DE19723803A1 - Apparatus for purifying measurement value receiver in lifting cylinder machine - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen eines im Zylinder einer Hubkolbenmaschine angeordneten Meßwertaufnehmers, insbesondere eines in einer Ausnehmung der Zylinderwand angeordneten Meßwertaufnehmers zur kapazitiven Abstandsmessung des Kolbens.The invention relates to a device for cleaning a cylinder Reciprocating engine arranged transducer, especially one in a recess of the cylinder wall arranged transducer for capacitive distance measurement of the piston.
Kapazitive Meßverfahren werden bei Hubkolbenmaschinen unter anderem für die Messung von Ventilhub und die Totpunktmarkierung, aber auch für die Messung von Kolbenspiel und Gleitflächenverschleiß eingesetzt, da dieses eine einfache und problemlose Messung ermöglicht. Diese Meßwerte werden zusammen mit anderen für die Arbeitsdiagnose und die Verschleißüberwachung der Hubkolbenmaschine verwendet, um im Hinblick auf eine zustandsorientierte Maschinenwartung durch eine Zusammenfassung des Austausches von Verschleißteilen die Ausfallzeiten zu minimieren und die Reparaturkosten zu reduzieren.Capacitive measuring methods are used in reciprocating machines for the measurement of valve lift and dead center marking, but also for Measurement of piston play and sliding surface wear used because this one enables simple and problem-free measurement. These measurements are together with others for work diagnosis and wear monitoring the reciprocating engine used to with regard to a condition-based machine maintenance through a summary of the Replacement of wear parts to minimize downtime and the Reduce repair costs.
Beim kapazitiven Meßverfahren zur Messung des Kolbenspiels und des Gleitflächenverschleißes ist ein kapazitiver Meßwertaufnehmer in einer Ausnehmung der Zylinderwand etwas zurückversetzt angeordnet. Durch eine Veränderung des Abstandes zwischen dem kapazitiven Meßwertaufnehmer und dem an der Ausnehmung in der Zylinderwand bzw. Kolbengleitbahn vorbeigleitenden Kolben wird die Kapazität des Meßwertaufnehmers verändert. Der Abstand zwischen dem kapazitiven Meßwertaufnehmer und dem daran vorbeigleitenden Kolben wird nun mit zunehmendem Verschleiß des Kolbens größer so daß durch eine Veränderung der Kapazität eine Aussage über den Gleitflächenverschleiß bzw. das Kolbenspiel möglich ist.In the capacitive measuring method for measuring the piston play and the Sliding surface wear is a capacitive sensor in one Recess of the cylinder wall is slightly set back. By a Change the distance between the capacitive sensor and that on the recess in the cylinder wall or piston slide passing piston the capacity of the sensor is changed. The distance between the capacitive transducer and that Piston sliding past will now wear with increasing piston larger so that a change in the capacity is a statement about the Sliding surface wear or piston play is possible.
Hier tritt nun jedoch das Problem auf, daß sich in der Ausnehmung in der Zylinderwand, in weicher der kapazitive Meßwertaufnehmer angeordnet ist, Schmutz, Abriebpartikel, Polymerisationsprodukte aus dem Fördermedium und dergleichen ablagern können. Dies führt zu einer Verfälschung der Meßwerte, da der kapazitive Meßwertaufnehmer dann wegen der darauf befindlichen Ablagerungen einen geringeren Abstand zwischen dem Meßwertaufnehmer und dem Kolben anzeigt, als er tatsächlich vorhanden ist. Diese Verfälschung der Meßwerte ist im Hinblick auf eine wirkungsvolle Verschleißüberwachung und effektive Arbeitsdiagnose als nachteilig anzusehen, da trotz geringem angezeigtem Verschleiß der tatsächliche Verschleiß so hoch ist, daß die Hubkolbenmaschine nicht mehr im geforderten Leistungsbereich arbeitet.Here, however, the problem arises that in the recess in the Cylinder wall in which the capacitive sensor is arranged, Dirt, abrasion particles, polymerization products from the pumped medium and the like can deposit. This leads to a falsification of the measured values, since the capacitive sensor is then due to the Deposits a smaller distance between the sensor and indicates to the piston when it is actually present. This adulteration of the Measured values are with regard to effective wear monitoring and effective work diagnosis to be regarded as disadvantageous, because despite the small indicated wear the actual wear is so high that the Reciprocating machine no longer works in the required performance range.
