DE102008037393B4

DE102008037393B4 - Verfahren zur Früherkennung von Ventilschäden in oszillierenden Verdrängerpumpen und oszillierende Verdrängerpumpen mit integrierter Sensorik zur Verwendung in diesen Verfahren

Info

Publication number: DE102008037393B4
Application number: DE200810037393
Authority: DE
Inventors: Ronald Schmidt; Dr. Schlücker Eberhard; Piotr Reichel-Lesnianski; Peter Pawlitzki
Original assignee: Schafer & Urbach & Co KG GmbH; Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU
Current assignee: Schafer & Urbach & Co KG GmbH; Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2015-01-22
Anticipated expiration: 2028-09-26
Also published as: WO2010034632A1; EP2326842A1; DE102008037393A1; EP2326842B1

Abstract

Verfahren zur Früherkennung von Ventilschäden in oszillierenden Verdrangerpumpen mit drei oder mehr Zylindern mit oder ohne gemeinsamen Pumpenkopf durch signalbasierte Auswertung gemessener Druck- und Körperschallsignale, Digitalisierung der Drucksignale Berechnung von Korrelationskoeffizienten mittels Kovarianzanalyse unter Verwendung des Verlaufs des Körperschalls an jedem Zylinder bei Abwesenheit eines gemeinsamen Pumpenkopf oder unter Verwendung fiktiver Schwingungsbeschleunigungssignale für jeden Zylinder und Zuordnung eines Ventilschadens zu einem Zylinder bei Anwesenheit eines gemeinsamen Pumpenkopfs sowie Auslösen eines Alarms bei Überschreitung und/oder Unterschreitung vorgegebener Schwellenwerte für die Korrelationskoeffizienten sowie oszillierende Verdrängerpumpen mit integrierten Sensoren zur Verwendung in diesen Verfahren.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Früherkennung von Ventilschäden in oszillierenden Verdrängerpumpen.
Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung neue oszillierende Verdrängerpumpen mit integrierten Sensoren für die nicht invasive Druckmessung und nicht invasive Messung des Körperschalls.
Nicht zuletzt betrifft die vorliegende Erfindung die neuartige Verwendung der neuen oszillierenden Verdrängerpumpen für das neue Verfahren zur Früherkennung von Ventilschäden.
Stand der Technik
Oszillierende Verdrängerpumpen übertragen Energie auf Flüssigkeiten durch einen im Pumpenarbeitsraum hin- und hergehenden (oszillierenden) Verdränger. Die oszillierende Bewegung des Verdrängers (starrer Kolben, elastische Membran oder Faltenbalg) bewirkt eine periodische Vergrößerung und Verkleinerung des Arbeitsraumes, dessen Abgrenzung gegenüber Druck- und Saugleitung durch Ventile, insbesondere selbsttätige Ventile, erfolgt.
Ein wesentliches Kennzeichen oszillierender Verdrängerpumpen besteht in der prinzipbedingten Trennung von Druck- und Saugleitung durch wenigstens ein geschlossenes Ventil. Im Gegensatz zu rotierenden Verdrängerpumpen und Kreiselpumpen treten praktisch keine Leckageströme auf, solange die Ventile dicht sind.
Die leistungsseitige Abgrenzung des Pumpenarbeitsraums erfolgt nahezu ausschließlich durch selbsttätige Ventile. Um zu gewährleisten, dass die Ventile ohne deutliche Verzögerung schließen und öffnen, ist eine sorgfältige Auslegung aller Komponenten wie die Geometrie von Schließkörper und Sitz, Befederung, Werkstoffe usw., unabdingbar. Typische Probleme infolge mangelhafter Ventile sind Überdruckspitzen beim Öffnen der Druckventile, Unterdruckspitzen beim Öffnen der Saugventile, hohe Geräuschemission und vor allem schneller Verschleiß. Die Ventilauslegung und Ventilschäden haben daher großen Einfluss auf die Zuverlässigkeit und den Wirkungsgrad der Pumpen.
Bekanntermaßen sind die Saug- und Druckventile einem ständigen Verschleiß unterworfen, der sich negativ auf die Förderleistung und die Dosiergenauigkeit auswirkt. In der Praxis wird daher versucht, dieses Problem dadurch zu vermeiden, dass man aus der Erfahrung heraus die Ventile rechtzeitig austauscht. Trotzdem lässt es sich nicht vermeiden, dass Ventile – häufig ohne Vorwarnung – vorzeitig ausfallen. Dies verursacht aufgrund der dann notwendigen sofortigen Betriebsunterbrechung unerwünschte wirtschaftliche und technische Folgeschäden.
Die Betreiber von oszillierenden Verdrängerpumpen sind daher bestrebt, Ventilschäden schon im Anfangsstadium, d. h. möglichst früh, zu erkennen, um rechtzeitig geeignete Maßnahmen ergreifen zu können, lange bevor es zu einer schweren Schädigung, die zu einem Pumpenstillstand mit langen Ausfallzeiten führt, kommen kann. Häufig scheitert dies aber daran, dass die bislang bekannten Verfahren zur Früherkennung eine niedrige Empfindlichkeit aufweisen, die nicht ausreicht, Ventilschäden im Frühstadium, wenn die Förderstromverluste noch gering sind, zu erkennen. Oder aber sie erfordern eine aufwändige Sensorik zur Erfassung zahlreicher unterschiedlicher Daten, die in aufwändiger Weise ausgewertet werden müssen.
Bekanntermaßen führt ein undichtes Druckventil zu einem schnellen Druckanstieg in der Kompressionsphase und zu einem langsameren Druckabbau in der Dekompressionsphase. Im Falle eines defekten Saugventils sind die Verhältnisse gerade umgekehrt: Infolge der Leckageströmung in die Saugleitung wird mehr Kolbenweg zur Kompression benötigt; das Entspannen auf das Niveau des Saugdrucks ist schneller abgeschlossen. Die betreffenden Schäden lassen sich anhand von Indikatordiagrammen für den Druckverlauf detektieren. Außerdem führen diese Schäden zu einer verstärkten Emission von Körperschall beim öffnen und Schließen der Ventile.
Grundsätzlich können Druckverlauf und Körperschall für die Erkennung von Ventilschäden genutzt werden.
Die folgenden Literaturstellen geben einen Überblick über die bisher bekannten Methoden zur Störungsfrüherkennung an oszillierenden Verdrängerpumpen:

– Falko Haus, Methoden zur Störungsfrüherkennung an oszillierenden Verdrängerpumpen, Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 8, Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik, Nr. 1109, Berichte aus dem Institut für Automatisierungstechnik der TU Darmstadt, VDI Verlag GmbH, Düsseldorf, 2006, und
– Ulrich Klapp, Überwachung und Fehlerdiagnose an oszillierenden Verdrängerpumpen, Dissertation, 2004, Schriftenreihe des Lehrstuhls für Prozessmaschinen und Anlagentechnik, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Shaker Verlag, Aachen, 2005.

