Verfahren zur Klopfregelung bei einem Kolbenverdichter

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Klopfregelung bei einem Kolbenverdichter gemäß Anspruch 1 und Anspruch 9 sowie einen Kolbenverdichter gemäß Anspruch 10.

Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl an Verfahren zur Verdichtung und Förderung von Fluiden bekannt, darunter auch Kolbenverdichter, mit deren Hilfe ein Fluid verdichtet und im verdichteten Zustand wieder ausgegeben werden kann. Bei einem derartigen Kolbenverdichter oszilliert ein Kolben in einem Zylinder zwischen einem ersten und einem zweiten Umkehrpunkt entlang der Zylinderachse, wobei der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Umkehrpunkt den Kolbenhub darstellt. Weiterhin ist ein Zylinderkopf an einem Ende des Zylinders angeordnet, wobei der erste Umkehrpunkt näher an dem Zylinderkopf liegt als der zweite Umkehrpunkt. Die Umkehrpunkte des Kolbens werden auch Totpunkte genannt.

Der Zylinderkopf weist für gewöhnlich ein Druckventil sowie ein Saugventil auf. Ein Zyklus oder eine Periode des Kolbenverdichters beginnt, wenn der Kolben am ersten Umkehrpunkt ist. Bewegt sich nun der Kolben im Zylinder in Richtung des zweiten Umkehrpunktes, wird zum einen das Druckventil geschlossen und durch das

Saugventil das zu komprimierende Fluid in den Kompressionsraum, der durch das Volumen zwischen Zylinderkopf und Kolben gegeben ist, eingesaugt. Bewegt sich der Kolben sodann vom zweiten Umkehrpunkt wieder in Richtung des ersten

Umkehrpunktes, schließt das Saugventil und das zuvor in den Kompressionsraum eingesaugte Fluid wird im Kompressionsraum komprimiert, wobei bei einem

voreinstellbaren Druck im Kompressionsraum das Druckventil öffnet und das komprimierte Fluid durch das Druckventil aus dem Kompressionsraum ausströmt, und zwar insbesondere so lange, bis der Kolben am ersten Umkehrpunkt angelangt ist und der Zyklus wieder von vorne beginnt.

Bei der Auslegung eines Kolbenverdichters sind die Abmessungen und Toleranzen nach Möglichkeit so zu wählen, dass ein Anschlagen des Kolbens an den Zylinderkopf vermieden wird. Dies geschieht vorrangig durch konstruktive Maßnahmen, die zumeist mit einer verminderten Förderleistung einhergehen.

Aufgrund der in Verdichtern vorkommenden Temperaturdifferenzen ist es

beispielsweise bei Kolbenverdichtern konstruktiv notwendig, Längentoleranzen vorzusehen, die mit einer Erhöhung des Totraums einhergehen. Als Totraum wird hier das Volumen bezeichnet, das vom Zylinderkopf und dem Kolben, wenn er am ersten Umkehrpunkt steht, eingeschlossen wird. Die durch den Totraum bedingte erhöhte Gasrückexpansion bedeutet dabei eine verminderte Förderleistung.

Bei jenen Verdichtern, die einen variablen Hub besitzen und somit keine fixen

Umkehrpunkte aufweisen, eröffnen sich weitere Probleme. Durch das Nichtbeachten einer Längentoleranz zwischen dem Umkehrpunkt und dem Zylinderkopf kann der Kolben, bedingt durch eine zu späte Änderung der Bewegungsrichtung, am

Zylinderkopf anstoßen.

Die technische Herausforderung bei Verdichtern besteht also insbesondere darin, die Geometrie und die verwendeten Werkstoffe so zu wählen, dass die zulässige

Flächenpressung im Falle eines Anschlagens des Kolbens auf den Zylinderkopf nicht überschritten wird. Häufig kann ein Überschreiten der zulässigen Flächenpressung, beispielsweise bedingt durch minimal schräges Aufsetzen des Kolbens am

Zylinderkopf, nicht vermieden werden. In diesem Falle kommt es zu einer plastischen Verformung der Bauteile. Häufig geht mit dieser Verformung ein stetiges Aufbördeln der stoßenden, oder angestoßenen Teile einher. Dies führt im Ernstfall zum Defekt einzelner oder mehrerer relevanter Bauteile und endet nicht selten mit einem Ausfall der Maschine.

