EP0095037A2 - Schmiermittel-Überwachungsanordnung an einem Kolbenkompressor - Google Patents

Schmiermittel-Überwachungsanordnung an einem Kolbenkompressor Download PDF

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EP0095037A2
EP0095037A2 EP83103698A EP83103698A EP0095037A2 EP 0095037 A2 EP0095037 A2 EP 0095037A2 EP 83103698 A EP83103698 A EP 83103698A EP 83103698 A EP83103698 A EP 83103698A EP 0095037 A2 EP0095037 A2 EP 0095037A2
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EP
European Patent Office
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electrode
piston rod
capacitor
arrangement according
lubricant
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EP83103698A
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English (en)
French (fr)
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EP0095037B1 (de
EP0095037A3 (en
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Hans Meier
Werner Stäheli
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Burckhardt Compression AG
Original Assignee
Maschinenfabrik Burckhardt AG
Maschinenfabrik Sulzer Burckhardt AG
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Publication of EP0095037A3 publication Critical patent/EP0095037A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/02—Lubrication
    • F04B39/0207—Lubrication with lubrication control systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/10—Other safety measures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S277/00—Seal for a joint or juncture
    • Y10S277/919—Seal including electrical feature

Definitions

  • the invention relates to a lubricant monitoring arrangement on a piston compressor, in particular for compressing oxygen.
  • a lantern-like housing part with observation openings is provided between the crankcase and the housing containing the cylinders.
  • a partition is provided which also has lubricant rings for the piston rod.
  • a seal is provided which surrounds the piston rod and prevents the escape of oxygen from the cylinder into the lantern chamber.
  • a ring is clamped onto the piston rod, which prevents the wafer-thin film of lubricant from spreading Forms crankcase on the piston rod, reaches the area of the seal on the cylinder housing.
  • the wafer-thin lubricant film on the piston rod does not pose any risk of fire, since the lubricant film does not move relative to the piston rod and cannot exceed the ring attached to it. If, however, the lubricant scraper rings are no longer intact or worn, lubricant can be dragged from the crankcase in such an amount that the lubricant gradually exceeds the clamped ring and then reaches the seal on the cylinder housing, where there is contact between oxygen and lubricant Fire could arise.
  • the invention has for its object to provide a lubricant monitoring arrangement that detects any penetration of large amounts of lubricant on the piston rod and can then turn off the piston compressor and / or give an alarm.
  • this object is achieved in that on the piston rod between an oil wiper pack and a seal which the piston rod penetrates at their penetration closing level surrounding the compressor cylinder, at least one liquid lubricant
  • the absorbent body and in the region of an electrode of a measurement capacitor prior g are e-view, wherein the absorbent body is used as the dielectric of the measuring capacitor.
  • the dielectric constant of the absorbent body changes, which is reflected in a change in the signals from the measuring capacitor. This signal change can then be used to switch off the compressor and / or to trigger an alarm. It is therefore unnecessary to determine the effectiveness of the oil scraper pack from outside or inside any protective walls by observation or possibly to set up protective walls and the like in the area of the compressor.
  • the electrode of the measuring capacitor is connected to a further electrode which, together with an electrode which is arranged at rest while leaving an air gap free, forms a coupling capacitor to which a capacitance measuring device is connected. This avoids connecting the connections of the non-moving capacitance measuring device to the moving electrode or moving this measuring device with the piston rod.
  • a second electrode of the same dimension and shape as the electrode of the measuring capacitor is attached to the piston rod between the lubricant-absorbing body and the seal provided that, together with an air space, which is located as a dielectric between the second electrode and the piston rod, forms a comparison capacitor.
  • the comparative capacitor and the measuring capacitor are therefore subject to approximately the same heat influences that occur during the Operation of the compressor can occur. Since both the capacitance of the measuring capacitor and that of the comparative capacitor are recorded with each stroke of the piston rod, changes in capacitance caused by the effects of heat are thus compensated for.
  • the piston compressor has a cylinder housing 1 and a crankcase 2, which is connected to the cylinder housing 1 via a lantern-like housing part 3.
  • a piston rod 5 From the crankcase 2 extends through the lantern-like Housing 3 is a piston rod 5, which is extended into the cylinder housing 1 and carries a piston at its upper end in FIG. 1 in a manner not shown.
  • a seal 6 of a known type is provided at the point where the piston rod 5 penetrates the cylinder housing 1, a seal 6 of a known type is provided.
  • a piston rod guide bearing 8 of a known type with three oil scraper rings 9 is provided in a partition 7 between the crankcase 2 and the lantern-like housing part 3.
  • the oil scraper rings 9 ensure that lubricating oil from the crankcase 2 can at most spread as a wafer-thin film on the vertical piston rod 5, at most up to an oil trapping device 10 which is clamped on the piston rod 5.
  • a lubricating oil monitoring device 11 is arranged on the upper end of the guide bearing 8 in FIG. 1, to which parts of the oil trapping device 10 also belong and which is shown in more detail in FIG. 2.
  • the oil trap 10 is composed of a ring 12 made of cotton or felt, an axially split sleeve 13 made of insulating material, for example Delrin (registered trademark) and an O-ring 14.
  • the two-part sleeve 13 is held on the piston rod 5 by screws, not shown.
  • the latter is provided with a weak constriction 16 which is filled by the sleeve 13 and against which the O-ring 14 also bears.
  • the metal covering 18 also expediently consists of an electroplated copper layer.
  • the annular coating 18 forms an electrode of a coupling capacitor CK, the second electrode of which is formed by an annular metal coating 19 which e.g. in the form of an electroplated copper layer on the inner peripheral surface of an annular insulating body 20.
  • the insulating body 20 can also consist of Delrin and is contained in an annular electrode holder 21 which is fastened on the housing of the piston rod guide bearing 8.