Die Anlagenzustandsüberwachung durch tiefendiagnostische Auswertung von Körperschallsignalen unter Verwendung der embedded PC-Technologie ist von R. Schmidt, E. Schlücker und O. Schade, Lehrstuhl für Prozessmaschinen und Anlagentechnik, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, in dem Vortrag ”Anlagenzustandsüberwachung durch tiefendiagnostische Auswertung von Körperschallsignalen” anlässlich der Processnet in Aachen im Oktober 2007 beschrieben worden.
In seiner Dissertation beschreibt Ulrich Klapp bereits, dass der von einer Pumpe emittierte Körperschall anhand des statistischen Zusammenhangs zwischen Druck- und Schallsignal mithilfe des Pearson'schen Korrelationskoeffizienten bewertet werden kann. Dieser Korrelationskoeffizient ist dimensionslos und kann Werte zwischen –1 und +1 einnehmen. Während Korrelationskoeffizienten von –1 und +1 auf einen vollständig negativ oder positiv linearen Zusammenhang der beiden Signale hindeuten, bedeutet ein Wert von 0 oder nahe 0, dass die Zeitverläufe von Körperschall und Druck unabhängig voneinander sind, weil das Schwingungsgeschehen vom Schließen der Ventile dominiert wird: Während das Saugventil bei niedrigem Druck schließt, spricht das Druckventil bei Förderdruck an. Folglich besteht kein Zusammenhang zwischen Schwingungsintensität und Druckniveau. Somit ermöglicht die Bildung des Korrelationskoeffizienten eine Bewertung des Schallsignals der Pumpe, ohne dass Referenzenwerte für den ungestörten Zustand bekannt sein müssen. Allerdings wird dieses Konzept nur anhand einer Simplexpumpe mit einem Zylinder getestet.
Verfahren zur Störungsfrüherkennung an oszillierenden Verdrängerpumpen durch Überwachung der Pulsation des Förderstroms beziehungsweise des Drucks an der Druckseite werden in dem deutschen Patent DE 196 25 947 C1 beschrieben.
Verfahren zur Überwachung und zur automatischen Störungsfrüherkennung von Ventilen durch Messung des Körperschalls oder Betriebsgeräuschs und deren Vergleich mit einem vom Betriebsgeräusch der Pumpe mit intakten Ventilen gebildeten Referenzsignalpegel gehen aus dem deutschen Patent DE 103 22 220 B3 hervor.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zu Grunde, ein neues Verfahren zur Früherkennung von Ventilschäden in oszillierenden Verdrängerpumpen mit drei oder mehr Zylindern zu finden, die die Nachteile des Standes der Technik nicht mehr länger aufweist, sondern das es gestattet, mit messtechnisch geringem Aufwand, d. h. ohne aufwändige Sensorik, und mit einem geringen Aufwand bei der Auswertung rasch, zuverlässig und mit hoher Empfindlichkeit Ventilschäden bereits im Anfangsstadium, wenn die Förderstromverluste noch gering sind, zu detektieren. Dadurch soll es möglich werden, rechtzeitig Gegenmaßnahmen zu ergreifen, lange bevor es zu einer schweren Schädigung, die zu einem Pumpenstillstand mit langen Ausfallzeiten führt, kommen kann.
Außerdem soll das neue Verfahren es in einfacher Weise gestatten zu bestimmen, welche Ventile (Druckventile oder Saugventile) Schäden aufweisen und in welchen Zylindern sie lokalisiert sind.
Des Weiteren lag der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, neue oszillierende Verdrängerpumpen bereitzustellen, die sich besonders gut zur Verwendung in dem neuen Verfahren eignen.
Erfindungsgemäße Lösung
Demgemäß wurde das neue Verfahren zur Früherkennung multipler Ventilschäden in einer oszillierenden Verdrängerpumpe mit drei oder mehr Zylindern mit einem gemeinsamen Pumpenkopf, wobei die Zylinder jeweils einen angetriebenen Verdränger, ein Zylindergehäuse, einen Arbeitsraum, ein Saugventil und ein Druckventil umfassen, durch signalbasierte Auswertung gemessener Druck- und Körperschallsignale gefunden, das die folgenden Verfahrensschritte umfasst:

(1) Druckmessung an jedem Zylinder mittels Dehnungsmessstreifen DMS,
(2) Digitalisierung des anhand der gemessenen DMS-Signale ermittelten Druckverlaufs durch Approximation durch eine Rechteckfunktion zum Auffinden der steigenden und fallenden Flanken des Druckverlaufs für jeden Zylinder,
(3) Bestimmung des Verlaufs des Körperschalls während des Saughubs und während des Druckhubs an einer Stelle des Pumpenkopfs, an der der Verlauf des Körperschalls die größte Sensitivität bei gleichzeitig geringstem Rauschen aufweist, durch Messung der Schwingungsbeschleunigung und Berechnung der Effektivwerte a_eff im Schadenszustand der Pumpe,
(4) Berechnung zweier fiktiver Schwingungsbeschleunigungssignale für jeden Zylinder aus der gemessenen Schwingungsbeschleunigung im Schadenszustand der Pumpe derart, dass zu Zwecken des Saugventiltests einmal während des Saughubs und zu Zwecken des Druckventiltests einmal während des Druckhubs der gemessene Verlauf durch einen Ersatzwert ersetzt wird,
(5) Berechnung des Korrelationskoeffizienten r_a,p zwischen den berechneten fiktiven Schwingungsbeschleunigungssignalen und dem digitalisierten Druckverlauf im Schadenszustand der Pumpe durch Kovarianzanalyse, wobei ein positiver Korrelationskoeffizient r_a,p beim Saugventiltest, der einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, einen Defekt an mindestens einem Saugventil und ein negativer Korrelationskoeffizient r_a,p beim Druckventiltest, der einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, einen Defekt an mindestens einem Druckventil anzeigt,
(6) Zuordnung eines Ventilschadens zu einem Zylinder durch Vergleich der Effektivwerte a_eff des Körperschalls im Schadenszustand während eines Hubs eines Verdrängers mit den Effektivwerten a_eff an den Flanken des digitalisierten Druckverlaufs im Schadenszustand, wobei eine Zuordnung zu einem Zylinder gegeben ist, wenn sich der Effektivwert a_eff genau mit den Flanken eines Verdrängerhubs ändert, sowie
(7) automatische Auslösung eines Alarms bei Überschreitung und/oder Unterschreitung vorgegebener Schwellenwerte für den Korrelationskoeffizienten r_a,p.

