Wert 1 gespeichert hat oder nicht. Zunächst wird davon ausgegangen, daß dies nicht der Fall ist.

Daraufhin wird in Pos. 105 abgefragt, ob die Dauer des Lastbetriebes oberhalb eines Schwellwertes t (beispielsweise 5 bis 30 Sekunden) liegt bzw. ob der Istwert I_ist des Ölpegels einen "Beharrungszustand" erreicht hat und sich allenfalls nur noch langsam ändert.

Falls dies nicht der Fall ist, wird gemäß Pos. 106 der anzuzeigende Wert I des Pegels gleich dem bisher angezeigten Wert A gesetzt, mit der Folge, daß die Anzeige in Pos. 107 unverändert bleibt. Auf diese Weise wird durch die Abfrage in Pos. 105 gewährleistet, daß kurzzeitige, relativ schnelle Schwankungen des Pegels beim Umschalten zwischen Leerlauf bzw. Stillstand und Lastbetrieb für die Anzeige unberück­ sichtigt bleiben.

Sobald bei der Abfrage in Pos. 105 festgestellt wird, daß die Dauer des Lastbetriebes oberhalb des Schwellwertes t liegt, bzw. daß der Istwert des Ölpegels einen gewissen "Beharrungszustand" erreicht hat, wird in Pos. 108 das Zustandsregister für den Lastbetrieb auf 1 gesetzt.

Außerdem wird nunmehr in Pos. 109 für den anzuzeigenden Wert I des Pegels der tatsächliche Istwert I_ist verwendet, so daß in Pos. 107 die Anzeige A den Wert I = I_ist anzeigt.

Wenn nun im nachfolgenden Abfragetakt noch immer der Last­ betrieb vorliegt, wird bei der Abfrage in Pos. 104 festge­ stellt, daß das Zustandsregister für den Lastbetrieb den Wert 1 zeigt. Dementsprechend wird von Pos. 104 direkt zu Pos. 109 übergegangen, d. h. der anzuzeigende Wert I des Ölpegels wird mit dem zuletzt festgestellten Istwert I_ist identifiziert.

Nachfolgend möge die Arbeitsmaschine 1 nun auf Leerlauf umgeschaltet werden.

Damit wird gemäß Pos. 103′ das Zustandsregister für Last­ betrieb auf 0 gesetzt.

Nachfolgend wird bei Pos. 104′ abgefragt, ob das Zustands­ register für Leerlauf den Wert 1 anzeigt.

Wenn dies nicht der Fall ist, wird bei Pos. 105′ abgefragt, ob die zeitliche Dauer des Leerlaufbetriebes oberhalb eines Schwellwertes T, beispielsweise 60 bis 90 Sekunden, liegt, bzw. ob der Pegel des Ölstandes einen gewissen "Beharrungs­ zustand" erreicht hat.

Sollte diese Abfrage zu der Antwort "nein" führen, so wird der anzuzeigende Wert I des Ölpegels mit dem bisher ange­ zeigten Wert A identisch gemacht, mit der Folge, daß Anzeige in Pos. 107 unverändert bleibt.

Auf diese Weise wird berücksichtigt, daß kurz nach dem Einschalten des Leerlaufbetriebes relativ schnelle Schwankungen des Ölpegels auftreten können, bis sich schließlich wiederum ein "Beharrungszustand" einstellt, bei dem sich der Ölpegel nur noch allenfalls langsam ändern kann. Da es nicht sinnvoll ist, die kurzzeitigen Schwankungen beim Umschalten zwischen den Betriebsarten bzw. den Zuständen der Arbeitsmaschine anzuzeigen, werden diese Schwankungen bei der Anzeige unterdrückt.

Sobald bei einem späteren Abfragetakt bei Pos. 105′ festgestellt wird, daß die Dauer des Leerlaufes den Schwellwert T überschritten hat, bzw. daß sich ein "Beharrungszustand" eingestellt hat, wird gemäß Pos. 108′ das Zustandsregister für Leerlauf auf den Wert 1 gesetzt.