Vor diesem Hintergrund ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Reinigen eines im Zylinder einer Hubkolbenmaschine angeordneten Meßwertaufnehmers, insbesondere eines in einer Ausnehmung der Zylinderwand angeordneten Meßwertaufnehmers zur kapazitiven Abstandsmessung des Kolbens zur Verfügung zu stellen, die die Ablagerung von Schmutz, Abriebpartikeln und dergleichen auf dem kapazitiven Meßwertaufnehmer wirkungsvoll verhindert und so unverfälschte Meßwerte ermöglicht.Against this background, it is therefore an object of the invention to provide a device for cleaning a cylinder arranged in a reciprocating machine Transducer, especially one in a recess of the Cylinder wall arranged for capacitive Distance measurement of the piston to provide the deposit of dirt, abrasion particles and the like on the capacitive Measurement sensor effectively prevented and thus unadulterated measurement values enables.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Reinigen eines im Zylinder einer Hubkolbenmaschine angeordneten Meßwertaufnehmers, insbesondere eines in einer Ausnehmung der Zylinderwand angeordneten Meßwertaufnehmers zur kapazitiven Abstandsmessung des Kolbens, bei der mindestens ein Kanal zum Zuführen eines Fluids in die Ausnehmung vorhanden ist. This problem is solved by a device for cleaning an in Cylinder of a reciprocating-piston engine, in particular one arranged in a recess in the cylinder wall Transducer for capacitive distance measurement of the piston at at least one channel for supplying a fluid into the recess is available.
Durch die Zuführung eines Fluids in die den kapazitiven Meßwertaufnehmer enthaltende Ausnehmung in der Zylinderwand der Hubkolbenmaschine wird die Ausnehmung gespült, so daß dort befindliche Ablagerungen von Schmutz, Abriebpartikeln, Polymerisationsprodukten aus dem Fördermedium und der gleichen entfernt werden und neu in die Ausnehmung geführte derartige Partikel sich nicht ablagern können. Damit wird der Abstand zwischen dem kapazitiven Meßwertaufnehmer und dem daran vorbeigleitenden Kolben der Hubkolbenmaschine nicht durch Ablagerungen künstlich verringert, so daß der kapazitive Meßwertaufnehmer den realen Abstand erfassen und das entsprechende Signal an eine Auswertvorrichtung weitergeben kann. Damit wird eine aktuelle Arbeitsdiagnose und eine zuverlässige Verschleißüberwachung ermöglicht, was im Hinblick auf eine zustandsorientierte Maschinenwartung wünschenswert ist.By supplying a fluid into the capacitive sensor containing recess in the cylinder wall of the reciprocating engine flushed the recess so that there are deposits of dirt, Abrasion particles, polymerization products from the medium and the same are removed and newly inserted into the recess Particles cannot deposit. So that the distance between the capacitive transducer and the piston of the Reciprocating engine not artificially reduced by deposits, so that the capacitive sensors record the real distance and that can forward the corresponding signal to an evaluation device. In order to becomes a current work diagnosis and a reliable one Wear monitoring enables what with regard to a condition-based machine maintenance is desirable.
Gemaß einer bevorzugten Ausführungsform steht das in die den kapazitiven Meßwertaufnehmer enthaltende Ausnehmung der Zylinderwand der Hubkolbenmaschine geführte Fluid unter Druck, welcher vorteilhafterweise größer als der Druck des vom Kolben verdichteten Mediums ist. Damit kann das unter Druck stehende verdichtete Medium keinen Schmutz, Abriebpartikel oder dergleichen in die Ausnehmung drücken, so daß die Gefahr von Ablagerungen auf dem kapazitiven Meßwertaufnehmer deutlich verringert wird.According to a preferred embodiment, this is in the capacitive Recess containing the cylinder wall of the Reciprocating engine fluid under pressure, which advantageously is greater than the pressure of the medium compressed by the piston. So that can the compressed medium under pressure no dirt, abrasion particles or the like in the recess, so that the risk of Deposits on the capacitive sensor are significantly reduced becomes.
