EP4311937A1

EP4311937A1 - Verfahren zur automatischen überwachung einer kolbenmaschine, nach dem verfahren überwachbare kolbenmaschine und computerprogramm mit einer implementation des verfahrens

Info

Publication number: EP4311937A1
Application number: EP23187921.4A
Authority: EP
Inventors: Jonas Schilling; Lukas Volkmer
Original assignee: Prognost Systems GmbH
Current assignee: Prognost Systems GmbH
Priority date: 2022-07-28
Filing date: 2023-07-26
Publication date: 2024-01-31
Also published as: DE102022207806A1

Abstract

Es werden ein Verfahren zur automatischen Überwachung einer Kolbenmaschine (10) und eine nach dem Verfahren arbeitende Kolbenmaschine (10) angegeben, wobei beim Betrieb der Kolbenmaschine (10) für ein Öffnen eines von der Kolbenmaschine (10) umfassten Saug- und Druckventils (16, 18) jeweils ein Zeitwert (30, 32) ermittelt wird bzw. ermittelbar ist, wobei eine Differenz (40) aus den ermittelten Zeitwerten (30, 32) gebildet wird bzw. bildbar ist und die Differenz (40) mit einem vorgegebenen, vorgebbaren oder ermittelten Sollwert (46) verglichen wird bzw. vergleichbar ist und wobei bei einer Über- oder Unterschreitung des Sollwerts (46) ein Signal (48, 48') erzeugt wird bzw. erzeugbar ist.