In Folgenden wird das neue Verfahren als »erfindungsgemäße Verfahren« bezeichnet.
Des Weiteren wurden die neuen oszillierenden Verdrängerpumpen mit drei oder mehr Zylindern mit einem gemeinsamen Pumpenkopf, wobei die Zylinder jeweils einen angetriebenen Verdränger, ein Zylindergehäuse, einen Arbeitsraum, ein Saugventil, ein Druckventil und einen Zylinderkopf umfassen, gefunden, worin an jedem Zylinder an einer Wand zum Arbeitsraum ein Dehnungsmessstreifen DMS zur nicht invasiven Druckmessung und an einer Stelle des Pumpenkopfs, an der der Verlauf des Körperschalls die größte Sensitivität bei gleichzeitig geringstem Rauschen aufweist, zusätzlich noch ein Sensor zur nicht invasiven Messung des Körperschalls mit den erforderlichen elektrischen Anschlussstellen integriert sind.
Im Folgenden werden die neuen oszillierenden Verdrängerpumpen als »erfindungsgemäße Verdrängerpumpen« bezeichnet.
Ferner wurde die Verwendung der erfindungsgemäßen Verdrängerpumpen in dem erfindungsgemäßen Verfahren gefunden, was im Folgenden als »erfindungsgemäße Verwendung« bezeichnet wird.
Vorteile der Erfindung
Im Hinblick auf den Stand der Technik war es überraschend und für den Fachmann nicht vorhersehbar, dass die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde lag, mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens, der erfindungsgemäßen Verdrängerpumpen und der erfindungsgemäßen Verwendung gelöst werden konnte.
Insbesondere war es überraschend, dass das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäßen Verdrängerpumpen und die erfindungsgemäße Verwendung es ermöglichten, mit messtechnisch geringem Aufwand, d. h. ohne aufwändige Sensorik, und mit einem geringen Aufwand bei der Auswertung rasch, zuverlässig und mit hoher Empfindlichkeit Ventilschäden bereits im Anfangsstadium, wenn die Förderstromverluste noch gering waren, zu detektieren. Dadurch war es möglich geworden, rechtzeitig Gegenmaßnahmen zu ergreifen, lange bevor es zu einer schweren Schädigung, die zu einem Pumpenstillstand mit langen Ausfallzeiten führt, kommen konnte.
Besonders überraschte, dass es das erfindungsgemäße Verfahren gestattete, in einfacher Weise ohne Sensoren an jedem Ventil zu bestimmen, welche Ventile (Druckventile oder Saugventile) Schäden aufwiesen und in welchen Zylindern sie lokalisiert waren.
Des Weiteren war es überraschend, dass die erfindungsgemäßen Verdrängerpumpen ohne großen zusätzlichen Aufwand hergestellt werden konnten, sehr robust und von langer Gebrauchsdauer waren und aufgrund ihrer hervorragenden Überwachungsmöglichkeiten besonders lange bei konstant hohen Förderleistungen betrieben werden konnten.
Insgesamt konnten oszillierende Verdrängerpumpen und insbesondere die erfindungsgemäßen Verdrängerpumpen mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens auch aus der Ferne, beispielsweise über das Internet oder über Computer-Standleitungen, hervorragend überwacht werden. Deshalb konnte auch eine große Anzahl von oszillierenden Verdrängerpumpen an unterschiedlichen Standorten zentral überwacht werden, was ein weiterer besonderer Vorteil der Erfindung ist.
Darüber hinaus ergaben sich überraschenderweise noch weitere besondere Vorteile:

– Das erfindungsgemäße Verfahren benötigte kein Triggersignal mehr, weswegen bei den erfindungsgemäßen Verdrängerpumpen auf Trigger oder Inkrementalgeber verzichtet werden konnte, was ihre Herstellung vereinfachte.
– Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mussten die Sensoren nicht mehr kalibriert werden, da das erfindungsgemäße Verfahren auf normalisierten Signaländerungen basierte.
– Die Sensoren konnten zu Zwecken des erfindungsgemäßen Verfahrens an den oszillierenden Verdrängerpumpen innerhalb bestimmter Grenzen dort angebracht werden, wo das Anbringen den geringsten Aufwand mit sich brachte. Dies erleichterte auch die Herstellung der erfindungsgemäßen Verdrängerpumpen, was technisch und wirtschaftlich von Vorteil war.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Früherkennung von Ventilschäden in oszillierenden Verdrängerpumpen.
Die oszillierenden Verdrängerpumpen weisen drei oder mehr, vorzugsweise drei bis fünf und insbesondere drei Zylinder auf.
Jeder Zylinder umfasst einen angetriebenen Verdränger. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Verdränger um einen Tauchkolben, eine mechanisch angelenkte Membran oder eine hydraulisch angelenkte Membran, insbesondere um einen Tauchkolben. Demgemäß ist die oszillierenden Verdrängerpumpe eine Tauchkolbenpumpe, eine Membranpumpe mit mechanisch angelenkter Membran oder eine hydraulisch angelenkte Membranpumpe oder Kolben-Membranpumpe, insbesondere eine Tauchkolbenpumpe.
Der Antrieb für den Verdränger kann ein Geradschubkurbelantrieb, ein Federnockentriebwerk mit phasenanschnittsgesteuerter Hubverstellung oder ein magnetischer Linearantrieb sein. Vorzugsweise wird ein Geradschubkurbelantrieb verwendet.
Außerdem umfasst der Zylinder ein Zylindergehäuse, einen Arbeitsraum, ein Saugventil, ein Druckventil und einen Zylinderkopf.
Die Zylinder der oszillierenden Verdrängerpumpen, insbesondere der erfindungsgemäßen oszillierenden Verdrängerpumpen, haben einen gemeinsamen Pumpenkopf.
Das Saugventil und das Druckventil sind vorzugsweise selbsttätig. Bevorzugt werden belastete Kugelventile, Plattenventile, Pilzventile oder Kegelventile verwendet.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die oszillierenden Verdrängerpumpen, insbesondere die erfindungsgemäßen Verdrängerpumpen, noch mit einem üblichen und bekannten Trigger oder Inkrementalgeber ausgestattet sein, mit dessen Hilfe bei Bedarf die Drehzahl der Pumpe bestimmt werden kann. Es ist aber ein ganz besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen oszillierenden Verdrängerpumpen, dass kein Trigger benötigt wird.
Die oszillierenden Verdrängerpumpen, insbesondere die erfindungsgemäßen oszillierenden Verdrängerpumpen, können vielseitig verwendet werden. Insbesondere können sie als Dosierpumpen, beispielsweise zur genauen Dosierung von Fluiden im Labor, als Industriepumpen beispielsweise in Chemieanlagen, Prozessanlagen und in der Raffinerietechnik, oder als Spülpumpen beispielsweise für die Horizontal- und Tiefbohrtechnik in der Ölindustrie, Bauindustrie oder Geothermie eingesetzt werden. Dabei können die geförderten Volumenströme bis zu mehreren 100 m³/h bei Arbeitsdrücken bis mehrere 1.000 bar betragen.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Früherkennung und Lokalisierung multipler Ventilschäden in einer oszillierenden Verdrängerpumpe, die die vorstehend beschriebenen Bestandteile umfasst und deren Zylinder einen gemeinsamen Pumpenkopf aufweisen, durch signalbasierte Auswertung gemessener Druck- und Körperschallsignale.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Druckmessung an jedem Zylinder mittels Dehnungsmessstreifen DMS.
Dabei wird der Druck im Arbeitsraum jedes Zylinders mittels Dehnungsmessstreifen DMS, die an der Wand zum Arbeitsraum, z. B. am Umfang der Kolbenbuchsen angebracht sind, gemessen. Es ist ein weiterer besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahren, dass alle üblichen und bekannten Typen von Dehnungsmessstreifen DMS verwendet werden können.
Vorzugsweise erfolgt die Druckmessung piezoelektrisch mithilfe von Halbleiter-DMS. Das resultierende DMS-Signal muss nicht kalibriert sein, sondern es reicht die Angabe des Drucks in Volt aus, weil es alleine auf die Druckänderung beim Öffnen und Schließen der Ventile im Saug- und Druckhub ankommt.
Zur Auswertung der gemessenen DMS-Signale wird der Druckverlauf digitalisiert, d. h., der gemessene Druckverlauf wird durch eine Rechteckfunktion approximiert, um die steigenden und fallenden Flanken des Druckverlaufs für jeden Zylinder zu finden. Die Zeitpunkte oder die Kurbelwinkel der Flanken entsprechen dann den jeweiligen Endpunkten der Saug- und Druckhübe.
Vorzugsweise wird zur Bestimmung des Druckverlaufs der maximale oder minimale, während der gesamten Aufzeichnung gemessene Druck ermittelt und ihre Differenz in 100 gleiche Intervalle geteilt. Anschließend wird die relative Häufigkeit, mit der die einzelnen Datenpunkte in eines der 100 Intervalle fallen, ermittelt. Das absolute Maximum in dem so ermittelten Histogramm oberhalb des 50-sten Intervalls wird als mittlerer Druck des Druckhubs betrachtet, und das absolute Maximum unterhalb des 50-sten Intervalls wird als mittlerer Druck des Saughubs angesehen.
Zu Zwecken der vorteilhaften Auswertung des Körperschalls wird bei der Approximation an den unteren und oberen Totpunkten der Verdrängen vorzugsweise jeweils ein Fenster von bevorzugt ±5% des Hubs ausgeblendet. Dies bedeutet, dass der Druckverlauf zunächst digitalisiert wird und dann die steigenden und fallenden Flanken ermittelt werden. Um die ermittelten Flanken herum wird dann das auszublende Fenster gelegt. Die Teilhübe der einzelnen Kolben am Anfang und am Ende der Messung werden jeweils komplett ignoriert, d. h., die Auswertung beginnt grundsätzlich mit der ersten Flanke im digitalen Druckverlauf und endet an der letzten Flanke.
Die Fensterung muss aber nur für einen Zylinder beziehungsweise Verdränger durchgeführt werden, wonach die Fenster für jeden Zylinder durch Verschieben um jeweils 120° berechnet werden können.
Dieses Verfahren lässt sich leicht automatisieren.
Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es wesentlich, dass der Verlauf des Körperschalls während des Saughubs und während des Druckhubs nur an einer Stelle des Pumpenkopfs, an der der Verlauf des Körperschalls die größte Sensitivität bei gleichzeitig geringstem Rauschen aufweist, durch Messung der Schwingungsbeschleunigung und Berechnung der Effektivwerte a_eff im Schadenszustand der Pumpe bestimmt wird.
Die Stelle des Pumpenkopfs, an der der Verlauf des Körperschalls die größte Sensitivität bei gleichzeitig geringstem Rauschen aufweist, kann der Fachmann aufgrund seines allgemeinen Fachwissens gegebenenfalls unter Zuhilfenahme einiger weniger orientierender Versuche ermitteln. Vorzugsweise liegt diese Stelle im Bereich des mittigen Zylinderkopfs.
Der Verlauf des Körperschalls während des Saughubs und während des Druckhubs wird durch die Messung der Schwingungsbeschleunigung in Volt und die Berechnung der Effektivwerte a_eff ermittelt. Bekanntermaßen kann der Effektivwert a_eff mithilfe der Gleichung (1) berechnet oder mithilfe der Gleichung (2) angenähert berechnet werden:
Vorzugsweise werden die Effektivwerte a_eff mithilfe der Gleichung (1) berechnet, wobei das Integral vorzugsweise nach dem Sehnen-Trapezverfahren berechnet wird Zur Messung des Körperschalls können die üblichen und bekannten Sensoren verwendet werden.
Vorzugsweise wird die Schwingungsbeschleunigung mithilfe üblicher und bekannter piezoelektrischer Beschleunigungsaufnehmer als Sensoren gemessen, da sie eine bessere Dynamik im Vergleich zu Weg- und Schnellesensoren aufweisen.
Für die Speicherung und Auswertung der gemessenen Signale können alle üblichen und bekannten Datenverarbeitungsanlagen verwendet werden, sofern sie eine ausreichende Rechen- und Speicherkapazität haben.
Vorzugsweise wird ein embedded PC verwendet, wie er von R. Schmidt, E. Schlücker und O. Schade, Lehrstuhl für Prozessmaschinen und Anlagentechnik, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, in ”Anlagenzustandsüberwachung durch tiefendiagnostische Auswertung von Körperschallsignalen”, Vortrag gehalten bei Processnet, Aachen, Oktober 2007, beschrieben wird.
Außerdem ist es wesentlich, dass für jeden Zylinder zwei fiktive Schwingungsbeschleunigungssignale aus der gemessenen Schwingungsbeschleunigung im Schadenszustand der Pumpe berechnet werden. Dies geschieht derart, dass zu Zwecken des Saugventiltests einmal während des Saughubs und zu Zwecken des Druckventiltests einmal während des Druckhubs der gemessene Verlauf durch einen Ersatzwert ersetzt wird.