Um bei einem Ausfall der unter Druck stehenden Fluidzuführung oder bei einem plötzlich im Arbeitsraum der Hubkolbenmaschine entstehenden Überdruck, beispielsweise durch eine Explosion, den Austritt des verdichteten Mediums aus dem Zuführkanal für das Fluid zu verhindern, ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform in dem Zuführkanal ein Rückschlagventil angeordnet. Damit wird die Betriebssicherheit der Hubkolbenmaschine erhöht und ein störungsfreier Betrieb auch bei einem Ausfall der Fluidzuführung gewährleistet. To in case of failure of the pressurized fluid supply or a suddenly occurring in the working area of the reciprocating machine Overpressure, for example due to an explosion, the discharge of the compressed Preventing medium from the supply channel for the fluid is according to one another preferred embodiment in the feed channel Check valve arranged. This will ensure the operational safety of the Reciprocating piston engine increased and trouble-free operation even with one Failure of the fluid supply guaranteed.
Der Kanal zur Zuführung des Fluids in die Ausnehmung ist in einer vorteilhaften Weiterbildung in der Zylinderwand der Hubkolbenmaschine angeordnet und dabei bevorzugt ringförmig um die Ausnehmung herum angeordnet und weist mehrere zur Ausnehmung gerichtete Öffnungen auf. Damit wird eine gleichmäßige Zuführung des Fluids in die Ausnehmung ermöglicht, was im Hinblick auf eine gleichmäßige Ausspülung der Ausnehmung zur Beseitigung bzw. Verhinderung von Ablagerungen wünschenswert ist.The channel for supplying the fluid into the recess is in one advantageous development in the cylinder wall of the reciprocating machine arranged and preferably ring-shaped around the recess arranged and has a plurality of openings directed towards the recess. This ensures a uniform supply of the fluid into the recess enables what with a view to evenly flushing out the Recess to remove or prevent deposits is desirable.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß der mindestens eine Zuführkanal zum Zuführen des Fluids in die in der Zylinderwand angeordnete Ausnehmung zur Aufnahme des kapazitiven Meßwertaufnehmers im Meßwertaufnehmer angeordnet ist. Damit sind in der Zylinderwand der Hubkolbenmaschine keine zusätzlichen Kanäle auszubilden, so daß der Zylinder der Hubkolbenmaschine einfach gestaltet werden kann und sich daher der Konstruktions- bzw. Herstellungsaufwand der Hubkolbenmaschine im wesentlichen nicht erhöht. Weiterhin kann hier durch den Austausch des Meßwertaufnehmers leicht eine Veränderung der Kanalgeometrie erreicht werden, da durch Einsatz von Meßwertaufnehmern mit unterschiedlicher Kanalgeometrie ohne großen Aufwand eine an den jeweiligen Bedarf angepaßte Spülung der Ausnehmung möglich ist.Another preferred embodiment provides that the at least one Feed channel for feeding the fluid into the one arranged in the cylinder wall Recess to accommodate the capacitive transducer in the Sensor is arranged. So that are in the cylinder wall Reciprocating engine to train no additional channels, so that Cylinder of the reciprocating machine can be designed easily and therefore the design or manufacturing cost of the reciprocating machine in essentially not increased. Furthermore, by exchanging the Sensor easily achieved a change in the channel geometry be because by using transducers with different Channel geometry easily adapted to the respective needs Flushing the recess is possible.