Description

Verfahren zur automatischen Überwachung einer Kolbenmaschine, nach dem Verfahren überwachbare Kolbenmaschine und Computerprogramm mit einer Implementation des Verfahrens
Die hier vorgeschlagene Neuerung betrifft das technische Gebiet der automatischen Überwachung einer im Folgenden zusammenfassend als Kolbenmaschine bezeichneten Kolben- oder Rotationsmaschine, insbesondere eines Kolbenkompressors, oder zumindest einer eine Kolbenmaschine, insbesondere einen Kolbenkompressor, umfassenden Maschine. Beispiele für Kolbenmaschinen sind Kolbenkompressoren, Kolbenmotoren, Verdichter, Pumpen, Hyperkompressoren, Kolbenpumpen, und dergleichen.
Wenn im Weiteren beispielhaft von einer Kolbenmaschine gesprochen wird, steht dies stellvertretend für eine der vorgenannten Maschinen und Gruppen solcher Maschinen, die zumindest eine Kolbenmaschine, insbesondere einen Kolbenkompressor, umfassen, und ist dementsprechend nicht einschränkend auszulegen.
Eine Aufgabe der hier vorgeschlagenen Neuerung besteht darin, ein Kriterium anzugeben, das zur Überwachung eines Zustands einer Kolbenmaschine einerseits geeignet ist und andererseits auch noch ein besonders einfaches Kriterium ist. Davon ausgehend besteht eine weitere Aufgabe der hier vorgeschlagenen Neuerung darin, ein Verfahren zur automatischen Überwachung einer Kolbenmaschine auf Basis dieses Kriteriums anzugeben.
Die Aufgabe der automatischen Überwachung einer Kolbenmaschine wird erfindungsgemäß mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist für ein Verfahren zur automatischen Überwachung, insbesondere zur automatischen online-Überwachung oder zur kontinuierlichen automatischen Überwachung, einer Kolbenmaschine Folgendes vorgesehen:
Die Kolbenmaschine umfasst zumindest ein Saugventil und zumindest ein Druckventil, ggf. auch in Form zumindest eines jeweils ein oder zumindest ein Saug-und Druckventil umfassenden sogenannten Zentralventils. Beim Betrieb der Kolbenmaschine wird für ein Öffnen des zumindest einen Saugventils und für ein Öffnen des zumindest einen Druckventils jeweils ein Zeitwert (Öffnungszeitwert) ermittelt. Bei mehreren Saug- oder Druckventilen gilt dies jeweils für ein Saugventil sowie ein Druckventil aus der Gruppe der Saug- bzw. Druckventile. Ein Zeitwert für ein solches Ereignis ist zum Beispiel auf eine jeweilige Rotationslage einer ggf. von der Kolbenmaschine umfassten Kurbelwelle bezogen. Dann ist ein solcher Zeitwert in "Grad Kurbelwelle" angegeben und bezeichnet die Rotationslage zum Zeitpunkt des jeweiligen Ereignisses, also zum Zeitpunkt des Öffnens des jeweiligen Ventils. Im Rahmen des Verfahrens ist sodann weiter vorgesehen, dass eine Differenz aus den ermittelten Zeitwerten gebildet wird und die Differenz mit einem vorgegebenen, vorgebbaren oder ermittelten Sollwert, insbesondere mit einem im Laufe des Verfahrens ermittelten und ggf. wiederholt aktualisierten Sollwert, verglichen wird. Schließlich wird im Rahmen des Verfahrens bei einer Über- oder Unterschreitung des Sollwerts ein Signal, insbesondere ein Fehlerbenachrichtigungssignal, erzeugt.
Die hier vorgeschlagene Neuerung geht von der Erkenntnis aus, dass die Zeitpunkte des Öffnens der von der Kolbenmaschine umfassten Saug- und Druckventile (jeweils zumindest ein Saugventil und ein Druckventil) wichtige Kennwerte für den Betrieb der Kolbenmaschine sind. Neben solchen Kennwerten sind weitere Kennwerte bekannt, zum Beispiel Druck, insbesondere Druckwerte wie Saugdruck und/oder End-/Förderdruck, Temperatur, Kapazitätsstellwerte, Vibration, Leistung etc. Es ist üblich, solche Kennwerte im Rahmen eines Betriebs einer Kolbenmaschine zu überwachen und aufgrund von Veränderungen solcher Kennwerte auf eine gegebene oder sich anbahnende Ausnahme- oder Fehlersituation zu schließen.
Im Rahmen einer von der Erfindung ausgehenden patentamtlichen Recherche ist umfangreicher Stand der Technik ermittelt worden. Aus der DE 10 2013 109 410 A1 ist eine Berechnung eines Druck-Weg-Diagramms zu einer Verdrängerpumpe bekannt. Eine Erkennung von Ventilöffnungen wird nur theoretisch in Aussicht gestellt. Eine Nutzung ist nicht gegeben. Bei der EP 3 486 482 A1 werden Ventilöffnungszeitpunkte bestimmt und zur Berechnung/Schätzung eines Enddruckes sowie ggf. zur Abschaltung bei Überschreitung eines Maximalwerts genutzt, nicht aber zu Überwachungszwecken und eine Qualifizierung von Ventilschäden findet nicht statt. In der WO 2005/108765 A1 werden nicht die Zeitpunkte des Öffnens oder Schließens eines Ventils betrachtet, sondern der Zeitraum, in dem ein Stellglied für ein Ventil öffnet. Es geht also darum, wie lange die Stellaktivität des Ventils dauert. Bei der DE 102 09 545 A1 wird der Antriebsdruck einer Ventilregelung gemessen und zur Zustandsbeurteilung des Regelventils genutzt. Öffnungszeitpunkte finden dabei keine Anwendung. Aus der WO 2020/007923 A1 ergibt sich im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung nur, dass ein Diagnoseverfahren automatisch mittels eines Computers ausgeführt werden kann. In der DE 10 2015 225 999 A1 werden Probleme an Stellventilen durch eine statistische Ventilstellungshäufigkeitsanalyse erfasst. Bei der WO 2006/000483 A1 werden Öffnungs- und Schließzeitpunkte genau eines Ventils und ein Zeitraum zwischen diesen Zeitpunkten erfasst. Wenn der Zeitraum zu lang wird, erfolgt eine Abschaltung des Zylinders und der Verbrennung. Es geht also um den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens eines Ventils und die Zeitspanne zwischen beiden Ereignissen, also um unterschiedliche Ereignisse an genau einem Ventil. Bei der Erfindung geht es demgegenüber um die zeitliche Differenz zwischen dem Öffnen eines Saugventils und dem Öffnen eines Druckventils, also um die Betrachtung des Öffnungsereignisses an unterschiedlichen Ventilen. Mit dem Ansatz der WO 2004/102052 A1 sollen Leckagen an einem Ventil erkennbar sein. Dafür wird der Schall/die Vibration im dichten und im undichten Zustand gemessen und verarbeitet. Wenn der Schall einen Grenzwert überschreitet, soll dies auf eine Leckage hinweisen. Auch bei der EP 1 477 678 B2 geht es um Körperschallmessung und Pegelvergleich. Bei der EP 1 015 800 B1 erfolgt - anders als bei dem hier vorgeschlagenen Ansatz - eine Ermittlung eines Schließzeitpunktes motorgetriebener Ventile. Es handelt sich um Ventile, die aktiv geschlossen werden, und es wird die Zeit zum Schließen ermittelt. Aus der AT 402 090 B ist ein Verfahren zur Durchflussregelung bekannt. Als Regelgröße zur Regelung der Durchflussmenge des Verdichters wird der Schließzeitpunkt eines Saugventils verwendet. Eine Erkennung von Schäden ist nicht vorgesehen. Die Ermittlung des Schließzeitpunkts erfolgt mittels Vibrationsmessung. In der DE 32 44 738 C2 wird der Zeitraum zwischen Öffnen und Schließen eines Saugventils betrachtet. Anhand von Änderungen soll sich eine Betriebsstörung erkennen lassen. Allerdings wird durch die ausschließliche Betrachtung des Schnittpunkts der dynamischen Drucklinie mit der Saugdrucklinie nicht das Verhalten des Druckventils berücksichtigt. Die Öffnung des Druckventils dient ausschließlich der Berechnung der Steilheit der Kompression, welche bei kompressiblen Gasen nicht linear ist. Damit ist die Methodik nicht universell einsetzbar und nur für inkompressible Medien geeignet.
Ein Vorteil der hier vorgeschlagenen Neuerung besteht neben der Möglichkeit einer Ableitung einer qualitativ gut fundierten Aussage über den Zustand der jeweiligen Kolbenmaschine auch darin, mehrere einzeln nur begrenzt aussagekräftige Kennwerte zu einem neuen Kennwert zusammenzufassen, nämlich in Form der oben erwähnten Differenz. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass eine Überwachung und vor allem eine sachgerechte Bewertung einer Vielzahl von Kennwerten komplex ist und ein gewisses Fachwissen erfordert. Die im Rahmen der hier vorgeschlagenen Neuerung ermittelte Differenz kann bei einem Betrieb der Kolbenmaschine zum Beispiel einem Bediener kontinuierlich oder regelmäßig angezeigt werden und dieser kann damit schnell und unkompliziert den Zustand der Kolbenmaschine beurteilen, insbesondere einen Zustand der abdichtenden Komponenten - zum Beispiel Ventile, Kolbenringe, (Stopfbuchs-)Packung, Ventil- und Schadraumregelungen - einer jeden aktiven Kompressionskammer (Verdichtungsraum) beurteilen. Des Weiteren kann die ermittelte Differenz für eine automatische Leckageerkennung verwendet werden. Darüber hinaus können der Zustand der Kolbenmaschine sowie eine Veränderung des Zustands optional auch anhand einer Entwicklung der Differenz, nämlich einer Entwicklung der Differenz über einen längeren Zeitraum, zum Beispiel einer Stunde, mehrere Stunden, einen Tag, mehrere Tage, mehrere Wochen, mehrere Monate usw. bis hin zu mehreren Jahren, beurteilt werden.
Die oben genannte Aufgabe wird auch mittels einer Kolbenmaschine gelöst, die nach dem hier vorgeschlagenen Verfahren und ggf. einer vorteilhaften Ausführungsform überwachbar ist und dafür Mittel zur Ausführung des Verfahrens wie hier und im Folgenden beschrieben umfasst oder der solche Mittel zugeordnet sind. Solche Mittel werden im Folgenden unter Begriffen wie Sensorik, Auswerteeinheit und Überwachungseinheit zusammengefasst und bei der Überwachungseinheit handelt es sich bevorzugt um eine programmierbare Überwachungseinheit in Form von oder nach Art eines Mikroprozessorsystems oder dergleichen. Das hier vorgeschlagene Verfahren, ggf. ergänzt um einzelne oder mehrere nachfolgend beschriebene vorteilhafte Ausführungsformen, ist zur automatischen Ausführung bevorzugt in Form eines Computerprogramms realisiert (das Computerprogramm ist eine Implementierung des gegenständlichen Verfahrens zur Überwachung einer Kolbenmaschine). Die hier vorgeschlagene Neuerung ist damit einerseits auch ein Computerprogramm mit durch eine Überwachungseinheit ausführbaren Programmcodeanweisungen und andererseits ein Speichermedium mit einem derartigen Computerprogramm, also ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, sowie schließlich auch eine Überwachungseinheit oder ein System, welches eine Kolbenmaschine sowie eine Überwachungseinheit umfasst, wobei in einen Speicher der Überwachungseinheit als Mittel zur Durchführung des Verfahrens und seiner Ausgestaltungen ein solches Computerprogramm geladen oder ladbar ist.
Wenn im Folgenden Verfahrensschritte oder Verfahrensschrittfolgen beschrieben werden, bezieht sich dies auf Aktionen, die aufgrund des Computerprogramms oder unter Kontrolle des Computerprogramms erfolgen.
