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Dokumentenidentifikation DE10156927B4 08.06.2006
Titel Pumpencontroller mit Teileidentifikation
Anmelder Netzsch-Mohnopumpen GmbH, 84478 Waldkraiburg, DE
Erfinder Suk, Jochen, 95173 Schönwald, DE
DE-Anmeldedatum 21.11.2001
DE-Aktenzeichen 10156927
Offenlegungstag 05.06.2003
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 08.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.06.2006
IPC-Hauptklasse F04B 51/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F04B 49/10(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   F04B 49/06(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   F04C 14/28(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung von Exzenterschneckenpumpen.

Beim Einsatz von Pumpen in Industrieanlagen und anderen kritischen Anwendungen ist eine hohe Zuverlässigkeit besonders wichtig. Um die Betriebstüchtigkeit zu gewährleisten und die geforderte Leistung der Pumpen sicherzustellen, ist eine Wartung in bestimmten Zeiträumen notwendig. Entsprechend dem Einsatz bzw. dem Verschleiß der Pumpen erstrecken sich die Wartungsarbeiten von einfachen Reinigungsvorgängen bis hin zum Austausch verschlissener bzw. beschädigter Teile oder sogar der ganzen Pumpen. Diese Wartungsarbeiten verursachen Kosten durch Zeitaufwand des Personals, Materialaufwand und insbesondere durch den Stillstand der Anlage. Daher ist es das Ziel, die Wartungsarbeiten nur dann durchzuführen, wenn dies unbedingt notwendig ist, ohne jedoch die Zuverlässigkeit der Pumpen herabzusetzen.

Es sind verschiedene Verfahren zur Verschleißerkennung von Pumpen und anderen Vorrichtungen bekannt. Wird durch ein solches Verfahren ein Verschleiß angezeigt, beziehungsweise ein bestimmter Grenzwert überschritten, so können entsprechende Wartungs- bzw. Austauscharbeiten durchgeführt werden.

Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift DE 195 12 154 A1 dargestellt. Hierin wird an verschiedenen Stellen der Pumpen eine Temperatur gemessen und die Temperaturdifferenz ausgewertet. Entsprechend der Temperaturdifferenz wird ein Verschleiß der Pumpen angezeigt. Diese Anzeige beruht auf der Erkenntnis, daß verschlissene Pumpen einen geringeren Wirkungsgrad besitzen und daher das zu fördernde Medium stärker aufheizen.

Ein anderes Verfahren, welches in der deutschen Patentschrift DE 196 49 766 C1 offenbart ist, beschreibt eine Regelung einer Pumpe entsprechend der Temperaturdifferenz des zu fördernden Mediums. Hierdurch kann ein stärkerer Verschleiß der Pumpen vermieden werden. Allerdings sinkt die Pumpenleistung mit zunehmendem Verschleiß der Pumpen ab, so daß oft die volle Leistungsfähigkeit der Anlage nicht mehr zur Verfügung steht.

Aus der DE 4315165 A1 geht eine Vakuumpumpe mit einer Pumpeneinheit hervor, die zusätzlich zur entfernt angeordneten Steuereinheit einen eigenen Mikroprozessor bzw. Mikrocontroller besitzt. Dieser Mikrocontroller führt eine laufende Überwachung der Betriebsgrößen, wie z.B. von Temperatur und Signalen der Magnetlager oder störende Magnetfelder durch. Diese Überwachung der Betriebsgrößen geschieht jedoch unabhängig von speziellen Identifikationsdaten, die die Pumpenteile selbst oder Ersatzteile tragen.

Eine Vorrichtung zur Detektion von Verschleiß in einer Pumpe geht aus der DE 195 12 153 A1 hervor. Auch hier werden Pumpenteile und deren Funktion über Sensoren, wie Hauptentladungsdrucksensor, Einlaßtemperatursensor und Venturi-Drucksensoren überwacht. Entsprechend der Auswertung der laufend überwachten von den Sensoren gelieferten Daten wird eine Verschleißanalyse erstellt. Eine Einbeziehung von speziell an Pumpenteilen plazierten Kenndaten ist damit nicht vorgesehen.

Der DE 198 26 169 A1 ist eine elektronische Steuerung für Anlagen zur Druckluft- und Vakuumerzeugung zu entnehmen. Die Steuerung verfügt über Steuerungs- und Regelungssoftware und eine Vielzahl von Datenprofilen für die einzelnen Aggregate. Anhand eingesetzter Speicher ist eine Analyse des Betriebsverhaltens der Aggregate über lange Zeiträume möglich, da Zustände und Datum, Uhrzeit sowie Status festgehalten werden. Bei dieser Analyse gehen jedoch spezielle Beschaffenheitswerte etc. der Pumpenteile oder deren Ersatzteile, die direkt von diesen Teilen abnehmbar sind, nicht in die Auswertung ein.