In einigen Fällen kann es notwendig sein, eine besonders effektive Spülung der Ausnehmung zu gewährleisten so daß eine weitere Ausführungsform vorsieht Zuführkanäle sowohl in der Zylinderwand der Hubkolbenmaschine als auch im Meßwertaufnehmer anzuordnen. Damit können große Mengen Fluid in die Ausnehmung eingebracht werden, um eine besonders gründliche Ausspülung der Ausnehmung zu gewährleisten.In some cases, it may be necessary to use a particularly effective rinse To ensure recess so that a further embodiment provides Feed channels both in the cylinder wall of the reciprocating machine and in Arrange the sensor. This allows large amounts of fluid into the Recess can be made for a particularly thorough rinsing to ensure the recess.
Ein vorteilhaftes Fluid zur Ausspülung der den kapazitiven Meßwertaufnehmer enthaltenden Ausnehmung ist Stickstoff, ebenso ist jedoch auch Luft ein geeignetes vorteilhaftes Fluid. Es können jedoch auch noch andere Fluide verwendet werden, sofern sie das Fördermedium bzw. das zu verdichtende Medium nicht beeinflussen oder verunreinigen.An advantageous fluid for flushing out the capacitive transducer containing recess is nitrogen, but air is also a suitable advantageous fluid. However, other fluids can also be used are used, provided that they are the medium or the material to be compressed Do not affect or contaminate the medium.
Vorteilhaft ist es zudem, das Fluid kontinuierlich der Ausnehmung zuzuführen, da dann durch die kontinuierliche Ausspülung der Ausnehmung eine Ablagerung von Schmutz, Abriebpartikeln oder dergleichen nicht möglich ist.It is also advantageous to continuously supply the fluid to the recess, because a continuous flushing of the recess Deposition of dirt, abrasion particles or the like is not possible.
Die Erfindung wird nun nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.The invention will now be described below with reference to the accompanying Drawing explained in more detail.
Die Figur zeigt einen Ausschnitt einer Zylinderwand 30 einer Hubkolbenmaschine im Schnitt. Dargestellt ist eine Ausnehmung 38 mit einem darin angeordneten Meßwertaufnehmer 40. An der Ausnehmung 38 in der Zylinderwand 30 gleitet der Kolben 20 der Hubkolbenmaschine in Richtung des Pfeiles A oszillierend vorbei. Der Meßwertaufnehmer 40 weist an seinem zum Kolben 20 weisenden Ende einen Meßkopf 42 auf, der im hier dargestellten Beispiel ein kapazitiver Meßkopf ist. Der Meßkopf 42 ist dabei etwas zurückgesetzt in der Ausnehmung 38 der Zylinderwand 30 angeordnet. Um den Rand der Ausnehmung 38 der Zylinderwand 30 herum ist innerhalb der Zylinderwand ein ringförmiger Kanal 35 angeordnet. Dieser ist mit einer ebenfalls in der Zylinderwand 30 angeordneten Zuleitung 32 verbunden, die wiederum mit einer in dem Meßwertaufnehmer 40 angeordneten Zuleitung 44 in Strömungsverbindung ist. Von dem Kanal 34 gehen mehrere Bohrungen 36 in Richtung der Ausnehmung 38 ab und sind zu der Ausnehmung 38 hin offen. Vorteilhafterweise sind die Bohrungen 36 dabei mit jeweils gleichem Abstand zueinander angeordnet.The figure shows a section of a cylinder wall 30 of a reciprocating piston machine in section. A recess 38 is shown with a transducer 40 arranged therein. The piston 20 of the reciprocating piston machine slides past the recess 38 in the cylinder wall 30 in the direction of arrow A in an oscillating manner. The sensor 40 has at its end facing the piston 20 a measuring head 42 , which in the example shown here is a capacitive measuring head. The measuring head 42 is arranged somewhat recessed in the recess 38 of the cylinder wall 30 . An annular channel 35 is arranged around the edge of the recess 38 of the cylinder wall 30 within the cylinder wall. This is connected to a feed line 32 which is also arranged in the cylinder wall 30 and which in turn is in flow connection with a feed line 44 arranged in the measured value sensor 40 . From the channel 34 a plurality of holes 36 go in the direction of the recess 38 and are open towards the recess 38th The bores 36 are advantageously arranged at the same distance from one another.