Ein ständiges Anschlagen der Bauteile führt ferner zu einer erheblichen

Lärmbelastung. Problematisch ist diese Lärmbelastung vor allem für Anlagen, deren Aufstellung in der Nähe von Wohngebieten geplant ist. Hier herrschen besondere Vorgaben, die so mitunter nur durch eine separate Schallisolierung erreicht werden können.

Es sind Vorrichtungen und Verfahren bekannt, die sich zur Klopferkennung bei Brennkraftmaschinen eignen, so z.B. „Verfahren zur Klopferkennung bei Brennkraftmaschinen", EP 1184651 B1 , sowie EP 1208364 B1. Wobei als„Klopfen" bei einem Verbrennungsmotor gemeinhin das klopfende Geräusch bezeichnet wird, das z.B. durch vorzeitiges oder unvollständiges Verbrennen des Kraftstoffes im Motor- Zylinder resultiert. Ein Klopfgeräusch, welches durch das Anschlagen des Kolbens auf den Zylinderkopf entsteht, ist mit diesen, durch Zündungs- und Verbrennungsprozesse in Brennkraftmaschinen hervorgerufenen Geräuschen nicht gleichzusetzen.

Hiervon ausgehend liegt daher der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kolbenverdichter sowie ein Regelungsverfahren bereitzustellen, die im Hinblick auf die vorgenannte Problematik verbessert sind.

Dieses Problem wird durch ein Verfahren zur Klopfregelung in einem Kolbenverdichter nach Anspruch 1 und Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind u.a. in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass der Kolbenhub reduziert wird, wenn ein Klopfgeräusch durch ein Anschlagen des Kolbens auf den Zylinderkopf mittels eines am Kolbenverdichter angeordneten Körperschallsensors erfasst wird, oder dass der Kolbenhub vergrößert wird, wenn über einen vordefinierbaren Zeitraum kein

Klopfgeräusch erfasst wird.

Ein Erkennen des Anschlagens des Kolbens auf den Zylinderkopf, insbesondere in der Anlaufphase des Kolbenverdichters, bei der große Temperaturänderungen innerhalb kurzer Zeitabstände erfolgen, und eine anschließende Regelung ermöglicht mit Vorteil die Verringerung der Ausfallswahrscheinlichkeit des Verdichters, wodurch sich die Standzeit erhöht - bei gleichzeitigem geringeren Serviceaufwand. Für

positionsgeberlos betriebene Verdichter, wie es beispielsweise für Synchron- Linearmotor angetriebene Hubkolbenverdichter anzudenken ist, stellt eine solche Klopferkennung und Regelung eine zusätzlicher Sicherheitseinrichtung dar.

Weiterhin ermöglicht die aufgrund der Vermeidung von Klopfgeräuschen geringere Lärmemission die Aufstellung insbesondere von Wasserstofftankstellen in der Nähe von Wohngebieten. Weiterhin können bei einem Fehlen von Klopfgeräuschen weitere untypische Betriebsgeräusche besser erkannt werden und auf mögliche Anlagenfehler geschlossen werden. Durch das Unterbinden des ständigen Anschlagens der Verdichterbauteile kann nämlich die akustische Fehlerfindung infolge der

fernbleibenden Geräuschüberdeckung bedeutend verbessert werden.

Eine Reduzierung des Kolbenhubs wird gewöhnlich durch ein Verschieben des ersten und des zweiten Umkehrpunktes aufeinander zu erreicht, wobei die Umkehrpunkte insbesondere um den gleichen Längenbetrag aufeinander zu verschoben werden können. Entsprechend wird eine Vergrößerung des Kolbenhubs beispielsweise dadurch erreicht, dass der erste und der zweite Umkehrpunkt voneinander weg verschoben werden (insbesondere ebenfalls um den gleichen Längenbetrag). Bei dieser Form der Regelung wird also nur die Auslenkung des Kolbens in beide

Oszillationsrichtungen reduziert/vergrößert.