Der Fachmann kann den Ersatzwert aufgrund seines allgemeinen Fachwissens und seiner Erfahrung und/oder anhand einiger weniger orientierender Versuche festlegen.
Vorzugsweise wird als Ersatzwert der Effektivwert a_eff im Gutzustand der oszillierenden Verdrängerpumpe verwendet, der automatisch bei der ersten Inbetriebnahme ermittelt und in einer Datenverarbeitungsanlage, insbesondere einem embedded PC, abgespeichert werden kann. Geeignet ist jedoch auch jeder andere von Null verschiedene positive Zahlenwert.
Vorzugsweise ist dieser Zahlenwert nicht wesentlich größer als der Effektivwert a_eff im Gutzustand. Die Größe der gewählten Zahl bestimmt nämlich die Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei größere Werte die Empfindlichkeit verringern.
Die Berechnung der beiden fiktiven Schwingungsbeschleunigungssignale lässt sich leicht automatisieren.
Durch Kovarianzanalyse wird der Korrelationskoeffizient r_a,p zwischen den berechneten fiktiven Schwingungsbeschleunigungssignalen und dem digitalisierten Druckverlauf im Schadenszustand der Pumpe berechnet. Vorzugsweise wird hierzu Gleichung (3) herangezogen.
Der Korrelationskoeffizient r_a,p ist die auf ±1 normierte Kovarianz der beiden Signale Druck und Körperschall. Ein Wert des Korrelationskoeffizienten nahe von +1 oder –1 deutet auf einen hohen positiven beziehungsweise negativen linearen Zusammenhang der beiden Signale hin, während ein Wert von 0 anzeigt, dass die Zeitverläufe von Körperschall und Druck unabhängig voneinander sind oder zumindest nichtlinear korrelieren.
Physikalisch wird dabei ausgenutzt, dass bei einem geschädigten Saugventil während des Druckhubs Fluid aus dem Arbeitsraum auf die Saugseite zurück gedrückt wird, das dann beim Durchströmen der schmalen Schadstelle zu kavitieren beginnt. Die bei der Kavitation entstehenden Geräusche bewirken ein Ansteigen der Schwingungsbeschleunigung des Körperschalls während des Druckhubs und damit eine bessere Korrelation des Körperschalls mit dem Druckverlauf als im fehlerfreien Zustand.
Schäden an Druckventilen können nach dem gleichen Prinzip erkannt werden. Hier ist dann allerdings das Zurückströmen des Fluids von der Druckseite in den Arbeitsraum für die vermehrte Geräuschentstehung verantwortlich.
Dabei zeigt ein positiver Korrelationskoeffizient r_a,p beim Saugventiltest, der einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, einen Defekt an mindestens einem Saugventil an. Ein negativer Korrelationskoeffizient r_a,p beim Druckventiltest, der einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, zeigt dagegen einen Defekt an mindestens einem Druckventil an.
Der in dieser Weise ermittelte Ventilschaden oder die in dieser Weise ermittelten Ventilschäden wird oder werden einem Zylinder zugeordnet, indem man die Effektivwerte a_eff des Körperschalls im Schadenszustand während eines Hubs eines Verdrängers mit den Effektivwerten a_eff an den Flanken des digitalisierten Druckverlaufs im Schadenszustand vergleicht. Eine Zuordnung zu einem Zylinder ist gegeben, wenn sich der Effektivwert a_eff genau mit den Flanken eines Verdrängerhubs ändert.
Sowohl die Berechnung des Korrelationskoeffizienten r_a,p als auch die Zuordnung des Ventilschadens oder der Ventilschäden zu einem Zylinder lassen sich leicht automatisieren.
Vorzugsweise werden dabei die gemessenen Körperschallsignale und der Druckverlauf kontinuierlich oder in Intervallen gemessen und unter Berücksichtigung der fiktiven Schwingungsbeschleunigungssignale in Datenverarbeitungsanlagen automatisch ausgewertet, und die resultierenden Korrelationskoeffizienten r_a,p werden auf Dauer oder eine gewisse Zeit lang gespeichert. Gegebenenfalls können die gemessenen Signale mit Referenzsignalen verglichen werden.
Die Speicherung und Auswertung muss nicht vor Ort geschehen, sondern die gemessenen Signale können über das Internet oder über Computer-Standleitungen an eine zentrale Datenverarbeitungsanlage übermittelt werden, wo ihre Auswertung und Speicherung stattfinden.
Ergibt die Auswertung, dass der Korrelationskoeffizient r_a,p einen vorgegebenen Schwellenwert für den Korrelationskoeffizienten r_a,p überschreitet oder unterschreitet, wird automatisch ein Alarm ausgelöst. Dabei kann es sich um einen akustischen und/oder optischen Alarm handeln. Dieser Alarm kann vor Ort an der schadhaften Pumpe und/oder in einer zentralen Schaltstelle ausgelöst werden. In schweren Fällen kann mit oder ohne einen vorhergehenden Alarm auch eine Notabschaltung ausgelöst werden.
Der Fachmann kann den jeweils geeigneten Schwellenwert aufgrund seines allgemeinen Fachwissens und seiner Erfahrung oder anhand einiger weniger orientierender Versuche festlegen.
Erfindungsgemäß ist es von Vorteil, wenn die vorstehend beschriebenen Sensoren bereits in die oszillierenden Verdrängerpumpen integriert sind. ”Integriert” bedeutet, dass die Sensoren in die erfindungsgemäßen Verdrängerpumpen an den erforderlichen Stellen eingebaut sind, so dass die erfindungsgemäßen Verdrängerpumpen mit den Sensoren an die Kunden ausgeliefert werden. Dabei sind die Sensoren so eingebaut, dass sie sich bei Langzeitbetrieb nicht lockern oder beschädigt werden, indes bei Bedarf leicht ausgewechselt werden können. Geeignete Befestigungsvorrichtungen sind üblich und bekannt.
Dabei erweist es sich als ein wesentlicher Vorteil, dass die Sensoren an den Stellen integriert werden können, an denen sie mit dem geringsten Aufwand angebracht werden können.
Die Sensoren der erfindungsgemäßen Verdrängerpumpen sind mit den erforderlichen elektrischen Anschlussstellen für Stromzuleitungen und Signalableitungen ausgerüstet, so dass sie sehr leicht mit Peripheriegeräten wie embedded PCs und anderen Datenverarbeitungsanlagen verbunden werden können.
Dadurch lassen sich die erfindungsgemäßen Verdrängerpumpen hervorragend für die erfindungsgemäßen Verfahren verwenden. Sie lassen sich ohne großen zusätzlichen Aufwand herstellen. Sie sind robust und von langer Gebrauchsdauer. Wegen ihrer hervorragenden Überwachungsmöglichkeiten können sie problemlos besonders lange bei konstant hohen Förderleistungen betrieben werden. Schaltstellen an den Ventilen können bereits sehr früh detektiert werden, so dass geeignete Gegenmaßnahmen ergriffen werden können, ohne dass es zu einem langen Ausfall der erfindungsgemäßen Verdrängerpumpen kommt.
Ausführungsbeispiele
Versuchsanordnung
Für die Ausführungsbeispiele wurde eine Hochdrucktauchkolbenpumpe mit drei Zylindern und einem gemeinsamen Pumpenkopf (Triplexpumpe) der Serie HPP 550-4 mit einer maximalen Förderleistung von 660 l/min und einem maximalen Betriebsdruck von 1.500 bar der Firma Schäfer & Urbach, Ratingen, Deutschland, verwendet.
Der Druckverlauf in jedem Zylinder wurde jeweils mithilfe von einem an dem betreffenden Zylinder angebrachten Halbleiter-Dehnungsmessstreifen DMS in Volt gemessen.
Bei den Versuchen 1 bis 3 (vgl. Tabelle 1) zum Betriebsverhalten im Normalzustand wurde der Verlauf des Körperschalls mithilfe eines piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmers als Körperschallsensor in Volt an jedem Zylinderkopf gemessen.
Bei den weiteren Versuchen 4 bis 14 (vgl. Tabellen 2 und 3) wurde der Verlauf des Körperschalls nur noch mithilfe eines piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmers als Körperschallsensor in Volt am mittigen Zylinderkopf gemessen.
Der von der Saugleitung her gesehen erste Zylinder wird im Folgenden als Zylinder I bezeichnet. Der mittige Zylinder wird als Zylinder II und der Zylinder, an dem die Druckleitung angeschlossen war, als Zylinder III bezeichnet.
Die Messwerte wurden mit einem speziell für die Untersuchungen konfigurierten LABVIEW-Programm mit einer Abtastrate von 50 kHz pro Messstelle jeweils für eine Sekunde pro Versuchslauf aufgezeichnet und in Textdateien abgespeichert. Die Körperschallsignale wurden zusätzlich mit 31 kHz Tiefpass gefiltert. Alle anderen Signale wurden ungefiltert aufgezeichnet.
Betriebsverhalten der Hochdrucktauchkolbenpumpe im Normalzustand
Es wurde zunächst das Betriebsverhalten der Hochdrucktauchkolbenpumpe im Normalzustand bestimmt. Die gewonnenen Daten dienten als Referenz für die weiteren Untersuchungen. Die Tabelle 1 gibt einen Überblick über die Versuchsbedingungen. Tabelle 1: Das Betriebsverhalten im Normalzustand – Versuchsbedingungen