Nachfolgend wird dann bei Pos. 110 ein Korrekturwert K = I_ist - I ermittelt und gespeichert, d. h. es wird die Differenz zwischen dem zuletzt ermittelten Istwert I_ist des Ölpegels und dem zuletzt angezeigten Wert I des Ölpegels ermittelt.

Nachfolgend wird dann in Pos. 111 der für den Ölpegel anzuzeigende Wert I bestimmt als I = I_ist - K, d. h. abwei­ chend von dem derzeit - im Leerlaufbetrieb - tatsächlich vorliegenden Istwert I_ist wird der um die Korrektur K veränderte Wert I angezeigt, welcher somit dem Wert entspricht, der sich beim Lastbetrieb einstellen würde.

Wenn im nachfolgenden Abfragetakt noch weiterhin Leerlauf­ betrieb vorliegt, führt die Abfrage in Pos. 104′ zur Antwort "ja", so daß nachfolgend in Pos. 111 der anzuzeigende Wert I für den Ölpegel immer dem um die zuletzt ermittelte Korrektur K veränderten Istwert I_ist entspricht.

Sollte die Arbeitsmaschine in den Stillstand geschaltet werden, so wird in völlig analoger Weise zum Leerlaufbetrieb verfahren. Es wird lediglich anstelle der Korrektur K eine veränderte Korrektur K* ermittelt, welche die typische Pegeldifferenz des Ölstandes zwischen Lastbetrieb und Stillstand wiedergibt.

Die Korrekturen K (bzw. K*) werden automatisch von Zeit zu Zeit aktualisiert, sobald der Leerlaufbetrieb bzw. der Stillstand bezüglich ihrer zeitlichen Dauer einen Schwellwert (T) überschreiten bzw. der Ölpegel beim Leerlaufbetrieb bzw. im Stillstand einen "Beharrungszustand" erreicht hat.

Da bei der Erfindung die Korrekturwerte K und K* ständig aktualisiert werden, paßt sich die erfindungsgemäße Über­ wachungs- und Anzeigevorrichtung automatisch an die jeweilige Arbeitsmaschine 1 an. Bei der Herstellung brauchen also die Korrekturwerte K und K* nicht berücksichtigt zu werden. Vielmehr können diese Werte beim Probebetrieb der Arbeits­ maschine 1 selbsttätig ermittelt werden.

Gleichwohl ist es grundsätzlich möglich, in den Rechner 5 bzw. dessen Speicher einen Grundwert K₀ bzw. K₀* fest einzu­ speichern, wobei diese Werte so gewählt sind, daß sie zumin­ dest im groben die Verhältnisse bei der jeweiligen Arbeits­ maschine 1 wiedergeben. Beim Betrieb der Arbeitsmaschine 1 werden diese Werte dann ständig berichtigt bzw. aktualisiert.

Anzumerken ist noch, daß im Stillstand der Arbeitsmaschine ohne weiteres Öl nachgefüllt werden darf, ohne daß eine längerfristig unrichtige Anzeige auftreten kann. Sobald nämlich der Ölpegel einen "Beharrungszustand" erreicht hat bzw. der Sillstand bereits während einer Zeitdauer vorgelegen hat, die oberhalb des Schwellwertes T liegt, wird jeweils in Analogie zu Pos. 111 für den anzuzeigenden Wert I des Pegels ein Betrag errechnet, der dem um die zuletzt ermittelte Korrektur K* veränderten Istwert I_ist des Ölpegels entspricht und damit die Verhältnisse wiedergibt, die sich bei dem jeweiligen Ölvorrat im Last­ betrieb einstellen würden.

