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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Beurteilung des
Wartungszustandes eines Ventils, bei welcher ein Aktuator über eine
Ventilstange auf eine Ventil-Verstellmechanik
einwirkt,
- – wobei
der Aktuator Steuerbefehle von einer Elektronik empfängt und
die Ventilstange je nach vorliegendem Steuerbefehl eine entsprechende Hubbewegung
senkrecht zur Längsachse
des Ventils ausführt,
welche auf die Ventil-Verstellmechanik in gewünschter Weise einwirkt,
- – wobei
ein Wegaufnehmer die aktuelle Bewegung der Ventilstange erfasst
und der Elektronik ein entsprechendes Hubbewegung-Sensorsignal zuleitet,
um derart eine geregelte Bewegung der Ventilstange zu ermöglichen,
- – wobei
ein Sensorelement die während
einer Bewegung der Ventilstange auftretende Kraft oder mechanische
Spannung erfasst, ein der gemessenen Kraft oder Spannung entsprechendes
Sensorsignal bildet.
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Die
Erfindung kann beispielsweise bei Ventilen verwendet werden, welche
zur Steuerung von Flüssigkeitsströmen in Rohrleitungs-Systemen
eingesetzt werden.
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Aus
der
DE 298 11 115
U1 ist ein Messsystem zur Erfassung der Spindelkraft an
Armaturen bekannt, welche eine Armaturspindel zum Bewegen eines
Schließkörpers aufweisen.
In einer Kalibrier-Messung mit Hilfe eines kalibrierten Vergleichsaufnehmers
wer den die Spindelkraft gemessen und das entsprechende Kraftsignal
des eingebauten und für
die kontinuierliche Messwerterfassung vorgesehenen Kraftsensors
kalibriert. Während
des Anlagenbetriebes wird die bei dem Betätigen der Armatur aufgebrachte
Spindelkraft gemessen, als Zeitsignal abgespeichert sowie im Ergebnis
grafisch dargestellt. Das Messsignal eines z. B. an der Spindel
montierten Kraftsensors (Dehnmessstreifen oder Drucksensor) wird
mittels Analog-/Digital-Umformer in eine digitale Zeitreihe gewandelt
und abgespeichert. Ein PC dient zum Auslesen der gespeicherten Daten
und zur grafischen Darstellung der Auswertung. Das Messsystem ermöglicht eine
verbesserte zustandsorientierte Wartung und Instandsetzung als eine
Maßnahme
zur Schadensverhütung
und eine verbesserte Sicherstellung der Armaturenfunktion.
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Aus
der
DE 43 26 343 A1 ist
ein Diagnose-System für
Regel- und Absperrarmaturen, z. B. Regelventile bekannt. Es ist
ein mit Prozessorfähigkeit
versehener Stellungsregler vorgesehen, der in der Lage ist, bestimmte
Größen aufzunehmen
und zu verarbeiten, um entsprechend Einfluss zu nehmen bzw. entsprechende
Anzeigen zu steuern. Vor Inbetriebnahme des kompletten Stellgerätes wird
unter praxisnahen Bedingungen die Grundkennlinie einschließlich Hysterese
ermittelt und abgespeichert. Im laufenden Betrieb des Stellgerätes wird
eine nahezu lückenlose Überwachung
und Frühanzeige
von Schadensfällen
bei Armaturen durchgeführt,
so dass eine vorbeugende Wartung möglich ist. Es erfolgen eine
Vorgabe von Toleranzbändern
bezüglich
der im Betrieb der Armatur aufgenommenen Messwerte und Kennlinien,
ein Vergleich mit den gespeicherten Messwerten und Kennlinien und
eine Signalisierung eines Alarms bei einer über das Toleranzband hinausgehenden
Abweichung.
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Aus
der
DE 195 12 238
A1 ist ein Verfahren zur Überwachung der betriebssicheren
Arbeitsweise und zur vorbeugenden Instandhaltung bzw. Schadensverhütung von
motorgetriebenen Armaturen bekannt. In einer Kalibriermessung werden
armaturspezifische Messwerte, wie der Motorstrom, die Motorspannung,
die Motorwirkleistung, das Drehmoment, Beschleunigungs- und Temperatursignale
sowie Kraft und Weg digital und zeitsynchron erfasst und gespeichert.