Für die weitere Beschreibung gilt zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen, dass Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem genannten Verfahren zur automatischen Überwachung einer Kolbenmaschine beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit und im Hinblick auf eine zur Ausführung des Verfahrens eingerichtete Überwachungseinheit oder ein zur Ausführung des Verfahrens eingerichtetes System, umfassend eine Kolbenmaschine oder zumindest eine Kolbenmaschine sowie eine Überwachungseinheit oder zumindest eine Überwachungseinheit, - einzeln und zusammen auch als Vorrichtung bezeichnet - und umgekehrt gelten. Dementsprechend kann das Verfahren auch mittels einzelner oder mehrerer Verfahrensmerkmale fortgebildet sein, die sich auf von der Vorrichtung ausgeführte Verfahrensschritte beziehen, und die Vorrichtung kann entsprechend auch durch Mittel zur Ausführung von im Rahmen des Verfahrens ausgeführten Verfahrensschritten fortgebildet sein. Folglich gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem gegenständlichen Verfahren und eventueller Ausgestaltungen beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit und im Hinblick auf die zur Durchführung des Verfahrens bestimmte Vorrichtung und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Aspekten der Erfindung stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen innerhalb der Ansprüche weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des in Bezug genommenen Anspruchs durch die Merkmale des jeweiligen abhängigen Anspruchs hin. Sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale oder Merkmalskombinationen eines abhängigen Anspruchs zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche sowie der Beschreibung bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem abhängigen Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen sowie einer allgemeineren Ausführungsform des gegenständlichen Verfahrens / der gegenständlichen Vorrichtung zur automatischen Überwachung einer Kolbenmaschine nicht vorhanden ist. Jede Bezugnahme in der Beschreibung auf Aspekte abhängiger Ansprüche ist demnach auch ohne speziellen Hinweis ausdrücklich als Beschreibung optionaler Merkmale zu lesen. Schließlich sind die mit der hier vorgelegten Anmeldung eingereichten Patentansprüche lediglich Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Da speziell die Merkmale der abhängigen Ansprüche im Hinblick auf den Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen bilden können, behält die Anmelderin sich vor, diese oder noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarte Merkmalskombinationen zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oder Teilungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selbständige Erfindungen enthalten, die eine von den Gegenständen der jeweils in Bezug genommenen Ansprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass bei einem Verfahren wie hier und im Folgenden beschrieben sowie bei einer nach dem Verfahren arbeitenden Kolbenmaschine im Falle einer Überschreitung des Sollwerts einerseits sowie im Falle einer Unterschreitung des Sollwerts andererseits jeweils spezifische Signale, also zum Beispiel ein erstes Signal im Falle einer Überschreitung und ein zweites Signal im Falle einer Unterschreitung, erzeugt werden. Damit ist auch eine qualitative Überwachung der Kolbenmaschine und sogar einer jeweiligen Kompressionskammer möglich und im Ergebnis kann jeweils ein für die erkannte Zustands-, Ausnahme-oder Fehlersituation spezifisches Signal ausgegeben werden. So deutet zum Beispiel eine Überschreitung des Sollwerts auf eine vorliegende oder sich anbahnende sogenannte Niederdruckleckage hin und im Falle einer Überschreitung des Sollwerts kann ein entsprechendes Signal ausgegeben werden und wird bei der bevorzugten Ausführungsform ausgegeben (der Begriff Signal reicht in seiner Bedeutung von einem spezifischen Pegel auf einer Signalleitung oder einem Signal auf jeweils genau einer Signalleitung bis hin zu zum Beispiel einem auf elektronischem Wege übermittelten und/oder in geeigneter, grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise zur Anzeige gebrachten Text, einem mit Bildelementen kombinierten Text oder einer Graphik). Eine Unterschreitung des Sollwerts deutet demgegenüber auf eine vorliegende oder sich anbahnende sogenannte Hochdruckleckage hin und im Falle einer Unterschreitung des Sollwerts kann ein entsprechendes Signal ausgegeben werden und wird bei der bevorzugten Ausführungsform ausgegeben (ein Signal mit dem oben skizzierten Bedeutungsumfang). Für einen Bediener oder Betreiber der Kolbenmaschine erleichtert eine solche konkrete Zustands- oder Fehlermeldung die Wartung und ggf. die Fehlersuche/Fehlerbehebung enorm.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass bei einem Verfahren wie hier und im Folgenden beschrieben sowie bei einer nach dem Verfahren arbeitenden Kolbenmaschine die Differenz für jeden Arbeitszyklus eines von der Kolbenmaschine umfassten Kolbens oder zumindest für äquidistant beabstandete Arbeitszyklen gebildet wird und der Vergleich mit dem Sollwert für jeden Arbeitszyklus bzw. für jeden Arbeitszyklus, für den eine Differenz ermittelt wurde, erfolgt. Eine Überwachung der Differenz in jedem Arbeitszyklus oder in äquidistant beabstandeten Arbeitszyklen gewährleistet eine dauerhafte bzw. ausreichend dauerhafte und vor allem aussagekräftige Überwachung der Kolbenmaschine und die Regelmäßigkeit sorgt für auch in ihrer Tendenz bewertbare Daten, zum Beispiel zur Bewertung einer Änderung der ermittelten Differenz über der Zeit.
Im Falle eines Antriebs des Kolbens der Kolbenmaschine mittels einer Kurbelwelle entspricht der Arbeitszyklus des Kolbens einem Kurbelwellenzyklus und dann ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Differenz für jeden Kurbelwellenzyklus oder zumindest für äquidistant beabstandete Kurbelwellenzyklen gebildet wird und der Vergleich mit dem Sollwert für jeden Kurbelwellenzyklus bzw. für jeden Kurbelwellenzyklus, für den eine Differenz ermittelt wurde, erfolgt.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass bei einem Verfahren wie hier und im Folgenden beschrieben oder einer nach dem Verfahren arbeitenden Kolbenmaschine bei einer Kolbenmaschine, bei der im Betrieb eine (zusätzliche) Beeinflussung einer Öffnungsdauer zumindest eines Ventils erfolgt, als Sollwert ein öffnungszeitstellwertabhängiger Sollwert verwendet wird bzw. verwendbar ist. Eine Beeinflussung einer Öffnungsdauer zumindest eines Ventils (zum Beispiel wie in der AT 402 090 B beschrieben) wirkt zusätzlich zu den Druckverhältnissen in der jeweiligen Kompressionskammer auf die Ventile ein und verändert den Öffnungszeitpunkt und damit die Öffnungsdauer des jeweiligen Ventils gegenüber Verhältnissen (Öffnungszeitpunkt, Öffnungsdauer), wie sie sich ohne eine solche Beeinflussung, also ohne eine solche zusätzliche Beeinflussung, ergeben würden.
Eine solche (zusätzliche) Beeinflussung einer Öffnungsdauer zumindest eines Ventils erfolgt zum Beispiel in Form einer aktiven Beeinflussung der Öffnungsdauer zumindest eines Ventils oder in Form einer passiven Beeinflussung der Öffnungsdauer zumindest eines Ventils. Eine aktive Beeinflussung der Öffnungsdauer zumindest eines Ventils wirkt direkt auf das jeweilige Ventil, zum Beispiel indem das Ventil aktiv offen gehalten wird, zum Beispiel mechanisch oder elektromechanisch mittels eines entsprechenden Aktors. Eine passive Beeinflussung der Öffnungsdauer zumindest eines Ventils wirkt indirekt auf das jeweilige Ventil, zum Beispiel indem im Rahmen einer sogenannten Schadraumregelung das Volumen der Kompressionskammer geändert wird.
Eine Beeinflussung einer Öffnungsdauer zumindest eines Ventils erfolgt zum Beispiel mittels einer Regelung, insbesondere im Rahmen einer Regelung mittels eines Kontrollsystems oder mittels eines sogenannten aktiven Leistungsregelungssystems oder im Rahmen einer Schadraumregelung oder im Rahmen einer Drehzahlregelung oder im Rahmen einer Kombination zumindest zweier derartiger Regelungen.
Das Ergebnis der Beeinflussung einer Öffnungsdauer zumindest eines Ventils ist ein Stellwert, dessen Anwendung beim Betrieb der Kolbenmaschine die Öffnungsdauer zumindest eines Ventils beeinflusst. Der im Rahmen der Überwachung der Kolbenmaschine angesetzte Sollwert ist von diesem, die Öffnungsdauer/Öffnungszeit des jeweiligen Ventils beeinflussenden Stellwert abhängig. Allgemein ist der angesetzte Sollwert eine Funktion dieses Stellwerts. Daher wird der im Falle eines Betriebs einer Kolbenmaschine mit einer Beeinflussung einer Öffnungsdauer zumindest eines Ventils angesetzte Sollwert als öffnungszeitstellwertabhängiger Sollwert bezeichnet. Soweit der Beeinflussung der Öffnungsdauer zumindest eines Ventils eine Regelung zugrunde liegt, ist der Stellwert abhängig von einem dort wirksamen Sollwert. Der öffnungszeitstellwertabhängige Sollwert ist also nicht nur von dem jeweiligen Stellwert, sondern auch von dem diesem wiederum zugrunde liegenden Sollwert abhängig. Die Bezeichnung des im Rahmen des hier vorgeschlagenen Verfahrens angesetzten Sollwerts als öffnungszeitstellwertabhängig soll folglich nicht einschränkend ausgelegt werden und umfasst zum Beispiel auch eine Abhängigkeit von einem weiteren Sollwert, sofern dieser die Öffnungszeit zumindest eines Ventils der Kolbenmaschine beeinflusst.
Im Falle einer beim Betrieb einer Kolbenmaschine erfolgenden Beeinflussung einer Öffnungsdauer zumindest eines Ventils ist mittels eines solchen Sollwerts, nämlich eines öffnungszeitstellwertabhängigen Sollwerts, auch im Falle sich ändernder Zeitwerte (Öffnungszeitwerte) aufgrund der Beeinflussung der Öffnungsdauer zumindest eines Ventils weiterhin eine Überwachung nach dem hier vorgeschlagenen Ansatz möglich. Auch hier kommt - in grundsätzlich optionaler Weise - eine Unterscheidung einer Unter- oder Überschreitung des Sollwerts, nämlich des öffnungszeitstellwertabhängigen Sollwerts, in Betracht und insoweit gilt das oben bereits Gesagte entsprechend und zur Vermeidung von Wiederholungen wird hier kurzerhand darauf verwiesen.
Vorteilhaft ist darüber hinaus- zusätzlich oder alternativ - auch noch eine Überwachung einer jeweiligen Regelung, also zum Beispiel einer Regelung in Form einer Leistungs- oder Schadraumregelung, vorgesehen. Dafür wird eine zeitliche Änderung der ermittelten Differenz (der Differenz aus den ermittelten Zeitwerten) betrachtet. Grundsätzlich wird erwartet, dass sich die ermittelte Differenz nicht oder nur geringfügt ändert, mit anderen Worten: Es wird überprüft, ob eine Änderung der ermittelten Differenz während einer vorgegebenen oder vorgebbaren Zeitspanne in einem durch einen vorgegebenen oder vorgebbaren Grenzwert bestimmten Rahmen bleibt. Eine Grenzwertüberschreitung ist ein Indiz für eine fehlerhafte Regelung oder eine fehlerhafte Komponente des Regelkreises. Zusätzlich oder alternativ wird auch noch der zeitliche Verlauf des Stellwerts in Relation zum zeitlichen Verlauf der ermittelten Differenz (beides während derselben Zeitspanne) betrachtet. Wenn während der betrachteten Zeitspanne die ermittelte Differenz im oben skizzierten Sinne gleich oder zumindest im Wesentlichen gleich bleibt und der Stellwert hochläuft, ist auch dies ein Indiz für eine fehlerhafte Regelung oder eine fehlerhafte Komponente des Regelkreises. Zu den in diesem Sinne als ggf. fehlerhaft erkennbaren Komponenten des Regelkreises gehören insbesondere die Sensorik, der Regler und das Stellglied. Eine solche Überprüfung einer jeweiligen Regelung ist eine bevorzugte, aber gleichwohl optionale Ergänzung des hier vorgeschlagenen Verfahrens und eine Implementation einer solchen Überprüfung einer jeweiligen Regelung kommt entsprechend als Ergänzung einer Implementation des hier vorgeschlagenen Verfahrens zur automatischen Überwachung einer Kolbenmaschine, insbesondere einer Implementation in Form eines Computerprogramms, in Betracht.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der hier vorgeschlagenen Neuerung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht einschränkend aufzufassen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung durchaus auch Ergänzungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen.

