EP4112932A1 - Kolbenkompressor und verfahren zum betreiben eines kolbenkompressors - Google Patents

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EP4112932A1
EP4112932A1 EP22180868.6A EP22180868A EP4112932A1 EP 4112932 A1 EP4112932 A1 EP 4112932A1 EP 22180868 A EP22180868 A EP 22180868A EP 4112932 A1 EP4112932 A1 EP 4112932A1
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EP
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lubricant
lubricating
piston
lubricating film
value
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EP22180868.6A
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EP4112932B1 (de
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Matthias Kornfeld
Tino Lindner-Silwester
Bernhard Fritz
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Hoerbiger Wien GmbH
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Hoerbiger Wien GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a lubricating system for a reciprocating compressor for introducing a lubricant onto a cylinder running surface of a cylinder of the reciprocating compressor, in which a piston can be moved back and forth, with a lubricating system control unit being provided for controlling an amount of lubricant to be introduced.
  • the invention further relates to a piston compressor with a lubrication system and a method for operating a piston compressor with at least one cylinder, in which a piston is moved back and forth, with a lubricant being supplied to a cylinder running surface of the at least one cylinder by means of a lubrication system and with a quantity of lubricant of the supplied lubricant is controlled by a lubrication system control unit.
  • each cylinder has one or more lubrication points through which a lubricant can be introduced into the cylinder.
  • the lubrication points are usually supplied with lubricant from a central lubrication system. Dosing the lubricant into the cylinders as precisely as possible is crucial for reliable operation. Too little lubricant leads to increased wear on the moving components of the compressor, in particular on the piston rings or packing rings of sealing packings with which the piston rod is sealed. Increased wear leads to a reduced service life of these components and thus to reduced availability of the compressor.
  • lubricant usually leads to reduced life of components such as compressor valves due to an oil sticking effect, as well as reduced life of downstream equipment such as catalytic converters.
  • high amounts of lubricant naturally lead to increased operating costs due to lubricant consumption, as well as higher capital costs because additional equipment such as special separators is required to remove excess lubricant from the compressed process stream.
  • Known lubrication systems are usually based on a predetermined amount of lubricant for the respective piston engine. These specified amounts of lubricant are typically provided by the compressor manufacturers depending on the compressor type, size and process parameters and are based on empirical data or simplified calculation models. Due to uncertainties in these calculation models and to cover all designs and operating conditions of the compressors, safety factors are usually provided, which are chosen to be conservative, so that more lubricant is usually supplied than is necessary. Such "over-lubrication" of the cylinders during operation is of course disadvantageous for the operator of a piston compressor for the reasons mentioned above and is therefore undesirable.
  • the object is achieved with the lubrication system mentioned at the outset in that at least one lubricant sensor is provided for detecting a lubricating film measured variable that is representative of a lubricating film thickness of a lubricating film on the cylinder running surface of the cylinder, that the lubricating system control unit is designed to monitor the lubricating system during operation of the piston compressor to operate at least once in a predetermined calibration operating mode, to determine a lubricant film condition value based on the lubricant film measured variable recorded during the implementation of the calibration operating mode and to control the lubricant quantity to be introduced in the operation of the piston compressor after the end of the calibration operating mode depending on the lubricant film condition value determined.
  • the amount of lubricant required can be significantly reduced compared to conventional lubrication systems, so that the cylinders are not over-lubricated.
  • the lubricant sensor is preferably an ultrasonic sensor, with a temporal resolution of the lubricant sensor preferably being 0.01° to 5° crank angle. This makes it possible to easily record the measured variable of the lubricating film without having to have direct access to the cylinder running surface.
  • an ultrasonic sensor can easily be placed on the outside of an existing cylinder.
  • the lubrication system control unit is preferably designed to use a sensor value of the measured lubricant film variable to determine the lubricant film condition value, which is recorded during a piston stroke of the piston at a time when a piston ring of the piston is in the sensor area of the lubricant sensor, preferably one during of the piston stroke recorded minimum value of the lubricating film measured variable.
  • the lubrication system is designed for intermittent introduction of the lubricant into the cylinder, preferably as a pump-to-point system, as a divider block system or as a common rail system, and the lubrication system control unit is designed to the amount of lubricant by a Changing a frequency and / or an injection amount to control each injection of the intermittent introduction of the lubricant. This means that proven lubrication systems can be used and calibrated accordingly.
  • the lubrication system controller is advantageously configured to repeat the calibration mode of operation on a specified cycle to update the lube condition value and adjust the amount of lubricant to the updated lube condition value.
  • a duration of the calibration operating mode is preferably at least ten, preferably at least one hundred, particularly preferably at least one thousand crankshaft revolutions of the piston compressor or an equivalent time. This gives sufficient time to set and evaluate different states of the lubricating film.
  • the lubrication system control unit is designed to determine a maximum value and a minimum value in a time profile of the measured lubricant film variable recorded during the at least two time ranges, and from this to determine the lubricant film state value for controlling the amount of lubricant to determine.
  • a first time range with a specified duration and a subsequent second time range with a specified duration are defined and the quantity of lubricant introduced during the first time range is defined such that a completely wetted lubricating film is formed on the cylinder running surface and the amount of lubricant introduced during the second time range
  • the quantity of lubricant is determined in such a way that dry running occurs on the cylinder surface.
  • the duration of the first time range is preferably at least five crankshaft revolutions and the quantity of lubricant introduced during the first time range is preferably 90-200% of a quantity of lubricant specified by the compressor manufacturer.
  • the duration of the second time period is preferably at least five crankshaft revolutions and during the second
  • the amount of lubricant introduced over the period of time is preferably 0% of the amount of lubricant specified by the compressor manufacturer. This simulates various lubricating film conditions and uses them to determine a representative general lubricating film condition value.
  • the lubricating system control unit is designed to determine a differential value between the ascertained maximum value and the ascertained minimum value, to ascertain a lubricating film limit value from the maximum value and the ascertained differential value, and to use the lubricating film limit value as the lubricating film state value.
  • the lubrication system control unit is preferably also designed to control the lubrication system for introducing the lubricant during operation of the piston compressor after the end of the calibration operating mode if the measured lubricating film variable is in a lubricating system activation range between the minimum value and the lubricating film limit value.
  • this creates a differential evaluation method that is essentially independent of the recorded absolute values of the recorded lubricant film measurement variable and a simple indicator for activating the introduction of lubricant is provided.
  • a lubricant quantity detection unit is preferably also provided in the lubrication system for detecting a quantity of lubricant supplied to the lubrication point, and the lubrication system control unit is designed to compare the lubricant film measured variable obtained from the lubricant film sensor and the lubricant quantity obtained from the lubricant quantity detection unit in order to compare the two values to check for consistency and/or to detect a leak in the lubrication system.
  • This allows the function of the lubricant sensor to be checked and leaks in the lubricant lines to be detected. Based on this, certain actions, such as switching off the compressor or changing the lubrication to conventional over-lubrication, can be carried out, which can increase operational reliability.
  • the invention is also achieved with a method in that at least one lubricant sensor is used to detect a lubricating film measurement variable that is representative of a lubricating film thickness of a lubricating film on the cylinder running surface of the cylinder, that the lubricating system is monitored by the lubricating system control unit at least once in a predetermined Calibration mode is operated, based on the detected while performing the calibration mode lubricating film measured variable, a lubricating film condition value is determined and that the lubrication system control unit after the end of the calibration mode in operation of the piston compressor controls the quantity of lubricant to be introduced depending on the determined value of the condition of the lubricating film.
  • a simplified sectional view through a cylinder 2 of a piston compressor 1 is shown.
  • a piston 3 is arranged in a known manner in the cylinder 2 and can be moved back and forth in the cylinder between a top dead center OT and a bottom dead center UT.
  • the piston 3 can be driven in a known manner by a crankshaft (not shown) via a connecting rod (not shown), a crosshead (not shown) and a piston rod 4 .
  • a crankshaft not shown
  • a connecting rod not shown
  • a crosshead not shown
  • piston rod 4 a piston rod 4
  • other designs of the piston compressor 1 would also be possible, for example a direct drive of the piston 3 by a connecting rod without a crosshead and piston rod 4.
  • a cylinder liner 5 a so-called liner, is arranged in the cylinder 2, on the inner peripheral surface of which is a cylinder running surface for the piston 3 is formed.
  • a piston compressor 1 can, of course, have a plurality of cylinders 2, in each of which a piston 3 can be moved back and forth, it being possible for the plurality of pistons 3 to be driven by a common crankshaft.
  • One or more piston rings 6 can be provided on the piston 3 and are arranged in suitable circumferential grooves on the circumferential surface of the piston 3 .
  • a piston ring 6 is generally to be understood as meaning piston rings with different functions.
  • a piston ring 6 can be designed as a sealing ring, as a support ring or as a scraper ring.
  • a sealing ring is designed, for example, to seal against a differential pressure, while a Support ring usually develops no sealing effect and is designed to support the load of the piston 3 on the cylinder liner.
  • a scraper ring is designed to scrape the lubricating film from the cylinder running surface.
  • piston rings 6 could be provided, for example in the form of a sealing ring.
  • three piston rings 6a, 6b, 6c are provided, the first and third piston rings 6a, 6c being designed as sealing rings and the second piston ring 6b being designed as a support ring.
  • more or fewer piston rings 6 could also be provided, for example an oil scraper ring. It can be seen that the support ring 6b has a greater width (in the axial direction) than the sealing rings 6a, 6c, which is usually the case.
  • the groove in the piston 3, in which the support ring 6b is arranged is designed in such a way that the support ring 6b rests directly on the bottom of the groove.
  • the support ring 6b is thus essentially immovable in the radial direction in order to be able to support the load of the piston 3 better.
  • the sealing rings 6a, 6c can be moved radially in the respective grooves in order to be able to create a better seal.
  • a piston ring 6 can of course also have a certain overhang over the piston 3 in the radial direction, which for the sake of simplicity is shown in Fig.1 is not shown.
  • a compression space 7 delimited by the piston 3 is formed in the cylinder 2, on which a suction valve 8 and a pressure valve 9 are arranged.
  • the piston 3 is moved from top dead center OT to bottom dead center UT, and during a compression stroke, the piston 3 is moved from bottom dead center UT to top dead center OT.
  • a gaseous medium to be compressed for example air or a process gas, can be sucked into the compression chamber 7 via the suction valve 8 .
  • the medium in the compression chamber 7 is compressed and discharged from the compression chamber 7 via the pressure valve 9 .
  • the suction valve 8 and the pressure valve 9 are in Fig.1 only indicated as a schematic circuit symbol and can be designed differently.
  • suction valves 8 and pressure valves 9 can also be provided on the cylinder.
  • the suction valve 8 and the pressure valve 9 do not necessarily have to be arranged on the end face of the cylinder 2, but could also be provided on the peripheral surface of the cylinder 2 in the compression space 7, for example.
  • the suction valve 8 and the pressure valve 9 can be designed as known automatic ring valves, it also being possible for an unloader to be provided to keep the valves open.
  • the unloader can be controlled by a suitable compressor control unit 10 to regulate the capacity of the compressor 1 .
  • the piston compressor 1 also has a lubrication system for lubricating the at least one cylinder 2 .
  • the lubrication system has at least one lubrication point 12 for each cylinder 2 for introducing a lubricant into the cylinder 2 .
  • the lubricant forms a lubricating film 11 in the cylinder 2 in order to minimize the friction between the components that move relative to one another, in particular between the piston 3 or piston rings 6 and the cylinder running surface.
  • a plurality of lubrication points 12 can of course also be provided, which can be distributed on the cylinder 2, for example in the axial direction and/or in the circumferential direction, as shown in FIG Fig.1 is indicated by the lubrication points 12a, 12b.
  • the lubricant is introduced via the lubricating point 12 in the compression stroke and/or in the expansion stroke, for example before the respective piston ring 6 reaches the lubricating point 12, while the piston ring 6 is in the area of the lubricating point 12 or possibly also after the respective piston ring 6 has passed the lubricating point 12 .
  • the point in time at which it is introduced essentially depends on the lubrication system used.
  • a central delivery unit for delivering the lubricant and a so-called “divider block” for distributing the lubricant to the lubrication points 12 of the cylinders 2 are provided.
  • the quantity of lubricant conveyed by the central conveying unit is supplied to what is known as a “divider block”, divided up in this block and conveyed to the individual lubrication points 12 .
  • the lubricant is generally introduced into the cylinder 2 intermittently via individual injections. The amount of lubricant to be introduced is controlled by appropriate control of the central delivery unit.
  • the delivery quantity can be controlled via the speed and/or possibly via the piston stroke.