  • the electrode 19 of the coupling capacitor is thus stationary and arranged relative to the electrode 18 such that it is opposite the piston rod of the electrode 19 at bottom dead center (UTP). This position corresponds to the position shown in FIG. 2.
  • the electrode 19 is connected to a capacitance measuring device in a manner not shown here.
  • the measuring device can be connected to an alarm transmitter or can directly switch off the drive of the compressor.
  • FIG. 3 shows a further developed embodiment in which any influence of temperature on the capacitance measurement is compensated for.
  • a comparative capacitor CV is provided in the oil trap 10 '.
  • the comparative capacitor CV consists of an air space 22, the dimensions and shape of which are the same as the dimensions or the shape of the space of the measuring capacitor CM that receives the cotton or felt ring 12.
  • the comparison capacitor also has an electrode 25 of the same size and shape, which is formed as an annular metal coating on the cylindrical boundary surface of the space 22 in the sleeve 13.
  • the electrode 25 is connected via a radial conductor 27 to an annular metal coating 28 which, like the electrode 18, is attached to the outer surface of the sleeve 13.
  • the fixed electrode 19 of the coupling capacitor CK is of the same design as in the exemplary embodiment according to FIG. 2.
  • the comparative capacitor CV is arranged on the piston rod 5 such that it faces the piston rod of the electrode 19 of the coupling capacitor in the UTP. In comparison to the arrangement according to FIG. 2, the measuring capacitor CM is therefore mounted at a lower point on the piston rod, so that when the piston rod 5 moves downward, the measuring capacitor first moves past the electrode 19.
  • the fixed part of the coupling capacitor CK in addition to the electrode 19, has a potential control electrode 29 which is embedded in the insulating material 20, the whole being built into the housing of the electrode holder 21 on light metal.
  • the radial distance between the movable electrodes 18 and 28 on the one hand and the fixed electrode 19 on the other is kept as small as possible. Between these electrodes, the capacitance of the coupling capacitor for the two movable electrodes 18 and 28 is approximately the same. Assuming that the oil trap 10 'expands evenly due to temperature influences, the capacitance of the coupling capacitor CK experiences the same change for both electrodes 18 and 28.
  • the capacity of the K opplungskondensators CK is connected with the capacity of the measurement capacitor CM and the comparison capacitor CV in series; the two capacitance values are thus detected at the connection of the electrode 19
  • the electrodes 19 and 29 are connected to an electronics unit 31 via a triax cable 30. Since it is assumed that the compressor has four cylinders, there are accordingly four piston rods and four identical capacitor arrangements with four triax cable connections I to IV.
  • the electronics unit 31 connects one of the four coupling capacitors via the respective connection I to IV to a high-frequency oscillator (not shown) in the unit 31.
  • the RF potential of the first screen of the cable 30 and thus also of the control electrode is connected via a voltage follower 29 exactly tracked the potential of the cable core and the fixed electrode 19, so that the dead capacity is neutral. is.
  • the capacitances CM * and CV * detected by the electrode 19 form part of the capacitance of the oscillating circuit of the oscillator, the frequency of which is therefore changed by the changes in these values.
  • the RF signal of the oscillator is fed via a coaxial cable 32 to a unit 33, which is a discriminator contains circuit that converts the frequency changes into voltage changes.
  • the unit 33 contains a cyclic clock generator, which effects the switching of the four coupling capacitors via a cable 34.
  • the input of an evaluation unit 35 which receives a voltage signal via a line 36, is connected to the output of the unit 33. This signal contains information about the increase in the capacitance of the measuring capacitor CM caused by the oil compared to the capacitance of the comparative capacitor CV which remains dry, in a cyclical sequence for each of the four piston rods.
  • the evaluation unit 35 forms a measurement signal that is proportional to the accumulated oil quantity, which is displayed by a measuring device 37 and can be used to actuate an alarm device 38.
  • Four lamps 39 indicate the switching cycle of the four coupling capacitors, which are every 15 seconds. switch.
  • a shows the time profile of the voltage signal u D (t) fed via the line 36 to the evaluation unit 35, which can be displayed with an oscilloscope (not shown here) connected to this unit.
  • the curve point 51 corresponds to the position of the oil trap 10 'far above the UTP.
  • the electrode 19 has a very small capacity against the piston rod 5; the frequency of the oscillator in unit 31 is high and the voltage at the output of the discriminator in unit 33 is at its negative saturation.
  • the discriminator voltage u D is initially present at the input of a comparator Kl. As soon as this voltage has risen slightly above the negative saturation value 51 in accordance with the point 52 of the curve in FIG. 6a, the comparator Kl tilts in the positive direction (FIG. 6b). This triggers a monoflop MF1. The short pulse L1 generated in this way erases the CM voltage value stored in the previous piston stroke in a peak value detector PD. If the signal voltage u rises to the apex 53, this new value remains stored in the peak value detector PD; this value is designated û DM .
  • a differentiation stage Q is provided, in which the signal u D (t) is differentiated electronically.
  • the output voltage of the differentiating stage Q goes from u D to zero at every vertex (point 5?, 55, 57) or valley (point 54, 56) (FIG. 6e). As this figure shows, the output voltage changes the sign from minus to plus at the peaks (points 53, 55, 57) and from plus to minus at the valleys (points 54, 56).
  • a comparator F2 (FIG.
  • the circuit logic following this comparator ensures that a sample-and-hold circuit SH is one Receives sample command only in the UTP (point 55 in Fig. 6a), with which the value ü DV is recorded and stored.
