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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Überwachung des Betriebszustands einer Pumpe.
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In modernen Flugzeugen ist eine Vielzahl von Pumpen verbaut. Beispielsweise werden in den verschiedenen, an Bord eines Flugzeugs vorhandenen zentralen Hydrauliksystemen, welche u. a. zur Versorgung der Fahrwerksbetätigung oder der Steuerflächen der primären Flugsteuerung verwendet werden, üblicherweise Pumpen eingesetzt, um Hydraulikfluid durch die Leitungen der Hydrauliksysteme zu fördern. Darüber hinaus können auch zur Kühlung wärmebelasteter Flugzeugkomponenten eingesetzte Kühlsysteme, Klimatisierungssysteme, Wasserversorgungssysteme und andere Flugzeugsysteme mit Pumpen ausgestattet sein. Gegenwärtig werden in Flugzeugen eingesetzte Pumpen üblicherweise ausschließlich im ausgebauten Zustand nach vom Hersteller spezifizierten Verfahren auf speziellen Prüfständen auf Fehler untersucht und gegebenenfalls repariert. Eine Pumpe wird in der Regel jedoch nur dann ausgebaut und überprüft, wenn für das mit der Pumpe ausgestattete System bereits ein Fehlerbetrieb oder gar ein Systemausfall erfasst wurde. Ein Fehlerbetrieb oder ein Ausfall eines relevanten Flugzeugsystems erfordert jedoch in der Regel eine sofortige und damit nicht planbare Überprüfung und gegebenenfalls Reparatur des Systems. Dies kann zu Beeinträchtigungen des Betriebs des Flugzeugs, insbesondere zu Flugverspätungen oder Flugausfällen und damit zu erhöhten Kosten führen.
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Die Erfindung ist auf die Aufgabe gerichtet, ein Verfahren und ein System anzugeben, die eine Überwachung des Betriebszustands einer Pumpe im in einem übergeordneten System, beispielsweise einem Hydrauliksystem eines Flugzeugs, eingebauten Zustand und im laufenden Betrieb der Pumpe ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung des Betriebszustands einer Pumpe wird zunächst eine Soll-Kennlinie der Pumpe erfasst. Die Kennlinie der Pumpe wird durch einen funktionalen Zusammenhang zwischen einem ersten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameter und einem zweiten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameter beschrieben. Die Soll-Kennlinie der Pumpe beschreibt das Betriebsverhalten der Pumpe, d. h. den funktionalen Zusammenhang zwischen dem ersten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameter und dem zweiten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameter bei intakter, ordnungsgemäß funktionierender Pumpe.
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Die Soll-Kennlinie der Pumpe kann vom Hersteller der Pumpe vorgegeben sein oder anhand eines Wartungshandbuchs oder dergleichen ermittelt werden. Alternativ dazu ist es auch möglich, die Soll-Kennlinie der Pumpe zu messen. Hierzu werden bei intakter Pumpe für mehrere Werte des ersten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters die zugehörigen Werte des zweiten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters oder für mehrere Werte des zweiten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters die zugehörigen Werte des ersten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters ermittelt. Die Soll-Kennlinie der Pumpe ergibt sich dann aus den einander zugeordneten Wertepaaren des ersten und des zweiten Pumpenbetriebsparameters. Die Messung der Soll-Kennlinie der Pumpe kann auf einem speziellen Prüfstand im nicht verbauten Zustand der Pumpe, aber auch bereits im in einem übergeordnete System verbauten Zustand der Pumpe erfolgen. Wesentlich ist lediglich, dass bei der Ermittlung der Soll-Kennlinie eine ordnungsgemäße Funktion der Pumpe gewährleistet ist.