Versuch Nr. Druck^a)/bar Drehzahl^b)/1/Minute

1 100 100

2 100 250

3 100 500

a) mittlerer Druck, gemessen druckseitig an einer Drossel;
b) an der Prozessleitstelle des Versuchsstands eingestellte Drehzahl;
Es ergab sich folgende Signalcharakteristik.
Die DMS-Signale der drei Zylinder zeigten den erwarteten Druckverlauf im Arbeitsraum. Somit konnten die DMS-Signale zur Approximation des Arbeitsraumdrucks verwendet werden. Der qualitative Verlauf der Körperschallsignale zeigte an jeder Messstelle die typischen Peaks beim Öffnen und Schließen der Ventile. Darüber hinaus waren keine Auffälligkeiten vorhanden. Der Förderdruck zeigte keinen nennenswerten Einfluss auf den qualitativen Verlauf des Körperschalls. Alle drei Körperschallsensoren lieferten den gleichen Informationsgehalt. Jedoch zeigte der Körperschallverlauf am Zylinderkopf des Zylinders II (mittiger Zylinderkopf) die größte Sensitivität bei gleichzeitig geringstem Rauschen.
Der Einfluss des Betriebszustands auf den Körperschall wurde ebenfalls untersucht. Dazu wurden die Effektivwerte a_eff der Körperschallsignale betrachtet. Dabei wurden die Peaks der Ventilöffnungs- und -Schließvorgänge ausgeblendet. Eine getrennte Auswertung des Körperschalls für Druck- und Saughub war bei der vorliegenden Hochdrucktauchkolbenpumpe nicht möglich, da sich zu jeder Zeit mindestens ein Kolben im Druckhub und ein Kolben im Saughub befanden. Die Messungen zeigten einen relativ schwachen Einfluss des Förderdrucks auf den Körperschall, der jedoch bei höheren Drehzahlen stärker und dann auch eindeutig steigend war. Bei niedriger Drehzahl war hingegen die Abhängigkeit des Körperschalls vom Druck nicht eindeutig. Allerdings war die Änderung des Körperschalls bei Druckvariation so gering, dass sie vernachlässigt werden konnte. Die Drehzahl hatte einen sehr starken und ebenfalls steigenden Einfluss auf den Körperschall, was auf die höhere Geschwindigkeit bei größerer Drehzahl und damit auf eine größere kinetische Energie aller schallverursachenden Effekte zurückzuführen war. Alle drei Körperschallmessstellen zeigten den gleichen Trend, jedoch lieferte die Messstelle am mittigen Zylinderkopf das Signal mit der größten Intensität, so dass im Folgenden nur noch diese verwendet wurde.
Experimentelle Untersuchung einer Druckventilschädigung