Es zeigen

Fig. 1: eine Kolbenmaschine mit einer Überwachungseinheit,
Fig. 2: einen an einer Kolbenmaschine über einen Kurbelwellenzyklus aufgenommenen Druckverlauf,
Fig. 3: eine schematisch vereinfachte Darstellung eines Computerprogramms als Beispiel für eine Implementation des hier vorgeschlagenen Verfahrens,
Fig. 4: eine schematisch vereinfachte Darstellung eines Prozessablaufs im Rahmen des hier vorgeschlagenen Verfahrens und
Fig. 5: eine graphische Darstellung eines stellwertabhängigen Sollwerts.

Die Darstellung Figur 1 zeigt in schematisch vereinfachter Art und Weise und mit nur wenigen Einzelheiten eine Kolbenmaschine 10.
Eine Kolbenmaschine 10, zum Beispiel eine Kolbenmaschine 10 in Form eines Kolbenkompressors oder dergleichen, und deren Funktionsweise ist grundsätzlich an sich bekannt. Die nachfolgende Beschreibung erhebt daher keinen Anspruch auf Vollständigkeit und soll lediglich grundlegende Begriffe einführen:
Eine Kolbenmaschine 10 ist eine zur Förderung eines im Folgenden allgemein als Medium bezeichneten Gases oder Fluids bestimmte Vorrichtung. Eine Kolbenmaschine 10 umfasst zumindest einen Zylinder 12. Im Zylinder 12 befindet sich zumindest eine Kompressionskammer 13. Innerhalb des Zylinders 12 wird zumindest ein Kolben 14 geführt (jeweils ein Kolben 14 für jeden Zylinder 12). Der oder jeder Kolben 14 ist mittels eines (nicht gezeigten) externen Antriebs in an sich bekannter Art und Weise im Zylinder 12 beweglich. Als externer Antrieb fungiert zum Beispiel eine Kurbelwelle. Auch andere externe Antriebe, zum Beispiel ein Hydraulikantrieb, sind möglich. Der oder jeder Kolben 14 bewegt sich oszillierend im Zylinder 12.
Die weitere Beschreibung wird im Sinne einfacher Verhältnisse auf Basis einer Kolbenmaschine 10 mit genau einem Zylinder 12, genau einer Kompressionskammer 13 im Zylinder 12 und entsprechend genau einem Kolben 14 fortgesetzt. Auf die Anzahl dieser Komponenten kommt es für die hier vorgeschlagene Neuerung nicht an und entsprechend ist eine Mehrzahl der jeweiligen Komponenten stets mitzulesen und soll mit diesem Hinweis als von der hier vorgelegten Beschreibung umfasst gelten.
Im Rahmen der oszillierenden Bewegung des Kolbens 14 ergeben sich zyklisch und alternierend eine im Folgenden als Vorhub bezeichnete Vorwärtsbewegung und eine anschließende, im Folgenden als Rückhub bezeichnete Rückwärtsbewegung des Kolbens 14 sowie allgemein eine im Folgenden als Kolbenlage bezeichnete Position des Kolbens 14 im Zylinder 12. Das jeweilige Medium wird in der Kompressionskammer 13 komprimiert (die Kompressionskammer 13 ist der Bereich im Zylinder 12, in dem das Medium seinen Druckzustand ändert) und das Volumen der Kompressionskammer 13 ändert sich beim Vor- und Rückhub des Kolbens 14 (das Volumen der Kompressionskammer 13 ändert/verringert/vergrößert sich aufgrund der Bewegung des Kolbens 14 und der Kolben 14 komprimiert in der Kompressionskammer 13 das Medium bis zum gewünschten Förderdruck; Volumenverringerung beim Vorhub; Volumenvergrößerung beim Rückhub). Im Rahmen der oszillierenden Bewegung übt der Kolben 14 beim Vorhub Druck auf das jeweilige Medium aus.
Jeweils eine gewisse Menge des jeweiligen Mediums wird aufgrund der zyklischen Bewegung des Kolbens 14 sowie der Öffnung zumindest eines jeweiligen Ventils 16, 18 in die Kompressionskammer 13 gesaugt und aus dieser ausgestoßen. Dafür ist in an sich bekannter Art und Weise jeweils zumindest ein fluidisch an die Kompressionskammer 13 angekoppeltes Ventil 16, 18 (zumindest ein sogenanntes Saugventil 16; zumindest ein sogenanntes Druckventil 18) vorgesehen.
Auch hier wird die weitere Beschreibung im Sinne einfacher Verhältnisse auf Basis einer Kolbenmaschine 10 mit genau einem Saugventil 16 und genau einem Druckventil 18 fortgesetzt. Auf die Anzahl dieser Ventile 16, 18 und/oder eine eventuelle Zusammenfassung in Form eines sogenannten Zentralventils oder ggf. mehrerer Zentralventile (ein Zentralventil umfasst zumindest ein Saugventil 16 sowie zumindest ein Druckventil 18) kommt es für die hier vorgeschlagene Neuerung nicht an und entsprechend ist eine Mehrzahl solcher Ventile 16, 18 (zwei oder mehr Saugventile 16 und/oder zwei oder mehr Druckventile 18) stets mitzulesen und soll mit diesem Hinweis als von der hier vorgelegten Beschreibung umfasst gelten.
Die Arbeit des Kolbens 14 ist zyklisch - es erfolgen alternierend und jeweils unmittelbar aneinander anschließend ein Vorhub und ein Rückhub des Kolbens 14 (jeweils translatorisch) - und der Kolben 14 wird dafür mittels eines Antriebs, zum Beispiel mittels einer sich kontinuierlich drehenden Kurbelwelle, angetrieben. Ein Vorhub des Kolbens 14 und ein anschließender Rückhub des Kolbens 14 werden zusammen als Kompressionszyklus oder kurz als Arbeitszyklus bezeichnet (beide Begriffe bezeichnen dasselbe und sind austauschbar). Wenn sich der Kolben 14 im Zylinder 12 zurückzieht (Rückhub), vergrößert sich das Volumen oberhalb des Kolbens 14 im Zylinder 12 (das Volumen der Kompressionskammer 13) und über das Saugventil 16 (Einlassventil) wird das jeweilige Medium in die Kompressionskammer 13 gesogen. Im Anschluss an den Rückhub des Kolbens 14 und nach Durchschreiten eines unteren Totpunktes des Kolbenhubs erfolgt ein Vorschieben des Kolbens 14 im Zylinder 12 (Vorhub). Dies führt zu einer Verringerung des Volumens der Kompressionskammer 13 und das zuvor in die Kompressionskammer 13 gesogene Medium wird schließlich über das Druckventil 18 (Auslassventil) aus der Kompressionskammer 13 ausgestoßen. Mit dem Durchschreiten eines oberen Totpunkts des Kolbenhubs endet der Vorhub des Kolbens 14 und es schließt sich ein erneuter Rückhub an und so weiter.
Vorhub und Rückhub des Kolbens 14 schließen alternierend und zyklisch unmittelbar aneinander an, so dass aufgrund des Ansaugens des jeweiligen Mediums beim Rückhub sowie des Ausstoßes des angesaugten Mediums beim Vorhub eine Förderung des jeweiligen Mediums und ggf. auch eine Änderung der Druckverhältnisse zwischen einer Saugseite (stromabwärts des Saugventils 16) einerseits und einer Druckseite (stromaufwärts des Druckventils 18) andererseits resultiert.
Die Darstellung in Figur 1 zeigt - der Kolbenmaschine 10 zugeordnet - eine zumindest temporär der Kolbenmaschine 10 messtechnisch zugeordnete Sensorik 20. Die Darstellung in Figur 1 zeigt des Weiteren - der Kolbenmaschine 10 ebenfalls zumindest temporär zugeordnet - eine Überwachungseinheit 22 und eine als von der Überwachungseinheit 22 umfasst gezeigte Auswerteeinheit 24. Die Begriffe Sensorik 20, Überwachungseinheit 22 und Auswerteeinheit 24 sind funktionale Bezeichner und implizieren keine notwendige räumliche oder gerätetechnische Trennung. So können zum Beispiel Sensorik 20 und Auswerteeinheit 24 zu einer Einheit zusammengefasst sein. Genauso können Überwachungseinheit 22 und Auswerteeinheit 24 oder Sensorik 20, Überwachungseinheit 22 und Auswerteeinheit 24 zu einer Einheit zusammengefasst oder Sensorik 20, Auswerteeinheit 24 und Überwachungseinheit 22 räumlich und gerätetechnisch getrennt sein.
Die Sensorik 20 umfasst zumindest ein Messinstrument und dieses nimmt in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise Messwerte oder aufgrund einer Simulation resultierende Daten - im Folgenden einzeln oder zusammenfassend als Rohdaten 26 bezeichnet - an der Kolbenmaschine 10 oder in Bezug auf die Kolbenmaschine 10 auf. Das jeweilige Messinstrument dient der Erfassung von Rohdaten 26 und das zumindest eine Messinstrument erfasst durch Erfassung solcher Rohdaten 26 die Ventilaktivität (Aktivität des Saug- oder Druckventils 16, 18; ggf. jeweils ein Messinstrument zur Erfassung der Ventilaktivität des Saug-und Druckventils 16, 18) oder eine für die Ventilaktivität repräsentative Größe.
Ein Beispiel für ein insoweit von der Sensorik 20 umfasstes Messinstrument ist ein Drucksensor, welcher den dynamischen Druck in der Kompressionskammer 13 misst, nämlich den dynamischen Druck, welcher sich in der Kompressionskammer 13 aufgrund der oszillierenden Bewegung des Kolbens 14 innerhalb der Kompressionskammer 13 ergibt. Andere Messinstrumente, welche Rohdaten liefern können, anhand derer ein Öffnen jeweils eines Ventils 16, 18 (Saug- oder Druckventil 16, 18) erkennbar ist, sind ebenso möglich. Ein Beispiel für ein solches anderes Messinstrument ist ein Vibrationssensor, welcher die Vibration im Zusammenhang mit einem sogenannten Öffnungsschlag des jeweiligen Ventils 16, 18 erkennt, oder ein Näherungssensor, mittels dessen durch direktes Messen die Öffnung des jeweiligen Ventils 16, 18 erkennbar ist.
Die Auswerteeinheit 24 empfängt von der Sensorik 20 die mittels der Sensorik 20 aufgenommenen Rohdaten 26 und wertet diese aus. Im Rahmen dieser Auswertung bestimmt die Auswerteeinheit 24 für jeweils einen Arbeitszyklus (Kompressionszyklus; die Begriffe Arbeitszyklus und Kompressionszyklus sind austauschbar) des Kolbens 14 einen Zeitpunkt oder ein Maß für einen Zeitpunkt, zu dem das Saugventil 16 öffnet, und einen Zeitpunkt oder ein Maß für einen Zeitpunkt, zu dem das Druckventil 18 öffnet, im Folgenden zusammenfassend als Öffnungszeitwert 30, 32 oder kurz als Zeitwert 30, 32 (Zeitwert 30, 32 für das Öffnen des von der Kolbenmaschine 10 umfassten Saug- und Druckventils 16, 18) bezeichnet.
Das Ergebnis der Auswertung durch die Auswerteeinheit 24 ist jeweils ein Wertepaar pro Arbeitszyklus und dieses umfasst einen ersten Zeitwert 30 für das Öffnen des von der Kolbenmaschine 10 umfassten Saugventils 16 sowie einen zweiten Zeitwert 32 für das Öffnen des von der Kolbenmaschine 10 umfassten Druckventils 18. Die Auswerteeinheit 24 ermittelt solche Wertepaare zum Beispiel für jeden Arbeitszyklus oder für regelmäßig beabstandete Arbeitszyklen, zum Beispiel für jeden zweiten Arbeitszyklus, jeden dritten Arbeitszyklus oder jeden n-ten Arbeitszyklus mit zum Beispiel n = [1 .. 1.000].
Die Ventile 16, 18 (Saugventil 16, Druckventil 18) öffnen aufgrund eines Erreichens eines gewissen Drucklevels im Zylinder 12. Sie werden durch den Gegendruck in einer jeweiligen Zuleitung (saugseitige Zuleitung, druckseitige Zuleitung) sowie zum Beispiel durch Federn oder dergleichen so lange geschlossen gehalten, bis der Druck in der Kompressionskammer 13 ein Niveau erreicht hat, um diese aufzustoßen. Das Saugventil 16 öffnet, wenn ein Saugdruckniveau unterschritten wird. Das Druckventil 18 öffnen, wenn das Enddruck-/Förderdruckniveau überschritten wird. Damit sind die Zeitwerte 30 ,32 vom dynamischen Druckniveau in der Kompressionskammer 13 abhängig. Wenn sich diese ändern, lässt dies auf eventuelle Leckagen oder mechanische Schäden an einem Ventil 16, 18; am Zylinder 12, in der Kompressionskammer 13 oder dergleichen schließen.