Es ist allerdings auch denkbar, dass eine„asymmetrische" Reduzierung/Verkleinerung des Kolbenhubs dadurch erreicht wird, dass nur der erste Umkehrpunkt in Richtung des zweiten Umkehrpunktes verschoben wird. Entsprechend ist es natürlich auch für eine Vergrößerung des Kolbenhubs denkbar, dass lediglich der erste Umkehrpunkt in Richtung des Zylinderkopfes verschoben wird und der zweite Umkehrpunkt unverändert gelassen wird. Hier wird die Auslenkung also nur entlang einer Richtung und zwar in Richtung des Zylinderkopfes verändert. Ebenfalls können die beiden Umkehrpunkte um unterschiedliche Beträge aufeinander zu oder voneinander weg verschoben werden.

Beispielsweise wird der Kolbenhub so geregelt, dass der Abstand des ersten

Umkehrpunktes vom Zylinderkopf einen Bruchteil des Kolbenhubs beträgt, insbesondere beträgt dieser Bruchteil weniger als ein Tausendstel oder weniger als ein Zweitausendstel.

In einer bevorzugten Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kolbenhub zumindest einmal um einen ersten Längenbetrag reduziert wird, wenn das

Klopfgeräusch erfasst wird, wobei insbesondere der Kolbenhub so oft um den ersten Längenbetrag reduziert wird, bis das Klopfgeräusch nicht mehr erfasst wird.

Dabei beträgt der erste Längenbetrag beispielsweise 0,5 mm.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenhub um einen zweiten Längenbetrag vergrößert wird, wenn der Kolbenhub zumindest einmal um den ersten Längenbetrag reduziert wurde, wobei der zweite Längenbetrag insbesondere kleiner ist als der erste Längenbetrag und wobei der Kolbenhub insbesondere so oft um den besagten zweiten Längenbetrag vergrößert wird, bis erneut ein Klopfgeräusch erfasst wird.

In einer weiteren bevorzugten Variante wird der Kolbenhub vergrößert, insbesondere um den zweiten Längenbetrag, wenn ein Klopfgeräusch über den vordefinierbaren Zeitraum nicht erfasst wird, wobei der zweite Längenbetrag insbesondere kleiner ist als der erste Längenbetrag, und wobei der Kolbenhub insbesondere so oft vergrößert wird bzw. um den besagten zweiten Längenbetrag vergrößert wird, bis wiederum ein Klopfgeräusch erfasst wird.

Der vordefinierbare Zeitraum beträgt beispielsweise 30-300 s und ist insbesondere von der Kolbenfrequenz und den zu erwartenden Temperaturänderungen des

Kolbenverdichters abhängig. Je niedriger die Kolbenfrequenz ist, desto länger kann der vordefinierbare Zeitraum sein. Der zweite Längenbetrag beträgt beispielsweise 20% des ersten Längenbetrags, also insbesondere 0,1mm.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung wird der Kolbenhub weiterhin zumindest einmal um einen dritten Längenbetrag reduziert, nachdem das Klopfgeräusch erneut erfasst wurde, wobei insbesondere der Kolbenhub so oft um einen dritten

Längenbetrag reduziert wird, bis das Klopfgeräusch nicht mehr erfasst wird.

Dabei ist zu berücksichtigen, dass diese Variante der Erfindung insbesondere auch ausgeführt werden kann, wenn zuvor der Kolbenhub um den zweiten Längenbetrag vergrößert wurde, auch wenn kein Klopfgeräusch erfasst wurde, weil ein Regeleingriff zum Beispiel durch den Ablauf des vordefinierbaren Zeitraums ausgeführt wurde.