  • a change in the amount of lubricant during operation of the compressor 1 can be done, for example, by changing the frequency of the intermittent individual injections of the lubricant, for example by changing the pump speed. Due to the central delivery unit, however, the amount of lubricant can only be changed in a constant ratio for all available lubrication points 12 . Different quantities of lubricant for different lubrication points 12 or different cylinders 2 are not usually possible here.
  • each lubrication point 12 or each cylinder 2 is assigned its own delivery unit, for example a piston pump.
  • a corresponding quantity of lubricant is delivered to the associated lubrication point 12, again as a rule intermittently over individual injections.
  • the delivery units, in particular the piston pumps are driven via a common camshaft.
  • a change in the amount of lubricant during operation of the compressor 1 can be done, for example, by changing the frequency of the individual injections of the lubricant by adjusting the speed of the camshaft.
  • the amount of lubricant is usually only changed in a constant ratio for all lubrication points 12.
  • the delivery amounts can also be changed separately from one another, for example by an adjustable stroke of the piston pumps.
  • the amount of lubricant at each lubrication point 12 or for each cylinder 2 can be adjusted individually.
  • Suitable adjustment devices can be provided on the conveyor units, for example, to change the amount of lubricant.
  • the adjusting device can be designed for manual adjustment of the stroke of a piston pump, for example, or a suitable actuator can be provided for adjusting the stroke, so that the quantity of lubricant introduced can be changed for each injection.
  • the time of introduction at each lubrication point 12 or at each cylinder 2 can be adjusted individually and essentially independently of the operation of the high-pressure pump (as long as there is sufficient pressure in the pressure accumulator).
  • This makes it possible, for example, for a piston compressor 1 whose piston 3 has a plurality of piston rings 6 to carry out multiple injections within a piston stroke, so that each piston ring 6 can be supplied with a specific quantity of lubricant.
  • the control of the lubricant injection for example the time of an injection and/or the amount of lubricant per injection and/or the frequency of the injections, is usually carried out via a suitable lubrication system control unit 14.
  • the lubrication system control unit 14 can be used as separate hardware and/or software be trained or can, for example, in a parent Control unit such as the compressor control unit 10 can be integrated.
  • a "common rail" system is only shown as an example, with one electrically controllable injector 13 being provided for each lubrication point 12, which injector can be designed, for example, as an electromagnetic injector or as a piezo injector.
  • the injectors are connected to a central lubrication system control unit 14 by any suitable communication link, such as electrical wiring.
  • a central lubrication system control unit 14 can, for example, communicate with a compressor control unit 10 in order to obtain operating parameters BP of the piston compressor 1 that are relevant for the control of the lubrication system.
  • Such operating parameters BP can, for example, contain current data about the operating state of the compressor 1, for example a load signal L, a speed signal N, a crank angle signal °KW, lubricant temperature T, etc.
  • the lubrication system control unit 14 can take the operating parameters BP into account when controlling the lubrication system.
  • the amount of lubricant used to be controlled on the basis of manufacturer specifications which often led to over-lubrication, ie to the introduction of too much lubricant than necessary.
  • an automatic calibration of the lubrication system is provided according to the present invention, as a result of which the amount of lubricant can be adapted to the actual requirement.
  • at least one lubricant sensor 15 is provided in the lubricating system for detecting a lubricating film measured variable S representative of a lubricating film thickness of the lubricating film 11 on the cylinder running surface of the cylinder 2 .
  • the lubricating film measured variable S is essentially a measure of the lubricating film thickness of the lubricating film 11 on the cylinder running surface in a sensor area of the lubricant sensor 15.
  • the lubricant sensor 15 is connected to the lubricant control unit 14 via a suitable communication link in order to transmit the lubricating film measured variable S to the To transmit lubricant control unit 14, for example via suitable electrical measuring lines.
  • An acoustic sensor, in particular an ultrasonic sensor, is preferably provided as the lubricant sensor 15 .
  • the lubricant sensor 15 can be arranged at a suitable location on the outside of the cylinder 2, for example.
  • the lubricant sensor 15 is preferably arranged in the axial direction such that each piston ring 6 of the piston 3 is located once in the sensor area of the lubricant sensor 15 for each piston stroke, so that a lubricant film thickness in the area of each piston ring 6 can be detected.
  • Analogous to the multiple lubrication points 12 can a plurality of lubricant sensors 15 can also be arranged on the cylinder 2 at a distance from one another in the circumferential direction and/or in the axial direction. This can be particularly advantageous in the case of large compressors in order to cover a sufficiently large area of the cylinder running surface of cylinder 2 .
  • the temporal resolution of the lubricant sensor 15, in particular the ultrasonic sensor, for detecting the measured variable S of the lubricant film can be, for example, 0.01° to 5° crank angle.
  • the lubricating system control unit 14 is designed to operate the lubricating system at least once in a predetermined calibration operating mode during operation of the piston compressor 1 and to determine a lubricating film condition value SZ based on the measured lubricating film variable S recorded while the calibrating operating mode is being carried out. After the end of the calibration operating mode, ie during normal operation of the lubricating system when the piston compressor 1 is in operation, the lubricating system control unit 14 controls the quantity of lubricant to be introduced as a function of the determined lubricating film state value SZ.
  • the lubrication system is preferably designed for the intermittent introduction of the lubricant, preferably as a pump-to-point system, as a divider block system or as a common rail system.
  • the lubricating system control unit 14 can adjust the amount of lubricant as a function of the determined lubricating film condition value SZ, for example by changing the frequency of the intermittent introduction of the lubricant, and thereby reduce the amount of lubricant compared to the manufacturer's specification.
  • a corresponding design of the lubrication system e.g.
  • the (total) amount of lubricant introduced into the cylinder 2 can also be changed by changing the amount of lubricant per injection of the injector 13 in addition or as an alternative to the frequency change.
  • the frequency can be changed, as mentioned, e.g. by increasing the speed of the feed pump(s) of the respective lubrication system.
  • a sensor value Pi of the measured variable S of the lubricating film is preferably used to determine the lubricating film state value SZ, which is recorded during a piston stroke of the piston 3 at a time when a piston ring 6 of the piston 3 is in the sensor area of the lubricant sensor 15.
  • the minimum value of the lubricating film measurement variable S is used, as in Fig.2 is shown.
  • Fig.2 is an example of the detected lubricant film measured variable S of a lubricant sensor 15 over the crank angle °KW between top dead center OT and bottom dead center UT of the piston 3 in normal operation of the piston compressor 1 (and the lubrication system).
  • the piston 3 corresponds to the embodiment according to Fig.1 and correspondingly has three piston rings 6a, 6b, 6c. Of course, more or fewer piston rings 6 may be provided.
  • the curve shown corresponds to the measurement signal of the lubricant sensor 15 over the crank angle.
  • Fig.2 As can be seen, depending on the number i of piston rings 6i, there is a characteristic time profile of the lubricating film measured variable S, which can be used as a measure of the lubricating film thickness of the lubricating film 11 on the cylinder running surface of the cylinder 2.
  • the curve has a local minimum for each piston ring 6i, which is proportional to the lubricating film thickness of the lubricating film 11 on the cylinder running surface when the respective piston ring 6i is in the sensor area of the lubricant sensor 15.
  • these are the minimum values Pa, Pb, Pc, which are generally referred to below as PEAK values Pi within the scope of the invention.
  • the assignment of the PEAK values Pa, Pb, Pc to the respective piston ring 6a, 6b, 6c results from their arrangement on the piston 3.
  • PEAK values Pa, Pb, Pc (generally Pi) can now, according to the invention, be used in a calibration operating mode of the lubricating system can be used to determine the lubricating film condition value SZ, as follows based on Figure 3a +3b is explained.
  • each lubricant sensor 15 could of course also be provided in the lubrication system in order to enable redundant detection of the measured variable S of the lubricating film.
  • the lubricant sensors 15 can, for example, be arranged at a certain angular distance apart in the circumferential direction on the cylinder 2 and/or can be arranged on the cylinder 2 in a distanced manner in the axial direction.
  • each lubricant sensor 15 is preferably arranged in such a way that all available piston rings 6i of the piston 3 are once in the sensor area of the respective lubricant sensor 15 during a piston stroke.
  • Two lubricant sensors 15 with different positions in the circumferential direction and the same axial positions on the cylinder 2 would result, for example, in qualitatively the same curves of the lubricating film measured variable S, which, however, can differ quantitatively due to the locally different lubricating film thickness of the lubricating film 11 .
  • the PEAK values Pi would be at the same crank angle position.
  • two lubricant sensors 15 with different positions in the axial direction and the same positions in the circumferential direction would produce, for example, qualitatively and quantitatively different profiles of the lubricant film measured variable S.
  • the PEAK values Pi would lie at different crank angle positions.
  • the advantageous differential evaluation method of the PEAK value curves explained in more detail below, would again compensate for the different absolute values of the PEAK values Pi.
  • the PEAK values Pi may be sampled once every crankshaft revolution or once every piston stroke and stored in the lubrication system controller 14 .
  • the PEAK values Pi are not recorded continuously, i.e. not recorded for each crankshaft revolution or each piston stroke and stored for the evaluation of the time profile, but that the PEAK values Pi are recorded intermittently, for example, with a fixed interruption period of a few crankshaft revolutions or, for example, a time from 1 to 60 seconds.
  • FIG.3b An exemplary calibration mode of operation of the lubrication system is described below. while showing Fig.3b a time profile of the quantity of lubricant introduced into the cylinder 2 during the calibration operating mode over the crankshaft revolutions of the compressor 1.
  • FIG. 3a Using the example of the first piston ring 6a, a time profile of the stored PEAK values Pa over the crankshaft revolutions of the compressor 1 is shown, which changes due to the amount of lubricant introduced according to Fig.3b results.
  • a duration of the calibration operating mode can be, for example, at least ten, preferably at least one hundred, particularly preferably at least one thousand crankshaft revolutions of the piston compressor 1 . Since the crankshaft revolutions are proportional to the time, the time can in principle also be plotted on the abscissa.
  • the calibration operating mode is carried out at least once during operation of the piston compressor 1, for example after a run-in phase during initial commissioning or after service activity on the compressor 1.
  • the run-in phase typically corresponds to an operating time of 12 to 36 hours.
  • the calibration operating mode can also be repeated several times in a defined cycle in order to determine an updated lubricating film condition value SZ and to adapt the quantity of lubricant to the updated lubricating film limit value SZ.
  • different states of wear that occur during operation can be taken into account, which are usually associated with a change in the need for lubricant.
  • the lubrication system control unit 14 determines a maximum value Pi_max and a minimum value Pi_min over the course of time of the measured lubricant film variable S recorded during the at least two time ranges, in particular the PEAK values Pi and uses this to determine the lubricating film condition value SZ ( Fig.4 ) used to control the amount of lubricant.
  • the maximum value Pi_max and the minimum value Pi_min as well as the associated detection times are preferably determined and stored (at least temporarily).
  • the storage can generally take place, for example, in a suitable memory unit which can be integrated, for example, in the lubrication system control unit 14 or in a higher-level compressor control unit 10 .
  • the time ranges Zi and in the time ranges Zi The quantities of lubricant Mi introduced are determined in such a way that different friction and associated wear conditions occur on the cylinder running surface, from a fully wetted lubricating film to a partially wetted lubricating film to dry running.
  • the amount of lubricant M is in the diagram in Fig.3b given on the ordinate as a percentage of a quantity of lubricant specified by the compressor manufacturer.
  • a first time range Z1 with a specified duration and a subsequent second time range Z2 with a specified duration are defined only by way of example.
  • the amount of lubricant M1 introduced during the first time period Z1 is preferably defined in such a way that a completely wetted lubricating film is formed on the cylinder running surface.
  • the amount of lubricant M2 introduced during the second time period Z2, on the other hand, is preferably defined in such a way that dry running occurs on the cylinder running surface.
  • the duration of the first time range Z1 can be at least five crankshaft revolutions and the quantity of lubricant M1 introduced during the first time range Z1 can be 90-200% of a lubricant quantity specified by the compressor manufacturer.
  • the maximum value Pa_max is generally in the first time range Z1 and the minimum value Pa_min is generally in the second time range Z2.
  • the transition between the first time range Z1 and the second time range Z2 there is a characteristic drop in the course of the PEAK values Pa, as in Figure 3a is evident.
  • the duration of the second time range Z2 is preferably also at least five crankshaft revolutions, but can of course also be significantly longer, for example ten, hundred or thousand crankshaft revolutions.
  • the amount of lubricant M2 introduced during the second time period Z2 is preferably 0% of the amount of lubricant specified by the compressor manufacturer, so that no lubricant is introduced.
  • the quantity of lubricant M can be increased again, for example initially to the quantity of lubricant M3 specified by the compressor manufacturer, as indicated by the third time range Z3.