Im Betrieb der Hubkolbenmaschine mißt der Meßwertaufnehmer 40 mit seinem in der Ausnehmung 38 der Zylinderwand 30 angeordneten kapazitiven Meßkopf 42 den Abstand zum daran oszillierend vorbeigleitenden Kolben 20. During operation of the reciprocating piston machine, the measuring sensor 40, with its capacitive measuring head 42 arranged in the recess 38 of the cylinder wall 30 , measures the distance to the piston 20, which oscillates past it.
Der dabei ermittelte Meßwert wird über eine nicht dargestellte Leitung einer ebenfalls nicht dargestellten Auswerteeinheit zugleitet, um das Kolbenspiel bzw. den Kolbenverschleiß zu berechnen. Diese Werte werden dann für eine aktuelle Arbeitsdiagnose bzw. eine aktuelle Verschleißüberwachung im Hinblick auf eine zustandsorientierte Maschinenwartung verwendet. Um nun zu verhindern, daß Schmutz, Abriebpartikel, Polymerisationsprodukte des Arbeitsmediums oder dergleichen in die Ausnehmung 38 in der Zylinderwand 30 gelangen und sich dort auf dem kapazitiven Meßkopf 42 ablagern, wird ein Fluid über die Zuleitung 44 im Meßwertaufnehmer 40, die Zuleitung 32 in der Zylinderwand 30, den Kanal 34 und die davon abzweigenden Bohrungen 36 der Ausnehmung 38 in der Zylinderwand 30 zugeleitet. Das Fluid steht dabei unter einem Druck, der größer ist als der Druck des vom Kolben 20 verdichteten Mediums, so daß in der Ausnehmung 38 der Zylinderwand 30 ein permanenter Überdruck herrscht. Damit können im Arbeitsmedium der Hubkolbenmaschine enthaltene Partikel gleich welcher Art nicht in die Ausnehmung 38 der Zylinderwand 30 gelangen und sich folglich auch nicht auf dem Meßkopf 42 des Meßwertaufnehmers 40 absetzen, was zu einer Verfälschung der Meßergebnisse führen würde. Die im Arbeitsmedium enthaltenen Partikel werden vielmehr durch den im Spalt zwischen der Zylinderwand 30 und dem Kolben 20 entstehenden Strom mitgerissen und aus dem Kolbenspalt und damit von der Ausnehmung 38 in der Zylinderwand 30 entfernt.The measured value determined in this way is fed via a line (not shown) to an evaluation unit (also not shown) in order to calculate the piston play or piston wear. These values are then used for a current work diagnosis or a current wear monitoring with regard to condition-based machine maintenance. In order to prevent dirt, abrasion particles, polymerization products of the working medium or the like from getting into the recess 38 in the cylinder wall 30 and being deposited there on the capacitive measuring head 42 , a fluid is supplied via the supply line 44 in the sensor 40 , the supply line 32 in the Cylinder wall 30 , the channel 34 and the branches 36 branching therefrom are fed to the recess 38 in the cylinder wall 30 . The fluid is under a pressure that is greater than the pressure of the medium compressed by the piston 20 , so that there is a permanent overpressure in the recess 38 of the cylinder wall 30 . This means that particles of any kind contained in the working medium of the reciprocating piston machine cannot get into the recess 38 of the cylinder wall 30 and consequently cannot settle on the measuring head 42 of the measuring sensor 40 , which would lead to a falsification of the measurement results. Rather, the particles contained in the working medium are entrained by the current arising in the gap between the cylinder wall 30 and the piston 20 and removed from the piston gap and thus from the recess 38 in the cylinder wall 30 .