Hierbei ist festzuhalten, dass der dritte Längenbetrag bevorzugt sowohl kleiner als der zweite Längenbetrag als auch kleiner als der erste Längenbetrag ist. Bevorzugt beträgt der dritte Längenbetrag 20% des ersten Längenbetrags, also insbesondere 0,1 mm.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der

Kolbenhub um einen vierten Längenbetrag vergrößert wird, wenn der Kolbenhub mindestens einmal um den dritten Längenbetrag reduziert wurde, wobei der vierte Längenbetrag insbesondere kleiner ist als der dritte Längenbetrag, und wobei der Kolbenhub insbesondere so oft um den besagten vierten Längenbetrag vergrößert wird, bis wiederum ein Klopfgeräusch erfasst wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kolbenhub nach dem Erfassen des besagten Klopfgeräuschs einmal um den vierten Längenbetrag reduziert wird. Der vierte Längenbetrag beträgt dabei beispielsweise 50% des dritten Längenbetrags, also insbesondere 0,05 mm.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung dauert das Reduzieren und/oder das Vergrößern des Kolbenhubs kürzer als die Periodendauer des oszillierenden Kolbens dauert.

Weiterhin wird das erfindungsgemäße Problem durch ein Verfahren mit den

Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.

Dabei steht insbesondere die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem bestehenden Kolbenverdichter im Vordergrund.

So ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße

Vorrichtung eine genauere Modellierung des Totraums zwischen Kolben und

Zylinderkopf. Dadurch kann z.B. bei einem bestehenden Kolbenverdichter unter Betriebsbedingungen der Abstand zwischen Kolben und Zylinderkopf immer weiter verkleinert werden, bis ein Klopfgeräusch wahrgenommen wird, indem der Totraum manuell verkleinert wird (also insbesondere nicht durch Änderung des Kolbenhubs). Dies geschieht beispielsweise durch das Beilegen von Anlaufscheiben. Das Klopfen zeigt an, dass der Hubweg zu klein ist, so dass die Anlaufscheibe durch eine minimal dünnere ersetzt werden muss. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis sich eine klopffreie Verdichtung einstellt. Unter Berücksichtigung aller Betriebspunkte, besteht nach der erfindungsgemäßen Anpassung durch die Anlaufscheiben kein Bedarf mehr an der Klopferkennung.

Weiterhin wird das erfindungsgemäße Problem durch einen Kolbenverdichter mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst, wobei der Kolbenverdichter insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Danach ist ein am Kolbenverdichter angeordneter Körperschallsensor vorgesehen, der dazu ausgebildet ist, Körperschall bzw. Klopfgeräusche zu erfassen, die durch

Anschlagen des Kolbens des Kolbenverdichters an den Zylinderkopf des

Kolbenverdichters erzeugt wurden, wobei der Körperschallsensor dazu ausgebildet ist, bei Erfassen solcher Klopfgeräusche ein Ausgangssignal zu erzeugen, wobei eine Regeleinheit vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, den Kolbenhub in Abhängigkeit des Ausgangssignals zu regeln, wobei insbesondere die Regeleinheit dazu ausgebildet ist, den Kolbenhub auf das Ausgangssignal hin zu reduzieren, und wobei insbesondere die Regeleinheit dazu ausgebildet ist, den Kolbenhub zu vergrößern, wenn über einen vordefinierbaren Zeitraum kein Klopfgeräusch erfasst wird.

Der Kolbenverdichter bzw. dessen Regeleinheit ist bevorzugt dazu ausgebildet, die einzelnen, erfindungsgemäßen Verfahrensschritte auszuführen. Bevorzugt ist der verwendete Körperschallsensor besonders empfindlich für

Schallfrequenzen, Frequenzmuster und /oder Frequenzverläufe/Abfolgen, die bevorzugt beim Anschlagen des Kolbens auf den Zylinderkopf entstehen.

Weiterhin kann zum Feststellen eines Ablaufs des oben erläuterten vordefinierten Zeitraums ein Zeitmessmittel vorgesehen sein, dass mit der Regeleinheit

zusammenwirkt. Die Regeleinheit kann dabei dazu ausgebildet sein, von dem

Zeitmessmittel entsprechende Signale zu erhalten bzw. das Zeitmessmittel

auszulesen, zu starten, zu stoppen und/oder zurückzusetzen. In einer weiteren bevorzugten Variante der Erfindung weist der Kolbenverdichter einen Antrieb zum Antreiben des Kolbens auf, wobei der Antrieb insbesondere als ein Linearmotor ausgebildet ist, wobei der Antrieb den Kolben derart antreibt, dass der Kolben im Zylinder zwischen dem ersten und dem zweiten Umkehrpunk hin- und her bewegt wird.