Mit einer medizintechnischen Vorrichtung für ein medizintechnisches Gerät befaßt sich die DE 100 05 108 A1. Beispielsweise wird hier eine Schlauchkassette mit einem Magnetstreifen versehen, den man an einem Magnetstreifenleser vorbeibewegt. Die Daten werden z.B. über einen Transponder ausgelesen und von einer Ausleseeinheit mit vorgemerkten Daten verglichen oder an eine Speichereinheit übermittelt. Diese Einrichtung schützt medizintechnische Vorrichtungen vor dem Einsatz überalterter oder nicht autorisierter Zubehörteile. Eine Betriebsdauerermittlung aufgrund der produktspezifischen Daten der Pumpenteile wird hier nicht vermittelt.

Die hier vorgestellten Verfahren haben unter anderem den Nachteil, daß nur der aktuelle Verschleißgrad einer Pumpe festgestellt und angezeigt werden kann, aber keinerlei Hinweise auf zukünftige Wartungsarbeiten geliefert werden. Daher kann hier nur dem Stand der Technik entsprechend eine Wartung in festen Zeitintervallen, nach einer bestimmten Anzahl von Betriebsstunden bzw. nach der Einschätzung von Mitarbeitern, welche die Pumpen bedienen bzw. warten, erfolgen. So wird es häufig der Fall sein, daß ein Bediener der Pumpe aus seiner Erfahrung heraus nach dem Ansprechen einer Verschleißanzeige für den speziellen Einsatzfall grob die noch verbliebene Restlaufzeit abschätzen kann. Wie die Erfahrung zeigt, sind derartige Abschätzungen oft mit großen Unsicherheiten und damit mit dem hohen Risiko eines vorzeitigen Ausfalls der Pumpe behaftet.

Weiterhin soll sichergestellt werden, daß die Abschätzungen zuverlässig sind, indem die Kenndaten wesentlicher Teile in der Exzenterschneckenpumpe mit berücksichtigt werden bzw. sichergestellt wird, daß ausschließlich qualitativ hochwertige Originalteile eingesetzt werden.

Es stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren anzugeben bzw. eine Exzenterschneckenpumpe derart zu gestalten, daß eine zuverlässige Vorhersage von Wartungsintervallen möglich ist, sowie die Gewähr für hohe Zuverlässigkeit der Pumpe durch Einsatz von Originalteilen zu erbringen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Mitteln gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen weiteren Ansprüche.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung und Überwachung von Exzenterschneckenpumpen umfaßt einen Controller und eine Steuereinheit zur Ermittlung der damit zu erwartenden Betriebsdauer, welche zusätzliche Mittel zur Identifikation von Pumpenteilen aufweist. Die Identifikation kann hier bevorzugt vor bzw. während des Betriebes durchgeführt werden. So lassen sich die Betriebsparameter der Pumpe entsprechend den eingesetzten Teilen steuern und optimieren. Die Steuer- bzw. Auswerteeinheit zieht hier ein zeitliches Integral von Meßgrößen oder Funktionen der Meßgrößen heran.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Anzeige von Wartungsintervallen bzw. Restbetriebsdauer von Pumpen umfaßt Sensoren zur Erfassung von verschleißrelevanten Betriebsparametern. Weiterhin ist eine Steuer- bzw. Auswerteeinheit zur Auswertung der Sensorsignale vorgesehen. Diese Steuer- bzw. Auswerteeinheit ist derart gestaltet, daß sie unter Einbeziehung von Sensorsignalen einen zu erwartenden Wert der Betriebsdauer bzw. eine zu erwartende Anzahl von Betriebszyklen bis zur Fälligkeit der nächsten Wartung bzw. dem Austausch von bestimmten Teilen ermittelt. Wobei hier der Begriff des Austauschs von bestimmten Teilen auch den Austausch der gesamten Pumpe umfaßt. Der Begriff der Pumpe bzw. gesamten Pumpe umfaßt in dieser Darstellung der Pumpe ein System bestehend aus Antrieb (Motor), Antriebsstrang (Welle, Lager, Getriebe), Pumpe (Rotor, Stator) sowie die weiteren zum Betrieb benötigten Komponenten. In diesen Ausführungen wird auch nicht im Einzelnen zwischen den Begriffen des Wartungsintervalls, der Restlaufzeit, der Betriebsdauer etc. unterschieden. Alle diese Begriffe kennzeichnen das Ende eines Zeitraums, nach dem zumindest ein Eingriff zur Wartung, Reparatur oder dem Austausch von Teilen notwendig ist. Weiterhin wird in dieser Schrift der Begriff der Betriebszyklen verwendet. Er bezieht sich auf beliebige Zyklen im Einsatz der Pumpen, wie diese beispielsweise bei einem getakteten Betrieb oder diskontinuierlichen Verfahren vorkommen. Gerade bei solchen Prozessen ist die Angabe der noch verbleibenden Betriebszyklen wesentlich hilfreicher als die Angabe von Restbetriebsdauern. Dies soll an einem Beispiel verdeutlicht werden. Läuft eine Pumpe beispielsweise in einem diskontinuierlichen chemischen Prozeß, in dem jeden Tag ein Behälter in ca. einer Stunde gefüllt werden soll, so ist eine Angabe von hundert Zyklen und damit 100 Tagen wesentlich hilfreicher, als die Angabe einer Restbetriebsdauer von 100 Stunden. Die Sensorsignale, welche hier beispielsweise ausgewertet werden, können Signale sein, welche verschleißrelevante Größen wie beispielsweise die oben zitierte Temperaturdifferenz, Absoluttemperatur, Druckdifferenzen, absoluter Druck, absoluter Gegendruck, absoluter Saugdruck, Strömungsgeschwindigkeiten, Drehzahl, Drehmoment, Durchfluß oder auch elektrische Größen wie Strom, Spannung, Leistungsaufnahme, Phasenverschiebung widerspiegeln. In den folgenden Ausführungen bezieht sich der Begriff Druck immer auf zumindest einen der hier genannten Drücke. Ebenso können auch andere mechanische Größen wie Wellendurchmesser, Rotordurchmesser oder Schwingungsamplituden herangezogen werden. Dadurch wird durch die Steuer- bzw. Auswerteeinheit dem Bediener einer Pumpe bzw. dem Servicetechniker eine zuverlässige Größe zur Abschätzung der noch bis zu Wartung verbliebenen Betriebsdauer übermittelt. So kann mittelfristig bzw. langfristig ein entsprechender Wartungsvorgang eingeplant werden. Weiterhin werden überflüssige Wartungsarbeiten bzw. der überflüssige Austausch von Teilen vermieden. Hierdurch lassen sich die Betriebskosten wesentlich reduzieren.