  • the circuit logic contains three monoflops MF2, MF3 and MF4, which are first activated by the comparator Kl as soon as its output signal at point 52 becomes larger (FIGS. 6g, i, l). Thus, these monoflops can only act during the measurement phase, which extends from points 51 to 59, corresponding to the movement of the oil trap 10 'in the area of the UTP.
  • the output signal of the comparator K2 drops and triggers the monoflop MF3 (FIG. 6i), which in turn sets the flip-flop FF2 (FIG. 6k) with a short pulse; this flip-flop blocks the monoflop MF2 against further triggering.
  • the output signal of the comparator K2 rises again and triggers the monoflop MF4 again (FIG. 61).
  • the short pulse of the monoflop MF 4 now passes through the AND gate A opened by the flip-flops FF1 and FF2 to the sample-and-hold circuit SH (FIG. 5) and effects a detection of the peak value û DV , which then remains saved.
  • the new peak values of u D ' which correspond to the capacitances of the measuring capacitor CM or the comparison capacitor CV, are stored in the UTP in the peak value detector PD or in the sample-and-hold circuit SH.
  • a differential amplifier DV (Fig. 5) forms the difference u B.
  • the individual u o values are switched electronically by the same clock generator; which switches over the four coupling capacitors.
  • a low-pass filter TPF (FIG. 5) smoothes the by refreshing the voltage values in the peak value detector PD or in the sample-and-hold circuit SH conditional voltage jumps.
  • the signal is displayed with the instrument 36 via a power amplifier EV connected to the low-pass filter TPF.
  • a comparator K3 with an adjustable threshold which is also connected to the low-pass filter TPF, the alarm device 38 can be switched on via a relay R when a certain limit value of u B is reached.
  • the average frequency of the HF oscillator contained in the unit 31 can shift over a longer period of time due to thermal changes in the capacitances of the measuring capacitor CM, the comparative capacitor CV and the coupling capacitor CK as well as changes in the elements of the oscillator itself.
  • the circuit in the evaluation unit 35 forms the difference between the capacitances of the measuring and comparison capacitors, it is expedient to track the frequency discriminator in the unit 33 to the drift of the oscillator frequency.
  • the peak voltage u DV formed by the sample-and-hold circuit SH is fed back to the unit 33 via a line 40 (FIG. 4) and used to correct the basic level of the signal u D (t) . This level is thus corrected so that the voltage value ü DV remains at a constant level.
  • the oscillator itself can be corrected by feeding the voltage u DV back to unit 31 via cable 32 or 34 and using it to regulate the frequency, for example by means of a capacitance diode.
  • the circuit described has the advantage that it detects the point in time at which the peak value (point 55 in FIG. 6a) occurs without detecting the UTP on the compressor by other means.

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Abstract

Die Schmiermittel-Ueberwachungsanordnung weist an der Kolbenstange (5) zwischen einem diese umgebenden Schmiermittelabstreiferpaket und einer Dichtung, die die Kolbenstange (5) an deren Durchdringungsstelle in den Kompressorzylinder umgibt, einen flüssiges Schmiermittel aufsaugenden Körper (12) und in dessen Bereich eine Elektrode (15) eines Messkondensators (CM) auf, wobei der aufsaugende Körper als Dielektrikum des Messkondensators dient. Im Falle eines Defektes am Schmiermittelabstreiferpaket wird flüssiges Schmiermittel vom Körper aufgesogen, wodurch sie die Dielektrizitätskonstante ändert, was zur Alarmgebung ausgenützt werden kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schmiermittel-Ueberwachungsanordnung an einem Kolbenkompressor, insbesondere zum Verdichten von Sauerstoff.
  • Bei Kolbenkompressoren zum Verdichten von brandverursachenden Gasen, z.B. Sauerstoff, ist zwischen dem Kurbelgehäuse und dem die Zylinder enthaltenden Gehäuse ein laternenartiger, Beobachtungsöffnungen aufweisender Gehäuseteil vorgesehen. Am Uebergang vom Kurbelgehäuse zum Laternengehäuse ist eine Trennwand vorgesehen, die auch Schmiermittelabstreifringe für die Kolbenstange aufweist. Am Uebergang vom Laternengehäuse zum Zylindergehäuse ist eine Dichtung vorgesehen, die die Kolbenstange umschliesst und das Austreten von Sauerstoff aus dem Zylinder in den Laternenraum verhindert. Zwischen den Schmiermittelabstreifringen einerseits und der Dichtung andererseits ist auf der Kolbenstange ein Ring festgeklemmt, der verhindert, dass der hauchdünne Schmiermittelfilm, der sich vom Kurbelgehäuse her auf der Kolbenstange bildet, in den Bereich der Dichtung am Zylindergehäuse gelangt. Solange die Schmiermittelabstreifringe intakt sind, bildet der hauchdünne Schmiermittelfilm auf der Kolbenstange keinerlei Gefahr für das Entstehen eines Brandes, da sich der Schmiermittelfilm nicht relativ zur Kolbenstange bewegt und den auf ihr befestigten Ring nicht übersteigen kann. Sind dagegen die Schmiermittelabstreifringe nicht mehr intakt oder abgenutzt, so kann aus dem Kurbelgehäuse Schmiermittel in solcher Menge von der Kolbenstange mitgeschleppt werden, dass das Schmiermittel allmählich den festgeklemmten Ring übersteigt und dann zur Dichtung am Zylindergehäuse gelangt, wo bei einer Berührung zwischen Sauerstoff und Schmiermittel ein Brand entstehen könnte.