Ein Zeitwert 30, 32 ist zum Beispiel die Rotationslage der Kurbelwelle, also die jeweilige Rotationslage zum Zeitpunkt des Öffnens des jeweiligen Ventils 16, 18. Die Verwendung der Rotationslage der Kurbelwelle als Zeitwert 30, 32 ist in der Praxis durchaus üblich. Die Betrachtung der Rotationslage der Kurbelwelle als Zeitwert 30, 32 ist auch deshalb verständlich, weil die Dauer einer Vollumdrehung der Kurbelwelle (die Dauer eines Arbeitszyklus des Kolbens 14) als Zeiteinheit angesehen werden kann und die jeweils momentane Rotationslage der Kurbelwelle ist dann ein Bruchteil dieser Zeiteinheit. Alternativ kann als Zeitwert 30, 32 auch eine zum Beispiel in Millisekunden gemessene Zeit, zu der das jeweilige Ventil 16, 18 öffnet, erfasst werden. Die Zeit startet dann zum Beispiel bei jedem Arbeitszyklus oder jedem n-ten Arbeitszyklus, mit zum Beispiel n=[1 .. 1.000], des Kolbens 14 bei Null.
Im Sinne einfacher Verhältnisse wird für die weitere Beschreibung davon ausgegangen, dass der Antrieb des Kolbens 14 der Kolbenmaschine 10 mittels einer Kurbelwelle erfolgt und die Rotationslage der Kurbelwelle zum Zeitpunkt des Öffnens des Saugventils 16 und die Rotationslage der Kurbelwelle zum Zeitpunkt des Öffnens des Druckventils 18 als Zeitwerte 30, 32 für das Öffnen des Saug- bzw. Druckventils 16, 18 betrachtet werden. Die jeweilige Rotationslage der Kurbelwelle wird mittels eines zu der Sensorik 20 gehörigen geeigneten Messinstruments erfasst, zum Beispiel mittels eines der Kurbelwelle zugeordneten Inkrementalgebers, und die erfassten Daten zur Rotationslage gehören zu den an die Auswerteeinheit 24 übermittelten Rohdaten 26. Die Rohdaten 26 können in Form jeweils eines Wertepaars (Druckwert, Rotationslage) instantan an die Auswerteeinheit 24 übermittelt werden. Alternativ können die Rohdaten 26 auch in Form eines Datensatzes mit zum Beispiel allen während eines Arbeitszyklus des Kolbens 14 aufgenommenen Druckwerten und der jeweils zugehörigen Rotationslage an die Auswerteeinheit 24 übermittelt werden.
Die Darstellung in Figur 2 zeigt einen Druckverlauf 34 in der Kompressionskammer 13 der Kolbenmaschine 10. Der Druckverlauf 34 ist eine graphische Darstellung von im Falle eines Drucksensors als Messinstrument mittels der Sensorik 20 erfassten, an die Auswerteeinheit 24 übermittelten und im Weiteren ausgewerteten Rohdaten 26.
Bei der beispielhaft zugrunde liegenden Situation fungiert eine Kurbelwelle als Antrieb des Kolbens 14 und entsprechend ist der Druckverlauf 34 in Figur 2 über einer Vollumdrehung der Kurbelwelle aufgetragen [0° .. 360°]. Neben dem Druckverlauf 34 (dynamischer Druck in der Kompressionskammer 13) zeigt die Darstellung in Figur 2 auch zwei sogenannte statische - statisch für jeweils zumindest einen Arbeitszyklus - Druckwerte, nämlich einen statischen Saugdruck 36 und einen statischen Förderdruck 38. Diese beiden statischen Druckwerte 36, 38 sind charakteristische Werte der jeweiligen Kolbenmaschine 10 und ergeben sich aufgrund der Dimension der jeweiligen Kompressionskammer 13 sowie aufgrund des Prozesses, in welchem die Kolbenmaschine 10 eingesetzt wird. Sie werden durch Messung (jeweils an den Ein- und Ausgangsrohren der Kompressionskammer 13) jeweils zu Beginn und zum Ende eines Arbeitszyklus oder für eine Mehrzahl von Arbeitszyklen, zum Beispiel in jedem n-ten Arbeitszyklus mit zum Beispiel n = [1 .. 1.000]) ermittelt oder rechnerisch zum Beispiel im Wege einer Ermittlung eines gleitenden Mittelwerts aus einer vorgegebenen oder vorgebbaren Anzahl solcher Messwerte ermittelt.
Zur Ermittlung jeweils eines Wertepaares wie oben beschrieben empfängt und verarbeitet die Auswerteeinheit 24 die von der Sensorik 20 aufgenommenen Rohdaten 26, also zum Beispiel Rohdaten 26 zum dynamischen Druck in der Kompressionskammer, sowie Daten zum statischen Saugdruck 36 und zum statischen Förderdruck 38.
Mittels der Auswerteeinheit 24 werden die Rohdaten 26 während jeweils eines Arbeitszyklus (aber nicht notwendig während jedes Arbeitszyklus; zum Beispiel in jedem n-ten Arbeitszyklus mit zum Beispiel n = [1 .. 1.000]) mit dem statischen Saugdruck 36 und dem statischen Förderdruck 38 verglichen. Wenn das Niveau der Rohdaten 26 im Arbeitszyklus erstmals den Wert des statischen Saugdrucks 36 erreicht oder unterschreitet, also wenn das jeweils betrachtete Datum (der jeweils betrachtete Wert) der Rohdaten 26 im Arbeitszyklus erstmals den Wert des statischen Saugdrucks 36 erreicht oder unterschreitet, repräsentiert dies das Öffnen des Saugventils 16. Wenn das Niveau der Rohdaten 26 im Arbeitszyklus erstmals den Wert des statischen Förderdrucks 38 erreicht oder überschreitet, also wenn das jeweils betrachtete Datum (der jeweils betrachtete Wert) der Rohdaten 26 im Arbeitszyklus erstmals den Wert des statischen Förderdrucks 38 erreicht oder überschreitet, repräsentiert dies das Öffnen des Druckventils 18.
Kurz gefasst wird im Rahmen des Vergleichs und mittels der Auswerteeinheit 24 ermittelt, wann die Kurve des Druckverlaufs 34 (die Kurve des dynamischen Drucks) den statischen Saugdruck 36 erreicht oder unterschreitet und wann die Kurve des Druckverlaufs 34 den statischen Förderdruck 38 erreicht oder überschreitet. Die zu diesen Punkten gehörigen Öffnungszeitwerte 30, 32 werden als Durchstiegspunkte 30, 32 (Englisch: Break Through Points) bezeichnet. Es handelt sich um Durchstiegspunkte 30, 32 des dynamischen Drucks durch die Werte der statischen Drücke (statischer Saugdruck 36, statischer Förderdruck 38).
Mit anderen Worten werden zur Ermittlung der Zeitwerte/Durchstiegspunkte 30, 32 der beim Betrieb der Kolbenmaschine 10 resultierende dynamische Druck in deren Kompressionskammer 13 und der statische Saugdruck 36 sowie der statische Förderdruck 38 betrachtet. Der Zeitwert 30 für das Öffnen des Saugventils 16 ergibt sich anhand einer Unterschreitung des statischen Saugdrucks 36 durch den dynamischen Druck, also dann, wenn der dynamische Druck oder die Kurve des Druckverlaufs 34 den statischen Saugdruck 36 erreicht oder unterschreitet und die Kolbenmaschine 10 umfasst zumindest temporär Mittel, zum Beispiel die Auswerteeinheit 24, mittels derer ermittelbar ist und beim Betrieb die Kolbenmaschine 10 ermittelt wird, wenn und wann der dynamische Druck den statischen Saugdruck 36 unterschreitet.
Der Zeitwert 32 für das Öffnen des Druckventils 18 ergibt sich anhand einer Überschreitung des statischen Förderdrucks 38 durch den dynamischen Druck, also dann, wenn der dynamische Druck oder die Kurve des Druckverlaufs 34 den statischen Förderdruck 38 erreicht oder überschreitet und die Kolbenmaschine 10 umfasst zumindest temporär Mittel, zum Beispiel die Auswerteeinheit 24, mittels derer ermittelbar ist und beim Betrieb die Kolbenmaschine 10 ermittelt wird, wenn und wann der dynamische Druck den statischen Förderdruck 38 überschreitet.
In der Darstellung in Figur 2 sind die Durchstiegspunkte 30, 32 auf der Kurve des Druckverlaufs 34 bezeichnet und deren Zeitwerte sind jeweils in "Grad Kurbelwelle" ablesbar. Der zum Ereignis des Öffnens des Saugventils 16 gehörige Durchstiegspunkt 30 wird als "Break Through Suction Pressure" - kurz BTSP - und der zum Ereignis des Öffnens des Druckventils 18 gehörige Durchstiegspunkt 32 wird als "Break Through Discharge Pressure" - kurz BTDP - bezeichnet. Die Auswerteeinheit 24 ermittelt im Rahmen des hier vorgeschlagenen Verfahrens diese Durchstiegspunkte 30, 32, also die Öffnungszeitwerte (Zeitwerte im oben beschriebenen Sinne) 30, 32 des jeweiligen Ereignisses (Ereignis des Öffnens des jeweiligen Ventils 16, 18).
Der dazu mittels der Auswerteeinheit 24 durchgeführte Vergleich kann instantan in Bezug auf jeweils genau ein von der Auswerteeinheit 24 dann empfangenes Datum der Rohdaten 26 und synchron mit dem Betrieb der Kolbenmaschine 10 erfolgen. Der Vergleich kann alternativ auch asynchron zum Betrieb der Kolbenmaschine 10 in Bezug auf eine Gesamtheit von während eines Zeitraums, zum Beispiel während eines Arbeitszyklus, von der Auswerteeinheit 24 empfangenen Rohdaten 26 und jedes davon umfassten Datums erfolgen.
Der hier vorgeschlagenen Neuerung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Differenz Δ = BTDP - BTSP bei einer ordnungsgemäß funktionierenden Kolbenmaschine 10 auch über einen langen Betriebszeitraum weitgehend konstant ist. Daraus resultiert die weitergehende Erkenntnis, dass eine Abweichung im Wert der Differenz Δ ein Indiz für eine mögliche oder sich anbahnende Ausnahmesituation sein kann, zum Beispiel ein Indiz für den Verschleiß einer von der Kolbenmaschine 10 umfassten Komponente sein kann.
Die Differenz Δ wird zum Beispiel mittels der Überwachungseinheit 22 gebildet, insbesondere kontinuierlich, also für jeden Arbeitszyklus oder jeden n-ten Arbeitszyklus des Kolbens 14 mit zum Beispiel n = [1 ... 1.000]. In der Darstellung in Figur 1 (sowie in Figur 4) ist die Differenz Δ mit der Bezugsziffer 40 bezeichnet. Die Bezugsziffer 40 bezeichnet dabei insbesondere das Ergebnis der Differenzbildung, also zum Beispiel ein aufgrund der Differenzbildung resultierendes Datum oder eine Speicherstelle mit dem Ergebnis der Differenzbildung. - In den Patentansprüchen wird nicht das hier in der Beschreibung verwendete Formelzeichen, sondern die Bezugsziffer verwendet; die Ausdrücke "Differenz Δ" und "Differenz (40)" meinen dasselbe und sind austauschbar.
Die Überwachungseinheit 22 umfasst für die Differenzbildung einen Differenzbildner 42 (oder eine Implementation eines Differenzbildners 42 in Form einer Differenzbildungsfunktionalität) und zur weiteren Auswertung der Differenz Δ einen Differenzbewerter 44 (oder eine Implementation eines Differenzbewerters 44 in Form einer Differenzbewertungsfunktionalität).
Der Differenzbildner 42 bildet aus den ermittelten Öffnungszeitwerten 30, 32 die Differenz Δ. Der Differenzbildner 42 bestimmt also den jeweils aktuellen Wert der Differenz Δ als Δ = BTDP - BTSP.
Der Differenzbewerter 44 führt einen Vergleich der Differenz Δ mit einem Sollwert 46, insbesondere einen Vergleich der Differenz Δ mit einem Erwartungswert für die Differenz als Sollwert 46, und/oder einen Vergleich einer zeitlichen Änderung der Differenz Δ (insbesondere während einer vorgegebenen oder vorgegebenen Anzahl von Arbeitszyklen) mit einem entsprechenden vorgegebenen oder vorgebbaren (weiteren) Sollwert 46 durch.
Als Ergebnis der mittels des Differenzbewerters 44 erfolgenden Bewertung der ermittelten Differenz Δ in Relation zu dem Sollwert 46 wird ggf. ein Signal 48 erzeugt, das zum Beispiel ein Indiz für eine bestehende oder sich anbahnende Fehler- oder Ausnahmesituation ist, so dass es sich dann bei dem Signal 48 entsprechend um eine Fehlerbenachrichtigung handelt.