Im übrigen kann noch vorgesehen sein, daß bei Unterschrei­ tung von - gegebenenfalls betriebsartabhängigen - Mindest­ pegeln des Ölstandes in jedem Falle ein Abschaltsignal für die Arbeitsmaschine 1 erzeugt wird. Auf diese Weise ist auch dann Sicherheit gegeben, wenn das die Arbeitsmaschine 1 betreibende Personal die Anzeige- bzw. Überwachungseinrich­ tung nicht beachten sollte.

Die Erfindung ist auch für sogenannte ölüberflutete Kompres­ soren gut geeignet, bei denen der Vorratsbehälter 3 mit dem Kompressor 1 direkt, ohne zwischengeschaltete Pumpe, verbun­ den ist.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Überwachung und Anzeige eines bei verschiedenen Betriebszuständen einer Maschine unterschiedlichen Pegels, insbesondere eines Betriebs­ mittelvorrates od. dgl., z. B. des Pegels eines Ölvor­ rates einer Arbeitsmaschine, wie z. B. Schraubenkompressor, dadurch gekennzeichnet, daß unabhängig vom jeweiligen Ist-Betriebszustand (Stillstand, Leerlauf, Lastbetrieb) der sich bei einem vorgegebenen Referenz-Betriebszustand (Lastbetrieb) einstellende Pegel anzeigbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Referenz-Betriebszustandes (Lastbetrieb) der jeweilige Istwert (I_ist) des Pegels angezeigt wird.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Wechsel der Betriebs­ zustände auftretende Pegeländerungen (K) größenmäßig erfaßbar und speicherbar sind, und daß zur Anzeige des sich beim Referenz-Betriebszustandes (Lastbetrieb) einstellenden Pegels während eines davon verschiedenen Ist-Betriebszustandes (Leerlauf, Stillstand) jeweils der zuletzt ermittelte Wert (aktualisierter Wert) der Pegeländerung (K) als Korrektur des jeweiligen Istwertes des Pegels (I_ist) berücksichtigt wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß während des Referenz- Betriebszustandes (Lastbetrieb) der Istwert des Pegels (I_ist) ständig aufgezeichnet und der aufgezeichnete Wert ständig aktualisiert werden, und daß beim Wechsel vom Referenz-Betriebszustand (Lastbetrieb) in einen anderen Betriebszustand (Leerlauf, Stillstand) nach Ablauf eines vorgebbaren Zeitintervalles (T) bzw. nach Erreichen eines zumindest angenäherten Beharrungs­ zustandes des Pegels die Differenz (K) zwischen dem Istwert des Pegels (I_ist) und dem zuletzt während des Referenz-Betriebszustandes (Lastbetrieb) aktualisierten Wert des Pegels (I) als aktualisierte Differenz zwischen den Pegeln bei den genannten Betriebszuständen aufge­ zeichnet wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige (9) bis zum Ablauf eines vorgegebenen bzw. vorgebbaren Zeitinter­ valles (T) bzw. nach Erreichen eines zumindest ange­ näherten Beharrungszustandes des Pegels nach Umschalten vom Referenz-Betriebszustand (Lastbetrieb) in einen anderen Betriebszustand (Leerlauf, Stillstand) den letzten während des Referenz-Betriebszustandes ermittel­ ten Istwert des Pegels anzeigt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fehlersignal (Leckanzeige) eingeschaltet wird, wenn die Pegeländerung bei Umschaltung aus dem Referenz-Betriebszustand (Lastbetrieb) in einen anderen Betriebszustand (Leerlauf, Stillstand) eine von der zu erwartenden Tendenz abweichende Tendenz (Pegelabfall) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterschreitung eines Mindestpegels ein Fehlersignal gesetzt bzw. die Maschine stillgesetzt wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Wechsel von einem anderen Betriebszustand (Stillstand, Leerlauf) in den Referenz-Betriebszustand (Lastbetrieb) die dem Wechsel vorangehende Anzeige (A) während eines vorgegebenen Zeitintervalles (t) bzw. bis zum Erreichen eines zumindest angenäherten Beharrungszustandes des Pegels unverändert bleibt.