Weiterhin kann ein Positionsgeber vorgesehen sein (z.B. kann der Antrieb einen Positionsgeber aufweisen), der die momentane Position des Kolbens bzw. eines mit dem Kolben verbundenen Antriebselementes angibt, insbesondere die Umkehrpunkte. Die Regeleinheit kann dann mit Hilfe dieser Positionsdaten eine Anpassung des Kolbenhubs vornehmen, d.h., diesen reduzieren oder vergrößern. In einer bevorzugten Variante der Erfindung ist der Körperschallsensor am Zylinderkopf angeordnet und stellt insbesondere einen integralen Bestandteil des Zylinderkopfes dar.

Es ist allerdings auch möglich, dass der Körperschallsensor am Zylinder oder an einer anderen Stelle am Kolbenverdichter angeordnet ist, wobei insbesondere darauf geachtet werden sollte, dass der Körperschallsensor möglichst nahe um Ursprung der (Klopf-)Geräuschentstehung angeordnet ist und insbesondere eine gute

Körperschallübertragung vom Kolbenverdichter auf den Körperschallsensor

gewährleistet ist, z.B. durch Anbringen des Körperschallsensors an glatten

Oberflächen des Kolbenverdichters.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der

Körperschallsensor ein piezo-elektrischer Sensor ist, der Druckänderung auf der Sensorfläche, basierend auf dem piezo-elektrischen Effekt, in elektrische Signale umwandelt. Es können natürlich auch andere Schallsensoren verwendet werden.

Die Erfindung ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Optimierung der

Kompressionsleistung hinsichtlich des nutzbaren Kolbenwegs, da durch die

Verminderung des Totraums die Förderleistung erhöht wird. Die verringerte

mechanische Belastung erlaubt weiterhin den Einsatz von Werkstoffen mit einer geringeren zulässigen Flächenpressung. Dadurch reduzieren sich Anschaffungs- sowie Fertigungskosten der einzelnen Bauteile. Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Kolbenverdichters bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens kann des Weiteren auf eine betriebsmäßige Referenzfahrt eines Verdichters mit variablem Kolbenhub verzichtet werden. Eine solche Referenzfahrt dient beispielsweise der Nullpunktfindung des Kolbens, oder der Längenänderungskompensation infolge unterschiedlicher Wärmeausdehnung in nicht-stationären Betriebszuständen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen durch die nachfolgenden Figurenbeschreibungen von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren erläutert werden. Fig. 1 Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Kolbenverdichters Fig. 2 Flussdiagram des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Kolbenverdichter 1 , der durch einen Antrieb, bei dem es sich vorzugsweise um einen Servotube-Linearmotor mit einer Frequenz von 10Hz, also zwanzig Kolbenhüben respektive zehn Saug- und Drucktakten je Druckstufe pro Sekunde, handelt, angetrieben wird. Der Kolbenhub 16 beträgt dabei 120 mm ist aber variabel einstellbar. Der Hubkolbenverdichter 1 weist einen Körperschallsensor 2 auf, der an einem

Zylinderkopf 12 des Kolbenverdichters 1 angeordnet ist. Dabei ist der

Körperschallsensor 2 möglichst vollflächig, d.h. ohne Luftspalte, mit dem Zylinderkopf 12 verbunden, so dass eine möglichst optimale Körperschallübertragung vom

Zylinderkopf auf den Sensor 2 gewährleistet ist.