Besonders vorteilhaft ist hier die Berechnung eines Temperaturabhängigen Verschleißwertes durch Integration der Temperatur über die Zeit. So kann beispielsweise ein allgemeiner Verschleißwert T durch folgende Funktion als integral über die Zeit t ausgedrückt werden

wobei K1, KT1, KT2, KT3 sowie e1, e2, e3 Pumpenabhängige Konstanten und T1, T2, T3 Temperaturen an verschiedenen Orten der Pumpe sind. Weiterhin können die einzelnen Ausdrücke innerhalb des Integrals durch hier nicht dargestellte Gewichtungsfaktoren individuell gewichtet werden. Für viele Anwendungen läßt sich diese Funktion vereinfachen zu:
Hierbei wird berücksichtigt, daß sich meist bei einer Temperaturerhöhung um 10 Grad die Alterungsgeschwindigkeit verdoppelt. Dieser Wert kann nun von einem theoretischen Betriebsdauergrenzwert abgezogen werden, um die noch verbleibende Betriebsdauer zu ermitteln. Analoge Berechnungen sind mit den anderen vorgenannten Meßgrößen möglich.

Zusätzlich kann einerseits festgestellt werden, ob tatsächlich die richtigen Teile in der Pumpe vorhanden sind. Dies ist ein Schutz vor Zerstörung durch den Einsatz für die Pumpe ungeeigneter Teile, welche beispielsweise falsche Abmessungen oder falsche Materialeigenschaften besitzen. Weiterhin kann festgestellt werden, ob qualifizierte Originalteile oder schlechtere bzw. ungeeignete Ersatzteile eingebaut wurden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Identifikation von Pumpenteilen, insbesondere Rotoren dadurch, daß diese mit Hilfe mindestens einer am Umfang angeordneten Markierung gekennzeichnet sind. Das Auslesen der Informationen erfolgt wahlweise mit einem optischen, einem elektrischen oder auch magnetischen Sensor während der Drehung. So kann beispielsweise die Markierung mittels eines Musters aus Balken, welche gefärbt oder eine andere Oberflächenstruktur besitzen, so daß auf diese einfallendes Licht anders reflektiert wird, erfolgen. Ebenso können Bereiche mit Vertiefungen eingesetzt werden, welche mittels elektrischer oder magnetische Sensoren zur Dickenmessung bzw. Rundlaufmessung abgetastet werden. Ebenso sind aber auch dem Stand der Technik entsprechende Identifikationsmittel wie Mikrocontroller, welche wahlweise eine kontaktlose oder kontaktierende Verbindung zu der Steuer- bzw. Auswerteeinheit besitzen, Magnetstreifen, Barcodes oder andere eingesetzt werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Controller bzw. die Steuer- bzw. Auswerteeinheit derart ausgestaltet, daß sie die Pumpenleistungsdaten aufgrund der Identifikationsinformationen vorgibt. So kann beispielsweise mit besonders dafür ausgelegten Rotoren eine höhere Pumpenleistung erreicht werden bzw. bei gleicher Lebensdauer mit einer höheren Motordrehzahl gefahren werden. Wird nun das Vorhandensein eines solchen, besonderen Rotors festgestellt, so kann der Motor automatisch mit der höheren Drehzahl betrieben werden. Wird nur ein normaler Rotor festgestellt, so kann der Motor entsprechend mit einer niedrigeren, angepaßten Drehzahl betrieben werden. Wird nur ein normaler Rotor festgestellt, so kann der Motor entsprechend mit einer niedrigeren, angepaßten Drehzahl betrieben werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Controller derart gestaltet, daß er ein Warnsignal im Falle fehlender oder falscher Identifikationsinformationen abgibt. Damit kann problemlos festgestellt werden, ob die Identifikationseinrichtung einwandfrei funktioniert. Ebenso ist feststellbar, ob auch qualifizierte Originalteile, welche eben nur mit einer entsprechenden Identifikation versehen sind, eingesetzt sind. Sind keine derartigen Originalteile vorhanden, so kann eine Anzeige erfolgen, daß mit verringerten Pumpenleistungsdaten bzw. einer verkürzten Lebensdauer der Teile zu rechnen ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuer- bzw. Auswerteeinheit derart gestaltet, daß sie zur Ermittlung der zu erwartenden Betriebsdauer bzw. der Anzahl zu erwartende Betriebszyklen zusätzlich den zeitlichen Verlauf von Sensorsignalen in der Vergangenheit heranzieht. Durch Auswertung der Signalverläufe in der Vergangenheit kann mit höherer Genauigkeit auf die zukünftige Entwicklung geschlossen werden. Wird beispielsweise eine Pumpe bei besonders hohen Temperaturen, hohen Drehzahlen bzw. unter hohen Drücken betrieben, so wird diese schneller verschleißen als eine Pumpe, welche bei niedrigen Temperaturen, niedrigen Drehzahlen bzw. unter niedrigen Drücken betrieben wird. Hierbei wird auf den absoluten Druck, aber insbesondere auf den Differenzdruck der Pumpe Bezug genommen. Ebenso hat auch das Drehmoment einen wesentlichen Einfluß auf den Verschleiß. Bei höherem Drehmoment wird der gesamte rotierende Kraftstrang höher belastet und unterliegt damit einem höheren Verschleiß. Ein nachlassendes Drehmoment ist ein Indiz für den Verschleiß von Rotor bzw. Stator. Somit kann beispielsweise durch die zeitliche Verfolgung von Temperatur- bzw. Druckprofilen eine hohe Belastung und damit ein hoher Verschleiß in der Vergangenheit erkannt und damit auch eine verkürzte Wartungsintervalldauer ermittelt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuer- bzw. Auswerteeinheit derart gestaltet, daß sie die zu erwartende Betriebsdauer bzw. die Anzahl der zu erwartenden Betriebszyklen unter Zuhilfenahme einer Extrapolation der Werte vergangener Messungen ermittelt. Bei einer Extrapolation wird zunächst angenommen, daß ähnliche Betriebszustände, welche in der Vergangenheit ermittelt wurden auch in der Zukunft bestehen werden. Damit läßt sich die Vorhersagegenauigkeit zumindest unter näherungsweise konstanten Betriebsbedingungen wesentlich verbessern.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuer- bzw. Auswerteeinheit derart gestaltet daß sie die zu erwartende Betriebsdauer bzw. die Anzahl der zu erwartenden Betriebszyklen unter Zuhilfenahme einer exponentiell von der Betriebstemperatur abhängigen Funktion ermittelt.