In Diagnosemessungen erfolgt eine Ermittlung von Diagnoseparametern
sowie eine Auswertung und Darstellung mittels eines Computers mit Monitor.
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Aus
der
DE 698 08 496
T2 ist ein z. B. bei Ventilen in Fluidtransportsystemen
anwendbarer Schubsensor bekannt, wobei ein elektronischer Druckwandler
(mit Dehnungsmessstreifen oder piezowiderstandsbehaftetem Messelement)
ein Signal liefert, das der Axialkraft in einer von einem Elektromotor
gedrehten Schneckenwelle proportional ist.
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Aus
der
DE 100 53 490
A1 ist eine Vorrichtung zum Bestimmen des Füllstandes
eines in einem Behältnis
befindlichen insbesondere fluiden Mediums bekannt, wobei mindestens
ein Kraftsensor an mindestens einer Auflagestelle des Behältnisses eine
Auflagekraft misst und wobei eine Auswerteinrichtung mittels der
gemessenen Auflagekraft den Füllstand
ermittelt. Zwischen dem mindestens einen Kraftsensor und der Auswerteinrichtung
werden Daten z. B. mittels Funk übertragen.
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Allgemein
ist eine Wartung eines Ventils erforderlich, um einen eventuellen
vorzeitigen Verschleiß verschiedener
Ventilbaugruppen (wie mechanische Einrichtungen oder Dichtungen)
rechtzeitig festzustellen und nachfolgend entsprechende Maßnahmen
durchzuführen,
wie Austausch von Ventilkomponenten oder Dichtungen, Schmiermittelzufuhr usw.
Dies ist zum einen zur Sicherstellung einer hohen Lebensdauer des
Ventils von Vorteil und verhindert zum anderen eine Störung der
gesamten Anlage, deren Baustein das Ventil darstellt. Da die speziellen
Bedingungen des Einsatzortes mitentscheidend für den auftretenden Verschleiß des Ventils
sind, ist eine Wartung
- • beruhend auf Erfahrungswerten
oder empirisch ermittelten Werten,
- • beruhend
auf unabhängig
vom Einsatzort fest vorgegebenen Intervallen,
- • beruhend
auf der erfassten Anzahl an Bewegungen, insbesondere Hubbewegungen
einer Ventilstange
sehr ungenau. Um jedwedes Risiko auszuschließen, erfolgt
deshalb üblicherweise
eine zu häufige
Wartung, was jedoch den Nachteil erhöhter Wartungskosten hat.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Beurteilung
des Wartungszustandes eines Ventils der eingangs genannten Art anzugeben,
die den speziellen Einsatzort des Ventils berücksichtigt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Vorrichtung zur Beurteilung des Wartungszustandes eines Ventils,
bei welcher ein Aktuator über
eine Ventilstange auf eine Ventil-Verstellmechanik einwirkt,
- a) wobei der Aktuator Steuerbefehle von einer Elektronik
empfängt
und die Ventilstange je nach vorliegendem Steuerbefehl eine entsprechende Hubbewegung
senkrecht zur Längsachse
des Ventils ausführt,
welche auf die Ventil-Verstellmechanik in gewünschter Weise einwirkt,
- b) wobei ein Wegaufnehmer die aktuelle Bewegung der Ventilstange
erfasst und der Elektronik ein entsprechendes Hubbewegung-Sensorsignal zuleitet,
um derart eine geregelte Bewegung der Ventilstange zu ermöglichen,
- c) wobei ein Sensorelement die während einer Bewegung der Ventilstange
auftretende Kraft oder mechanische Spannung erfasst, ein der gemessenen
Kraft oder Spannung entsprechendes Sensorsignal bildet und dieses
Sensorsignal als Funksignal mittels eines Funksenders überträgt,
- d) wobei die Elektronik mit einem Funkempfänger zum Empfang des Sensorsignals
des Sensorelements und einem Prozessor zur Signalaufbereitung und
Signalverarbeitung versehen ist, welcher einen Speicher aufweist,
der als Richtwert eine Kraft-Kenngröße oder Spannungs-Kenngröße enthält, welche
auf einer charakteristischen, im Herstellerwerk des Ventils erfassten
idealen Kraft-Kenngröße oder
Spannungs-Kenngröße beruht,
- e) wobei ein Vergleicher das Sensorsignal des Sensorelements
und die ideale Kraft-Kenngröße oder
Spannungs-Kenngröße miteinander
vergleicht und
- f) wobei der Vergleicher eine Anzeigeeinrichtung ansteuert,
um eine Meldung in einer Anzeigevorrichtung auszulösen, welche
auf die erforderliche Wartung des Ventils hinweist, sobald das Sensorsignal
des Sensorelements die Kraft-Kenngröße oder Spannungs-Kenngröße um mehr
als einen Toleranzwert überschreitet,
welcher zulässige
Abweichungen vom idealen, einem neuen Ventil entsprechenden Wert
der Kraft-Kenngröße oder Spannungs-Kenngröße definiert.