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In einem weiteren Schritt des Verfahrens zur Überwachung des Betriebszustands einer Pumpe wird eine Ist-Kennlinie der Pumpe im in einem übergeordneten System, insbesondere einem Flugzeugsystem, eingebauten Zustand und im laufenden Betrieb der Pumpe erfasst. Für die Erstellung der Ist-Kennlinie werden insbesondere die für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameter herangezogen, die auch für die Erstellung der Soll-Kennlinie der Pumpe verwendet worden sind. Da es sich bei den zur Erstellung der Soll-Kennlinie und der Ist-Kennlinie der Pumpe herangezogenen Pumpenbetriebsparametern um Parameter handelt, die für den Betriebszustand der Pumpe, d. h. für die Funktionstüchtigkeit der Pumpe, charakteristisch sind, verändert sich auch der funktionale Zusammenhang zwischen den beiden Pumpenbetriebsparametern wenn sich die Funktionstüchtigkeit der Pumpe, beispielsweise aufgrund von Verschluß oder dergleichen verschlechtert. Folglich kommt es bei einer Verschlechterung der Funktionstüchtigkeit der Pumpe zu einer Abweichung der Ist-Kennlinie von der Soll-Kennlinie der Pumpe.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung des Betriebszustands einer Pumpe wird daher die Ist-Kennlinie der Pumpe, die im laufenden Betrieb der Pumpe erfasst wurde, mit der Soll-Kennlinie der Pumpe verglichen. Dieser Vergleich ermöglicht Rückschlüsse auf den Betriebszustand, d. h. die Funktionstüchtigkeit der Pumpe. Der Vergleich der Ist-Kennlinie mit der Soll-Kennlinie der Pumpe kann manuell erfolgen. Beispielsweise ist es denkbar, die beiden Kennlinien in einer grafischen Darstellung auf einem Display auszugeben und diese grafische Darstellung dann manuell zu bewerten. Alternativ dazu ist es jedoch auch denkbar, denn Kennlinienvergleich beispielsweise durch eine vorzugsweise elektronische Steuereinheit zu automatisieren. Bei Überschreiten eines vorbestimmten Schwellwerts für die Abweichung der Ist-Kennlinie von der Soll-Kennlinie kann die Ausgabe eines Warnsignals oder dergleichen vorgesehen sein.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Beurteilung des Betriebszustands, d. h. der Funktionstüchtigkeit der Pumpe im eingebauten Zustand und im laufenden Betrieb. Es ist daher nicht länger erforderlich, die Pumpe zur Überprüfung ihrer Funktionstüchtigkeit auszubauen. Darüber hinaus ist das Verfahren vergleichsweise einfach, ohne aufwändige Sensorik und Signalverarbeitung realisierbar. Wenn die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens überwachte Pumpe in einem Flugzeugsystem, beispielsweise einem Hydrauliksystem eines Flugzeugs verbaut ist, können Einschränkungen der Funktionstüchtigkeit der Pumpe rechtzeitig erkannt und dadurch Systemausfälle vermieden werden. Eine Reparatur oder ein Austausch der Pumpe ist besser planbar, wodurch Beeinträchtigungen des Betriebs des Flugzeugs durch Wartungsarbeiten an der Pumpe minimiert werden können.
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Vorzugsweise wird die Kennlinie der Pumpe durch einen funktionalen Zusammenhang zwischen einem Ausgangsvolumenstrom der Pumpe und einem Ausgangsdruck der Pumpe beschrieben. Diese beiden Pumpenbetriebsparameter sind für die Kennlinienerstellung besonders geeignet, da eine Veränderung des Betriebszustands, d. h. der Funktionstüchtigkeit der Pumpe unmittelbare Auswirkungen auf ihren funktionalen Zusammenhang hat. Beispielsweise führt eine Zunahme einer internen Leckage der Pumpe, beispielsweise aufgrund von Verschleiß, bei gleichbleibendem Ausgangsvolumenstrom zu einer Verringerung des Ausgangsdrucks der Pumpe. Eine Degradation des Pumpenbetriebszustands ist daher durch den oben beschriebenen Soll-/Ist-Kennlinienvergleich besonders gut abzubilden. Darüber hinaus haben Veränderungen des funktionalen Zusammenhangs zwischen dem Ausgangsvolumenstroms und dem Ausgangsdruck der Pumpe unmittelbar Auswirkungen auf den Betrieb eines übergeordneten Systems, in dem die Pumpe verbaut ist. Die anhand des oben beschriebenen Soll-/Ist-Kennlinienvergleichs gewonnenen Informationen über den Betriebszustand der Pumpe erlauben somit auch unmittelbare Rückschlüsse auf das Betriebsverhalten des übergeordneten Systems.