Dem Einsatz einer solchen Funktion liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei chemischen Reaktionen und Alterungsvorgängen diese bei einer Temperaturerhöhung von ca. 10 Grad Celsius mit doppelter Geschwindigkeit ablaufen. Damit kann ausgehend von einem aktuellen Verschleißwert (welcher im Neuzustand auch null sein kann) unter weiterer Annahme einer konstanten Betriebstemperatur bzw. eines bekannten Betriebstemperaturverlaufs, welcher sich beispielsweise durch Extrapolation aus der vorhergehenden Meßwerten ergibt, die zukünftige Verschleißentwicklung abgeschätzt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuer- bzw. Auswerteeinheit mit einem Speicher zur Speicherung von Meßwerten insbesondere Temperaturen ausgestattet, welcher die Verläufe wichtige Meßwerte, insbesondere Betriebstemperaturen über einen längeren Zeitraum speichert. Weiterhin ermittelt die Steuer- bzw. Auswerteeinheit mittels dieser Werte eine zu erwartende Betriebsdauer bzw. Anzahl zu erwartender Betriebszyklen, indem sie im Falle eines näherungsweise linearen Meßwerte- bzw. Temperaturverlaufs diesen in die Zukunft extrapoliert und im Falle von periodischen Meßwerte- bzw. Temperaturverläufen eine periodische Fortsetzung dieser Meßwerte- bzw. Temperaturverläufe berücksichtigt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Steuer- bzw. Auswerteeinheit vorprogrammierte Werte über zukünftige Betriebszyklen enthält bzw. diese von einer externen Steuereinheit zur Steuerung der Pumpe signalisiert bekommt. Sind zu erwartende Betriebszyklen bekannt, so kann unter Abschätzung der hierfür notwendigen Pumpenleistung und anderer verschleißrelevanter Werte hierfür eine genauere Abschätzung zu der zu erwartenden Wartungsintervalldauer erreicht werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in bestimmten Intervallen die aktuelle Wartungsdauervorhersage mit aktuell gemessenen Verschleißwerten verglichen. Entsprechend der Differenz wird dann die Wartungsdauervorhersage korrigiert und gegebenenfalls die Korrekturfaktoren, welche zur Berechnung der Wartungsdauervorhersage, beispielsweise aus dem Temperaturverlauf, eingesetzt werden, entsprechend angepaßt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß mit Hilfe von Sensorsignalen ein Verschleißwert ermittelt wird, welcher dem aktuellen Verschleiß der Pumpe oder bestimmter Teile der Pumpe entspricht. Ein solcher Wert kann beispielsweise linear von 0 bis 1 skaliert sein, wobei ein Wert von 0 einer neuen Pumpe und ein Wert von 1 einer funktionsunfähigen, defekten Pumpe entspricht. Aus dem zeitlichen Verlauf dieses Verschleißwertes wird dann eine Ableitung nach der Zeit gebildet. Mit Hilfe dieser Ableitung kann nun die noch verbleibende Betriebsdauer beziehungsweise die Zeit bis zum erreichen eines vorgegebenen Verschleißwertes ermittelt werden.

Zusätzlich kann zu diesem Wert der ersten Ableitung noch die zweite Ableitung nach der Zeit berechnet werden. Mit Hilfe dieser zweiten Ableitung kann ein bereits ermittelter Wert (Verschleißwerte oder Zeit) korrigiert werden. Liefert die zweite Ableitung Werte nahe Null so bedeutet dies, daß die erste Ableitung einen nahezu konstanten Wert besitzt. So kann in diesem Fall davon ausgegangen werden, daß eine Extrapolation zuverlässige Werte liefert. Besitzt nun die zweite Ableitung größere positive oder negative Werte, so bedeutet dies, daß sich die erste Ableitung entsprechend ändert. Daher wäre eine Extrapolation fehlerbehaftet. Somit muß entsprechend der berechnete Wert der Restzeit korrigiert werden. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn gegen das Ende der Lebensdauer einer Pumpe, welche schon deutliche Verschleißerscheinungen aufweist der Verschleiß zunehmend schneller fortschreitet. Hier besitzt dann die zweite Ableitung von Null verschiedene positive Werte. In diesem Fall muß die Zeitabschätzung nach unten korrigiert werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besitzt die Steuer- bzw. Auswerteeinheit einen Speicher, welcher verschiedene Werte zur Berechnung der Betriebsdauer auf Grund verschiedener Betriebsparameter enthält. Mit Hilfe eines solchen Speichers können mit Hilfe der zugeordneten Sensorwerte präzisere Betriebsdauervorhersagen gemacht werden. So sind die Betriebsdauern von Pumpen nicht nur linear von einzelnen Parametern abhängig, vielmehr sind die Abhängigkeiten äußerst komplex und häufig von mehreren Parametern gleichzeitig abhängig. Um diesem Verhalten. Rechenschaft zu tragen ist es am günstigsten, eine Datenbasis zur Verfügung zu stellen, in der eine Vielzahl von zu erwartenden Betriebsdauerwerten in Abhängigkeit von verschiedenen Kombinationen der Parameter enthalten sind.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden kritische Systemzustände ermittelt. Diese können beispielsweise bei zu hoher Temperatur des Mediums, zu hohem Differenzdruck, zu hohem Gegendruck, zu niedrigem Saugdruck oder auch zu hohem Drehmoment auftreten. In einem Speicher werden wesentliche Parameter zur Charakterisierung dieser kritischen Systemzustände abgespeichert. Diese sind beispielsweise Datum bzw. Uhrzeit des Auftretens solcher kritischen Zustände, Anzahl der kritischen Zustände, Meßwerte wie Höhe der kritischen Werte bzw. die Dauer der kritischen Zustände.