Dem Fachmann ist klar, dass eine Implementation einer Erzeugung eines solchen Signals 48 in vielfältiger Form erfolgen kann und fallweise auch die Erzeugung unterschiedlicher Signale umfassen kann. Ein Ergebnis kann durch einen bestimmten Pegel des Signals 48 codiert sein. Ohne das jeweilige Ergebnis hat das Signal 48 dann einen anderen Pegel. Genauso kann das Ergebnis durch die Erzeugung eines Signals 48 codiert sein und ohne das Ergebnis wird dann dieses Signal 48 nicht erzeugt und/oder es wird ein anderes Signal erzeugt. Schließlich kann ein Signal 48 auch zumindest ein Datum umfassen. Das jeweilige Ergebnis wird dann durch das mittels des Signals 48 übermittelte Datum codiert. Zumindest all dies soll als von der hier vorgelegten Beschreibung umfasst gelten, wenn hier und im Folgenden von einem mittels des Differenzbewerters 44 und aufgrund der jeweils ermittelten Differenz Δ erzeugten Signal 48 gesprochen wird.
Die Funktionalität der Überwachungseinheit 22 ist bevorzugt in Software implementiert (Computerprogramm 50 mit Programmcodeanweisungen; siehe Figur 3) und entsprechend in an sich bekannter Art und Weise in einen zum Beispiel von der Überwachungseinheit 22 umfassten oder der Überwachungseinheit 22 zugeordneten (nicht separat dargestellten) Speicher geladen. Zur Ausführung der davon jeweils umfassten Programmcodeanweisungen ist in an sich bekannter Art und Weise eine von der Überwachungseinheit 22 umfasste oder der Überwachungseinheit 22 zugeordnete (nicht separat dargestellte) Verarbeitungseinheit in Form von oder nach Art eines Mikroprozessors oder dergleichen vorgesehen. Beim Betrieb der Kolbenmaschine 10 erfolgt zu deren automatischer Überwachung eine Ausführung dieser Programmcodeanweisungen.
Die Darstellung in Figur 3 zeigt in schematisch stark vereinfachter Form die Auswerteeinheit 24 und die Überwachungseinheit 22 als Bestandteil eines im Rahmen eines Verfahrens zur automatischen Überwachung einer Kolbenmaschine 10 ausgeführten Computerprogramms 50 sowie davon umfasste Funktionsblöcke 52, 54, 56, 58, welche eine Implementation des Verfahrens zur automatischen Überwachung einer Kolbenmaschine 10 darstellen.
Im Rahmen des Verfahrens wird (erster Funktionsblock 52) beim Betrieb der Kolbenmaschine 10 jeweils ein Zeitwert 30, 32 für das Öffnen eines von der Kolbenmaschine 10 umfassten Saug- und Druckventils 16, 18 erfasst. Danach wird eine Differenz aus den ermittelten Öffnungszeitwerten 30, 32 gebildet (zweiter Funktionsblock 54). Es wird also die Differenz Δ = BTDP - BTSP gebildet (BTDP = "Break Through Discharge Pressure" = Durchstieg durch den Förderdruck = Zeitpunkt der Druckventilöffnung; BTSP = "Break Through Suction Pressure" = Durchstieg durch den Saugdruck = Zeitpunkt der Saugventilöffnung). Danach wird diese Differenz Δ zum Beispiel mit einem Erwartungswert für die Differenz als Sollwert 46 für die Differenz verglichen (dritter Funktionsblock 56). Schließlich wird in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs ein entsprechendes Signal 48 erzeugt (vierter Funktionsblock 58). Das Verfahren wird zyklisch durch wiederholte Ausführung der genannten Funktionsblöcke 52-58 wiederholt. Das Verfahren wird nicht notwendig während der gesamten Dauer des Betriebs der Kolbenmaschine 10 ausgeführt. Eine zeitlich begrenzte Ausführung (zum Beispiel zu Diagnosezwecken), zum Beispiel eine zeitlich begrenzte Ausführung mittels einer temporär installierten Überwachungseinheit 22 (oder einer temporär installierten Sensorik 20 und Überwachungseinheit 22), ist ebenso möglich.
Anstelle eines Computerprogramms 50 mit einzelnen Programmcodeanweisungen kann die Implementierung des hier beschriebenen Verfahrens auch oder zumindest zum Teil auch in Form von Firmware erfolgen. Dem Fachmann ist klar, dass anstelle einer Implementation eines Verfahrens in Software stets auch eine Implementation in Firmware oder in Firm- und Software oder in Firm- und Hardware möglich ist. Dies gilt auch im Falle einer Implementation des hier vorgeschlagenen Verfahrens zur automatischen Überwachung einer Kolbenmaschine 10. Daher soll für die hier vorgelegte Beschreibung gelten, dass von dem Begriff Software oder dem Begriff Computerprogramm auch andere Implementationsmöglichkeiten, nämlich insbesondere eine Implementation in Firmware oder in Firm- und Software oder in Firm- und Hardware, umfasst sind.
Die Darstellung in Figur 4 zeigt in schematisch vereinfachter Form und im Vergleich zu der Darstellung in Figur 3 auf nochmals andere Art und Weise den Prozessablauf im Rahmen des hier vorgeschlagenen Verfahrens:
In einem ersten Schritt 60 (entspricht der Funktionalität des ersten Funktionsblocks 52) erfolgt mittels der Auswerteeinheit 24 eine Ermittlung der Öffnungszeitwerte 30, 32 (Ventilöffnungszeiten) einer jeweils betrachteten Kompressionskammer 13 (bei einer Kolbenmaschine 10 mit mehr als einer Kompressionskammer 13 kann und vorteilhaft wird das gesamte Verfahren für jede Kompressionskammer 13 einzeln durchgeführt). Dafür werden mittels zumindest eines entsprechenden Messinstruments der Sensorik 20 geeignete Rohdaten 26 aufgenommen und diese mittels der Auswerteeinheit 24 wie oben beschrieben ausgewertet. In die Ermittlung der Ventilöffnungszeiten fließen die Rohdaten 26 oder jeweils ein Rohdatum und die statischen Druckwerte (statischer Saugdruck 36, statischer Förderdruck 38) ein. Das Ergebnis der Auswertung mittels der Auswerteeinheit 24 ist ein Wertepaar mit jeweils einem Zeitwert 30, 32 für das Ereignis des Öffnens des Saug- und Druckventils 16, 18 (zwei Öffnungszeitwerte 30, 32; die beiden Durchstiegspunkte 30, 32; BTDP, BTSP).
In einem zweiten Schritt 62 (entspricht der Funktionalität des zweiten Funktionsblocks 54) wird anhand der zuvor (erster Schritt 60) ermittelten zwei Öffnungszeitwerte 30, 32 mittels des Differenzbildners 42 eine Differenz Δ zwischen dem Öffnungszeitwert 30 des Druckventils 16 (BTDP) und dem Öffnungszeitwert 32 des Saugventils 18 (BTSP) bestimmt: Δ = BTDP - BTSP. Je nachdem, in welcher Form die Öffnungszeitwerte 30, 32 ermittelt wurden (zum Beispiel in °Kurbelwellenwinkel oder zum Beispiel in Millisekunden), ergibt sich die ermittelte Differenz Δ mit einer entsprechenden Einheit. Die Differenz Δ ist aber zumindest mittelbar ein Zeitwert.
In einem dritten Schritt 64 (entspricht der Funktionalität des dritten und vierten Funktionsblocks 56, 58) wird mittels des Differenzbewerters 44 die im zweiten Schritt 62 ermittelte Differenz Δ mit einem zum Beispiel vorgegebenen oder vorgebbaren oder alternativ einem berechneten oder empirisch ermittelten Sollwert 46, insbesondere einem Erwartungswert für die Differenz als Sollwert 46, verglichen.
Wenn die ermittelte Differenz Δ den Erwartungswert für die Differenz überschreitet oder unterschreitet, ist eine Ausnahmesituation erkannt. Im Rahmen des Verfahrens wird dann bevorzugt ein entsprechendes Signal 48 generiert. Für ein solches Signal 48 gibt es unterschiedliche Möglichkeiten und unabhängig davon gelten weiterhin die weiter oben bereits erwähnten Möglichkeiten: Im Falle einer Über-oder Unterschreitung des Erwartungswerts für die Differenz kann genau ein Signal 48 erzeugt werden. Dieses zeigt dann lediglich das Vorliegen der Ausnahmesituation an. Genauso kann ein erstes Signal 48 im Falle einer Überschreitung des Erwartungswerts für die Differenz erzeugt werden und ein anderes, zweites Signal 48' im Falle einer Unterschreitung des Erwartungswerts für die Differenz. Das jeweilige Signal (erstes bzw. zweites Signal 48, 48') charakterisiert dann die vorliegende Ausnahmesituation. Ein im Falle einer Überschreitung des Erwartungswerts für die Differenz erzeugtes Signal (erstes Signal 48) zeigt eine vorliegende oder sich anbahnende sogenannte Niederdruckleckage (zum Beispiel eine Leckage des Saugventils 16, eine Leckage der Stopfbuchspackung, eine Leckage im Bereich mindestens eines Kolbenrings oder anderer die Kompressionskammer 13 abdichtender Komponenten) an. Ein im Falle einer Unterschreitung des Erwartungswerts für die Differenz erzeugtes Signal (zweites Signal 48') zeigt eine vorliegende oder sich anbahnende sogenannte Hochdruckleckage (zum Beispiel eine Leckage des Druckventils 18 eine Leckage der Stopfbuchspackung, eine Leckage im Bereich mindestens eines Kolbenrings oder anderer die Kompressionskammer 13 abdichtender Komponenten) an.
Bevorzugt wird für die Erkennung einer Über- oder Unterschreitung des Erwartungswerts für die Differenz zumindest ein Schwellwert (nicht graphisch dargestellt; der oder jeder Schwellwert wird dem Differenzbewerter 44 ebenso wie ein Sollwert 46 zugeführt/zur Verfügung gestellt) berücksichtigt. Dies bedeutet, dass ein jeweiliges Signal (einzelnes Signal 48 oder erstes oder zweites Signal 48, 48') nur dann erzeugt wird, wenn die Über- oder Unterschreitung über dem Schwellwert liegt. Durch eine geeignete Wahl des Schwellwerts (vorgegebener oder vorgebbarer Schwellwert) lässt sich die Detektionsempfindlichkeit des Verfahrens einstellen. Optional kann für die Erkennung einer Überschreitung des Erwartungswerts für die Differenz ein (vorgegebener oder vorgebbarer) erster Schwellwert und für die Erkennung einer Unterschreitung des Erwartungswerts für die Differenz ein (vorgegebener oder vorgebbarer) zweiter Schwellwert berücksichtigt werden. Dann lässt sich für jede der beiden erkennbaren Ausnahmesituationen (Niederdruckleckage, Hochdruckleckage) die Detektionsempfindlichkeit einzeln einstellen.
Zusätzlich oder alternativ kann eine Mehrzahl von Schwellwerten oder eine Mehrzahl von ersten und zweiten Schwellwerten vorgesehen sein. Dann ist je nach Überschreitung des jeweiligen Schwellwerts eine Klassifizierung der Relevanz der erkannten Ausnahmesituation möglich, wobei eine Ratifizierung einer solchen Relevanz zum Beispiel von einer bloßen Information bis hin zu einer Anzeige eines sofortigen oder unmittelbar bevorstehenden Handlungsbedarfs reichen kann.