  • the calibration operating mode is completed after the second time period Z2 and from this point in time the lubrication system control unit 14 can use the lubricating film state value SZ ( Fig.4 ) to control the quantity of lubricant during operation of the piston compressor 1.
  • a differential value ⁇ Pa between the determined maximum value Pa_max and the determined minimum value Pa_min is advantageously first determined, as in FIG Figure 3a is drawn.
  • a lubricating film limit value Pa_limit can now be determined on the basis of the maximum value Pa_max and the determined difference value ⁇ Pa, which is advantageously used as the lubricating film state value SZ for controlling the quantity of lubricant can be, as follows using Fig.4 is described.
  • the evaluation and determination of the lubricant film state value SZ, in particular the limit value Pi_limit is of course preferably carried out for the lubricant film measured variable S of each lubricant sensor 15 .
  • mean values of the maximum values Pi_max and the minimum values Pi_min of a number of lubricant sensors 15 could also be used, for example, in order to calculate a mean limit value Pi_limit therefrom.
  • an average value could also be formed from a number of limit values Pi_limit and the quantity of lubricant could be controlled on this basis.
  • Fig.4 is analogous to in Fig.2 a course of the measured lubricating film variable S over the piston stroke between a top dead center OT and a bottom dead center UT during normal operation of the piston compressor 1 and in particular during normal operation of the lubrication system (after the end or outside of the calibration operating mode). Additionally are in Fig.4 the maximum value Pa_max and minimum value Pa_min determined beforehand in the calibration operating mode as well as the lubricating film limit value Pa_limit are drawn in. The hatched area between the minimum value Pa_min and the lubricating film limit value Pa_limit symbolizes a lubricating system activation area 17.
  • the lubricating system control unit 14 recognizes that the PEAK value Pa of the measured lubricating film measurement variable S is in the lubricating system activation area 17, the PEAK value Pa ie reaches or falls below the lubricating film limit value Pa_limit, then the lubricating system control unit 14 controls the lubricating system to introduce the lubricant.
  • the characteristic course of the lubricating film measured variable will change S change again over the crankshaft revolutions, so that the PEAK value Pa slowly approaches the lubrication system activation range 17 again.
  • the (total) amount of lubricant is thus essentially controlled by adjusting the frequency of the individual injections.
  • the amount of lubricant introduced per injection could also be varied.
  • the amount of lubricant introduced per injection essentially depends on the design of the delivery unit(s) (e.g. the displacement of a piston pump) and is usually unchangeable. An adjustment of the (total) quantity of lubricant can thus generally only be controlled by adjusting the frequency of the individual injections, for example by changing the speed of the piston pump(s).
  • the description based on the first piston ring 6a is of course only to be understood as an example and the calibration operating mode could of course also be carried out separately for a number of piston rings 6i.
  • the course of the measured lubricating film variable S of the lubricant sensor 15 can be evaluated for each piston ring 6i in order to determine a lubricating film state value SZi for each piston ring 6i for controlling the quantity of lubricant.
  • a limit value Pi_limit can be determined for each piston ring 6i, so that an associated lubrication system activation area 17i is determined for each piston ring 6i.
  • the lubricating system control unit 14 can then control the lubricating system to introduce lubricant during normal operation of the piston compressor 1 as soon as the respective PEAK value Pi is in the respectively assigned lubricating system activation range 17 .
  • the limit value Pi_limit can of course also differ.
  • a piston ring 6i has a higher lubricant requirement than another piston ring 6i, then it can basically also be sufficient if the calibration according to the invention is only carried out for the piston ring 6i with the higher lubricant requirement.
  • the limit value Pi_limit would thus only be determined for one piston ring 6i and the lubricating system control unit 14 would activate the lubricating system accordingly as soon as the assigned PEAK value Pi is in the determined lubricating system activation range 17i.
  • the introduction of the lubricant is preferably timed in such a way that the lubricant is supplied precisely to the piston ring 6i with the greatest need for lubricant.
  • the lubricant is introduced during the piston stroke, preferably in front of the piston ring 6i or directly onto the piston ring 6i.
  • the piston ring or rings 6i with the lower lubricant requirement consequently automatically receive a sufficiently large amount of lubricant.
  • the detection and evaluation of the quantity of lubricant according to the invention preferably takes place individually for each cylinder 2 by arranging at least one lubricant sensor 15 on each cylinder 2.
  • a lubricant quantity detection unit is provided in the lubricating system for detecting a quantity of lubricant supplied to the lubricating point 12 .
  • the lubricant quantity detection unit can be a suitable flow sensor 16, for example, which is integrated in a feed line to a lubrication point 12, as shown in FIG Fig.1 is indicated.
  • the flow sensor 16 is preferably connected to the lubrication system control unit 14 to transmit a measurement signal which is proportional to the amount of lubricant.
  • a calculation model could also be provided as the lubricant quantity detection unit, for example, which can be implemented in the lubrication system control unit 14, for example, and which calculates the quantity of lubricant supplied to the lubrication point 12 using available parameters of the lubrication system, for example based on the displacement of a piston pump and the pump speed, etc.
  • the lubrication system control unit 14 can thus compare the lubricant film measurement variable S obtained from the lubricant sensor 15 and the lubricant quantity obtained from the lubricant quantity detection unit in order to check the two values for consistency. As a result, a malfunction of the lubricant sensor 15 can be inferred, for example, if a certain discrepancy between the two values is determined. Likewise, the comparison can be used to detect a leak in the lubrication system. A leak can be present, for example, when the flow sensor 16 outputs a certain expected value and the lubricant film measured variable S detected by the lubricant sensor 15 assumes no value or a very low value.

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Abstract

Um bei einem Kolbenkompressor (1) eine Überschmierung der Zylinder (2) zu vermeiden und die Schmiermittelmenge auf ein für den Betrieb erforderliches Maß zu reduzieren, wird gemäß der Erfindung ein Schmiersystem mit einer Schmiersystem-Steuerungseinheit (14) bereitgestellt, in dem zumindest ein Schmiermittelsensor (15) zur Erfassung einer für eine Schmierfilmdicke eines Schmierfilms (11) an der Zylinderlauffläche des Zylinders (2) repräsentativen Schmierfilm-Messgröße (S) vorgesehen ist, wobei die Schmiersystem-Steuerungseinheit (14) dazu ausgebildet ist, das Schmiersystem im Betrieb des Kolbenkompressors (1) zumindest einmal in einem vorgegebenen Kalibrierbetriebsmodus zu betreiben und anhand der während der Durchführung des Kalibrierbetriebsmodus erfassten Schmierfilm-Messgröße (S) einen Schmierfilmzustandswert (SZ) zu ermitteln und dass die Schmiersystem-Steuerungseinheit (14) dazu ausgebildet ist, nach Beendigung des Kalibrierbetriebsmodus im Betrieb des Kolbenkompressors (1) die einzubringende Schmiermittelmenge in Abhängigkeit des ermittelten Schmierfilmzustandswerts (SZ) zu steuern.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Schmiersystem für einen Kolbenkompressor, zum Einbringen eines Schmiermittels auf eine Zylinderlauffläche eines Zylinders des Kolbenkompressors, in dem ein Kolben hin- und her bewegbar ist, wobei eine Schmiersystem-Steuerungseinheit zur Steuerung einer einzubringenden Schmiermittelmenge vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft weiters einen Kolbenkompressor mit einem Schmiersystem sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Kolbenkompressors mit zumindest einem Zylinder, in dem ein Kolben hin- und her bewegt wird, wobei mittels eines Schmiersystems einer Zylinderlauffläche des zumindest einen Zylinders ein Schmiermittel zugeführt wird und wobei eine Schmiermittelmenge des zugeführten Schmiermittels von einer Schmiersystem-Steuerungseinheit gesteuert wird.
  • Bei Kolbenmaschinen, insbesondere bei geschmierten Kolbenkompressoren, ist die zuverlässige Schmierung der Zylinder von großer Bedeutung für einen zuverlässigen Betrieb. In der Regel befinden sich in jedem Zylinder jeweils ein oder mehrere Schmierstellen, über die ein Schmiermittel in den Zylinder eingebracht werden kann. Die Schmierstellen werden meist von einem zentralen Schmiersystem mit Schmiermittel versorgt. Eine möglichst genaue Dosierung des Schmiermittels in die Zylinder ist maßgeblich für den zuverlässigen Betrieb. Eine zu geringe Menge an Schmiermittel führt zu erhöhtem Verschleiß an den bewegten Komponenten des Kompressors, insbesondere an den Kolbenringen oder auch Packungsringen von Dichtpackungen, mit welchen die Kolbenstangeabgedichtet wird. Erhöhter Verschleiß führt in der Folge zu einer reduzierten Lebensdauer dieser Komponenten und somit zu einer geringeren Verfügbarkeit des Kompressors. Im Gegenzug führt eine zu große Menge an Schmiermittel in der Regel zu einer reduzierten Lebensdauer von Komponenten wie z.B. den Kompressorventilen aufgrund eines Ölklebeeffekts sowie zu einer reduzierten Lebensdauer von dem Kompressor nachgeschalteten Einrichtungen wie z.B. Katalysatoren. Außerdem führen hohe Mengen an Schmiermittel natürlich zu erhöhten Betriebskosten aufgrund des Schmiermittelverbrauchs sowie auch zu höheren Investitionskosten, weil zur Entfernung überschüssigen Schmiermittels aus dem verdichteten Prozessstrom zusätzliches Equipment wie z.B. spezielle Abscheider erforderlich sind.
  • Bekannte Schmiersysteme basieren meist auf einer vorgegebenen Schmiermittelmenge für die jeweiligen Kolbenmaschinen. Diese vorgegebenen Schmiermittelmengen werden typischerweise von den Kompressorherstellern in Abhängigkeit von Kompressortyp, Baugröße und Prozessparameter bereitgestellt und beruhen auf empirischen Daten bzw. vereinfachten Berechnungsmodellen. Aufgrund von Unsicherheiten in diesen Berechnungsmodellen und zur Abdeckung sämtlicher Bauformen und Betriebsbedingungen der Kompressoren sind üblicherweise Sicherheitsfaktoren vorgesehen, die entsprechend konservativ gewählt sind, sodass in der Regel mehr Schmiermittel zugeführt wird, als erforderlich. Eine solche "Überschmierung" der Zylinder im Betrieb ist für den Betreiber eines Kolbenkompressors aus den oben genannten Gründen natürlich nachteilig und daher unerwünscht.
  • Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Kolbenkompressor und ein Verfahren zum Betreiben eines Kolbenkompressors bereitzustellen, mit welchen eine Überschmierung der Zylinder vermieden und die Schmiermittelmenge auf ein für den Betrieb erforderliches Maß reduziert werden kann.
  • Die Aufgabe wird mit dem eingangs genannten Schmiersystem dadurch gelöst, dass zumindest ein Schmiermittelsensor zur Erfassung einer für eine Schmierfilmdicke eines Schmierfilms an der Zylinderlauffläche des Zylinders repräsentativen Schmierfilm-Messgröße vorgesehen ist, dass die Schmiersystem-Steuerungseinheit dazu ausgebildet ist, das Schmiersystem im Betrieb des Kolbenkompressors zumindest einmal in einem vorgegebenen Kalibrierbetriebsmodus zu betreiben, anhand der während der Durchführung des Kalibrierbetriebsmodus erfassten Schmierfilm-Messgröße einen Schmierfilmzustandswert zu ermitteln und nach Beendigung des Kalibrierbetriebsmodus im Betrieb des Kolbenkompressors die einzubringende Schmiermittelmenge in Abhängigkeit des ermittelten Schmierfilmzustandswerts zu steuern. Dadurch wird ein Schmiersystem geschaffen, das anhand einer Messung der Schmierfilmdicke und Auswertung des Messergebnisses den Zustand des Schmierfilms an der Zylinderlaufbuchse automatisch detektiert und darauf basierend selbstständig eine geeignete Schmiermittelmenge bereitstellt. Dadurch kann die benötigte Schmiermittelmenge gegenüber herkömmlichen Schmiersystemen deutlich reduziert werden, sodass es zu keiner Überschmierung der Zylinder kommt.
  • Vorzugsweise ist der Schmiermittelsensor ein Ultraschallsensor, wobei eine zeitliche Auflösung des Schmiermittelsensors vorzugsweise 0,01° bis 5° Kurbelwinkel beträgt. Dadurch kann eine einfache Erfassung der Schmierfilm-Messgröße ermöglicht werden, ohne dass ein unmittelbarer Zugang zur Zylinderlauffläche erforderlich ist. Ein Ultraschallsensor kann beispielsweise einfach an der Außenseite eines bestehenden Zylinders angeordnet werden.