Es wurde ein manuell geschädigtes Druckventil in den Zylinder 1 eingebaut. Die Tabelle 2 gibt einen Überblick über die angewandten Versuchsbedingungen sowie über die durch Kovarianzanalyse auf der Basis der gemessenen Körperschallsignale und der gemessenen Druckverläufe berechneten Korrelationskoeffizienten r_a,p. Tabelle 2: Untersuchung einer Druckventilschädigung – Versuchsbedingungen

Versuch Nr.	Druck^a)/bar	Drehzahl^b)/1/min	r_a,p ^c)
4	20	100	–0,1
5	20	500	–0,165
6	50	100	–0,46
7	50	500	–0,04
8	100	100	–0,66
9	100	500	–0,07
10	500	500	–0,11
Vergleich:
Leerlauf	0	500	–0,04

a) mittlerer Druck, gemessen druckseitig an einer Drossel;
b) an der Prozessleitstelle des Versuchsstands eingestellte Drehzahl;
c) Korrelationskoeffizient

Durch den Einbau des schadhaften Druckventils resultierte qualitativ ein stark überhöhter Körperschallverlauf während des Saughubs, der charakteristisch für einen Schaden am Druckventil ist.
Die Korrelationskoeffizienten r_a,p waren erwartungsgemäß negativ, was auf den Druckventilschaden hindeutete. Die Ergebnisse zeigten außerdem, dass bei niedrigen Drehzahlen schon bei einem relativ kleinen Druck von 20 bar der Betrag des Korrelationskoeffizienten r_a,p um einen Faktor von mehr als 10 zunahm. Dies reichte aus, um den Korrelationskoeffizienten r_a,p als ein sicheres Kriterium zur Erkennung des Ventilschadens zu akzeptieren. Bei den Versuchen mit höheren Drehzahlen war die Korrelation allerdings nicht mehr so gut, indes war auch bei hoher Drehzahl und gleichzeitig höheren Drücken ab 100 bar aufwärts die Zunahme des Betrags des Korrelationskoeffizienten r_a,p ausreichend, um als Kriterium für einen Ventilschadens verwendet zu werden. Insgesamt ergab sich, dass je nach Drehzahl unterschiedliche Schwellenwerte für die Erkennung eines Ventilschadens zu verwenden waren, während der Einfluss des Drucks vernachlässigt werden konnte.
Experimentelle Untersuchung multipler Ventilschäden
Zur Untersuchung multipler Ventilschäden wurden in den Zylinder 1 ein geschädigtes Saugventil und ein geschädigtes Druckventil eingebaut (Versuche Nr. 11 bis 13, vgl. Tabelle 3). In einem weiteren Versuch wurden ein geschädigtes Druckventil in den Zylinder 1 und ein geschädigtes Saugventil in den Zylinder II eingebaut (Versuch Nr. 14, vgl. Tabelle 3).
Die Tabelle 3 gibt einen Überblick über die angewandten Versuchsbedingungen. Tabelle 3: Untersuchung multipler Ventilschäden – Versuchsbedingungen

Versuch Nr. Druck^a)/bar Drehzahl^b)/1/Minute

11 100 100

12 300 100

13 500 500

14 100 100

a) mittlerer Druck, gemessen druckseitig an einer Drossel;
b) an der Prozessleitstelle des Versuchsstands eingestellte Drehzahl;
Die Korrelation von Körperschall und Druckverlauf war bei multiplen Ventilschäden nicht mehr gegeben. Dies lag daran, dass ein einzelner Saugventilschaden eine hohe Schwingungsbeschleunigung des Körperschalls im Druckhub und eine niedrigere Schwingungsbeschleunigung im Saughub bewirkte. Bei einem Druckventilschaden waren die Verhältnisse entsprechend umgekehrt. D. h., Schall und Arbeitsraumdruck korrelierten nicht. Bei einem multiplen Ventilschaden, wie z. B. bei einem gleichzeitigen Defekt am Saug- und Druckventil oder gleichzeitigen Ventilschäden in verschiedenen Zylindern, war die Schwingungsbeschleunigung des Körperschalls je nach Konstellation sowohl während eines Teils oder während des gesamten Saug- und Druckhubs hoch. Das vorstehend beschriebene Verfahren konnte daher hier nicht mehr angewandt werden.
Deshalb wurde für jeden Zylinder das Körperschallsignal einmal während des Saughubs und einmal während des Druckhubs durch ein fiktives Beschleunigungssignal ersetzt. Als Ersatzwert wurde der zuvor gemessene und abgespeicherte Effektivwert a_eff im Gutzustand der Pumpe gewählt. Anschließend wurde damit der Korrelationskoeffizient r_a,p nach Gleichung (3) berechnet. Dadurch ist die Korrelation von Körperschall und Arbeitsraumdruck wieder gegeben.
Die erhaltenen Ergebnisse waren wie folgt zu interpretieren:

– Ein Saugventilschaden lag dann vor, wenn der Saugventiltest für mindestens einen Zylinder eine positive Korrelation anzeigte, die einen vorgegebenen Schwellenwert überschritt. Negative Korrelationen im Saugventiltest waren daher auf jeden Fall ein Indiz für ein unbeschädigtes Saugventil.
– Ein Druckventilschaden lag dann vor, wenn der Druckventiltest für mindestens einen Zylinder eine negative Korrelation anzeigte, die einen vorgegebenen Schwellenwert unterschritt. Positive Korrelationen im Druckventiltest waren daher auf jeden Fall ein Indiz für ein unbeschädigtes Druckventil.
– Die Zuordnung eines Ventilschadens zu einem Zylinder erfolgte durch den Vergleich der Effektivwerte a_eff des Körperschalls im Schadenszustand während eines Hubs eines Kolbens mit den Effektivwerten a_eff an den Flanken des digitalisierten

Druckverlaufs im Schadenszustand. Eine Zuordnung zu einem bestimmten Zylinder war gegeben wenn sich der Effektivwert a_eff genau mit den Flanken eines Kolbenhubs änderte.