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Der Ausgangsvolumenstrom der Pumpe wird vorzugsweise durch einen Durchflusssensor erfasst. Grundsätzlich kann es sich bei dem Durchflusssensor um einen permanent im Bereich eines Ausgangs der Pumpe verbauten Durchflusssensor handeln. Alternativ dazu ist es jedoch auch denkbar, einen nicht permanent eingebauten Durchflusssensor, d. h. einen nicht invasiven Durchflusssensor zur Erfassung des Ausgangsvolumenstroms der Pumpe zu verwenden, der temporär, d. h. nur zur Erfassung der Soll- und/oder der Ist-Kennlinie der Pumpe im Bereich des Pumpenausgangs angeordnet wird. Bei dem Durchflusssensor kann es sich beispielsweise um einen Ultraschallsensor handeln. Der Ausgangsdruck der Pumpe wird vorzugsweise durch einen Drucksensor erfasst. Insbesondere wird ein Drucksensor verwendet, der ohnehin in dem übergeordneten System stromabwärts der Pumpe vorhanden ist. Dadurch kann auf den Einbau eines separaten Sensors verzichtet werden.
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Vorzugsweise wird die Ist-Kennlinie der Pumpe für mindestens einen vorbestimmten Wert des ersten oder des zweiten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters mit der Soll-Kennlinie der Pumpe verglichen. Die Auswahl eines vorbestimmten Werts des ersten oder des zweiten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters erleichtert den Soll-/Ist-Kennlinienvergleich. Der vorbestimmte Wert des ersten oder des zweiten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters kann beispielsweise für einen Standardbetrieb der Pumpe charakteristisch sein. Unter einem Standardbetrieb der Pumpe wird hier ein Normallastbetrieb der Pumpe verstanden, der während des Betriebs der Pumpe häufig auftritt. Ein Soll-/Ist-Kennlinienvergleich bei diesem Wert des ersten oder des zweiten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters ermöglicht dann gut Rückschlüsse auf das Betriebsverhalten der Pumpe im Standardbetrieb. Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch ein Wert des ersten oder des zweiten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters für den Soll-/Ist-Kennlinienvergleich herangezogen werden, der für einen Hochlastbetrieb der Pumpe charakteristisch ist. Üblicherweise tritt im Betrieb der Pumpe ein Hochlastbetrieb seltener auf als ein Standardbetrieb, eine Degradation des Betriebszustands der Pumpe wird jedoch üblicherweise im Hochlastbetrieb besonders deutlich sichtbar.
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Bei einer Ausführungsform des Verfahrens zur Überwachung des Betriebszustands einer Pumpe kann periodisch oder kontinuierlich für mindestens einen vorbestimmten Wert des ersten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters eine Differenz zwischen einem dem vorbestimmten Wert des ersten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters zugeordneten Wert des zweiten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters auf der Ist-Kennlinie der Pumpe und einem dem vorbestimmten Wert des ersten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters zugeordneten Wert des zweiten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters auf der Soll-Kennlinie der Pumpe gebildet werden. Mit anderen Worten, es wird in bestimmten Zeitabständen oder kontinuierlich für einen vorbestimmten Wert des ersten Pumpenbetriebsparameters eine Differenz zwischen dem diesem Wert zugeordneten Ist-Wert und dem diesem Wert zugeordneten Soll-Wert des zweiten Pumpenbetriebsparameters gebildet. In Abhängigkeit davon, ob diese Differenz positiv oder negativ ist, kann dann erkannt werden, ob sich der Betriebszustand der Pumpe noch auf Soll-Niveau befindet oder nicht. Vorzugsweise wird auch ein zeitlicher Verlauf dieser Differenz erfasst, sodass eine Beobachtung der zeitlichen Entwicklung des Betriebszustands der Pumpe möglich wird.