In einer andern Ausgestaltung der Erfindung werden die ermittelten Werte über kritische Zustände mit in die Berechnung der Lebensdauer bzw. Wartungsintervalldauer einbezogen, so daß bei vermehrtem Auftreten dieser kritischen Zustände die Wartungsintervalldauer verkürzt wird.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Anzeigeeinheit zur Anzeige der ermittelten Werte der Steuer- und Auswerteeinheit vor. Eine solche Anzeigeeinheit kann beispielsweise ein numerisches Display oder auch ein Balkendiagramm sein. Hier ist insbesondere eine farbige Kodierung sinnvoll, wobei beispielsweise bei voller verfügbarer Betriebsdauer, grüne Farben und gegen Ende rote Farben eingesetzt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind zusätzliche Sensoren zur Erfassung physikalischer Parameter des zu fördernden Mediums vorgesehen. Diese Sensoren können beispielsweise Viskosität oder Dichte des Mediums erfassen. Derartige Sensoren können beispielsweise mit Ultraschallwandlern aufgebaut sein.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die physikalischen Parameter des zu fördernden Mediums zur Steuerung des Betriebspunktes der Pumpe herangezogen werden. Werden mit einer Pumpe verschiedene Medien gefördert bzw. verändert das Medium während des Prozesses, insbesondere während des Pumpprozesses, seine charakteristischen Eigenschaften, so läßt sich eine Regelung nur noch unter Einbeziehung der physikalischen Eigenschaften des Mediums realisieren. Hierzu werden bevorzugt zwei Sensoren im Zulauf der Pumpe und auf der Druckseite der Pumpe installiert. Somit kann der Einfluß des Pumpvorganges auf das Medium detektiert werden.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß Mittel zur Datenfernübertragung vorgesehen sind, mit denen die Steuer- und Auswerteeinheit auf eine Datenbasis zugreifen kann. Somit kann diese Einheit auch auf eine weit entfernte Datenbasis eines externen Rechners zugreifen, wobei die Datenbasis auf diesem Rechner wesentlich größer sein kann als die Steuer- und Auswerteeinheit an internem Speicher zur Verfügung hat. Weiterhin können auf diese Weise eine Vielzahl unterschiedlicher Steuer- und Auswerteeinheiten auf eine gleiche Datenbasis zugreifen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Steuer- und Auswerteeinheit derart ausgebildet, daß sie auch eigene Meßwerte und die Ergebnisse eigener Betriebsdauerabschätzungen einer Datenbasis übermitteln können.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß zusätzliche Mittel zur Identifikation von Pumpenteilen, insbesondere Ersatzteilen, vorhanden sind. Gerade die Ausführungsform bzw. Güte bestimmter Pumpenteile hat einen entscheidenden Einfluß auf die Lebensdauer bzw. die Wartungsintervalle. So kann beispielsweise mit speziellen gehärteten Rotoren eine wesentlich höhere Lebensdauer als mit Standardausführungen erzielt werden. Häufig sind auch nicht lizenzierte Nachbauten von Ersatzteilen in schlechter Qualität gefertigt, so daß diese eine niedrigere Lebensdauererwartung haben. Um diese Einflußgrößen zu berücksichtigen, wird nun von mindestens einem zusätzlichen Mittel zur Identifikation Typ, Art oder andere charakteristische Merkmale der Teile, insbesondere der Rotoren, Statoren, Gelenke, Kuppelstangen, Biegestäbe, Antriebswelle identifiziert. Die Identifikation kann dem Stand der Technik entsprechend, beispielsweise durch Mikrocontroller, Magnetstreifen, Barcodes etc. erfolgen. Entsprechend den erkannten Teilen kann die Berechnung der Lebensdauer beziehungsweise Wartungsintervalle korrigiert werden. Ebenso kann bei nicht lizenzierten Nachbauten ein Hinweis darauf erfolgen bzw. eine absichtliche Berechnung zu kurzer Betriebsdauern oder sogar ein Abbruch der Berechnungen vorgenommen werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Merkmale zur Identifikation, insbesondere bei Rotoren, an mindestens einer Stelle am Umfang angebracht und werden mit entsprechenden optischen bzw. magnetischen Sensoren erkannt. Die Abtastung entlang des Umfangs erfolgt automatisch bei Drehung des Rotors. Hier können beispielsweise Sensoren, welche zur Erkennung von Durchmessertoleranzen als Verschleißkriterium eingesetzt werden, gleichzeitig als Mittel zur Identifikation eingesetzt werden. Ebenso sind die Merkmale zur Identifikation auch an Statoren, Gelenken, Kuppelstangen, Biegestäben, Dichtungen, Manschetten bzw. Antriebswellen anbringbar.