  • Vorzugsweise ist die Schmiersystem-Steuerungseinheit dazu ausgebildet, zur Ermittlung des Schmierfilmzustandswerts einen Sensorwert der Schmierfilm-Messgröße zu verwenden, der während eines Kolbenhubs des Kolbens zu einem Zeitpunkt erfasst wird, zu dem sich ein Kolbenring des Kolbens im Sensorbereich des Schmiermittelsensors befindet, vorzugsweise einen während des Kolbenhubs erfassten Minimalwert der Schmierfilm-Messgröße. Dadurch kann auf die aktuelle Schmierfilmdicke im Bereich eines Kolbenrings geschlossen werden und basierend darauf die erforderliche Schmiermittelmenge ermittelt werden.
  • Vorzugsweise ist das Schmiersystem zur intermittierenden Einbringung des Schmiermittels in den Zylinder ausgebildet, vorzugsweise als Pump-to-point System, als Divider-Block-System oder als Common-Rail-System, und die Schmiersystem-Steuerungseinheit ist dazu ausgebildet, die Schmiermittelmenge durch eine Änderung einer Frequenz und/oder einer Injektionsmenge jeweils einer Injektion der intermittierenden Einbringung des Schmiermittels zu steuern. Dadurch können bewährte Schmiersysteme verwendet werden und entsprechend kalibriert werden.
  • Die Schmiersystem-Steuerungseinheit ist vorteilhafterweise dazu ausgebildet, den Kalibrierbetriebsmodus in einem festgelegten Zyklus zu wiederholen, um den Schmierfilmzustandswert zu aktualisieren und die Schmiermittelmenge an den aktualisierten Schmierfilmzustandswert anzupassen. Dadurch können während des Betriebs auftretende Veränderungen berücksichtigt werden, die unter Umständen eine größere oder geringere Schmiermittelmenge erfordern, beispielsweise ein Verschleiß der Kolbenringe.
  • Vorzugsweise beträgt eine Dauer des Kalibrierbetriebsmodus mindestens zehn, vorzugsweise mindestens hundert, besonders bevorzugt mindestens tausend Kurbelwellenumdrehungen des Kolbenkompressors oder eine äquivalente Zeit. Dadurch ist eine ausreichende Zeit gegeben, um verschiedene Zustände des Schmierfilms einzustellen und auszuwerten.
  • Vorzugsweise sind m Kalibrierbetriebsmodus zumindest zwei aufeinanderfolgende Zeitbereiche mit unterschiedlichen Schmiermittelmengen festgelegt und die Schmiersystem-Steuerungseinheit ist dazu ausgebildet, in einem zeitlichen Verlauf der während der zumindest zwei Zeitbereiche erfassten Schmierfilm-Messgröße einen Maximalwert und einen Minimalwert zu ermitteln und daraus den Schmierfilmzustandswert zur Steuerung der Schmiermittelmenge zu ermitteln. Besonders bevorzugt sind dabei ein erster Zeitbereich mit einer vorgegebenen Dauer und ein darauffolgender zweiter Zeitbereich mit einer vorgegebenen Dauer festgelegt und die während des ersten Zeitbereichs eigebrachte Schmiermittelmenge ist so festgelegt, dass sich ein vollständig benetzter Schmierfilm an der Zylinderlauffläche einstellt und die während des zweiten Zeitbereichs eigebrachte Schmiermittelmenge ist so festgelegt, dass sich ein Trockenlauf an der Zylinderlauffläche einstellt. Die Dauer des ersten Zeitbereichs beträgt vorzugsweise zumindest fünf Kurbelwellenumdrehungen und die während des ersten Zeitbereichs eigebrachte Schmiermittelmenge beträgt vorzugsweise 90-200% einer vom Kompressorhersteller vorgegebenen Schmiermittelmenge. Die Dauer des zweiten Zeitbereichs beträgt vorzugsweise zumindest fünf Kurbelwellenumdrehungen und die während des zweiten Zeitbereichs eigebrachte Schmiermittelmenge beträgt vorzugsweise 0% der vom Kompressorhersteller vorgegebenen Schmiermittelmenge. Dadurch werden verschiedene Schmierfilmbedingungen simuliert und zur Ermittlung eines repräsentativen allgemeingültigen Schmierfilmzustandswerts verwendet.
  • Es ist vorteilhaft, wenn die Schmiersystem-Steuerungseinheit dazu ausgebildet, einen Differenzwert zwischen dem ermittelten Maximalwert und dem ermittelten Minimalwert zu ermitteln, aus dem Maximalwert und dem ermittelten Differenzwert einen Schmierfilmgrenzwert zu ermitteln und den Schmierfilmgrenzwert als Schmierfilmzustandswert zu verwenden. Die Schmiersystem-Steuerungseinheit ist vorzugsweise weiters dazu ausgebildet, im Betrieb des Kolbenkompressors nach Beendigung des Kalibrierbetriebsmodus das Schmiersystem zur Einbringung des Schmiermittels anzusteuern, wenn die Schmierfilm-Messgröße in einem zwischen dem Minimalwert und dem Schmierfilmgrenzwert liegenden Schmiersystem-Aktivierungsbereich liegt. Dadurch wird einerseits eine differenzielle Auswertemethodik geschaffen, die im Wesentlichen unabhängig von den erfassten Absolutwerten der erfassten Schmierfilm-Messgröße ist und es wird ein einfacher Indikator zur Aktivierung der Schmiermittel-Einbringung bereitgestellt.
  • Im Schmiersystem ist vorzugsweise auch eine Schmiermittelmengen-Erfassungseinheit zur Erfassung einer, der Schmierstelle zugeführten Schmiermittelmenge vorgesehen und die Schmiersystem-Steuerungseinheit ist dazu ausgebildet, die vom Schmierfilmsensor erhaltene Schmierfilm-Messgröße und die von der Schmiermittelmengen-Erfassungseinheit erhaltene Schmiermittelmenge zu vergleichen, um die beiden Werte auf Konsistenz zu überprüfen und/oder um eine Leckage im Schmiersystem zu detektieren. Dadurch kann die Funktion des Schmiermittelsensors geprüft werden und es können Leckagen in den Schmiermittelleitungen detektiert werden. Basierend darauf können gewisse Aktionen, wie z.B. ein Abschalten des Kompressors oder eine Umstellung der Schmierung auf eine herkömmliche Überschmierung durchgeführt werden, wodurch die Betriebssicherheit erhöht werden kann.
  • Die Erfindung wird zudem mit einem Verfahren dadurch gelöst, dass mittels zumindest eines Schmiermittelsensors eine für eine Schmierfilmdicke eines Schmierfilms an der Zylinderlauffläche des Zylinders repräsentative Schmierfilm-Messgröße erfasst wird, dass das Schmiersystem im Betrieb des Kolbenkompressors von der Schmiersystem-Steuerungseinheit zumindest einmal in einem vorgegebenen Kalibrierbetriebsmodus betrieben wird, wobei anhand der während der Durchführung des Kalibrierbetriebsmodus erfassten Schmierfilm-Messgröße ein Schmierfilmzustandswert ermittelt wird und dass die Schmiersystem-Steuerungseinheit nach Beendigung des Kalibrierbetriebsmodus im Betrieb des Kolbenkompressors die einzubringende Schmiermittelmenge in Abhängigkeit des ermittelten Schmierfilmzustandswerts steuert.
  • Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt
    • Fig.1 einen Schnitt durch einen Zylinder eines Kolbenkompressors,
    • Fig.2 ein Diagramm mit einer erfassten Schmierfilm-Messgröße über dem Kurbelwinkel,
    • Fig.3a ein Diagramm mit einem zeitlichen Verlauf der erfassten Schmierfilm-Messgröße über den Kompressorumdrehungen des Kolbenkompressors,
    • Fig.3b ein Diagramm mit einer prozentualen Schmiermittelmenge über den Kompressorumdrehungen des Kolbenkompressors,
    • Fig.4 ein Diagramm mit einer erfassten Schmierfilm-Messgröße aufgetragen über dem Kurbelwinkel des Kolbenkompressors.
  • In Fig.1 ist eine vereinfachte Schnittdarstellung durch einen Zylinder 2 eines Kolbenkompressors 1 dargestellt. Im Zylinder 2 ist in bekannter Weise ein Kolben 3 angeordnet, der im Zylinder zwischen einem oberen Totpunkt OT und einem unteren Totpunkt UT hin- und her bewegbar ist. Der Kolben 3 kann in bekannter Weise von einer (nicht dargestellten) Kurbelwelle über eine (nicht dargestellte) Schubstange, einen (nicht dargestellten) Kreuzkopf und eine Kolbenstange 4 angetrieben werden. Natürlich wären aber auch andere Bauformen des Kolbenkompressors 1 möglich, beispielsweise ein direkter Antrieb des Kolbens 3 durch eine Schubstange ohne Kreuzkopf und Kolbenstange 4. Im dargestellten Beispiel ist im Zylinder 2 eine Zylinderlaufbuchse 5, ein sogenannter Liner, angeordnet, an dessen Innenumfangsfläche eine Zylinderlauffläche für den Kolben 3 ausgebildet ist.
  • Grundsätzlich ist aber auch eine Ausführung ohne Zylinderlaufbuchse 5 möglich, bei der die Zylinderlauffläche direkt an der Innenumfangsfläche des Zylinders 2 vorgesehen ist. Ein Kolbenkompressor 1 kann natürlich mehrere Zylinder 2 aufweisen, in denen jeweils ein Kolben 3 hin- und her bewegbar ist, wobei die mehreren Kolben 3 von einer gemeinsamen Kurbelwelle angetrieben werden können. Am Kolben 3 können ein oder mehrere Kolbenringe 6 vorgesehen sein, die in geeigneten Umfangsnuten an der Umfangsfläche des Kolbens 3 angeordnet sind. Unter einem Kolbenring 6 sind im Rahmen der Erfindung allgemein Kolbenringe mit verschiedenen Funktionen zu verstehen. Beispielsweise kann ein Kolbenring 6 als Dichtring, als Tragring oder als Abstreifring ausgeführt sein. Ein Dichtring ist beispielsweise dazu ausgebildet, um gegen einen Differenzdruck abzudichten, während ein Tragring üblicherweise keine Dichtwirkung entfaltet und dazu ausgebildet ist, die Last des Kolbens 3 an der Zylinderlaufbuchse abzustützen. Ein Abstreifring wiederum ist dazu ausgebildet, den Schmierfilm von der Zylinderlauffläche abzustreifen.
  • Natürlich müssen nicht alle Bauformen an einem Kolben 3 vorgesehen sein, sondern es könnte beispielsweise auch nur ein Kolbenring 6 vorgesehen sein, beispielsweise in Form eines Dichtrings. Im dargestellten Beispiel sind drei Kolbenringe 6a, 6b, 6c vorgesehen, wobei der erste und dritte Kolbenring 6a, 6c als Dichtringe ausgebildet sind und der zweite Kolbenring 6b als Tragring ausgebildet ist. Es könnten aber auch mehr oder weniger Kolbenringe 6 vorgesehen sein, z.B. auch ein Ölabstreifring. Dabei ist ersichtlich, dass der Tragring 6b im Vergleich zu den Dichtringen 6a, 6c eine größere Breite (in axialer Richtung) aufweist, was in der Regel der Fall ist. Zudem ist die Nut im Kolben 3, in der der Tragring 6b angeordnet ist, derart ausgeführt, dass der Tragring 6b direkt am Nutgrund aufliegt. Der Tragring 6b ist dadurch im Gegensatz zu den Dichtringen 6a, 6c im in radialer Richtung Wesentlichen unbeweglich, um die Last des Kolbens 3 besser abstützen zu können. Die Dichtringe 6a, 6c sind in den jeweiligen Nuten hingegen radial beweglich, um eine bessere Abdichtung erzeugen zu können. Allgemein kann ein Kolbenring 6 in radialer Richtung natürlich auch einen gewissen Überstand über den Kolben 3 aufweisen, was der Einfachheit halber in Fig.1 nicht dargestellt ist.
  • Im Zylinder 2 ist in bekannter Weise ein vom Kolben 3 begrenzter Kompressionsraum 7 ausgebildet, an dem ein Saugventil 8 und ein Druckventil 9 angeordnet sind. Während eines Expansionshubs wird der Kolben 3 vom oberen Totpunkt OT zum unteren Totpunkt UT bewegt und während eines Kompressionshubs wird der Kolben 3 vom unteren Totpunkt UT zum oberen Totpunkt OT bewegt. Während des Expansionshubs kann über das Saugventil 8 ein zu komprimierendes gasförmiges Medium, beispielsweise Luft oder ein Prozessgas in den Kompressionsraum 7 angesaugt werden. Während des Kompressionshubs wird das Medium im Kompressionsraum 7 verdichtet und über das Druckventil 9 vom Kompressionsraum 7 abgeführt. Das Saugventil 8 und das Druckventil 9 sind in Fig.1 lediglich als schematische Schaltzeichen angedeutet und können verschieden ausgebildet sein.