  • In manchen Ländern ist deshalb zum Schutze des Bedienungspersonals empfohlen worden, im Bereich jedes Kompressors, der brandverursachende Gase verdichtet, Schutzwände, z.B. aus Beton, aufzustellen. Solche Schutzwände behindern aber die Zugänglichkeit zum Kompressor durch das Bedienungspersonal. Will dieses Personal den Kompressor von ausserhalb der Schutzwand beobachten, so können dem Beobachter Einzelheiten entgehen, besonders wenn die Schutzwand mit Rücksicht auf die für die Wartungs- und Reparaturarbeiten notwendigen Platzverhältnisse einen grossen Abstand vom Kompressor hat.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schmiermittelüberwachungsanordnung zu schaffen, die ein etwaiges Vordringen grösserer Schmiermittelmengen auf der Kolbenstange feststellt und dann den Kolbenkompressor abstellen und/oder Alarm geben kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass an der Kolbenstange zwischen einer Oelabstreiferpackung und einer Dichtung, die die Kolbenstange an deren Durchdringungsstelle in den Kompressorzylinder umgibt, mindestens ein flüssiges Schmiermittel aufsaugender Körper und in dessen Bereich eine Elektrode eines Messkondensators vorge-sehen sind, wobei der aufsaugende Körper als Dielektrikum des Messkondensators dient. Beim Auftreten grösserer Schmiermittelmengen an der Kolbenstange ändert sich die Dielektrizitätskonstante des aufsaugenden Körpers, was sich in einer Aenderung der Signale des Messkondensators bemerkbar macht. Diese Signaländerung kann dann zum Abstellen des Kompressors und/oder zum Auslösen eines Alarms verwendet werden. Damit erübrigt es sich, von ausserhalb oder innerhalb etwaiger Schutzwände die Wirksamkeit der Oelabstreiferpackung durch Beobachtung festzustellen oder eventuell Schutzwände und dgl. im Bereich des Kompressors aufzustellen.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Elektrode des Messkondensators mit einer weiteren Elektrode verbunden, die zusammen mit einer unter Freilassung eines Luftspaltes ruhend angeordneten Elektrode einen Kopplungskondensator bildet, an dem ein Kapazitätsmessgerät angeschlossen ist. Damit wird vermieden, die Anschlüsse des nicht bewegten Kapazitätsmessgerätes mit der bewegten Elektrode zu verbinden oder dieses Messgerät mit der Kolbenstange zu bewegen.
  • Um auch etwaige thermische Einflüsse, die die Kapazitätsmessung ungünstig beeinflussen könnten, fernzuhalten, ist nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung an der Kolbenstange zwischen dem schmiermittelaufsaugenden Körper und der Dichtung zusätzlich zu der Elektrode des Messkondensators eine zweite Elektrode gleicher Abmessung und Formgebung wie die Elektrode des Messkondensators vorgesehen, die zusammen mit einem Luftraum, der als Dielektrikum sich zwischen der zweiten Elektrode und der Kolbenstange befindet, einen Vergleichskondensator bildet. Damit unterliegen der Vergleichskondensator und der Messkondensator etwa den gleichen Wärmebeeinflussungen, die während des Betriebes des Kompressors auftreten können. Da bei jedem Hub der Kolbenstange sowohl die Kapazität des Messkondensators wie die des Vergleichskondensators erfasst werden, werden somit durch Wärmeeinflüsse bedingte Kapazitätsänderungen kompensiert.
  • Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. l einen Axialschnitt durch einen Kompressor im Bereich des Laternengehäuses,
    • Fig. 2 die Anordnung eines Messkondensators an der Kolbenstange,
    • Fig. 3 die Anordnung von zwei Kondensatoren an der Kolbenstange,
    • Fig. 4 ein Blockschaltschema einer elektronischen Schaltung zur Anordnung nach Fig. 3 für einen Kompressor mit mehreren Kolbenstangen,
    • Fig. 5 ein Schaltschema der elektronischen Auswerteeinheit in Fig. 4 und
    • Fig. 6 ein Zeitdiagramm mit dem Kurvenverlauf verschiedener im Blockschaltschema nach Fig. 4 auftretender Grössen.
  • Gemäss Fig. 1 weist der Kolbenkompressor ein Zylindergehäuse 1 und ein Kurbelgehäuse 2 auf, das über ein laternenartiges Gehäuseteil 3 mit dem Zylindergehäuse 1 verbunden ist. Im Laternengehäuseteil 3 sind, einander gegenüberliegend, zwei Beobachtungsöffnungen 4 vorgesehen. Vom Kurbelgehäuse 2 her erstreckt sich durch das laternenartige Gehäuse 3 eine Kolbenstange 5, die in das Zylindergehäuse 1 hinein verlängert ist und an ihrem in Fig. l oberen Ende in nicht näher dargestellter Weise einen Kolben trägt. An der Stelle, an der die Kolbenstange 5 das Zylindergehäuse 1 durchdringt, ist eine Dichtung 6 bekannter Bauart vorgesehen. In einer Trennwand 7 zwischen dem Kurbelgehäuse 2 und dem laternenartigen Gehäuseteil 3 ist ein Kolbenstangenführungslager 8 bekannter Bauart mit drei Oelabstreifringen 9 vorgesehen. Die Oelabstreifringe 9 sorgen dafür, dass Schmieröl aus dem Kurbelgehäuse 2 höchstens als hauchdünner Film sich auf der vertikalen Kolbenstange 5 ausbreiten kann, und zwar höchstens bis zu einer Oelfangvorrichtung 10, die auf der Kolbenstange 5 festgeklemmt ist. Auf dem in Fig. l oberen Ende des Führungslagers 8 ist eine Schmierölüberwachungseinrichtung 11 angeordnet, zu der auch Teile der Oelfangvorrichtung 10 gehören und die in Fig. 2 näher dargestellt ist.