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Die
mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass die vorgeschlagene Vorrichtung unabhängig vom speziellen Einsatzort des
Ventils sicherstellen, dass eine erforderliche Wartung des Ventils
rechtzeitig festgestellt wird, um derart einerseits eine optimale
Lebensdauer des Ventils zu gewährleisten
und andererseits unnötig hohe
Wartungskosten zu verhindern.
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Weitere
Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiels
eines Ventils mit einer Vorrichtung zur Beurteilung des Wartungszustandes,
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiels
eines Ventils mit einer Vorrichtung zur Beurteilung des Wartungszustandes.
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In 1 ist
ein erstes Ausführungsbeispiels eines
Ventils mit einer Vorrichtung zur Beurteilung des Wartungszustandes
dargestellt. Es ist ein Ventil 1 zu erkennen, dessen rohrförmiger Ventilkörper 2 in üblicher
Weise an beiden Stirnflächen
mit einem Flansch 7, 8 versehen ist, um derart
eine abgedichtete Montage des Ventils 1 im Zuge einer Rohrleitung zu
ermöglichen.
Im Innern des Ventilkörpers 2 befindet
sich eine Ventil-Verstellmechanik 6 (beispielsweise
zum Öffnen/Schließen der
Rohrleitung), deren Betätigung über eine
Ventilstange 3 erfolgt, welche den Ventilkörper 2 über eine
Ventilstangen-Dichtung 4 durchstößt. Das weitere Ende dieser
Ventilstange 3 wird von einem Aktuator 5 beaufschlagt.
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Der
Aktuator 5 empfängt
Steuerbefehle von einer Elektronik 10, wobei beispielsweise
ein Kabel 12 zur Kommunikation zwischen Elektronik 10 und Aktuator 5 eingesetzt
ist. Je nach vorliegendem Steuerbefehl führt die Ventilstange 3 eine
entsprechende Hubbewegung senkrecht zur Wand des Ventilkörpers 2 bzw.
Längsachse
des Ventils 1 aus, welche auf die Ventil-Verstellmechanik 6 in
gewünschter
Weise einwirkt. Üblicherweise
erfolgt eine Rückmeldung
hinsichtlich der von der Ventilstange 3 ausgeführten Hubbe wegung,
indem ein Wegaufnehmer 9 die tatsächliche Hubbewegung der Ventilstange 3 erfasst und
der Elektronik 10 ein entsprechendes Sensorsignal – beispielsweise über ein
Kabel 13 – zuleitet. Durch
diese Maßnahmen
wird eine geregelte Bewegung der Ventilstange 3 ermöglicht.
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Um
den aktuellen Wartungszustand des Ventils 1 beurteilen
zu können,
ist ein Sensorelement 11 seitlich an der Ventilstange 3 montiert,
welches die während
einer Hubbewegung der Ventilstange 3 auftretenden Kräfte oder
mechanischen Spannungen erfasst und ein der gemessenen Kraft (Druckkraft oder
Zugkraft) oder mechanischen Spannung (Dehnung) entsprechendes Sensorsignal
an die Elektronik 10 leitet. Zweckmäßig weist das Sensorelement 11 eine
analoge Signalaufbereitung auf. Durch die Messung der in der Ventilstange 3 auftretenden
Dehnung oder der Kraft, die benötigt
wird, um die Ventilstange 3 zu bewegen, können Rückschlüsse über den
Zustand der Mechanik im Ventil – Ventil-Verstellmechanik 6 – und/oder
der Ventilstangen-Dichtung 4 geschlossen werden.