  • Es können auch mehrere Saugventile 8 und Druckventile 9 am Zylinder vorgesehen sein. Das Saugventil 8 und das Druckventil 9 müssen auch nicht zwingend an der Stirnseite des Zylinders 2 angeordnet sein, sondern könnten beispielsweise auch an der Umfangsfläche des Zylinders 2 im Kompressionsraum 7 vorgesehen sein. Beispielsweise können das Saugventil 8 und das Druckventil 9 als bekannte selbsttätige Ringventile ausgebildet sein, wobei ggf. auch ein Abhebegreifer zum Offenhalten der Ventile vorgesehen sein kann. Der Abhebegreifer kann von einer geeigneten Kompressor-Steuerungseinheit 10 zur Kapazitätsregelung des Kompressors 1 angesteuert werden kann.
  • Der Kolbenkompressor 1 verfügt weiters über ein Schmiersystem zur Schmierung des zumindest einen Zylinders 2. Das Schmiersystem weist dazu je Zylinder 2 zumindest eine Schmierstelle 12 zum Einbringen eines Schmiermittels in den Zylinder 2 auf. Das Schmiermittel bildet im Zylinder 2 einen Schmierfilm 11 aus, um die Reibung zwischen den relativ zueinander bewegten Bauteilen zu minimieren, insbesondere zwischen Kolben 3 bzw. Kolbenringen 6 und Zylinderlauffläche. Um eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Schmiermittels im Zylinder 2 zu ermöglichen, können natürlich auch mehrere Schmierstellen 12 vorgesehen sein, die beispielsweise in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung beabstandet am Zylinder 2 verteilt angeordnet sein können, wie in Fig.1 durch die Schmierstellen 12a, 12b angedeutet ist. Je nach konstruktiver Ausführung eines Kolbenrings 6 kann es vorteilhaft sein, wenn die Schmiermitteleinbringung über die Schmierstelle 12 im Kompressionshub und/oder im Expansionshub erfolgt, beispielsweise bevor der jeweilige Kolbenring 6 die Schmierstelle 12 erreicht, während sich der Kolbenring 6 im Bereich der Schmierstelle 12 befindet oder ggf. auch nachdem der jeweilige Kolbenring 6 die Schmierstelle 12 passiert hat. Der Zeitpunkt der Einbringung hängt im Wesentlichen vom verwendeten Schmiersystem ab.
  • Im Stand der Technik sind verschiedene Schmiersysteme bekannt, darunter die sogenannten "Dividerblock"-Systeme, "Pump-to-Point"-Systeme und "Common Rail"-Systeme. Bei einem "Dividerblock"-System sind eine zentrale Fördereinheit zur Förderung des Schmiermittels und ein sogenannter "Dividerblock" zur Verteilung des Schmiermittels auf die Schmierstellen 12 der Zylinder 2 vorgesehen. Die von der zentralen Fördereinheit geförderte Schmiermittelmenge wird einem sogenannten "Dividerblock" zugeführt, in diesem aufgeteilt und zu den einzelnen Schmierstellen 12 gefördert. Die Einbringung des Schmiermittels in den Zylinder 2 erfolgt dabei in der Regel intermittierend über einzelne Injektionen. Die Steuerung der Schmiermittelmenge des einzubringenden Schmiermittels erfolgt hierbei durch eine entsprechende Steuerung der zentralen Fördereinheit. Wenn die zentrale Fördereinheit beispielsweise als Kolbenpumpe ausgebildet ist, kann die Fördermenge über die Drehzahl und/oder ggf. über den Kolbenhub gesteuert werden. Eine Veränderung der Schmiermittelmenge im Betrieb des Kompressors 1 kann dabei z.B. über eine Änderung der Frequenz der intermittierenden Einzel-Injektionen des Schmiermittels erfolgen, beispielsweise durch Veränderung der Pumpendrehzahl. Aufgrund der zentralen Fördereinheit kann eine Änderung der Schmiermittelmenge allerdings nur in einem gleichbleibenden Verhältnis für alle verfügbaren Schmierpunkte 12 erfolgen. Unterschiedliche Schmiermittelmengen für verschiedene Schmierstellen 12 oder verschiedene Zylinder 2 sind hierbei in der Regel nicht möglich.
  • Bei einem "Pump-to-Point"-System ist jeder Schmierstelle 12 oder jedem Zylinder 2 eine eigene Fördereinheit zugeordnet, z.B. eine Kolbenpumpe. Abhängig von der konstruktiven Ausführung der Fördereinheit, beispielsweise des Hubs bzw. Hubraums der Kolbenpumpe, wird eine entsprechende Schmiermittelmenge zur zugeordneten Schmierstelle 12 gefördert, in der Regel wiederum intermittierend übereinzelne Injektionen. In der Regel werden die Fördereinheiten, insbesondere die Kolbenpumpen über eine gemeinsame Nockenwelle angetrieben. Eine Veränderung der Schmiermittelmenge im Betrieb des Kompressors 1 kann beispielsweise über eine Änderung der Frequenz der Einzel-Injektionen des Schmiermittels durch eine Anpassung der Drehzahl der Nockenwelle erfolgen. Eine Änderung der Schmiermittelmenge erfolgt auch hierbei in der Regel nur in einem gleichbleibenden Verhältnis für alle Schmierpunkte 12. Bei manchen "Pump-to-Point"-Systemen können die Fördermengen aber auch voneinander getrennt verändert werden, beispielsweise durch einen einstellbaren Hub der Kolbenpumpen. Dadurch kann die Schmiermittelmenge an jedem Schmierpunkt 12 oder für jeden Zylinder 2 individuell angepasst werden. Zur Veränderung der Schmiermittelmenge können beispielsweise geeignete Verstelleinrichtungen an den Fördereinheiten vorgesehen sein. Die Verstelleinrichtung kann beispielsweise zur manuellen Verstellung des Hubs einer Kolbenpumpe ausgebildet sein oder es kann ein geeigneter Aktuator zur Verstellung des Hubs vorgesehen sein, sodass die eingebrachte Schmiermittelmenge je Injektion veränderbar ist.
  • Daneben gibt es auch sogenannte "Common-Rail"-Systeme, bei welchen das Schmiermittel durch eine Hochdruckpumpe in einen Druckspeicher gefördert wird und vom Druckspeicher mittels elektrisch ansteuerbarer Injektoren über Druckleitungen jeder Schmierstelle 12 oder jedem Zylinder 2 individuell zugeführt werden kann. Solche Systeme bieten im Vergleich zu den zuvor genannten Systemen den höchsten Freiheitsgrad bei der Steuerung der Schmiermitteleinbringung. Insbesondere kann die Schmiermittelmenge nicht nur durch eine Veränderung der Frequenz der intermittierenden Injektion verändert werden, sondern es kann auch die pro Injektion eingebrachte Schmiermittelmenge sehr präzise und variabel gesteuert werden. Zudem kann der Zeitpunkt der Einbringung an jedem Schmierpunkt 12 oder an jedem Zylinder 2 individuell und im Wesentlichen unabhängig vom Betrieb Hochdruckpumpe angepasst werden (solange ausreichend Druck im Druckspeicher vorhanden ist). Dadurch ist es beispielsweise möglich, dass bei einem Kolbenkompressor 1, dessen Kolben 3 mehrere Kolbenringe 6 aufweisen, innerhalb eines Kolbenhubs eine Mehrfach-Injektion durchgeführt werden kann, sodass jedem Kolbenring 6 gezielt eine bestimmte Schmiermittelmenge zugeführt werden kann.
  • Bei allen Schmiersystemen erfolgt die Steuerung der Schmiermitteleinbringung, beispielsweise Zeitpunkt einer Injektion und/oder Schmiermittelmenge je Injektion und/oder die Frequenz der Injektionen, üblicherweise über eine geeignete Schmiersystem-Steuerungseinheit 14. Die Schmiersystem-Steuerungseinheit 14 kann als separate Hard- und/oder Software ausgebildet sein oder kann beispielsweise auch in einer übergeordneten Steuerungseinheit wie der Kompressor-Steuerungseinheit 10 integriert sein kann. In Fig.1 ist lediglich beispielhaft ein "Common-Rail"-System dargestellt, wobei je Schmierstelle 12 ein elektrisch ansteuerbarer Injektor 13 vorgesehen ist, der beispielsweise als elektromagnetischer Injektor oder als Piezo-Injektor ausgebildet sein kann. Die Injektoren sind über eine geeignete Kommunikationsverbindung mit einer zentralen Schmiersystem-Steuerungseinheit 14 verbunden, beispielsweise über elektrische Leitungen. Wie oben erwähnt, sind auch ein Druckspeicher und eine Hochdruckpumpe vorgesehen, die jedoch der Einfachheit halber in Fig.1 nicht dargestellt sind. Die Hochdruckpumpe wird vorzugsweise ebenfalls von der Schmiersystem-Steuerungseinheit 14 gesteuert. Die Schmiersystem-Steuerungseinheit 14 kann beispielsweise mit einer Kompressor-Steuerungseinheit 10 kommunizieren, um für die Steuerung des Schmiersystems relevante Betriebsparameter BP des Kolbenkompressors 1 zu erhalten. Solche Betriebsparameter BP können beispielsweise aktuelle Daten über den Betriebszustand des Kompressors 1 enthalten, beispielsweise ein Lastsignal L, ein Drehzahlsignal N, ein Kurbelwinkelsignal °KW, Schmiermitteltemperatur T usw. Die Schmiersystem-Steuerungseinheit 14 kann die Betriebsparameter BP bei der Steuerung des Schmiersystems berücksichtigen.
  • Wie eingangs erwähnt wurde, erfolgte die Steuerung der Schmiermittelmenge bisher in der Regel auf Basis von Herstellerangaben, was oftmals zu einer Überschmierung, also zur Einbringung einer zu großen Schmiermittelmenge als notwendig, führte. Um dies zu vermeiden ist gemäß der gegenständlichen Erfindung eine automatische Kalibrierung des Schmiersystems vorgesehen, wodurch die Schmiermittelmenge an den tatsächlichen Bedarf angepasst werden kann. Dazu ist im Schmiersystem zumindest ein Schmiermittelsensor 15 zur Erfassung einer für eine Schmierfilmdicke des Schmierfilms 11 an der Zylinderlauffläche des Zylinders 2 repräsentativen Schmierfilm-Messgröße S vorgesehen. Die Schmierfilm-Messgröße S ist im Wesentlichen ein Maß für die Schmierfilmdicke des Schmierfilms 11 an der Zylinderlauffläche in einem Sensorbereich des Schmiermittelsensors 15. Der Schmiermittelsensor 15 ist über eine geeignete Kommunikationsverbindung mit der Schmiermittel-Steuerungseinheit 14 verbunden, um das Schmierfilm-Messgröße S an die Schmiermittel-Steuerungseinheit 14 zu übermitteln, beispielsweise über geeignete elektrische Messleitungen. Als Schmiermittelsensor 15 ist vorzugsweise ein akustischer Sensor, insbesondere ein Ultraschallsensor, vorgesehen. Der Schmiermittelsensor 15 kann beispielsweise an einer geeigneten Stelle an der Außenseite des Zylinders 2 angeordnet sein.
  • Vorzugsweise ist der Schmiermittelsensor 15 in axialer Richtung so angeordnet, dass sich je Kolbenhub jeder Kolbenring 6 des Kolbens 3 einmal im Sensorbereich des Schmiermittelsensors 15 befindet, sodass eine Schmierfilmdicke im Bereich jedes Kolbenrings 6 erfasst werden kann. Analog wie bei den mehreren Schmierstellen 12 können auch mehrere Schmiermittelsensoren 15 in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung voneinander beabstandet am Zylinder 2 angeordnet sein. Das kann insbesondere bei Großkompressoren vorteilhaft sein, um einen hinreichend großen Bereich der Zylinderlauffläche des Zylinders 2 abzudecken. Die zeitliche Auflösung des Schmiermittelsensors 15, insbesondere des Ultraschallsensors, zur Erfassung der Schmierfilm-Messgröße S kann beispielsweise 0,01° bis 5° Kurbelwinkel betragen.