  • Die Oelfangvorrichtung 10 setzt.sich aus einem Ring 12 aus Watte oder Filz, einer axial geteilten Muffe 13 aus Isolierwerkstoff, z.B. Delrin (eingetragenes Warenzeichen) und einem O-Dichtring 14 zusammen. Die zweiteilige Muffe 13 wird durch nicht dargestellte Schrauben auf der Kolbenstange 5 festgehalten. Um ein axiales Verrutschen der Vorrichtung auf der Kolbenstange 5 zu vermeiden, ist diese mit einer schwachen Einschnürung 16 versehen, die von der Muffe 13 ausgefüllt wird und an der auch der O-Dichtring 14 anliegt. Der Ring 12, der Schmieröl aufsaugen kann, bildet das Dielektrikum eines Messkondensators CM, dessen Elektroden von der Kolbenstange 5 und einem in der Muffe 13 angebrachten, ringförmigen Metallbelag 15 bestehen. Der ringförmige Metallbelag 15, der z.B. aus einer aufgalvanisierten Kupferschicht besteht, ist über einen radialen Leiter 17 mit einem ringförmigen Metallbelag 18 verbunden, der auf der Aussenfläche der Muffe 13 angeordnet ist und sich über die gleiche Höhe wie der Belag 15 erstreckt. Auch der Metallbelag 18 besteht zweckmässigerweise aus einer aufgalvanisierten Kupferschicht.
  • Der ringförmige Belag 18 bildet eine Elektrode eines Kopplungskondensators CK, dessen zweite Elektrode von einem ringförmigen Metallbelag 19 gebildet wird, der z.B. in Form einer aufgalvanisierten Kupferschicht auf der inneren Umfangsfläche eines ringförmigen Isolierkörpers 20 vorgesehen ist. Der Isolierkörper 20 kann ebenfalls aus Delrin bestehen und ist in einem ringförmigen Elektrodenhalter 21 gefasst, der auf dem Gehäuse des Kolbenstangenführungslagers 8 befestigt ist. Die Elektrode 19 des Kopplungskondensators ist also feststehend und relativ zur Elektrode 18 so angeordnet, dass diese im unteren Totpunkt (UTP) der Kolbenstange der Elektrode 19 gegenübersteht. Diese Stellung entspricht der in Fig. 2 dargestellten Lage. Die Elektrode 19 ist in hier nicht näher dargestellter Weise mit einem Kapazitätsmessgerät verbunden.
  • Mit dem Aufsaugen von Schmieröl durch den saugfähigen Ring 12 ändert sich dessen Dielektrizitätskonstante E von einem Wert ca. 1 auf den Wert ca. 2. Damit ändert sich die Kapazität des Messkondensators CM, ale die Kapazität des Kopplungskondensators CK beeinflusst. Während der Verweilzeit der Kolbenstange im UTP wird eine resultierende Kapazität C gemessen, die sich aus der Serieschaltung der beiden Kondensatoren nach der Formel ergibt:
    Figure imgb0001
  • Diese resultierende Kapazität wird von dem erwähnten Kapazitätsmessgerät erfasst und gibt dem Bedienungspersonal einen Anhalt dafür, wieviel Oel schon aus dem Kurbelgehäuse in die Oelfangvorrichtung 10 vorgedrungen ist. Das Messgerät kann mit einem Alarmgeber verbunden sein oder direkt den Antrieb des Kompressors abschalten.
  • Gegenüber dieser sehr einfachen Ausführungsform der Schmiermittelüberwachung zeigt Fig. 3 eine weiterentwickelte Ausführungsform, bei der ein etwaiger Temperatureinfluss auf die Kapazitätsmessung kompensiert wird. Gemäss Fig. 3 ist in der Oelfangvorrichtung 10' ausser dem Messkondensator CM und dem Kopplungskondensator CK ein Vergleichskondensator CV vorgesehen. Der Vergleichskondensator CV besteht aus einem Luftraum 22, dessen Abmessungen und Formgebung gleich den Abmessungen bzw. der Formgebung des den Watte- oder Filzring 12 aufnehmenden Raumes des Messkondensators CM sind. Entsprechend der Grösse und der Form der Elektrode 15 des Messkondensators weist auch der Vergleichskondensator eine gleich grosse und gleich geformte Elektrode 25 auf, die als ringförmiger Metallbelag auf der zylindrischen Begrenzungsfläche des Raumes 22 in der Muffe 13 ausgebildet ist. Die Elektrode 25 ist über einen radialen Leiter 27 mit einem ringförmigen Metallbelag 28 verbunden, der - wie die Elektrode 18 - auf der Aussenfläche der Muffe 13 angebracht ist. Die feststehende Elektrode 19 des Kopplungskondensators CK ist gleich ausgebildet, wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2. Der Vergleichskondensator CV ist auf der Kolbenstange 5 derart angeordnet, dass er im UTP der Kolbenstange der Elektrode 19 des Kopplungskondensators gegenübersteht. Der Messkondensator CM ist also im Vergleich zur Anordnung nach Fig. 2 an einer tiefer liegenden Stelle der Kolbenstange angebracht, sodass bei der Abwärtsbewegung der Kolbenstange 5 sich zuerst der Messkondensator an der Elektrode 19 vorbeibewegt.