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Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch periodisch oder kontinuierlich für mindestens einen vorbestimmten Wert des zweiten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters eine Differenz zwischen einem dem vorbestimmten Wert des zweiten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters zugeordneten Wert des ersten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters auf der Ist-Kennlinie der Pumpe und einem dem vorbestimmten Wert des zweiten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters zugeordneten Wert des ersten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters auf der Soll-Kennlinie der Pumpe gebildet werden. Wiederum kann auch ein zeitlicher Verlauf dieser Differenz erfasst werden, um Erkenntnisse über die zeitliche Entwicklung des Betriebszustands der Pumpe zu gewinnen.
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Auf der Grundlage des zeitlichen Verlaufs der Differenz zwischen dem dem vorbestimmten Wert des ersten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters zugeordneten Wert des zweiten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters auf der Ist-Kennlinie der Pumpe und dem dem vorbestimmten Wert des ersten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters zugeordneten Wert des zweiten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters auf der Soll-Kennlinie der Pumpe kann ein Zeitpunkt für eine Reparaturbedürftigkeit oder Austauschbedürftigkeit der Pumpe prognostiziert werden. Diese Prognose kann manuell oder automatisiert erstellt werden. Anhand dieser Prognose können dann Wartungspläne erstellt werden, die möglichst wenig in den Betrieb des übergeordneten Systems, in dem die Pumpe verbaut ist, eingreifen.
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Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch auf der Grundlage des zeitlichen Verlaufs der Differenz zwischen dem dem vorbestimmten Wert des zweiten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameter zugeordneten Wert des ersten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters auf der Ist-Kennlinie der Pumpe und dem dem vorbestimmten Wert des zweiten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameter zugeordneten ersten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters auf der Soll-Kennlinie der Pumpe ein Zeitpunkt für eine Reparaturbedürftigkeit oder eine Austauschbedürftigkeit der Pumpe prognostiziert werden.
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Ein erfindungsgemäßes System zur Überwachung des Betriebszustands einer Pumpe umfasst eine Einrichtung zur Erfassung einer Soll-Kennlinie der Pumpe, wobei die Kennlinie der Pumpe durch einen funktionalen Zusammenhang zwischen einem ersten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameter und einem zweiten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameter beschrieben wird. Die Einrichtung zur Erfassung einer Soll-Kennlinie der Pumpe kann eine Speichereinheit umfassen, die dazu eingerichtet ist, eine Soll-Kennlinie der Pumpe zu speichern, die beispielsweise von einem Hersteller der Pumpe vorgegeben wird. Falls erforderlich, kann die Einrichtung zur Erfassung einer Soll-Kennlinie der Pumpe jedoch auch eine geeignete Messeinrichtung umfassen, die dazu in der Lage ist, einen funktionalen Zusammenhang zwischen dem ersten und dem zweiten Pumpenbetriebsparameter zu messen. Bei der Messeinrichtung kann es sich um einen separaten Pumpenprüfstand, aber auch um eine Messeinrichtung handeln, die gemeinsam mit der Pumpe in ein übergeordnetes System verbaut wird oder sogar teilweise oder vollständig dem übergeordneten System zugeordnet ist.
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Ferner umfasst das System eine Einrichtung zur Erfassung einer Ist-Kennlinie der Pumpe, im in einem übergeordneten System, insbesondere einem Flugzeugsystem, eingebauten Zustand und im laufenden Betrieb der Pumpe. Die Einrichtung zur Erfassung einer Ist-Kennlinie der Pumpe kann auch dazu eingesetzt werden, die Soll-Kennlinie der Pumpe zu erfassen. Die Einrichtung zur Erfassung einer Soll-Kennlinie der Pumpe wird dann nicht durch eine separate Einrichtung, sondern durch die Einrichtung zur Erfassung einer Ist-Kennlinie der Pumpe gebildet.