  • Die Schmiersystem-Steuerungseinheit 14 ist gemäß der Erfindung dazu ausgebildet, das Schmiersystem im Betrieb des Kolbenkompressors 1 zumindest einmal in einem vorgegebenen Kalibrierbetriebsmodus zu betreiben und anhand der während der Durchführung des Kalibrierbetriebsmodus erfassten Schmierfilm-Messgröße S einen Schmierfilmzustandswert SZ zu ermitteln. Nach Beendigung des Kalibrierbetriebsmodus, also während des Normalbetriebs des Schmiersystems im Betrieb des Kolbenkompressors 1, steuert die Schmiersystem-Steuerungseinheit 14 die einzubringende Schmiermittelmenge in Abhängigkeit des ermittelten Schmierfilmzustandswerts SZ.
  • Wie erwähnt, ist das Schmiersystem vorzugsweise zur intermittierenden Einbringung des Schmiermittels ausgebildet, vorzugsweise als Pump-to-point System, als Divider-Block-System oder als Common-Rail-System. Die Schmiersystem-Steuerungseinheit 14 kann die Schmiermittelmenge in Abhängigkeit des ermittelten Schmierfilmzustandswerts SZ beispielsweise durch eine Änderung der Frequenz der intermittierenden Einbringung des Schmiermittels anpassen und dadurch die Schmiermittelmenge gegenüber der Herstellervorgabe reduzieren. Bei entsprechender Ausführung des Schmiersystems, z.B. bei einem Common-Rail-System, kann die in den Zylinder 2 eingebrachte (Gesamt-)Schmiermittelmenge ggf. aber zusätzlich oder alternativ zur Frequenzänderung auch durch eine Änderung der Schmiermittelmenge je Injektion des Injektors 13 verändert werden. Bei Pump-to-Point oder Dividerblock-Systemen kann eine Änderung der Frequenz wie erwähnt z.B. durch eine Erhöhung der Drehzahl der Förderpumpe/n des jeweiligen Schmiersystems erreicht werden.
  • Vorzugsweise wird zur Ermittlung des Schmierfilmzustandswerts SZ ein Sensorwert Pi der Schmierfilm-Messgröße S verwendet, der während eines Kolbenhubs des Kolbens 3 zu einem Zeitpunkt erfasst wird, zu dem sich ein Kolbenring 6 des Kolbens 3 im Sensorbereich des Schmiermittelsensors 15 befindet. Vorzugsweise wird dabei jeweils der Minimalwert der Schmierfilm-Messgröße S verwendet, wie in Fig.2 dargestellt ist. In Fig.2 ist ein beispielhafter Verlauf der erfassten Schmierfilm-Messgröße S eines Schmiermittelsensors 15 über dem Kurbelwinkel °KW zwischen dem oberen Totpunkt OT und dem unteren Totpunkt UT des Kolbens 3 im Normalbetrieb des Kolbenkompressors 1 (und des Schmiersystems) dargestellt. Der Kolben 3 entspricht dabei der Ausführung gemäß Fig.1 und weist entsprechend drei Kolbenringe 6a, 6b, 6c auf. Natürlich könnten aber auch mehr oder weniger Kolbenringe 6 vorgesehen sein. Die dargestellte Kurve entspricht dem Messsignal des Schmiermittelsensors 15 über dem Kurbelwinkel. Wie in Fig.2 ersichtlich ist, ergibt sich für in Abhängigkeit der Anzahl i von Kolbenringen 6i ein charakteristischer zeitlicher Verlauf der Schmierfilm-Messgröße S, der als Maß für die Schmierfilmdicke des Schmierfilms 11 an der Zylinderlauffläche des Zylinders 2 herangezogen werden kann.
  • Die Kurve weist dabei je Kolbenring 6i ein lokales Minimum auf, das proportional der Schmierfilmdicke des Schmierfilms 11 an der Zylinderlauffläche ist, wenn sich der jeweilige Kolbenring 6i im Sensorbereich des Schmiermittelsensors 15 befindet. Im dargestellten Beispiel sind das die Minimalwerte Pa, Pb, Pc, die im Rahmen der Erfindung nachfolgend allgemein als PEAK-Werte Pi bezeichnet werden. Die Zuordnung der PEAK-Werte Pa, Pb, Pc zu dem jeweiligen Kolbenring 6a, 6b, 6c ergibt sich entsprechend deren Anordnung am Kolben 3. Diese PEAK-Werte Pa, Pb, Pc (allgemin Pi) können nun gemäß der Erfindung in einem Kalibrierbetriebsmodus des Schmiersystems zur Ermittlung des Schmierfilmzustandswerts SZ herangezogen werden, wie nachfolgend anhand von Fig.3a+3b erläutert wird.
  • Grundsätzlich könnten im Schmiersystem aber natürlich auch mehr als ein Schmiermittelsensor 15 vorgesehen sein, um eine redundante Erfassung der Schmierfilm-Messgröße S zu ermöglichen. Die Schmiermittelsensoren 15 können beispielsweise in Umfangsrichtung am Zylinder 2 in einem bestimmten Winkel beabstandet angeordnet sein und/oder können in axialer Richtung beabstandet am Zylinder 2 angeordnet sein. Vorzugsweise ist natürlich wiederum jeder Schmiermittelsensor 15 so angeordnet, dass sich alle verfügbaren Kolbenringe 6i des Kolbens 3 während eines Kolbenhubs einmal im Sensorbereich des jeweiligen Schmiermittelsensors 15 befinden. Zwei Schmiermittelsensoren 15 mit unterschiedlichen Positionen in Umfangsrichtung und gleichen axialen Positionen am Zylinder 2 würden beispielsweise qualitativ gleiche Verläufe der Schmierfilm-Messgröße S ergeben, die sich wegen der örtlich unterschiedlichen Schmierfilmdicke des Schmierfilms 11 allerdings quantitativ unterscheiden können. Die PEAK-Werte Pi würden allerdings an der gleichen Kurbelwinkelposition liegen. Hingegen würden zwei Schmiermittelsensoren 15 mit unterschiedlichen Positionen in axialer Richtung und gleichen Positionen in Umfangsrichtung beispielsweise qualitativ und quantitativ unterschiedliche Verläufe der Schmierfilm-Messgröße S ergeben. Die PEAK-Werte Pi würden hierbei an verschiedenen Kurbelwinkelpositionen liegen. Die nachfolgend noch näher erläuterte vorteilhafte differenzielle Auswertungsmethodik der PEAK-Wert-Verläufe würde die unterschiedlichen Absolutwerte der PEAK-Werte Pi jedoch wieder kompensieren.
  • Die PEAK-Werte Pi können beispielsweise einmal in jeder Kurbelwellenumdrehung oder einem in jedem Kolbenhub erfasst und in der Schmiersystem-Steuerungseinheit 14 gespeichert werden. Grundsätzlich kann es aber auch ausreichend sein, wenn die PEAK-Werte Pi nicht ununterbrochen, also nicht für jede Kurbelwellenumdrehung oder jeden Kolbenhub erfasst und für die Auswertung des zeitlichen Verlaufs gespeichert werden, sondern dass die PEAK-Werte Pi beispielsweise unterbrochen erfasst werden, mit einer festgelegten Unterbrechungsdauer von einigen Kurbelwellenumdrehungen oder beispielsweise einer Zeit von 1 bis 60 Sekunden.
  • Anhand der Fig.3a und Fig.3b wird nachfolgend ein beispielhafter Kalibrierbetriebsmodus des Schmiersystems beschrieben. Dabei zeigt Fig.3b einen zeitlichen Verlauf der während des Kalibrierbetriebsmodus in den Zylinder 2 eingebrachten Schmiermittelmenge über den Kurbelwellenumdrehungen des Kompressors 1. In Fig.3a ist am Beispiel des ersten Kolbenrings 6a ein zeitlicher Verlauf der gespeicherten PEAK-Werte Pa über den Kurbelwellenumdrehungen des Kompressors 1 dargestellt, der sich aufgrund der eingebrachten Schmiermittelmenge gemäß Fig.3b ergibt. Eine Dauer des Kalibrierbetriebsmodus kann dabei beispielsweise mindestens zehn, vorzugsweise mindestens hundert, besonders bevorzugt mindestens tausend Kurbelwellenumdrehungen des Kolbenkompressors 1 betragen. Da die Kurbelwellenumdrehungen proportional der Zeit sind, kann grundsätzlich auf der Abszisse auch die Zeit aufgetragen sein.
  • Gemäß der Erfindung wird der Kalibrierbetriebsmodus im Betrieb des Kolbenkompressors 1 zumindest einmal durchgeführt beispielsweise nach einer Einlaufphase bei Erstinbetriebnahme oder nach einer Serviceaktivität am Kompressor 1. Die Einlaufphase entspricht typischerweise einer Betriebszeit von 12 bis 36 Stunden. Der Kalibrierbetriebsmodus kann aber natürlich auch mehrmals in einem festgelegten Zyklus wiederholt werden, um einen aktualisierten Schmierfilmzustandswert SZ zu ermitteln und die Schmiermittelmenge an den aktualisierten Schmierfilmgrenzwert SZ anzupassen. Dadurch können während des Betriebs auftretende unterschiedliche Verschleißzustände berücksichtigt werden, die in der Regel mit einem veränderten Schmiermittelbedarf einhergehen.
  • Im Kalibrierbetriebsmodus sind vorzugsweise zumindest zwei aufeinanderfolgende Zeitbereiche Zi mit unterschiedlichen Schmiermittelmengen Mi festgelegt und die Schmiersystem-Steuerungseinheit 14 ermittelt im zeitlichen Verlauf der während der zumindest zwei Zeitbereiche erfassten Schmierfilm-Messgröße S, insbesondere der PEAK-Werte Pi, einen Maximalwert Pi_max und einen Minimalwert Pi_min und ermittelt daraus den Schmierfilmzustandswert SZ (Fig.4), anhand dem die Schmiermittelmenge gesteuert wird. Vorzugsweise werden der Maximalwert Pi_max und der Minimalwert Pi_min sowie die zugehörigen Erfassungszeitpunkte ermittelt und (zumindest vorübergehend) abgespeichert. Die Speicherung kann allgemein z.B. in einer geeigneten Speichereinheit erfolgen, die z.B. in der Schmiersystem-Steuerungseinheit 14 oder in einer übergeordneten Kompressor-Steuerungseinheit 10 integriert sein kann. Die Zeitbereiche Zi und die in den Zeitbereichen Zi eingebrachten Schmiermittelmengen Mi werden so festgelegt, dass sich an der Zylinderlauffläche verschiedene Reibungs- und damit verbundene Verschleißzustände einstellen, von voll benetztem Schmierfilm über teilbenetzten Schmierfilm bis hin zu Trockenlauf. Die Schmiermittelmenge M ist dabei im Diagramm in Fig.3b auf der Ordinate in Prozent einer vom Kompressorhersteller vorgegebenen Schmiermittelmenge angegeben.
  • Im dargestellten Kalibrierbetriebsmodus sind lediglich beispielhaft ein erster Zeitbereich Z1 mit einer vorgegebenen Dauer und ein darauffolgender zweiter Zeitbereich Z2 mit einer vorgegebenen Dauer festgelegt. Die während des ersten Zeitbereichs Z1 eigebrachte Schmiermittelmenge M1 ist dabei vorzugsweise so festgelegt, dass sich ein vollständig benetzter Schmierfilm an der Zylinderlauffläche einstellt. Die während des zweiten Zeitbereichs Z2 eigebrachte Schmiermittelmenge M2 ist hingegen vorzugsweise so festgelegt, dass sich ein Trockenlauf an der Zylinderlauffläche einstellt. Beispielsweise kann die Dauer des ersten Zeitbereichs Z1 zumindest fünf Kurbelwellenumdrehungen betragen und die während des ersten Zeitbereichs Z1 eigebrachte Schmiermittelmenge M1 kann 90-200% einer vom Kompressorhersteller vorgegebenen Schmiermittelmenge betragen. Der Maximalwert Pa_max liegt dadurch in der Regel im ersten Zeitbereich Z1 und der Minimalwert Pa_min liegt in der Regel im zweiten Zeitbereich Z2. Am Übergang zwischen dem ersten Zeitbereich Z1 und dem zweiten Zeitbereich Z2 stellt sich ein charakteristischer Abfall im Verlauf der PEAK-Werte Pa ein, wie in Fig.3a ersichtlich ist.
  • Die Dauer des zweiten Zeitbereichs Z2 beträgt vorzugsweise ebenfalls zumindest fünf Kurbelwellenumdrehungen, kann aber natürlich auch deutlich länger sein, beispielsweise zehn, hundert oder tausend Kurbelwellenumdrehungen. Die während des zweiten Zeitbereichs Z2 eigebrachte Schmiermittelmenge M2 beträgt vorzugsweise 0% der vom Kompressorhersteller vorgegebenen Schmiermittelmenge, sodass kein Schmiermittel eingebracht wird. Am Ende des zweiten Zeitbereichs Z2 kann die Schmiermittelmenge M wieder angehoben werden, beispielsweise zunächst auf die auf die vom Kompressorhersteller vorgegebenen Schmiermittelmenge M3, wie durch den dritten Zeitbereich Z3 angedeutet ist. Grundsätzlich ist der Kalibrierbetriebsmodus nach dem zweiten Zeitbereich Z2 abgeschlossen und die Schmiersystem-Steuerungseinheit 14 kann ab diesem Zeitpunkt den während des Kalibrierbetriebsmodus ermittelten Schmierfilmzustandswert SZ (Fig.4) zur Steuerung der Schmiermittelmenge im Betrieb des Kolbenkompressors 1 verwenden.