In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält die Steuer- bzw. Auswerteeinheit einen WEB-Server bzw. ist mit einem solchen WEB-Server verbunden, so daß eine Steuerung bzw. Abfrage der Betriebsdauer, anderer Parameter oder auch der Teileidentifikation über Intranet oder sogar Internet ermöglicht wird

Es wird ein Verfahren beschrieben, bei dem zur Steuerung von Pumpen Identifikationsinformationen von mindestens einem in die Pumpe integrierten Teil ermittelt werden, und entsprechend der daraus gewonnenen Information die Betriebsparameter der Pumpe eingestellt werden bzw. Warnhinweise oder andere Hinweise über die eingesetzten Teile abgegeben werden. Insbesondere kann auch eine entsprechend korrigierte Lebensdauerabschätzung als Funktion der eingesetzten Pumpenteile abgegeben werden.

Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.

1 zeigt in allgemeiner Form schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.

2 zeigt eine Pumpe mit codiertem Rotor

In 1 ist eine erfindungsgemäße Pumpe dargestellt. Eine Pumpe (3) wird mittels des Antriebsstranges (2) von einem Motor (1) angetrieben. Die Steuerung erfolgt mittels einer Steuer- bzw. Auswerteeinheit (4). Diese steuert einerseits den Motor mittels der Steuerleitungen (5). Anderseits erhält sie von verschiedenen Sensoren (6, 7, 8, 9, 10) Informationen über verschleißrelevante Parameter der Pumpe, des Antriebsstranges bzw. des Motors. Mittels dieser Daten berechnet dann die Steuer- bzw. Auswerteeinheit aktuelle Betriebsdauerwerte bzw. die Anzahl von Betriebszyklen bis zur nächsten Wartung bzw. bis zum Austausch von Teilen der Pumpe des Antriebsstranges oder des Motors.

In 2 ist eine Pumpe (3) mit einem codierten Rotor (12) dargestellt, welcher beispielsweise durch einen nicht dargestellten elektrischen, magnetischen oder optischen Sensor während der Drehung der Pumpe abgetastet werden kann. Die Codierung besteht aus einem Barcode, der auf oder in den Gelenkkopf an- bzw. eingebracht ist. Ebenso besteht die Möglichkeit, den Rotorkopf mit einer farbigen Markierung zu versehen, bei der der Sensor unterschiedliche Lichtreflexionen auswertet.