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Schließlich umfasst das System zur Überwachung des Betriebszustands einer Pumpe eine Einrichtung zum Vergleichen der Ist-Kennlinie der Pumpe mit der Soll-Kennlinie der Pumpe. Diese Einrichtung kann beispielsweise ein Display umfassen, das die Ausgabe einer grafischen Darstellung der Soll-Kennlinie und der Ist-Kennlinie der Pumpe ermöglicht. Anhand der Kennliniendarstellung auf dem Display kann dann ein manueller Kennlinienvergleich vorgenommen werden. Die Vergleichseinrichtung kann jedoch auch in der Lage sein, einen automatischen Soll-/Ist-Kennlinienvergleich durchzuführen und beispielsweise ein Warnsignal auszugeben, wenn die Ist-Kennlinie zu stark von der Soll-Kennlinie abweicht.
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Die Einrichtung zur Erfassung einer Soll-Kennlinie der Pumpe und/oder die Einrichtung zur Erfassung einer Ist-Kennlinie der Pumpe ist/sind vorzugsweise dazu eingerichtet, die Kennlinie der Pumpe durch einen funktionalen Zusammenhang zwischen einem Ausgangsvolumenstrom der Pumpe und einem Ausgangsdruck der Pumpe zu beschreiben.
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Die Einrichtung zur Erfassung einer Soll-Kennlinie der Pumpe und/oder die Einrichtung zur Erfassung einer Ist-Kennlinie der Pumpe kann/können einen Durchflusssensor, insbesondere einen nicht invasiven Durchflusssensor zur Erfassung des Ausgangsvolumenstroms der Pumpe umfassen. Der Durchflusssensor kann als Ultraschallsensor ausgeführt sein. Ferner kann/können die Einrichtung zur Erfassung einer Soll-Kennlinie der Pumpe und/oder die Einrichtung zur Erfassung einer Ist-Kennlinie der Pumpe einen Drucksensor zur Erfassung des Ausgangsdrucks der Pumpe umfassen. Bei dem Drucksensor handelt es sich insbesondere um einen im dem übergeordneten System, in dem die Pumpe verbaut ist, vorhandenen Drucksensor.
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Die Einrichtung zum Vergleichen der Ist-Kennlinie der Pumpe mit der Soll-Kennlinie der Pumpe kann dazu eingerichtet sein, die Ist-Kennlinie der Pumpe für mindestens einen vorbestimmten Wert des ersten oder des zweiten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters mit der Soll-Kennlinie der Pumpe zu vergleichen, wobei der vorbestimmte Wert des ersten oder des zweiten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters für einen Standardbetrieb der Pumpe oder einen Hochlastbetrieb der Pumpe charakteristisch sein kann.
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Die Einrichtung zum Vergleichen der Ist-Kennlinie der Pumpe mit der Soll-Kennlinie der Pumpe kann dazu eingerichtet sein, periodisch oder kontinuierlich für mindestens einen vorbestimmten Wert des ersten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters eine Differenz zwischen einem dem vorbestimmten Wert des ersten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters zugeordneten Wert des zweiten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters auf der Ist-Kennlinie der Pumpe und einem dem vorbestimmten Wert des ersten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters zugeordneten Wert des zweiten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters auf der Soll-Kennlinie der Pumpe zu bilden. Ferner kann die Einrichtung zum Vergleichen der Ist-Kennlinie der Pumpe mit der Soll-Kennlinie dazu eingerichtet sein, einen zeitlichen Verlauf dieser Differenz zu erfassen.
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Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Einrichtung zum Vergleichen der Ist-Kennlinie der Pumpe mit der Soll-Kennlinie der Pumpe auch dazu eingerichtet sein, periodisch oder kontinuierlich für mindestens einen vorbestimmten Wert des zweiten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters eine Differenz zwischen einem dem vorbestimmten Wert des zweiten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters zugeordneten Wert des ersten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters auf der Ist-Kennlinie der Pumpe und einem dem vorbestimmten Wert des zweiten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters zugeordneten Wert des ersten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters auf der Soll-Kennlinie der Pumpe zu bilden. Wiederum kann die Einrichtung zum Vergleichen der Ist-Kennlinie der Pumpe mit der Soll-Kennlinie der Pumpe auch dazu eingerichtet sein, einen zeitlichen Verlauf dieser Differenz zu erfassen.