In dem Kolbenverdichter 1 oszilliert ein Kolben 10 in einem Zylinder 11 des

Kolbenverdichters 1 zwischen einem ersten bzw. oberen Umkehrpunkt OT und einem zweiten bzw. unteren Umkehrpunkt UT (insbesondere mit einem maximalen Hub von 120mm). Durch die Bewegung des Kolbens 10 vom ersten Umkehrpunkt OT zum zweiten Umkehrpunkt UT verringert sich der Druck in einem zwischen dem Kolben 10 und dem Zylinderkopf 12 ausgebildeten Kompressionsraum 13. Sobald hierbei der Öffnungsdruck eines am Zylinderkopf 12 vorgesehenen Saugventils 14 unterschritten wird, wird dieses Saugventil 14 geöffnet und zu komprimierendes Fluid wird in den Kompressionsraum 13 gesaugt. Beim Erreichen des zweiten Umkehrpunkt UT ändert der Kolben 10 seine Bewegungsrichtung in Richtung auf den ersten Umkehrpunkt OT, wodurch der Druck im Kompressionsraum 13 ansteigt. Das Saugventil 14 schließt sobald der Druck im Kompressionsraum 13 größer ist als der Saugdruck. Überschreitet sodann der Druck im Kompressionsraum 13 den Öffnungsdruck eines am Zylinderkopf 14 vorgesehenen Druckventils 15, öffnet das Druckventil 15 und das komprimierte Fluid strömt aus dem Kompressionsraum 13 und verlässt den Kolbenverdichter 1. Beim Erreichen des ersten Umkehrpunkts OT ändert der Kolben 10 erneut seine Bewegungsrichtung in Richtung auf den zweiten Umkehrpunkt UT. Die Periodendauer ist durch solch einen vollständigen Kompressionszyklus gegeben. Prallt der Kolben 10 nun in der Kompressionsphase auf den Zylinderkopf 12, so wird diese Kollision aufgrund eines damit einhergehenden Klopfgeräusches vom

Körperschallsensor 2 detektiert. Damit dieser Körperschall möglichst nahe an seinem Ursprung erfasst werden kann, ist der Körperschallsensor 2 hier am Mittelpunkt einer dem Kolben abgewandten Zylinderkopfoberfläche fixiert. Die Kontaktflächen des Körperschallsensors 2 und des Zylinderkopfs 12 sind dabei vorzugsweise möglichst glatt ausgeführt.

Sobald ein für das Klopfgeräusch typischer Frequenzbereich, Frequenzmuster und/oder Lautstärken aufgenommen werden, erfolgt ein Regeleingriff durch eine entsprechende Regeleinheit.

Bei dem erfindungsgemäßen Kolbenverdichter 1 sind der Zylinderkopf 12 und der Kolben 10 vorzugsweise aus austentischem Edelstahl gefertigt, wobei die

Schallgeschwindigkeit dort im Bereich 5100m/s liegt. Der Körperschallsensor 2 ist hier bevorzugt ein Piezo-elektrisches Element, das beispielsweise einen Messbereich von +/- 60g aufweist, und einen Frequenzbereich von 0,13 - 11000 Hz umfasst. Die Empfindlichkeit des Körperschallsensors 2 liegt dabei vorzugsweise bei ca. 100mV/g. Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei wird als Reaktion auf die Detektion eines Klopfgeräusches 100 bedingt durch ein Anschlagen des Kolbens 10 auf den Zylinderkopf 12 in einem ersten Schritt 101 der Kolbenhub 16 um L1 in der nachfolgenden Periode verringert, und zwar insbesondere so oft, bis das Klopfgeräusch 100 aufhört. Ein bevorzugter Wert für L1 ist hier 0,5 mm

In einem daran anschließenden zweiten Schritt 102 wird der Kolbenhub 16

insbesondere in mehreren Schritten (schrittweise) um jeweils einen Längenbetrag L2 erhöht, bis erneut ein Klopfgeräusch 112 durch Anschlagen des Kolbens auf den Zylinderkopf detektiert wird. Hierbei bedeutet schrittweise, dass pro Periode ein solcher Schritt 102 ausgeführt wird. Dieser Vorgang dient der Minimierung des Totraums. Ein bevorzugter Wert für L2 ist 0,1 mm je Hubbewegung (Periode).