Anspruch[de]
  1. Vorrichtung zur Steuerung und Überwachung von Exzenterschneckenpumpen, wobei die Pumpenteile oder deren Ersatzteile zur Identifikation durch mindestens eine an ihrem Umfang angeordnete Markierung gekennzeichnet sind und zum Auslesen der Markierungen ein Sensor vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Controller zur Steuerung der Pumpenleistungsdaten aufgrund der Identifikationsinformationen vorhanden ist und eine Steuer- bzw. Auswerteeinheit zur Ermittlung der zu erwartenden Betriebsdauer bzw. der Anzahl der zu erwartenden Betriebszyklen ein zeitliches Integral von Meßgrößen, insbesondere der Temperatur oder Funktionen der Meßgrößen heranzieht.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Controller zur Abschaltung der Pumpe oder zumindest zur Abgabe eines Warnsignals im Falle fehlender oder falscher Identifikationsinformationen ausgelegt ist.
  3. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- bzw. Auswerteeinheit derart gestaltet ist, daß sie unter Einbeziehung von Sensorsignalen einen zu erwartenden Wert der Betriebsdauer bzw. von Betriebszyklen bis zur Fälligkeit der nächsten Wartung bzw. dem Austausch von bestimmten Teilen ermittelt.
  4. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- bzw. Auswerteeinheit zur Ermittlung der zu erwartenden Betriebsdauer bzw. der Anzahl zu erwartender Betriebszyklen zusätzlich den zeitlichen Verlauf von Sensorsignalen in der Vergangenheit heranzieht.
  5. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- bzw. Auswerteeinheit zur Ermittlung der zu erwartenden Betriebsdauer bzw. der Anzahl zu erwartender Betriebszyklen eine Extrapolation aus den in der Vergangenheit gemessenen Sensorsignalen heranzieht.
  6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- bzw. Auswerteeinheit zur Ermittlung der zu erwartenden Betriebsdauer bzw. der Anzahl zu erwartender Betriebszyklen eine exponentiell von der Betriebstemperatur bzw. anderen Betriebsparametern abhängige Funktion heranzieht.
  7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- bzw. Auswerteeinheit einen Speicher zur Speicherung von Temperaturen bzw. anderen Meßwerten besitzt und zur Ermittlung der zu erwartenden Betriebsdauer bzw. der Anzahl zu erwartender Betriebszyklen wahlweise einen aus der Vergangenheit in die Zukunft extrapolierten Temperaturverlauf bzw. im Falle von periodischen Temperaturverläufen eine periodische Fortsetzung heranzieht.
  8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- bzw. Auswerteeinheit zur Ermittlung der zu erwartenden Betriebsdauer bzw. der Anzahl zu erwartender Betriebszyklen vorprogrammierte Werte über zukünftige Betriebszyklen enthält bzw. diese von einer externen Steuereinheit zur Steuerung der Pumpe signalisiert bekommt.
  9. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- bzw. Auswerteeinheit die ermittelten zu erwartenden Betriebsdauer bzw. der Anzahl zu erwartender Betriebszyklen vorprogrammierte Werte mit aktuell gemessenen Verschleißwerten vergleicht und entsprechend der zu erwartenden Betriebsdauer bzw. der Anzahl zu erwartender Betriebszyklen entsprechend anpaßt.
  10. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- bzw. Auswerteeinheit aus den Sensorwerten einen dem Verschleiß entsprechenden Verschleißwert ermittelt, aus diesem die erste Ableitung nach der Zeit berechnet und mit Hilfe dieses Wertes einem, Zeitpunkt ermittelt, bei dem voraussichtlich ein bestimmter Verschleißwert erreicht sein wird.