Der Erwartungswert für die Differenz kann als Sollwert 46 anhand für die jeweilige Kolbenmaschine 10 spezifischer Daten, insbesondere anhand von Dimensionsdaten der Kolbenmaschine 10 oder in Abhängigkeit von Stellgrößen, zum Beispiel Stellgrößen für die Ventilsteuerung und/oder Stellgrößen für eine sogenannte Schadraumregelung, rechnerisch ermittelt werden. Der Erwartungswert für die Differenz wird dann zum Beispiel bereits vor Inbetriebnahme der Kolbenmaschine 10 ermittelt, zum Beispiel auf Basis der mechanischen Dimensionen der Kolbenmaschine 10 errechnet oder aus einer Leistungsberechnung der Kolbenmaschine 10 entnommen, und steht im Rahmen des Verfahrens als konstanter Wert und damit als vorgegebener Sollwert 46 zur Verfügung. Ein rechnerisch ermittelter Erwartungswert für die Differenz kann auch während des Betriebs der jeweiligen Kolbenmaschine 10 eingegeben und gegebenenfalls regelmäßig (zum Beispiel nach einer Wartung) aktualisiert werden. Im Rahmen des Verfahrens wird ein solcher Erwartungswert für die Differenz dann als vorgebbarer Sollwert 46 berücksichtigt, denn im Rahmen des Verfahrens ist der jeweilige Sollwert 46 dann eine Variable und deren Wert kann bedarfsweise angepasst werden. Schließlich ist auch eine empirische Ermittlung eines Erwartungswerts für die Differenz möglich. Zum Beispiel kann eine nach der Inbetriebnahme (oder jeweils nach einer Wartung) der Kolbenmaschine 10 ermittelte Differenz Δ (eine wie oben beschrieben ermittelte Differenz Δ) als Erwartungswert für die Differenz verwendet werden. Ebenso ist die Verwendung eines Mittelwerts aus mehreren nach der Inbetriebnahme (oder jeweils nach einer Wartung) der Kolbenmaschine 10 ermittelten Differenzen Δ als Erwartungswert für die Differenz und damit als Sollwert 46 möglich.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass auch eine eventuelle Beeinflussung einer Öffnungsdauer zumindest eines Ventils 16, 18 und eine daraus resultierende Verschiebung zumindest des Öffnungszeitwerts 32 des Druckventils 18 berücksichtigt wird. Eine solche Beeinflussung einer Öffnungsdauer zumindest eines Ventils 16, 18 verändert die Öffnungsdauer des oder jedes jeweiligen Ventils 16, 18 gegenüber Verhältnissen, wie sie sich ohne eine solche Beeinflussung ergeben würden (siehe oben: "Die Ventile 16, 18 (Saugventil 16, Druckventil 18) öffnen aufgrund eines Erreichens eines gewissen Drucklevels im Zylinder 12.").
Eine solche Beeinflussung einer Öffnungsdauer erfolgt zum Beispiel im Rahmen einer Regelung, zum Beispiel im Rahmen einer Regelung mittels eines Kontrollsystems oder mittels eines sogenannten Leistungsregelungssystems oder im Rahmen einer sogenannten Schadraumregelung oder im Rahmen einer Drehzahlregelung oder im Rahmen einer Kombination zumindest zweier derartiger Regelungen.
Eine solche Beeinflussung einer Öffnungsdauer bewirkt zum Beispiel, dass das Saugventil 16 länger geöffnet ist. Dadurch beginnt die Kompression entsprechend später. Bei der Situation in Figur 2 (dort findet keine solche Beeinflussung statt) beginnt die Kompression bei 180° Kurbelwelle, weil zu diesem Zeitpunkt das Saugventil 16 wieder geschlossen ist. Bei einer Beeinflussung einer Öffnungsdauer des Saugventils 16 verschiebt sich der Beginn der Kompression hin zu größeren Werten als 180° Kurbelwelle. Dies führt dazu, dass auch das Druckventil 18 entsprechend später öffnet, so dass sich ein entsprechend verschobener/späterer Öffnungszeitwerts 32 des Druckventils 18 ergibt. Bei einer Beeinflussung einer Öffnungsdauer im Rahmen einer Schadraumregelung verschieben sich die Öffnungsdauer des Saugventils 16 und/oder die Öffnungsdauer des Druckventils 18, so dass sich entsprechend geänderte Öffnungszeitwerte 30, 32 ergeben.
Eine Beeinflussung einer Öffnungsdauer zumindest eines Ventils 16, 18, insbesondere des Saugventils 16, ist grundsätzlich an sich bekannt. Eine Beeinflussung einer Öffnungsdauer zumindest eines Ventils 16, 18 erfolgt zum Beispiel in Form einer aktiven Beeinflussung der Öffnungsdauer oder in Form einer passiven Beeinflussung der Öffnungsdauer wie weiter oben im allgemeinen Beschreibungsteil erläutert oder in Form einer kombinierten aktiven und passiven Beeinflussung. Aufgrund oder im Rahmen der Beeinflussung der Öffnungsdauer zumindest eines Ventils 16, 18 ergibt sich zuvorderst ein Stellwert, nämlich ein Stellwert für die veränderte, insbesondere verlängerte Öffnungsdauer des jeweiligen Ventils 16, 18 oder ein die veränderte, insbesondere verlängerte Öffnungsdauer des jeweiligen Ventils 16, 18 bewirkender Stellwert, und sodann ein aufgrund der veränderten, insbesondere verlängerten Öffnungsdauer resultierender veränderter, insbesondere späterer Öffnungszeitwert 30, 32 des jeweiligen Ventils 16, 18. Dieser Stellwert wird im Folgenden zur erleichterten Bezugnahme als Öffnungszeitstellwert bezeichnet.
Ein späterer Öffnungszeitwert 32 des Druckventils 18 führt zu einer Veränderung einer wie oben beschrieben ermittelten Differenz Δ. Zur Berücksichtigung einer etwaigen derartigen Beeinflussung einer Öffnungsdauer zumindest eines Ventils 16, 18 wird eine wie oben beschrieben ermittelte Differenz Δ mit einem von einem jeweiligen Öffnungszeitstellwert abhängigen Sollwert 46 verglichen. Ein Öffnungszeitstellwert x führt zum Beispiel zu einem Öffnungszeitwert 32: k + x, wobei k der Öffnungszeitwert 32 ohne Beeinflussung ist; allgemein zu einem vom Öffnungszeitstellwert abhängigen Öffnungszeitwert 32: k(x). Mit Beeinflussung der Öffnungsdauer ist die zu erwartende Differenz Δ = BTDP - BTSP also zum Beispiel größer als ohne Beeinflussung. Dies wird mittels eines öffnungszeitstellwertabhängigen Sollwerts 46 - kurz: mittels eines stellwertabhängigen Sollwerts 46 - (der Sollwert 46 ist eine Funktion des Öffnungszeitstellwerts) berücksichtigt.
Ein stellwertabhängiger Sollwert 46, eine Gruppe stellwertabhängiger Sollwerte 46 oder die Gesamtheit der stellwertabhängigen Sollwerte 46 kann bzw. können zum Beispiel empirisch oder durch maschinelles Lernen ermittelt werden. Beim maschinellen Lernen werden zum Beispiel im laufenden Betrieb der Kolbenmaschine 10 unterschiedliche Öffnungszeitstellwerte angewendet und es wird die jeweils resultierende Differenz Δ ermittelt. Die so für einen bestimmten Öffnungszeitstellwert ermittelte Differenz Δ ist der für diesen Öffnungszeitstellwert geltende stellwertabhängige Sollwert 46. Beim maschinellen Lernen kommt grundsätzlich in Betracht, dass nacheinander oder in zeitlichem Abstand mehrere Differenzen Δ für ein und denselben Öffnungszeitstellwert ermittelt werden. Der stellwertabhängige Sollwert 46 kann dann zum Beispiel durch Mittelwertbildung (Mittelwertbildung für eine Gruppe der ermittelten Differenzen Δ) ermittelt werden. Zusätzlich oder alternativ können zu der Gruppe der ermittelten Differenzen Δ gehörende statistische Werte, wie zum Beispiel eine Standardabweichung, in eine eventuelle Anwendung von zumindest einem Schwellwert (siehe unten) einfließen.
Eine graphische Darstellung des stellwertabhängigen Sollwerts 46 führt zu einer Kurve 70 wie in Figur 5 gezeigt. Auf der Abszisse ist der Öffnungszeitstellwert und auf der Ordinate ist der resultierende (stellwertabhängige) Sollwert 46 abgetragen. Bei der beispielhaft gezeigten Situation kann der Öffnungszeitstellwert grundsätzlich Werte zwischen 0 und 100 annehmen. Ein Wertebereich von 0 bis 100 kann einen zum Beispiel einer Leistungsregelung zugrunde liegenden Wertebereich von 0% bis 100% bedeuten. Ein Wertebereich von 0 bis 100 kann aber auch das Ergebnis einer Normierung eines jeden sonstigen Wertebereichs sein. Zu einem jeweiligen Öffnungszeitstellwert gehört genau ein stellwertabhängiger Sollwert 46.
Zu einem Öffnungszeitstellwert von zum Beispiel 80 gehört bei der in Figur 5 gezeigten Situation als stellwertabhängiger Sollwert 46 der Wert 228.
Anstelle eines zuvor festen Sollwerts 46 wird im Falle einer Beeinflussung einer Öffnungsdauer zumindest eines Ventils 16, 18 der Kolbenmaschine 10 ein stellwertabhängiger Sollwert 46 verwendet. Die der graphischen Darstellung in Form einer Kurve 70 zugrunde liegenden Daten sind dafür zum Beispiel in einer LookUp-Tabelle gespeichert und ausgehend von dem oben gewählten Beispiel ist in einer solchen LookUp-Tabelle in einer Zeile oder Spalte mit der Ordnungszahl 80 der zugehörige stellwertabhängige Sollwert 46 ablesbar, hier also der Wert 228. Dieser Wert ist für diesen Fall der stellwertabhängige Sollwert 46 und entsprechend ist dieser in der Darstellung in Figur 5 mit der Bezugsziffer für den stellwertabhängigen Sollwert 46 bezeichnet.
Die Auswertung einer jeweils ermittelten Differenz Δ in Relation zu einem jeweiligen stellwertabhängigen Sollwert 46 erfolgt wie oben beschrieben, nämlich wie oben für den Fall eines "einfachen" Sollwerts 46 beschrieben.
In der Darstellung in Figur 5 sind die Markierungen ober- und unterhalb der Kurve 70 Beispiele für im Betrieb bei einem jeweiligen Öffnungszeitstellwert ermittelte Differenzen Δ. Eine ermittelte Differenz Δ "in der Nähe" des zu dem jeweiligen Öffnungszeitstellwert gehörigen stellwertabhängigen Sollwerts 46 ist "in Ordnung". Bei einem zu großen Abstand wird - wie oben beschrieben - ein Signal 48 (oder entweder ein erstes Signal 48 oder ein zweites Signal 48'; zum Beispiel ein erstes Signal 48 im Falle einer oberhalb der Kurve 70 liegenden Differenz Δ zur Signalisierung einer saugseitigen Fehlersituation oder einer sich anbahnenden saugseitigen Fehlersituation und ein zweites Signal 48' im Falle einer unterhalb der Kurve 70 liegenden Differenz Δ zur Signalisierung einer druckseitigen Fehlersituation oder einer sich anbahnenden druckseitigen Fehlersituation) generiert. Zur Berücksichtigung, ob eine ermittelte Differenz Δ ausreichend in der Nähe des zu dem jeweiligen Öffnungszeitstellwert gehörigen stellwertabhängigen Sollwerts 46 liegt, kommt - wie oben beschrieben - die Verwendung zumindest eines Schwellwerts in Betracht und insoweit gilt das oben Gesagte entsprechend. In der Darstellung in Figur 5 sind durch eine Umrandung 72 beispielhaft zwei ermittelte Differenzen Δ hervorgehoben, die nicht ausreichend in der Nähe des zu dem jeweiligen Öffnungszeitstellwert gehörigen stellwertabhängigen Sollwerts 46 liegen.
Obwohl die hier vorgeschlagene Neuerung im Detail durch das Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, ist diese nicht durch das oder die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Einzelne im Vordergrund stehende Aspekte der hier vorgelegten Beschreibung lassen sich damit kurz wie folgt zusammenfassen: Es werden ein Verfahren zur automatischen Überwachung einer Kolbenmaschine 10 und eine nach dem Verfahren arbeitende Kolbenmaschine 10 angegeben. Beim Betrieb der Kolbenmaschine 10 wird für ein Öffnen eines von der Kolbenmaschine 10 umfassten Saug-und Druckventils 16, 18 jeweils ein Zeitwert 30, 32 ermittelt bzw. ist für ein Öffnen eines von der Kolbenmaschine 10 umfassten Saug- und Druckventils 16, 18 jeweils ein Zeitwert 30, 32 ermittelbar. Aus den ermittelten Zeitwerten 30, 32 wird eine Differenz Δ gebildet bzw. aus den ermittelten Zeitwerten 30, 32 ist eine Differenz Δ ermittelbar (bildbar). Die Differenz Δ wird mit einem vorgegebenen, vorgebbaren oder ermittelten Sollwert 46 verglichen bzw. die Differenz Δ wird einem Vergleich mit einem vorgegebenen, vorgebbaren oder ermittelten Sollwert 46 unterworfen (ist mit einem vorgegebenen, vorgebbaren oder ermittelten Sollwert 46 vergleichbar). Bei einer Über- oder Unterschreitung des Sollwerts 46 wird ein Signal 48, 48' erzeugt wird bzw. ist ein Signal 48, 48' generierbar/erzeugbar.