In einem anschließenden dritten Schritt 103, wird der Kolbenhub 16 um einen

Längenbetrag L3 reduziert, der bevorzugt um einen Faktor 5 kleiner ist als L1 (L3= 0,1 mm). In einem vierten Schritt 104 erfolgt die Vergrößerung des Kolbenhubs um einen vierten Längenbetrag L4, wobei L4 hier bevorzugt 0,05 mm beträgt. Diese Vergrößerung des Kolbenhubs 16 um L4 wird sooft wiederholt (schrittweise), bis erneut ein Klopfgeräusch 1 14 detektiert wird. Sobald erneut ein Klopfgeräusch 114 erfasst wird, wird der Kolbenhub 16 um L4, also 0,05 mm, erneut verringert 115.

Wird später, z.B. durch eine thermische Verkürzung des Zylinders 11 , abermals ein Klopfgeräusch 100 erfasst, erfolgt die Regelung erneut, beginnend mit dem ersten Schritt 101. Ursachen für ein abermaliges Klopfgeräusch 100 können

Längenänderungen infolge unterschiedlicher Temperaturausdehnungen der einzelnen Verdichterbauteile sein. Durch die Klopferkennung werden diese Längenänderungen kompensierbar. Um den Totraum (Volumen das zwischen dem Kolben 10 und den Zylinderkopf 12 vorhanden ist, wenn der Kolben am ersten Umkehrpunkt OT ist) infolge von Wärmeausdehnung zu kompensieren, wird nach Ablauf eines vordefinierbaren Zeitraums das erfindungsgemäße Verfahren beginnend mit dem zweiten Schritt 102 (Erhöhung des Hubs um L2 = 0,1mm) gestartet 116. Typische Werte für den besagten Zeitraum sind hier 30-300s.

Die verwendeten Faktoren und Abmessungen sind hauptsächlich von der

Positioniergenauigkeit des Gesamtsystems abhängig. Der Erwartungswert für den Zeitabstand zwischen den einzelnen Klopfgeräuschen entspricht der Frequenz des Verdichtungsvorgangs (Hubfrequenz). Im Anwendungsbeispiel liegt diese

beispielsweise bei 10 Hz. Die Regelstrecke, mit der der Körperschallsensor zusammenwirkt, weist daher bevorzugt eine entsprechend hohe

Verarbeitungsgeschwindigkeit auf, um die Regelungseingriffe vorzugsweise bereits beim nächsten Kolbenhub 13 (in der nächsten Periode) berücksichtigen zu können. Ein Anschlagen des Kolbens 10 an den Zylinderkopf 12 kann mit sehr hohen

Beschleunigungen einhergehen, entsprechend erfolgt vorzugsweise die Auslegung des Körperschallsensors 2 für diese hohen Beschleunigungen.

Durch die genaue Anpassung der zulässigen Längentoleranz stellt sich, verglichen zu einem System nach dem Stand der Technik, eine erhöhte Förderleistung aufgrund des verminderten Totraums ein. Die Körperschallmessung am Zylinderkopf bietet ferner die Möglichkeit das Verhalten der Saug- und Druckventile im Verdichter genauer zu erfassen. Das Aufsetzen des Ventils in den Endlagen verursacht eine Körperschallwelle im Zylinderkopf, die erfasst werden kann. Um das Verhalten des Ventils beim Öffnen, Schließen oder im geöffneten Zustand zu beeinflussen, stehen zahlreiche Möglichkeiten zur Verfügung. So können Ventilfedern, Ventilhub Ventil- sowie Zylinderkopfform variiert werden. Ziel der Anpassungen ist dabei ein schnelles Freigeben des zur Verfügung stehenden Saugventilringspalts, gefolgt von einem sanften Aufsetzen in der oberen Endlage. Ein sanftes Aufsetzen des Ventils verringert das Zurückschnellen des Ventils nach dem Aufsetzen, was den Ringspalt verringern würde. Gleichermaßen muss das Schließen des Druckventils schnellstmöglich erfolgen, um einen Rückstrom des bereits verdichteten Mediums zu minimieren.