  • In vorteilhafter Weise wird zunächst ein Differenzwert ΔPa zwischen dem ermittelten Maximalwert Pa_max und dem ermittelten Minimalwert Pa_min ermittelt, wie in Fig.3a eingezeichnet ist. Auf Basis des Maximalwerts Pa_max und des ermittelten Differenzwerts ΔPa kann nun einen Schmierfilmgrenzwert Pa_grenz ermittelt werden, der in vorteilhafter Weise als Schmierfilmzustandswert SZ zur Steuerung der Schmiermittelmenge verwendet werden kann, wie nachfolgend anhand von Fig.4 beschrieben wird. Der Grenzwert Pa_grenz kann beispielsweise gemäß dem folgenden Zusammenhang ermittelt werden: Pa_grenz = Pa_max-k ∗ΔPa, mit einem prozentualen Faktor K, der im Bereich von 10% bis 100% betragen kann. Wenn mehrere Schmiermittelsensoren 15 an einem Zylinder 2 vorgesehen sind, dann wird die Auswertung und Ermittlung des Schmierfilmzustandswerts SZ, insbesondere des Grenzwerts Pi_grenz, natürlich vorzugsweise für die Schmierfilm-Messgröße S jedes Schmiermittelsensors 15 durchgeführt. Es könnten aber beispielsweise auch Mittelwerte der Maximalwerte Pi_max und der Minimalwerte Pi_min mehrerer Schmiermittelsensoren 15 herangezogen werden, um daraus einen mittleren Grenzwert Pi_grenz zu berechnen. Gleichfalls könnte auch ein Mittelwert aus mehreren Grenzwerten Pi_grenz gebildet werden und darauf basierend die Schmiermittelmenge gesteuert werden.
  • In Fig.4 ist analog wie in Fig.2 ein Verlauf der erfassten Schmierfilm-Messgröße S über dem Kolbenhub zwischen einem oberen Totpunkt OT und einem unteren Totpunkt UT im Normalbetrieb des Kolbenkompressors 1 und insbesondere im Normalbetrieb des Schmiersystems (nach Beendigung bzw. außerhalb des Kalibrierbetriebsmodus) dargestellt. Zusätzlich sind in Fig.4 der zuvor im Kalibrierbetriebsmodus ermittelte Maximalwert Pa_max und Minimalwert Pa_min sowie der Schmierfilmgrenzwert Pa_grenz eingezeichnet. Die schraffierte Fläche zwischen dem Minimalwert Pa_min und dem Schmierfilmgrenzwert Pa_grenz symbolisiert einen Schmiersystem-Aktivierungsbereich 17. Wenn die Schmiersystem-Steuerungseinheit 14 erkennt, dass der PEAK-Wert Pa der erfassten Schmierfilm-Messgröße S im Schmiersystem-Aktivierungsbereich 17 liegt, der PEAK-Wert Pa also den Schmierfilmgrenzwert Pa_grenz erreicht oder unterschreitet, dann steuert die Schmiersystem-Steuerungseinheit 14 das Schmiersystem zur Einbringung des Schmiermittels an.
  • Das bedeutet, dass kein Schmiermittel über die Schmierstelle/n 12 in den Zylinder 2 eingebracht wird, solange der PEAK-Wert Pa der erfassten Schmierfilm-Messgröße S außerhalb des Schmiersystem-Aktivierungsbereichs 17 (also oberhalb des Grenzwerts Pa_grenz) liegt. Schmiermittel wird erst dann wieder zum Zylinder 2 zugeführt, wenn der PEAK-Wert Pa der erfassten Schmierfilm-Messgröße S hinreichend niedrig ist und im Schmiersystem-Aktivierungsbereichs 17 liegt (was ein Indikator für eine unzureichende Schmierfilmdicke des Schmierfilms 11 ist). Nachdem ein Injektionsvorgang des Schmiermittels durchgeführt wurde, wird der charakteristische Verlauf der Schmierfilm-Messgröße S (Fig.4) somit wieder flacher sein, sodass der PEAK-Wert Pa oberhalb des Grenzwerts liegt. Abhängig vom verwendeten Schmiermittel, der im Injektionsvorgang eingebrachten Schmiermittelmenge, sowie vom Betriebszustand und Verschleißzustand des Kolbenkompressors 1 usw. wird sich der charakteristische Verlauf der Schmierfilm-Messgröße S über die Kurbelwellenumdrehungen wieder ändern, sodass sich der PEAK-Wert Pa langsam wieder dem Schmiersystem-Aktivierungsbereich 17 annähert.
  • Sobald der PEAK-Wert Pa wieder in den Schmiersystem-Aktivierungsbereich 17 fällt, wird erneut ein Injektionsvorgang durch die Schmiersystem-Steuerungseinheit 14 ausgelöst usw. Die (Gesamt-)Schmiermittelmenge wird somit im Wesentlichen über eine Anpassung der Frequenz der einzelnen Injektionen gesteuert. Bei Common-Rail-Systemen könnte neben der Veränderung der Frequenz aber beispielsweise auch die je Injektion eingebrachte Schmiermittelmenge variiert werden. Bei Pump-to-Point und Dividerblock-Systemen hingegen ist die je Injektion eingebrachte Schmiermittelmenge im Wesentlichen von der konstruktiven Ausführung der Fördereinheit/en abhängig, z.B. vom Hubraum einer Kolbenpumpe) und ist in der Regel unveränderlich. Eine Anpassung der (Gesamt-)Schmiermittelmenge kann somit in der Regel nur über eine Anpassung der Frequenz der einzelnen Injektionen gesteuert werden, beispielsweise indem eine Drehzahl der Kolbenpumpe/n verändert wird.
  • Die Beschreibung anhand des ersten Kolbenrings 6a ist natürlich nur beispielhaft zu verstehen und der Kalibrierbetriebsmodus könnte natürlich auch separat für mehrere Kolbenringe 6i durchgeführt werden. Beispielsweise kann im Kalibrierbetriebsmodus der Verlauf der Schmierfilm-Messgröße S des Schmiermittelsensors 15 für jeden Kolbenring 6i entsprechend ausgewertet werden, um jeweils einen Schmierfilmzustandswert SZi je Kolbenring 6i zur Steuerung der Schmiermittelmenge zu ermitteln. Beispielsweise kann dabei jeweils ein Grenzwert Pi_grenz je Kolbenring 6i ermittelt werden, sodass für jeden Kolbenring 6i ein zugeordneter Schmiersystem-Aktivierungsbereich 17i ermittelt wird. Die Schmiersystem-Steuerungseinheit 14 kann dann während des Normalbetriebs des Kolbenkompressors 1 das Schmiersystem zur Einbringung von Schmiermittel ansteuern, sobald der jeweilige PEAK-Wert Pi in dem jeweils zugeordneten Schmiersystem-Aktivierungsbereich 17 liegt. Die Grenzwert Pi_grenz können sich dabei natürlich auch unterscheiden.
  • Wenn beispielsweise ein Kolbenring 6i einen höheren Schmiermittelbedarf hat als ein anderer Kolbenring 6i, dann kann es aber grundsätzlich auch ausreichend sein, wenn die erfindungsgemäße Kalibrierung nur für den Kolbenring 6i mit dem höheren Schmiermittelbedarf durchgeführt wird. Der Grenzwert Pi_grenz würde somit nur für einen Kolbenring 6i ermittelt werden und die Schmiersystem-Steuerungseinheit 14 würde das Schmiersystem entsprechend ansteuern, sobald der zugeordnete PEAK-Wert Pi im ermittelten Schmiersystem-Aktivierungsbereich 17i liegt. Sofern das Schmiersystem dazu geeignet ist (beispielsweise ein Common-Rail System), wird die Schmiermittel-Einbringung vorzugsweise zeitlich so gesteuert, dass das Schmiermittel genau dem Kolbenring 6i mit dem höchsten Schmiermittelbedarf zugeführt wird. Abhängig von der konstruktiven Ausgestaltung des Kolbenrings 6i erfolgt die Einbringung des Schmiermittels während des Kolbenhubs vorzugsweise vor dem Kolbenring 6i oder direkt auf den Kolbenring 6i. Der oder die Kolbenringe 6i mit dem geringeren Schmiermittelbedarf erhalten folglich automatisch eine ausreichend große Schmiermittelmenge. Wenn der Kolbenkompressor 1 mehrere Zylinder 2 aufweist, dann erfolgt die erfindungsgemäße Erfassung und Auswertung der Schmiermittelmenge vorzugsweise für jeden Zylinder 2 individuell durch Anordnung von zumindest einem Schmiermittelsensor 15 auf jedem Zylinder 2.
  • Weiters kann es vorteilhaft sein, wenn im Schmiersystem eine Schmiermittelmengen-Erfassungseinheit zur Erfassung einer, der Schmierstelle 12 zugeführten Schmiermittelmenge vorgesehen ist. Die Schmiermittelmengen-Erfassungseinheit kann beispielsweise ein geeigneter Durchflusssensor 16 sein, der in einer Zuleitung zu einer Schmierstelle 12 integriert ist, wie in Fig.1 angedeutet ist. Der Durchflusssensor 16 ist vorzugsweise mit der Schmiersystem-Steuerungseinheit 14 verbunden, um ein Messignal zu übermitteln, das proportional der Schmiermittelmenge ist. Als Schmiermittelmengen-Erfassungseinheit könnte aber beispielsweise auch ein Berechnungsmodell vorgesehen sein, das z.B. in der Schmiersystem-Steuerungseinheit 14 implementiert sein kann, und das die zur Schmierstelle 12 zugeführte Schmiermittelmenge anhand von verfügbaren Parametern des Schmiersystems berechnet, z.B. auf Basis eines Hubraums einer Kolbenpumpe und der Drehzahl der Pumpe usw.
  • Die Schmiersystem-Steuerungseinheit 14 kann somit die Schmiermittelsensor 15 erhaltene Schmierfilm-Messgröße S und die von der Schmiermittelmengen-Erfassungseinheit erhaltene Schmiermittelmenge vergleichen, um die beiden Werte auf Konsistenz zu überprüfen. Dadurch kann beispielsweise auf eine Fehlfunktion des Schmiermittelsensors 15 geschlossen werden, wenn eine gewissen Abweichung zwischen den beiden Werten festgestellt wird. Gleichfalls kann der Vergleich dazu verwendet werden, um eine Leckage im Schmiersystem zu detektieren. Eine Leckage kann beispielsweise dann vorliegen, wenn der Durchflusssensor 16 einen bestimmten erwarteten Wert ausgibt und die vom Schmiermittelsensor 15 erfasste Schmierfilm-Messgröße S keinen oder einen sehr geringen Wert annimmt. Dies kann z.B. bedeute, dass eine Leckage zwischen dem Durchflusssensor 16 und der Schmierstelle 12 vorliegt. Wenn beispielswiese eine unzulässig hohe Abweichung zwischen Mengenmessung und Schmierfilmdickenmessung (bzw. daraus abgeleiteten vergleichbaren Größen) festgestellt wird, kann dies z.B. als Indikator für einen kritischen Betriebszustand des Kolbenkompressors verwendet werden und es können ggf. bestimmte Aktionen eingeleitet werden, wie z.B. ein Alarmsignal oder ein Abschalten des Kompressors 1.

Claims (16)

  1. Schmiersystem für einen Kolbenkompressor (1), zum Einbringen eines Schmiermittels auf eine Zylinderlauffläche eines Zylinders (2) des Kolbenkompressors (1), in dem ein Kolben (3) hin- und her bewegbar ist, wobei eine Schmiersystem-Steuerungseinheit (14) zur Steuerung einer einzubringenden Schmiermittelmenge vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Schmiermittelsensor (15) zur Erfassung einer für eine Schmierfilmdicke eines Schmierfilms (11) an der Zylinderlauffläche des Zylinders (2) repräsentativen Schmierfilm-Messgröße (S) vorgesehen ist, dass die Schmiersystem-Steuerungseinheit (14) dazu ausgebildet ist, das Schmiersystem im Betrieb des Kolbenkompressors (1) zumindest einmal in einem vorgegebenen Kalibrierbetriebsmodus zu betreiben und anhand der während der Durchführung des Kalibrierbetriebsmodus erfassten Schmierfilm-Messgröße (S) einen Schmierfilmzustandswert (SZ) zu ermitteln und dass die Schmiersystem-Steuerungseinheit (14) dazu ausgebildet ist, nach Beendigung des Kalibrierbetriebsmodus im Betrieb des Kolbenkompressors (1) die einzubringende Schmiermittelmenge in Abhängigkeit des ermittelten Schmierfilmzustandswerts (SZ) zu steuern.