  • Gemäss Fig. 4 weist der feststehende Teil des Kopplungskondensators CK ausser der Elektrode 19 eine Potentialsteuerelektrode 29 auf, die in den Isolierwerkstoff 20 eingebettet ist, wobei das Ganze in das Gehäuse des Elektrodenhalters 21 auf Leichtmetall eingebaut ist. Der radiale Abstand zwischen den beweglichen Elektroden 18 und 28 einerseits und der feststehenden Elektrode 19 andererseits wird so klein wie möglich gehalten. Zwischen diesen Elektroden ist die Kapazität des Kopplungskondensators für die beiden beweglichen Elektroden 18 und 28 ungefähr gleich. Unter der Annahme, dass sich die Oelfangvorrichtung 10' durch Temperatureinflüsse gleichmässig ausdehnt, erfährt also die Kapazität des Kopplungskondensators CK für beide Elektroden 18 und 28 dieselbe Aenderung. Die Kapazität des Kopplungskondensators CK ist mit den Kapazitäten des Messkondensators CM bzw. des Vergleichskondensators CV in Serie geschaltet; am Anschluss der Elektrode 19 erfasst man also die zwei Kapazitätswerte
    Figure imgb0002
  • Die Elektroden 19 und 29 sind über ein Triax-Kabel 30 mit einer Elektronik-Einheit 31 verbunden. Da angenommen wird, dass der Kompressor vier Zylinder hat, sind dementsprechend vier Kolbenstangen und vier gleiche Kondensator-Anordnungen mit vier Triax-Kabelanschlüssen I bis IV vorhanden.
  • Die Elektronik-Einheit 31 verbindet in einem regelmässigen Zyklus einen der vier Kopplungskondensatoren über den jeweiligen Anschluss I bis IV mit einem nicht dargestellten Hochfrequenzoszillator in der Einheit 31. Ueber einen Spannungsfolger wird das HF-Potential des ersten Schirmes des Kabels 30 und damit auch der Steuerelektrode 29 genau dem Potential der Kabelseele und der feststehenden Elektrode 19 nachgeführt, so dass die Totkapazität neutrali-. siert ist. Die von der Elektrode 19 erfassten Kapazitäten CM* und CV* bilden einen Teil der Kapazität des Schwingkreises des Oszillators, dessen Frequenz also durch die Aenderungen dieser Werte verändert wird.
  • Das HF-Signal des Oszillators wird über ein Koaxialkabel 32 auf eine Einheit 33 geführt, die eine Diskriminatorschaltung enthält, die die Frequenzänderungen in Spannungsänderungen umwandelt. Ausserdem enthält die Einheit 33 einen zyklischen Taktgeber, der über ein Kabel 34 die Umschaltung der vier Kopplungskondensatoren bewirkt. An den Ausgang der Einheit 33 schliesst sich der Eingang einer Auswerteeinheit 35 an, die über eine Leitung 36 ein Spannungssignal empfängt. Dieses Signal enthält eine Information über die durch das Oel verursachte Vergrösserung der Kapazität des Messkondensators CM gegenüber der Kapazität des trocken bleibenden Vergleichskondensators CV, und zwar in zyklischer Folge für jede der vier Kolbenstangen.
  • Die Auswerteeinheit 35 bildet aus diesen Aenderungen ein der angesammelten Oelmenge proportionales Messignal, das von einem Messgerät 37 angezeigt wird und zum Betätigen einer Alarmvorrichtung 38 dienen kann. Vier Lampen 39 zeigen den Umschaltzyklus der vier Kopplungskondensatoren an, die in Abständen von ca. 15 sek. wechseln.
  • Fig. 6,a zeigt den zeitlichen Verlauf des über die Leitung 36 der Auswerteeinheit 35 zugeführten Spannungssignals uD (t), das mit einem an dieser Einheit angeschlossenen, hier nicht dargestellten Oszilloskop angezeigt werden kann. Der Kurvenpunkt 51 entspricht der Lage der Oelfangvorrichtung 10' weit oberhalb des UTP. Hier hat die Elektrode 19 eine sehr kleine Kapazität gegen die Kolbenstange 5; die Frequenz des Oszillators in der Einheit 31 liegt hoch und die Spannung am Ausgang des Diskriminators in der Einheit 33 bei seiner negativen Sättigung.
  • Bei der Abwärtsbewegung der Kolbenstange 5 taucht zunächst die Elektrode 18 des Messkondensators CM in den Kopplungskondensator CK. Die Spannung steigt rasch positiv bis zum Scheitelpunkt 53 an, der umso höher liegt, je mehr Oel sich im Ring 12 angesammelt hat. Die Talsohle 54 ergibt sich, wenn sich die Elektrode 19 zwischen den Elektroden 18 und 28 befindet. Im UTP kommt die Elektrode 28 vor die Elektrode 19 zu stehen; damit ergibt sich der der Kapazität des Vergleichskondensators CV entsprechende Scheitel 55, der in erster Näherung auf konstanter Höhe bleibt. Wenn die Kolbenstange 5 sich wieder nach oben bewegt, ergibt sich die spiegelbildliche Fortsetzung der Kurve mit den Punkten 56, 57, 59.
  • Gemäss Fig. 5 liegt die Diskriminatorspannung uD zunächst am Eingang eines Komparators Kl an. Sobald diese Spannung entsprechend dem Punkt 52 der Kurve in Fig. 6a etwas über den negativen Sättigungswert 51 angestiegen ist, kippt der Komparator Kl in positive Richtung (Fig. 6b). Dadurch wird ein Monoflop MFl getriggert. Der dabei erzeugte kurze Impuls Ll löscht in einem Spitzenwertdetektor PD den vom vorhergehenden Kolbenhub her gespeicherten CM-Spannungswert. Steigt die Signalspannung u bis zum Scheitel 53 an, bleibt dieser neue Wert im Spitzenwertdetektor PD gespeichert; dieser Wert ist mit ûDM bezeichnet.
