DE19723803C2 - Vorrichtung zum Reinigen eines im Zylinder einer Hubkolbenmaschine angeordneten Meßwertaufnehmers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen eines im Zylinder einer Hubkolbenmaschine in einer Ausnehmung in der Zylinderwand angeordneten Meßwertaufnehmers zur kapazitiven Abstandsmessung des Kolbens.

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.

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.

Hier tritt nun jedoch das Problem auf, daß sich in der Ausnehmung in der Zylinderwand, in welcher 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.

Vor diesem Hintergrund ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Reinigen eines im Zylinder einer Hubkolbenmaschine in einer Ausnehmung in 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.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Reinigen eines im Zylinder einer Hubkolbenmaschine in einer Ausnehmung der Zylinderwand angeordneten Meßwertaufnehmers zur kapazitiven Abstandsmessung des Kolbens, bei der mindestens ein Kanal zum Zuführen eines unter Druck stehenden Fluids in die Ausnehmung vorhanden ist, wobei der Druck des Fluids größer als der Druck eines vom Kolben verdichteten Mediums ist und in dem mindestens einen Kanal ein Rückschlagventil angeordnet ist.

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.

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.

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 in dem Zuführkanal ein Rückschlagventil angeordnet. Damit wird die Betriebssicherheit der Hubkolbenmaschine erhöht und ein störungsfreier Betrieb auch bei einem Ausfall der Fluidzuführung gewährleistet.

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.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß der mindestens eine Zufuhrkanal 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. Herstellungaufwand 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.

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.

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.

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.

Die Erfindung wird nun nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.

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 34 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.

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. 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.

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 30 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.

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.

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.

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.

Bezugszeichen

20

Kolben

30

Zylinderwand

32

Zuleitung

34

Kanal

36

Bohrung

38

Ausnehmung

40

Meßwertaufnehmer

42

Meßkopf

44

Zuleitung
A Pfeil/Bewegungsrichtung

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Reinigen eines im Zylinder einer Hubkolbenmaschine in einer Ausnehmung (38) in der Zylinderwand (30) angeordneten Meßwertaufnehmers (40) zur kapazitiven Abstandsmessung des Kolbens (20), dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Kanal (44, 32, 34, 36) zum Zuführen eines unter Druck stehenden Fluids in die Ausnehmung (38) vorhanden ist, wobei der Druck des Fluids größer als der Druck eines vom Kolben (20) verdichteten Mediums ist und in dem mindestens einen Kanal (44, 32, 34, 36) ein Rückschlagventil angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Kanal (32, 34, 36) in der Zylinderwand (30) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (34) ringförmig um die Ausnehmung (38) herum angeordnet ist und mehrere zur Ausnehmung (38) gerichtete Öffnungen (36) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Kanal (44) im Meßwertaufnehmer (40) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Kanal in der Zylinderwand (30) und im Meßwertaufnehmer (40) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid Stickstoff ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid Luft ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid kontinuierlich der Ausnehmung (38) zugeführt wird.