  2. Schmiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiermittelsensor (15) ein Ultraschallsensor ist, wobei eine zeitliche Auflösung des Schmiermittelsensors (15) vorzugsweise 0,01° bis 5° Kurbelwinkel beträgt und/oder dass die Schmiersystem-Steuerungseinheit (14) dazu ausgebildet ist, zur Ermittlung des Schmierfilmzustandswerts (SZ) einen Sensorwert (Pi) der Schmierfilm-Messgröße (S) zu verwenden, der während eines Kolbenhubs des Kolbens (3) zu einem Zeitpunkt erfasst wird, zu dem sich ein Kolbenring (6i) des Kolbens (3) im Sensorbereich des Schmiermittelsensors (15) befindet, vorzugsweise einen während des Kolbenhubs erfassten Minimalwert der Schmierfilm-Messgröße (S).
  3. Schmiersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiersystem zur intermittierenden Einbringung des Schmiermittels in den Zylinder (2) ausgebildet ist, vorzugsweise als Pump-to-point System, als Divider-Block-System oder als Common-Rail-System, und dass die Schmiersystem-Steuerungseinheit (14) dazu ausgebildet ist, die Schmiermittelmenge durch eine Änderung einer Frequenz und/oder einer Injektionsmenge jeweils einer Injektion der intermittierenden Einbringung des Schmiermittels zu steuern.
  4. Schmiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiersystem-Steuerungseinheit (14) dazu ausgebildet ist, den Kalibrierbetriebsmodus in einem festgelegten Zyklus zu wiederholen, um den Schmierfilmzustandswert (SZ) zu aktualisieren und die Schmiermittelmenge an den aktualisierten Schmierfilmzustandswert (SZ) anzupassen und/oder dass eine Dauer des Kalibrierbetriebsmodus mindestens zehn, vorzugsweise mindestens hundert, besonders bevorzugt mindestens tausend Kurbelwellenumdrehungen des Kolbenkompressors (1) oder eine äquivalente Zeit beträgt.
  5. Schmiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Kalibrierbetriebsmodus zumindest zwei aufeinanderfolgende Zeitbereiche (Zi) mit unterschiedlichen Schmiermittelmengen (Mi) festgelegt sind und dass die Schmiersystem-Steuerungseinheit (14) dazu ausgebildet ist, in einem zeitlichen Verlauf der während der zumindest zwei Zeitbereiche (Zi) erfassten Schmierfilm-Messgröße (S) einen Maximalwert (Pa_max) und einen Minimalwert (Pa_min) zu ermitteln und daraus den Schmierfilmzustandswert (SZ) zur Steuerung der Schmiermittelmenge zu ermitteln.
  6. Schmiersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Zeitbereich (Z1) mit einer vorgegebenen Dauer und ein darauffolgender zweiter Zeitbereich (Z2) mit einer vorgegebenen Dauer festgelegt sind und dass die während des ersten Zeitbereichs (Z1) eigebrachte Schmiermittelmenge (M1) so festgelegt ist, dass sich ein vollständig benetzter Schmierfilm an der Zylinderlauffläche einstellt und die während des zweiten Zeitbereichs (Z2) eigebrachte Schmiermittelmenge (M2) so festgelegt ist, dass sich ein Trockenlauf an der Zylinderlauffläche einstellt, wobei die Dauer des ersten Zeitbereichs (Z1) vorzugsweise zumindest fünf Kurbelwellenumdrehungen beträgt und die während des ersten Zeitbereichs eigebrachte Schmiermittelmenge (M1) 90-200% einer vom Kompressorhersteller vorgegebenen Schmiermittelmenge beträgt und die Dauer des zweiten Zeitbereichs (Z2) vorzugsweise zumindest fünf Kurbelwellenumdrehungen beträgt und die während des zweiten Zeitbereichs (Z2) eigebrachte Schmiermittelmenge (M2) 0% der vom Kompressorhersteller vorgegebenen Schmiermittelmenge beträgt.
  7. Schmiersystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiersystem-Steuerungseinheit (14) dazu ausgebildet ist, einen Differenzwert (ΔPa) zwischen dem ermittelten Maximalwert (Pa_max) und dem ermittelten Minimalwert (Pa_min) zu ermitteln, aus dem Maximalwert (Pa_max) und dem ermittelten Differenzwert (ΔPa) einen Schmierfilmgrenzwert (Pa_grenz) zu ermitteln und den Schmierfilmgrenzwert (Pa_grenz) als Schmierfilmzustandswert (SZ) zu verwenden und dass die Schmiersystem-Steuerungseinheit dazu ausgebildet ist, im Betrieb des Kolbenkompressors (1) nach Beendigung des Kalibrierbetriebsmodus das Schmiersystem zur Einbringung des Schmiermittels anzusteuern, wenn die Schmierfilm-Messgröße (S) in einem zwischen dem Minimalwert (Pa_min) und dem Schmierfilmgrenzwert (Pa_grenz) liegenden Schmiersystem-Aktivierungsbereich (17) liegt.
  8. Schmiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Schmiersystem eine Schmiermittelmengen-Erfassungseinheit (16) zur Erfassung einer, der Schmierstelle (12) zugeführten Schmiermittelmenge vorgesehen ist und dass die Schmiersystem-Steuerungseinheit (14) dazu ausgebildet ist, die vom Schmierfilmsensor (15) erhaltene Schmierfilm-Messgröße (S) und die von der Schmiermittelmengen-Erfassungseinheit erhaltene Schmiermittelmenge zu vergleichen, um die beiden Werte auf Konsistenz zu überprüfen und/oder um eine Leckage im Schmiersystem zu detektieren.
  9. Kolbenkompressor (1) mit einer Anzahl von Zylindern (2), in denen jeweils ein Kolben (3) hin- und her bewegbar ist und mit einem Schmiersystem zur Versorgung der Anzahl von Zylindern (2) mit einem Schmiermittel, wobei an der Anzahl von Zylindern (2) jeweils zumindest eine Schmierstelle (12) zum Einbringen des Schmiermittels auf eine Zylinderlauffläche des Zylinders (2) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.
  10. Kolbenkompressor (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem Zylinder (2) mehrere Schmierstellen (12) und/oder mehrere Schmiermittelsensoren (15) vorgesehen sind, wobei vorzugsweise mehrere Schmierstellen (12) und/oder Schmiermittelsensoren (15) in Umfangsrichtung des zumindest einen Zylinders (2) vorgesehen sind und/oder mehrere Schmierstellen (12) und/oder Schmiermittelsensoren (15) in axialer Richtung des zumindest einen Zylinders (2) vorgesehen sind.
  11. Verfahren zum Betreiben eines Kolbenkompressors (1) mit zumindest einem Zylinder (2), in dem ein Kolben (3) hin- und her bewegt wird, wobei mittels eines Schmiersystems einer Zylinderlauffläche des zumindest einen Zylinders (2) ein Schmiermittel zugeführt wird und wobei eine Schmiermittelmenge des zugeführten Schmiermittels von einer Schmiersystem-Steuerungseinheit (14) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels zumindest eines Schmiermittelsensors (15) eine für eine Schmierfilmdicke eines Schmierfilms (11) an der Zylinderlauffläche des Zylinders (2) repräsentative Schmierfilm-Messgröße (S) erfasst wird, dass das Schmiersystem im Betrieb des Kolbenkompressors (1) von der Schmiersystem-Steuerungseinheit (14) zumindest einmal in einem vorgegebenen Kalibrierbetriebsmodus betrieben wird, wobei anhand der während der Durchführung des Kalibrierbetriebsmodus erfassten Schmierfilm-Messgröße (S) ein Schmierfilmzustandswert (SZ) ermittelt wird und dass die Schmiersystem-Steuerungseinheit (14) nach Beendigung des Kalibrierbetriebsmodus im Betrieb des Kolbenkompressors (1) die einzubringende Schmiermittelmenge in Abhängigkeit des ermittelten Schmierfilmzustandswerts (SZ) steuert.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Schmiermittelsensor (15) ein Ultraschallsensor verwendet wird, wobei eine zeitliche Auflösung des Schmiermittelsensors vorzugsweise 0,01° bis 5° Kurbelwinkel beträgt und/oder dass zur Ermittlung des Schmierfilmzustandswerts (SZ) einen Sensorwert (Pi) der Schmierfilm-Messgröße (S) verwendet wird, der während eines Kolbenhubs des Kolbens (3) zu einem Zeitpunkt erfasst wird, zu dem sich ein Kolbenring (6) des Kolbens (3) im Bereich des Schmiermittelsensors (15) befindet, vorzugsweise ein während des Kolbenhubs erfasster Minimalwert der Schmierfilm-Messgröße (S).
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel intermittierend in den Zylinder (2) eingebracht wird und dass die Schmiersystem-Steuerungseinheit (14) die Schmiermittelmenge durch eine Änderung einer Frequenz und/oder einer Injektionsmenge jeweils einer Injektion der intermittierenden Einbringung des Schmiermittels steuert und/oder dass der Kalibrierbetriebsmodus in einem festgelegten Zyklus wiederholt wird, um den Schmierfilmzustandswert (SZ) zu aktualisieren und die Schmiermittelmenge an den aktualisierten Schmierfilmzustandswert (SZ) anzupassen und/oder dass der Kalibrierbetriebsmodus über mindestens zehn, vorzugsweise mindestens hundert, besonders bevorzugt mindestens tausend Kurbelwellenumdrehungen des Kolbenkompressors (1) oder eine äquivalente Zeit. durchgeführt wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Kalibrierbetriebsmodus in zumindest zwei aufeinanderfolgende Zeitbereichen (Zi) unterschiedliche Schmiermittelmengen (Mi) in den Zylinder (2) eingebracht werden und dass die Schmiersystem-Steuerungseinheit (14) in einem zeitlichen Verlauf der während der zumindest zwei Zeitbereiche (Zi) erfassten Schmierfilm-Messgröße (Mi) einen Maximalwert (Pa_max) und einen Minimalwert (Pa_min) ermittelt und daraus den Schmierfilmzustandswert (SZ) zur Steuerung der Schmiermittelmenge ermittelt.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Zeitbereich (Z1) mit einer vorgegebenen Dauer und ein darauffolgender zweiter Zeitbereich (Z2) mit einer vorgegebenen Dauer festgelegt werden und dass die während des ersten Zeitbereichs (Z1) eigebrachte Schmiermittelmenge (M1) so festgelegt wird, dass sich ein vollständig benetzter Schmierfilm an der Zylinderlauffläche einstellt und die während des zweiten Zeitbereichs (Z2) eigebrachte Schmiermittelmenge (M2) so festgelegt wird, dass sich ein Trockenlauf an der Zylinderlauffläche einstellt, wobei die Dauer des ersten Zeitbereichs (Z1) vorzugsweise zumindest fünf Kurbelwellenumdrehungen beträgt und die während des ersten Zeitbereichs (Z1) eigebrachte Schmiermittelmenge (M1) 90-200% einer vom Kompressorhersteller vorgegebenen Schmiermittelmenge beträgt und die Dauer des zweiten Zeitbereichs (Z2) vorzugsweise zumindest fünf Kurbelwellenumdrehungen beträgt und die während des zweiten Zeitbereichs eigebrachte Schmiermittelmenge (M2) 0% der vom Kompressorhersteller vorgegebenen Schmiermittelmenge.
  16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Differenzwert (ΔPa) zwischen dem ermittelten Maximalwert (Pa_max) und dem ermittelten Minimalwert (Pa_min) ermittelt wird, aus dem Maximalwert (Pa_max) und dem ermittelten Differenzwert (ΔPa) ein Schmierfilmgrenzwert (Pa_grenz) ermittelt wird und der Schmierfilmgrenzwert (Pa_grenz) als Schmierfilmzustandswert (SZ) verwendet wird und dass die Schmiersystem-Steuerungseinheit nach Beendigung des Kalibrierbetriebsmodus das Schmiersystem zur Einbringung von Schmiermittel ansteuert, wenn die Schmierfilm-Messgröße (S) in einem zwischen dem Minimalwert (Pa_min) und dem Schmierfilmgrenzwert (Pa_grenz) liegenden Schmiersystem-Aktivierungsbereich (17) liegt.
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