  • Im UTP (Punkt 55) steht die Elektrode 28 des Vergleichskondensators CV vor der Elektrode 19. Hier erreicht das Signal den tieferen Scheitelwert ûDV. Dieser Wert wird ebenfalls erfasst und für die Dauer des nächsten Hubes gespeichert. Zu diesem Zweck ist gemäss Fig. 5 eine Differenzierstufe Q vorgesehen, in der das Signal uD(t) elektronisch differenziert wird. Die Ausgangsspannung der Differenzierstufe Q geht bei jedem Scheitel (Punkt 5?, 55, 57) oder Tal (Punkt 54, 56) von uD durch Null (Fig. 6e). Wie diese Fig. zeigt, wechselt die Ausgangsspannung das Vorzeichen von Minus auf Plus bei den Scheiteln (Punkte 53, 55, 57) und von Plus auf Minus bei den Tälern (Punkte 54, 56). Mit diesen Wechseln wird ein Komparator F2 (Fig.5) gesteuert. Die diesem Komparator folgende Schaltungslogik sorgt dafür, dass eine Sample-and-Hold-Schaltung SH einen Sample-Befehl nur im UTP (Punkt 55 in Fig. 6a) erhält, womit der Wert üDV erfasst und gespeichert bleibt. Die Schaltungslogik enthält drei Monoflops MF2, MF3 und MF4, die zunächst vom Komparator Kl aktiviert werden, sobald dessen Ausgangssignal am Punkt 52 grösser wird (Fig. 6g,i,l). Damit können diese Monoflops nur während der Messphase wirken, die sich von den Punkten 51 bis 59 erstreckt, entsprechend der Bewegung der Oelfangvorrichtung 10' im Bereich des UTP.
  • Beim ersten Scheitel von uD (Punkt 53) steigt zunächst das Ausgangssignal des Komparators K2 (Fig. 6f) und triggert die Monoflops MF2 und MF4 (Fig. 6g,1) wobei der Monoflop MF2 mit einem kurzen Impuls den Flip-Flop FF1 setzt (Fig. 6h) .
  • Beim ersten Tal von uD (Punkt 54) sinkt das Ausgangssignal des Komparators K2 (Fig. 6f) und triggert den Monoflop MF3 (Fig. 6i), der seinerseits mit einem kurzen Impuls den Flip-Flop FF2 (Fig. 6k) setzt; dieser Flip-Flop sperrt dabei den Monoflop MF2 gegen eine weitere Triggerung. Beim zweiten Scheitel von u (Punkt 55) steigt das Ausgangssignal des Komparators K2 (Fig. 6f) wieder und triggert den Monoflop MF4 erneut (Fig. 61). Der kurze Impuls des Monoflop MF 4 gelangt nun über das von den Flip-Flops FF1 und FF2 geöffnete AND-Tor A auf die Sample-and-Hold-Schaltung SH (Fig. 5) und bewirkt ein Erfassen des Scheitelwertes ûDV, der dann gespeichert bleibt.
  • Beim zweiten Tal von u (Punkt 56) sinkt das Ausgangssignal des Komparators K2 (Fig. 6f) wieder, triggert erneut den Monoflop MF3 (Fig. 6i), der den Flip-Flop FF2 wieder zurücksetzt (Fig. 6k). Dadurch wird das AND-Tor A geschlossen und die Sample-and-Hold-Schaltung SH vor dem folgenden Impuls des Monoflops MF4 geschützt, der beim erneuten Erreichen des Scheitels von üDM (Punkt 57) ausgelöst wird. Das Zurücksetzen des Flip-Flops FF2 bewirkt ferner die Freigabe des Monoflops MF2, so dass beim zweiten Scheitel von uD (Punkt 57) das Ausgangssignal des Komparators K2 (Fig. 6f) steigt, der den Monoflop MF 2 triggert (Fig. 6g) und damit ein Zurücksetzen des Flip-Flops FF1 bewirkt (Fig. 6h).
  • Bei der weiteren Aufwärtsbewegung der Kolbenstange 5 sinkt uD wieder auf den negativen Sättigungspegel (Punkt 59).
  • Beim Durchlaufen der Schwelle des Komparators Kl (Punkt 58 entsprechend Punkt 52) sinkt dessen Ausgangssignal wieder und sperrt wieder die Monoflops MF2, MF3 und MF4. Die Schaltungslogik ist damit wieder in den Ausgangszustand versetzt.
  • Nach obiger Beschreibung sind im UTP die neuen Spitzenwerte von uD' die den Kapazitäten des Messkondensators CM bzw. des Vergleichskondensators CV entsprechen, im Spitzenwertdetektor PD bzw. in der Sample-and-Hold-Schaltung SH gespeichert. Ein Differenzverstärker DV (Fig. 5) bildet deren Differenz uB. Diese Differenz wird bei jeder Erneuerung des Filzringes 12 in der Oelfangvorrichtung 10' für jede der vier Kolbenstangen mit Hilfe einer justierbaren Hilfsspannung u auf Null abgeglichen. Die Umschaltung der einzelnen uo-Werte erfolgt elektronisch durch denselben Taktgeber; der das Umschalten der vier Kopplungskondensatoren besorgt.
  • In dem Masse, wie sich Oel in den Filzringen 12 ansammelt, wächst die Kapazität des betreffenden Messkondensators CM, also auch ûDM, positiv an. Von einem Hub zum andern ändern sich ûDM und ûDV sehr wenig und damit auch die Differenzspannung uB. Ein Tiefpassfilter TPF (Fig. 5) glättet die durch die Auffrischung der Spannungswerte im Spitzenwertdetektor PD bzw. in der Sample-and-Hold-Schaltung SH bedingten Spannungssprünge. Ueber einen an Tiefpassfilter TPF angeschlossenen Endverstärker EV wird das Signal mit dem Instrument 36 angezeigt. Mit einem ebenfalls an den' Tiefpassfilter TPF angeschlossenen Komparator K3 mit einstellbarer Schwelle kann bei Erreichen eines bestimmten Grenzwertes von uB über ein Relais R die Alarmvorrichtung 38 eingeschaltet werden.