Zur Erhöhung der Sicherheit kann noch ein nicht dargestelltes Rückschlagventil in der Zuleitung 44 im Meßwertaufnehmer 40 oder auch in der Zuleitung 32 in der Zylinderwand 39 angeordnet werden. Dieses würde eine Leckage des Arbeitsmediums aus der Hubkolbenmaschine bei einem Ausfall der Fluidzufuhr vermeiden. Aber auch bei einem plötzlichen Überdruck im Arbeitsraum der Hubkolbenmaschine, beispielsweise infolge einer Verpuffung oder Explosion, würde ein Ausfluß des Arbeitsmediums aus der Hubkolbenmaschine wirkungsvoll verhindert. To increase safety, a non-illustrated check valve can also be arranged in the feed line 44 in the sensor 40 or also in the feed line 32 in the cylinder wall 39 . This would prevent the working medium from leaking out of the reciprocating piston machine in the event of a failure of the fluid supply. But even in the event of a sudden excess pressure in the working space of the reciprocating machine, for example as a result of a deflagration or explosion, an outflow of the working medium from the reciprocating machine would be effectively prevented.
Bei der hier dargestellten Anordnung wird das Fluid über eine Zuleitung 44 im Meßwertaufnehmer 40 und eine damit strömungsverbundene Zuleitung 32 in der Zylinderwand 30 der Ausnehmung 38 zugeführt. Es ist jedoch auch möglich, allein über eine Zuleitung nur im Meßwertaufnehmer 40 Fluid der Ausnehmung 38 zuzuführen, was einen verringerten Konstruktions- und Herstellungsaufwand bedeuten würde, da Zuleitungen und Kanäle mit Bohrungen in der Zylinderwand 30 vermieden werden würden.In the arrangement shown here, the fluid is supplied to the recess 38 via a feed line 44 in the transducer 40 and a feed line 32 connected to it in the cylinder wall 30 . However, it is also possible to supply fluid to the recess 38 solely via a supply line only in the measurement sensor 40 , which would mean a reduced design and production expenditure, since supply lines and channels with bores in the cylinder wall 30 would be avoided.
Es ist weiterhin auch denkbar, das Fluid der Ausnehmung 38 in der Zylinderwand 30 diskontinuierlich zuzuführen. Möglich wäre hier eine Kopplung der Zuführung des Fluids mit dem Druckverlauf im Arbeitsraum der Hubkolbenmaschine.It is also conceivable to feed the fluid to the recess 38 discontinuously in the cylinder wall 30 . It would be possible to couple the supply of the fluid with the pressure curve in the working space of the reciprocating piston machine.
Außer dem hier dargestellten kapazitiven Meßkopf 42 sind natürlich auch nach anderen Verfahren arbeitende Meßköpfe in die Ausnehmung 38 einsetzbar, ohne daß das Prinzip der erfindungsgemaßen Reinigungsvorrichtung geändert werden müßte.In addition to the capacitive measuring head 42 shown here, measuring heads operating according to other methods can of course also be inserted into the recess 38 without the principle of the cleaning device according to the invention having to be changed.
Die hier beschriebene Reinigungsvorrichtung zum Reinigen eines im Zylinder einer Hubkolbenmaschine angeordneten Meßwertaufnehmers liefert somit einen Beitrag zur Erzielung der zustandsorientierten Maschinenleitung, da damit eine zuverlässige und störungsfreie Erfassung von wichtigen Meßwerten für die aktuelle Arbeitsdiagnose und die Verschleißüberwachung möglich ist. The cleaning device described here for cleaning a cylinder A measuring piston arranged in a reciprocating piston engine thus provides one Contribution to the achievement of the condition-oriented machine management, because with it a Reliable and trouble-free acquisition of important measured values for the current work diagnosis and wear monitoring is possible.
2020th
Kolben
piston
3030th
Zylinderwand
Cylinder wall
3232
Zuleitung
Supply
3434
Kanal
channel
3636
Bohrung
drilling
3838
Ausnehmung
Recess
4040
Meßwertaufnehmer
Sensor
4242
Meßkopf
Measuring head
4444
Zuleitung
A Pfeil/Bewegungsrichtung
Supply
A arrow / direction of movement
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20120103 |