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Ferner kann die Einrichtung zum Vergleichen der Ist-Kennlinie der Pumpe mit der Soll-Kennlinie der Pumpe dazu eingerichtet sein, auf der Grundlage des zeitlichen Verlaufs der Differenz zwischen dem dem vorbestimmten Wert des ersten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters zugeordneten Wert des zweiten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters auf der Ist-Kennlinie der Pumpe und dem dem vorbestimmten Wert des ersten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters zugeordneten Wert des zweiten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters auf der Soll-Kennlinie der Pumpe einen Zeitpunkt für eine Reparaturbedürftigkeit oder eine Austauschbedürftigkeit der Pumpe zu prognostizierten.
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Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Einrichtung zum Vergleichen der Ist-Kennlinie der Pumpe mit der Soll-Kennlinie der Pumpe auch dazu eingerichtet sein, auf der Grundlage des zeitlichen Verlaufs der Differenz zwischen dem dem vorbestimmten Wert des zweiten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters zugeordneten Wert des ersten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters auf der Ist-Kennlinie der Pumpe und dem dem vorbestimmten Wert des zweiten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters zugeordneten Wert des ersten, für den Betriebszustand der Pumpe charakteristischen Pumpenbetriebsparameters auf der Soll-Kennlinie der Pumpe einen Zeitpunkt für eine Reparaturbedürftigkeit oder eine Austauschbedürftigkeit der Pumpe zu prognostizieren.
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Das oben beschriebene Verfahren und/oder das oben beschriebene System ist/sind besonders gut zur Überwachung des Betriebszustands einer Pumpe einsetzbar, die in einem Flugzeugsystem, insbesondere einem Hydrauliksystems eines Flugzeugs verbaut ist.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der beigefügten, schematischen Zeichnungen näher erläutert, von denen
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1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Überwachung des Betriebszustands einer Pumpe zeigt,
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2 eine Darstellung eines Systems zur Überwachung des Betriebszustands einer Pumpe zeigt,
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3 eine grafische Darstellung verschiedener Kennlinien einer Pumpe zeigt, und
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4 eine grafische Darstellung des Ergebnisses eines Soll-/Ist-Kennlinienvergleichs in Abhängigkeit der Zeit zeigt.
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Ein Verfahren und ein System zur Überwachung des Betriebszustands einer Pumpe werden im Folgenden unter Bezugnahme auf eine Pumpe 10 erläutert, die in einer Hydraulikfluidleitung 12 eines Flugzeughydrauliksystems angeordnet ist und dazu dient, Hydraulikfluid durch die Hydraulikfluidleitung 12 des Flugzeughydrauliksystems zu fördern, siehe 2. Die Pumpe 10 kann beispielsweise in Form einer Axialkolbenpumpe ausgebildet sein. Es versteht sich jedoch, dass das Verfahren und das System zur Überwachung des Betriebszustands einer Pumpe auch mit einer anderen Pumpe realisierbar sind.
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Wenn sich Pumpe 10 in einem ordnungsgemäßen, intakten Betriebszustand befindet, treten im Inneren der Pumpe an verschiedenen Stellen interne Leckagen auf. Diese internen Leckagen sind für einen ordnungsgemäßen Betrieb der Pumpe 10 erforderlich, da sie der Schmierung und der Kühlung der Pumpe 10 dienen. Mit zunehmender Betriebsdauer der Pumpe 10 können jedoch Defekte oder Verschleißerscheinungen zu einer übermäßigen Zunahme der internen Leckagen führen, die sich negativ auf den Betriebszustand, d. h. die Funktionstüchtigkeit der Pumpe 10 auswirken. Ziel des hier beschriebenen Überwachungsverfahrens und Überwachungssystems ist es, den Betriebszustand, d. h. die Funktionstüchtigkeit der Pumpe 10 im in dem Hydrauliksystem des Flugzeugs eingebauten Zustand im laufenden Betrieb der Hydraulikpumpe 10 zu überwachen und dadurch Einschränkungen der Funktionstüchtigkeit der Pumpe 10 möglichst frühzeitig zu erkennen.