Bezugszeichenliste

10: Kolbenmaschine
12: Zylinder
13: Kompressionskammer
14: Kolben
16: Ventil, Saugventil
18: Ventil, Druckventil
20: Sensorik
22: Überwachungseinheit
24: Auswerteeinheit
26: Rohdaten
28: (frei)
30: (Öffnungs-)Zeitwert, Durchstiegspunkt, Break Through Point
32: (Öffnungs-)Zeitwert, Durchstiegspunkt, Break Through Point
34: Druckverlauf (Druckverlauf des dynamischen Drucks)
36: statischer Saugdruck
38: statischer Förderdruck
40: Differenz Δ
42: Differenzbildner
44: Differenzbewerter
46: Sollwert
48, 48': Signal
50: Computerprogramm
52-58: Funktionsblock
60, 62, 64: Schritt (im Prozessablauf)
70: Kurve (Darstellung des stellwertabhängigen Sollwerts)
72: Umrandung

Claims

Verfahren zur automatischen Überwachung einer jeweils zumindest ein Saugventil (16) und ein Druckventil (18) umfassenden Kolbenmaschine (10),
wobei beim Betrieb der Kolbenmaschine (10) für ein Öffnen des Saugventils (16) und ein Öffnen des Druckventils (18) jeweils ein Zeitwert (30, 32) ermittelt wird,

wobei eine Differenz (40) aus den ermittelten Zeitwerten (30, 32) gebildet und die Differenz (40) mit einem vorgegebenen, vorgebbaren oder ermittelten Sollwert (46) verglichen wird und

wobei bei einer Über- oder Unterschreitung des Sollwerts (46) ein Signal (48, 48') erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1,
wobei zur Ermittlung der Zeitwerte (30, 32) ein beim Betrieb der Kolbenmaschine (10) resultierender dynamischer Druck in einer Kompressionskammer (13) der Kolbenmaschine (10) und ein statischer Saugdruck (36) sowie ein statischer Förderdruck (38) betrachtet werden,

wobei sich der Zeitwert (30) für das Öffnen des Saugventils (16) anhand einer Unterschreitung des statischen Saugdrucks (36) durch den dynamischen Druck ergibt und

wobei sich der Zeitwert (32) für das Öffnen des Druckventils (18) anhand einer Überschreitung des statischen Förderdrucks (38) durch den dynamischen Druck ergibt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
wobei im Falle einer Beeinflussung einer Öffnungsdauer zumindest eines Ventils (16, 18) als Sollwert (46) ein öffnungszeitstellwertabhängiger Sollwert (46) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3,
wobei die aktive Beeinflussung einer Öffnungsdauer zumindest eines Ventils (16, 18) im Rahmen einer beim Betrieb der Kolbenmaschine (10) wirksamen Regelung erfolgt und das Ergebnis der Regelung ein Stellwert ist und

wobei ein zeitlicher Verlauf der ermittelten Differenz (40) und/oder ein zeitlicher Verlauf des aufgrund der Regelung resultierenden Stellwerts zur Beurteilung der Regelung ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei im Falle einer Überschreitung des Sollwerts (46) ein erstes Signal (48) und im Falle einer Unterschreitung des Sollwerts (46) ein zweites Signal (48') erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei die Differenz (40) für äquidistant beabstandete Arbeitszyklen eines von der Kolbenmaschine (10) umfassten Kolbens (14) gebildet wird und

der Vergleich mit dem Sollwert (46) für jeden Arbeitszyklus, für den eine Differenz (40) ermittelt wurde, erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei ein Antrieb des Kolbens mittels einer Kurbelwelle erfolgt und der Arbeitszyklus des Kolbens (14) einem Kurbelwellenzyklus entspricht,

wobei die Differenz (40) für äquidistant beabstandete Kurbelwellenzyklen gebildet wird und

der Vergleich mit dem Sollwert (46) für jeden Kurbelwellenzyklus, für den eine Differenz (40) ermittelt wurde, erfolgt.
Kolbenmaschine (10) mit Mitteln (20, 22, 24, 50) zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Kolbenmaschine (10) nach Anspruch 8,
wobei beim Betrieb der Kolbenmaschine (10) für ein Öffnen eines von der Kolbenmaschine (10) umfassten Saug- und Druckventils (16, 18) jeweils ein Zeitwert (30, 32) ermittelbar ist,

wobei eine Differenz (40) aus den ermittelten Zeitwerten (30, 32) ermittelbar ist und die Differenz (40) mit einem vorgegebenen, vorgebbaren oder ermittelten Sollwert (46) vergleichbar ist und

wobei bei einer Über- oder Unterschreitung des Sollwerts (46) ein Signal (48, 48') erzeugbar ist.
Kolbenmaschine (10) nach Anspruch 9,
wobei zur Ermittlung der Zeitwerte (30, 32) ein beim Betrieb der Kolbenmaschine (10) resultierender dynamischer Druck in einer Kompressionskammer (13) der Kolbenmaschine (10) und ein statischer Saugdruck (36) sowie ein statischer Förderdruck (38) betrachtet werden,

wobei der Zeitwert (30) für das Öffnen des Saugventils (16) ermittelbar ist, indem ermittelbar ist, wenn und wann der dynamische Druck den statischen Saugdruck (36) unterschreitet und

wobei der Zeitwert (32) für das Öffnen des Druckventils (18) ermittelbar ist, indem ermittelbar ist, wenn und wann der dynamische Druck den statischen Förderdruck (38) überschreitet.
Kolbenmaschine (10) nach Anspruch 8 oder 9,
wobei im Falle einer Kolbenmaschine (10) mit einer Beeinflussung einer Öffnungsdauer zumindest eines Ventils (16, 18) als Sollwert (46) ein öffnungszeitstellwertabhängiger Sollwert (46) verwendbar ist.
Digitales Speichermedium mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen, die so mit einer programmierbaren Überwachungseinheit (22) für eine Kolbenmaschine (10) zusammenwirken können, dass ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgeführt wird.
System mit einer Kolbenmaschine (10), insbesondere einer Kolbenmaschine (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, und einer der Kolbenmaschine (10) zugeordneten Überwachungseinheit (22) und einem mittels der Überwachungseinheit (22) ausführbaren Computerprogramm (50) mit einer Implementation des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Computerprogramm (50), umfassend Befehle, die bei einer Ausführung durch einen Computer, insbesondere einen als programmierbare Überwachungseinheit (22) einer Kolbenmaschine (10), insbesondere einer Kolbenmaschine (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, fungierenden Computer, diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
Computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei einer Ausführung durch einen Computer, insbesondere einen als programmierbare Überwachungseinheit (22) einer Kolbenmaschine (10), insbesondere einer Kolbenmaschine (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, fungierenden Computer, diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.