  11. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- bzw. Auswerteeinheit aus den Sensorwerten einen dem Verschleiß entsprechenden Verschleißwert ermittelt, aus diesem die zweite Ableitung nach der Zeit berechnet und entsprechend dieses Wertes einen ermittelten Zeitpunkt, bei dem voraussichtlich ein bestimmter Verschleißwert erreicht sein wird, korrigiert.
  12. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- bzw. Auswerteeinheit aus den Sensorwerten einen dem Verschleiß entsprechenden Verschleißwert ermittelt, aus diesem die erste bzw. zweite Ableitung nach der Zeit berechnet.
  13. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- bzw. Auswerteeinheit aus den Sensorwerten kritische Systemzustände ermittelt, und Werte zur Charakterisierung dieser kritischen Systemzustände wie Datum bzw. Uhrzeit, Anzahl, Höhe von Sensorwerten, Dauer in einem Speicher abgelegt.
  14. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- bzw. Auswerteeinheit zur Ermittlung der zu erwartenden Betriebsdauer bzw. der Anzahl zu erwartender Betriebszyklen vorprogrammierte werte die erfaßten Werte über kritische Systemzustände mit einbezieht.
  15. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- bzw. Auswerteeinheit eine Anzeigevorrichtung zur Anzeige der ermittelten Werte insbesondere in Form eines Balkendiagramms besitzt.
  16. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Sensoren zur Messung der physikalischen Eigenschaften des Mediums vorgesehen sind.
  17. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelung des Betriebspunktes der Pumpe auf Grund der physikalischen Eigenschaften des Mediums erfolgt.
  18. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- bzw. Auswerteeinheit einen Speicher besitzt, welcher verschiedene Werte zur Berechnung der Betriebsdauer auf Grund verschiedener Betriebsparameter enthält.
  19. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- bzw. Auswerteeinheit Mittel zum Zugriff auf einen Speicher über Datenfernübertragung besitzt, wobei dieser Speicher verschiedene Werte zur Berechnung der Betriebsdauer auf Grund verschiedener Betriebsparameter enthält.
  20. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- bzw. Auswerteeinheit Mittel zum Zugriff auf einen Speicher über Datenfernübertragung besitzt, wobei dieser Speicher verschiedene Werte zur Berechnung der Betriebsdauer auf Grund verschiedener Betriebsparameter enthält und in diesen Speicher Meßwerte eigener Sensoren bzw. daraus ermittelte Werte der zu erwartenden Betriebsdauer übermittelt werden.
  21. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Identifikation von Pumpenteilen, insbesondere Ersatzteilen vorhanden sind und die Eigenschaften der identifizierten Teile zu Berechnung der Betriebsdauer mit einbezogen werden.
  22. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- bzw. Auswerteeinheit mit einem WEB-Server verbunden ist bzw. einen WEB-Server enthält.
  23. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein optischer, elektronischer, elektrotechnischer oder magnetischer Sensor vorhanden ist.
  24. Verfahren zur Steuerung und Überwachung von Exzenterschneckenpumpen mit einer Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend die Identifikation von Pumpenteilen, insbesondere vor oder während des Betriebes und Auswertung der Identifikationsdaten zur Steuerung der Pumpe entsprechend den eingesetzten Teilen bzw. Signalisierung des Vorhandenseins defekter oder falscher Teile.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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