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In 2 ist
ein zweites Ausführungsbeispiels
eines Ventils mit einer Vorrichtung zur Beurteilung des Wartungszustandes
dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird das der gemessenen Kraft oder mechanischen Spannung entsprechende
Sensorsignal per Funksignal an die Elektronik 10 geleitet, wozu
das Sensorelement 11 einen Funksender 15 aufweist
sowie die Elektronik 10 mit einem Funkempfänger 16 ausgerüstet ist.
Selbstverständlich
weisen der Funksender 15 einen vorgeschalteten Modulator/Codierer
und eine nachgeschaltete Antenne sowie der Funkempfänger 16 eine
vorgeschaltete Antenne und einen nachgeschalteten Demodulator/Decodierer
auf. Es ist somit möglich,
das dem Sensorsignal entsprechende, aufbereitete Funksignal vom Funksender 15 zum
Funkempfänger 16 zu
senden. Die übrige
Anordnung ist wie unter 1 beschrieben.
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Alternativ
zur Übermittlung
des Sensorsignals per Funk ist es auch möglich, eine drahtlose Signalübertragung
per Infrarotsignal zu realisieren, d. h. das Sensorelement 11 ist
hierfür
mit einem Infrarot-Sender ausgerüstet,
während
die Elektronik 10 einen Infrarot-Empfänger
aufweist.
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Für beide
Ausführungsbeispiele
gilt, dass die Elektronik 10 mit einem Prozessor versehen
ist, welcher die Signalaufbereitung und Signalverarbeitung vornimmt.
Insbesondere ist ein Speicher vorgesehen, welcher als Richtwert
eine Kraft-Kenngröße oder
Spannungs-Kenngröße enthält, welche
auf einer charakteristischen, im Herstellerwerk des Ventils nach
Fertigung des Ventils erfassten idealen Kraft-Kenngröße oder
Spannungs-Kenngröße beruht.
Das aufbereitete Sensorsignal des Sensorelements 11 wird
in einem Vergleicher mit der Kraft-Kenngröße oder Spannungs-Kenngröße verglichen. Überschreitet
das Sensorsignal die Kraft-Kenngröße oder Spannungs-Kenngröße um mehr
als einen Toleranzwert, welcher zulässige Abweichungen vom idealen,
einem neuen Ventil entsprechenden Wert definiert, so steuert der
Vergleicher eine Anzeigevorrichtung an, um eine Meldung in einer
Anzeigevorrichtung auszulösen,
welche auf die erforderliche Wartung des Ventils 1 hinzuweist.
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In
den vorstehenden Beispielen wird davon ausgegangen, dass die Elektronik 10 des
Wegaufnehmers 9 gleichzeitig auch zur Beurteilung des Wartungszustandes
des Ventils herangezogen wird. Alternativ hierzu ist es auch möglich, eine
separate Elektronik hierfür
einzusetzen.
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Aus
der vorstehenden Beschreibung geht bereits hervor, dass das Sensorelement 11 wahlweise
als Kraft-Sensorelement oder als Sensorelement zur Erfassung einer
mechanischen Spannung ausgebildet ist. Als Kraft-Sensorelement ist
beispielsweise eine Kraftmessdose einsetzbar, welche innerhalb der Ventilstange
oder im Aktuator 5 zwischen Ventilstange und Antrieb der
Ventilstange angeordnet ist, um dort die auf die Ventilstange 3 einwirkende
Kraft zu erfassen. Bei Einsatz eines seitlich an der Ventilstange
montierten Sensors können
die in der Ventilstange auftretenden mechanischen Spannungen oder
Dehnungen ermittelt werden. Hierzu eignen sich ein Dehnungsmessstreifen
oder ein Oberflächenwellensensor.
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- 1
- Ventil
- 2
- Ventilkörper
- 3
- Ventilstange
- 4
- Ventilstangen-Dichtung
- 5
- Aktuator
- 6
- Ventil-Verstellmechanik
- 7
- Flansch
- 8
- Flansch
- 9
- Wegaufnehmer
- 10
- Elektronik
- 11
- Sensorelement
- 12
- Kabel
- 13
- Kabel
- 14
-
- 15
- Funksender
- 16
- Funkempfänger