Die Tabelle 4 gibt einen Überblick über die berechneten Korrelationskoeffizienten r_a,p für den Betrieb der Hochdrucktauchkolbenpumpe sowohl im Gutzustand (Versuche Nr. 1 bis 3; vgl. Tabelle 1) als auch im geschädigten Zustand (Versuche Nr. 11 bis 14; vgl. Tabelle 3). Tabelle 4: Korrelationskoeffizienten r_a,p bei Betrieb im Gutzustand (Versuche Nr. 1 bis 3) und im geschädigten Zustand (Versuche Nr. 11 bis 14)

Versuch Nr.	Saugventiltest Zylinder Nr.:			Druckventiltest Zylinder Nr.:
	I	II	III	I	II	III
1	–0,1*	–0,14*	–0,11*	0,14*	0,12*	0,35*
2	–0,59*	–0,2*	–0,38*	0,05*	0,2*	–0,01*
3	–0,76*	–0,05*	–0,22*	–0,14**	0,16*	0,0*

11	0,61***	0,62**	0,56**	–0,64***	–0,47**	–0,49**
12	0,55***	0,61**	0,53**	–0,63***	–0,43**	–0,47**
13	0,62***	0,64**	0,58**	–0,63***	–0,46**	–0,47**
14	0,14**	0,55***	0,48**	–0,63***	–0,34**	–0,34**

* Gutzustand;
** noch indifferent;
*** Alarmzustand!

Claims

Verfahren zur Früherkennung multipler Ventilschäden in einer oszillierenden Verdrängerpumpe mit drei oder mehr Zylindern mit einem gemeinsamen Pumpenkopf, wobei die Zylinder jeweils einen angetriebenen Verdränger, ein Zylindergehäuse, einen Arbeitsraum, ein Saugventil und ein Druckventil umfassen, durch signalbasierte Auswertung gemessener Druck- und Körperschallsignale, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: (1) Druckmessung an jedem Zylinder mittels Dehnungsmessstreifen DMS, (2) Digitalisierung des anhand der gemessenen DMS-Signale ermittelten Druckverlaufs durch Approximation durch eine Rechteckfunktion zum Auffinden der steigenden und fallenden Flanken des Druckverlaufs für jeden Zylinder, (3) Bestimmung des Verlaufs des Körperschalls während des Saughubs und während des Druckhubs an einer Stelle des Pumpenkopfs, an der der Verlauf des Körperschalls die größte Sensitivität bei gleichzeitig geringstem Rauschen aufweist, durch Messung der Schwingungsbeschleunigung und Berechnung der Effektivwerte a_eff im Schadenszustand der Pumpe, (4) Berechnung zweier fiktiver Schwingungsbeschleunigungssignale für jeden Zylinder aus der gemessenen Schwingungsbeschleunigung im Schadenszustand der Pumpe derart, dass zu Zwecken des Saugventiltests einmal während des Saughubs und zu Zwecken des Druckventiltests einmal während des Druckhubs der gemessene Verlauf durch einen Ersatzwert ersetzt wird, (5) Berechnung des Korrelationskoeffizienten r_a,p zwischen den berechneten fiktiven Schwingungsbeschleunigungssignalen und dem digitalisierten Druckverlauf im Schadenszustand der Pumpe durch Kovarianzanalyse, wobei ein positiver Korrelationskoeffizient r_a,p beim Saugventiltest, der einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, einen Defekt an mindestens einem Saugventil und ein negativer Korrelationskoeffizient r_a,p beim Druckventiltest, der einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, einen Defekt an mindestens einem Druckventil anzeigt, (6) Zuordnung eines Ventilschadens zu einem Zylinder durch Vergleich der Effektivwerte a_eff des Körperschalls im Schadenszustand während eines Hubs eines Verdrängers mit den Effektivwerten a_eff an den Flanken des digitalisierten Druckverlaufs im Schadenszustand, wobei eine Zuordnung zu einem Zylinder gegeben ist, wenn sich der Effektivwert a_eff genau mit den Flanken eines Verdrängerhubs ändert, sowie (7) automatische Auslösung eines Alarms bei Überschreitung und/oder Unterschreitung vorgegebener Schwellenwerte für den Korrelationskoeffizienten r_a,p.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ersatzwert der Effektivwert a_eff im Gutzustand der oszillierenden Verdrängerpumpe oder eine positive Zahl größer als Null ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelle des Pumpenkopfs, an der der Verlauf des Körperschalls die größte Sensitivität bei gleichzeitig geringstem Rauschen aufweist, der mittige Zylinderkopf ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die oszillierende Verdrängerpumpe drei oder fünf Zylinder aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die oszillierende Verdrängerpumpe eine Tauchkolbenpumpe, eine Membranpumpe mit mechanisch angelenkter Membran oder eine hydraulisch angelenkte Membranpumpe oder Kolben-Membranpumpe ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile selbsttätig sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile belastete Kugelventile, Plattenventile, Pilzventile oder Kegelventile sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdränger durch einen Geradschubkurbelantrieb angetrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Dehnungsmessstreifen DMS Halbleiter-DMS verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung des Körperschalls piezoelektrische Beschleunigungsaufnehmer als Sensoren verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass für die Erfassung und Auswertung der Körperschallsignale embedded PC-Systeme verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Digitalisierung der DMS-Signale mithilfe einer Datenverarbeitungsanlage erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung des Korrelationskoeffizienten mithilfe einer Datenverarbeitungsanlage erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein optischer und/oder akustischer Alarm oder eine Notabschaltung ausgelöst wird.
Oszillierende Verdrängerpumpen mit drei oder mehr Zylindern mit einem gemeinsamen Pumpenkopf, wobei die Zylinder jeweils einen angetriebenen Verdränger, ein Zylindergehäuse, einen Arbeitsraum, ein Saugventil, ein Druckventil und einen Zylinderkopf umfassen, worin an jedem Zylinder an der Wand zum Arbeitsraum ein Dehnungsmessstreifen DMS zur nicht invasiven Druckmessung und an einer Stelle des Pumpenkopfs, an der der Verlauf des Körperschalls die größte Sensitivität bei gleichzeitig geringstem Rauschen aufweist, zusätzlich noch ein Sensor zur nicht invasiven Messung des Körperschalls mit den erforderlichen elektrischen Anschlussstellen für Stromzuleitungen und Signalableitungen integriert sind.
Oszillierende Verdrängerpumpen nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelle des Pumpenkopfs, an der der Verlauf des Körperschalls die größte Sensitivität bei gleichzeitig geringstem Rauschen aufweist, im Bereich des mittigen Zylinderkopfs liegt.
Verwendung der oszillierenden Verdrängerpumpen gemäß Anspruch 15 oder 16 für Verfahren zur Früherkennung von Ventilschäden.
Verwendung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die oszillierenden Verdrängerpumpen gemäß Anspruch 15 oder 16 für das Verfahren zur Früherkennung multipler Ventilschäden gemäß Anspruch 1 verwendet werden.