  • Die mittlere Frequenz des in der Einheit 31 enthaltenen HF-Oszillators kann sich über längere Zeit durch thermisch bedingte Aenderungen der Kapazitäten des Messkondensators CM, des Vergleichskondensators CV und des Kopplungskondensators CK wie auch durch Aenderungen der Elemente des Oszillators selbst verschieben. Obwohl die Schaltung in der Auswerteeinheit 35 die Differenz der Kapazitäten des Mess-und des Vergleichskondensators bildet, ist es zweckmässig, den Frequenzdiskriminator in der Einheit 33 der Drift der Oszillatorfrequenz nachzuführen. Dazu wird die von der Sample-and-Hold-Schaltung SH gebildete Spitzenspannung üDV über eine Leitung 40 (Fig. 4) auf die Einheit 33 zurückgeführt und zur Korrektur des Grundpegels des Signals uD(t) verwendet. Dieser Pegel wird also so korrigiert, dass der Spannungswert üDV auf konstanter Höhe bleibt.
  • Anstatt den Diskriminator in der Einheit 33 der Drift des Oszillators nachzuführen, kann der Oszillator selbst korrigiert werden, indem die Spannung üDV über das Kabel 32 oder 34 auf die Einheit 31 zurückgeführt und zur Regelung der Frequenz, z.B. mittels einer Kapazitätsdiode, verwendet wird.
  • Die beschriebene Schaltung hat den Vorteil, dass sie den Zeitpunkt erkennt, in dem der Scheitelwert (Punkt 55 in Fig. 6a) auftritt, ohne den UTP mit anderen Mitteln am Kompressor zu erfassen.
  • Abweichend von den beschriebenen Beispielen ist es auch möglich, die Ueberwachungsanordnung bei Kompressoren anzuwenden, die kein Kolbenstangenführungslager aufweisen, sondern nur ein Paket von Oelabstreifringen im Bereich der Trennwand 7; diese Ringe dichten zugleich den Raum des Kurbelgehäuses gegen den Raum des Laternengehäuseteils ab. Die beiden Hälften der axial geteilten Muffe 13 können auch statt durch Schrauben durch um die Muffe gelegte, spannende Ringe zusammengehalten werden.

Claims (13)

1. Schmiermittel-Ueberwachungsanordnung an einem Kolbenkompressor, insbesondere zum Verdichten von Sauerstoff, dadurch gekennzeichnet,dass an der Kolbenstange zwischen einem Schmiermittelabstreiferpaket am Austritt der Kolbenstange aus dem Kurbelgehäuse des Kompressors und einer Dichtung, die die Kolbenstange an deren Durchdringungsstelle in den Kompressorzylinder umgibt, mindestens ein flüssiges Schmiermittel aufsaugender Körper und in dessen Bereich eine Elektrode eines Messkondensators vorgesehen sind, wobei der aufsaugende Körper als Dielektrikum des Messkondensators dient.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode des Messkondensators mit einer weiteren Elektrode verbunden ist, die zusammen mit einer unter Freilassung eines Luftspaltes ruhend angeordneten Elektrode einen Kopplungskondensator bildet, der mit einem Kapazitätsmessgerät verbunden ist.
3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die feststehende Elektrode des Kopplungskondensators in einer solchen Lage angeordnet ist, dass sie bei im unteren Totpunkt befindlicher Kolbenstange der weiteren Elektrode gegenübersteht.
4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kolbenstange zwischen dem schmiermittelaufsaugenden Körper und der Dichtung zusätzlich zu der Elektrode des Messkondensators eine zweite Elektrode gleicher Abmessung und Formgebung wie die Elektrode des Messkondensators vorgesehen ist, die zusammen mit einem Luftraum, der sich als Dielektrikum zwischen der zweiten Elektrode und der Kolbenstange befindet, einen Vergleichskondensator bildet.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode des Vergleichskondensators mit einer weiteren Elektrode verbunden ist, die als bewegliche Elektrode mit der ruhend angeordneten Elektrode des Kopplungskondensators zusammenwirkt.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die feststehende Elektrode des Kopplungskondensators in einer solchen Lage angeordnet ist, dass sie bei im unteren Totpunkt befindlicher.Kolbenstange der beweglichen Elektrode des Vergleichskondensators gegenübersteht.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der aufsaugende Körper die Kolbenstange ringförmig umschliesst und die genannten Elektroden als ringförmige, die Kolbenstange umgebende Metallbeläge ausgebildet sind.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeläge in Form aufgalvanisierter Kupferschichten auf einem auf der Kolbenstange befestigten Isolierstoffkörper bzw. auf einem die Kolbenstange umgebenden, am Kurbelgehäuse des Kompressors abgestützten Isolierstoffkörper angebracht sind.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der auf der Kolbenstange befestigte Isolierstoffkörper die Form einer axial geteilten Muffe hat.
10. Anordnung nach den Ansprüchen 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Schaltung vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist, dass sie die Grössen der Kapazitäten des Mess- und des Vergleichskondensators im Bereich des unteren Totpunktes der Kolbenstange erfasst, speichert und miteinander vergleicht und aus dem Anwachsen der Kapazität des Messkondensators relativ zur Kapazität des Vergleichskondensators ein Differenzsignal bildet, das der vom aufsaugenden Körper aufgenommenen Schmiermittelmenge entspricht.
11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung einen Hochfrequenzoszillator aufweist und derart ausgebildet ist, dass die Grössen der einzelnen Kapazitäten durch Frequenzmodulation des Hochfrequenzoszillators und durch nachträgliche Demodulation gemessen werden.
12. Anordnung nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung eine Auswerteeinheit mit einem Spitzenwertdetektor und einer Sample-and-Hold-Schaltung enthält.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang der elektronischen Schaltung ein Alarmgeber und/oder Registriergerät angeschlossen ist.
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