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Hierzu wird, wie in 1 dargestellt, in einem ersten Schritt zunächst eine Soll-Kennlinie der Pumpe 10 erfasst. Die Kennlinie der Pumpe 10 wird durch einen funktionalen Zusammenhang zwischen zwei für den Betriebszustand der Pumpe 10 charakteristischen Pumpen betriebsparametern beschrieben. Als erster Pumpenbetriebsparameter wird hier ein Ausgangsvolumenstrom der Pumpe 10 und als zweiter Pumpenbetriebsparameter ein Ausgangsdruck der Pumpe 10 herangezogen.
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Die Soll-Kennlinie der Pumpe 10 spiegelt das Betriebsverhalten der Pumpe 10 bei Intakter Pumpe 10 wider, d. h. die Soll-Kennlinie gibt den Soll-Zusammenhang zwischen dem Ausgangsvolumenstrom und dem Ausgangsdruck der Pumpe 10 im intakten, d. h. im Nominalbetriebszustand der Pumpe, an. Eine Einrichtung 14 zur Erfassung der Soll-Kennlinie umfasst eine Speichereinheit, in der die die Soll-Kennlinie bildenden Wertepaare des Ausgangsvolumenstroms und des Ausgangsdrucks der Pumpe 10 hinterlegt sind. Diese Wertepaare können vom Hersteller der Pumpe 10 vorgegeben sein oder anhand eines Wartungshandbuchs oder dergleichen ermittelt werden. Alternativ dazu kann die Soll-Kennlinie der Pumpe 10 auch gemessen werden. In dem hier erörterten Ausführungsbeispiel ist dies beispielsweise durch Messung des Ausgangsdrucks der Pumpe 10 bei variierendem Ausgangsvolumenstrom der Pumpe möglich. Derartige Messungen können auf einem separaten Pumpenprüfstand im nicht in dem übergeordneten Hydrauliksystem des Flugzeugs verbauten Zustand der Pumpe 10 durchgeführt werden. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, eine im Folgenden noch näher erläuterte Einrichtung 16 zur Erfassung einer Ist-Kennlinie der Pumpe 10 auch zur Erfassung der Soll-Kennlinie der Pumpe 10 zu nutzen.
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Wie bereits erwähnt, dient eine Einrichtung 16 der Erfassung einer Ist-Kennlinie der Pumpe 10 im in dem übergeordneten Hydrauliksystem des Flugzeugs eingebauten Zustand und im laufenden Betrieb der Pumpe 10. Die Einrichtung 16 umfasst einen Drucksensor 18, der im Bereich eines Ausgangs der Pumpe 10 angeordnet ist. Bei dem Drucksensor 18 kann es sich um einen Drucksensor handeln, der ohnehin in dem übergeordneten Hydrauliksystem des Flugzeugs vorhanden ist und beispielsweise dazu dient, einer in 2 nicht gezeigten Steuereinheit zur Steuerung des Betriebs des Hydrauliksystems Messdaten des Hydraulikfluiddrucks in der Hydraulikleitung 12 bereitzustellen, die die Steuereinheit dann zur Steuerung des Betriebs des Hydrauliksystems nutzt.
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Ferner umfasst die Einrichtung 16 einen Durchflusssensor 20, der ebenfalls im Bereich des Ausgangs der Pumpe 10 angeordnet ist. Bei dem Durchflusssensor 20 handelt es sich um einen nicht invasiven Ultraschallsensor, der permanent im Bereich des Ausgangs der Pumpe 10 platziert ist und daher eine kontinuierliche Messung des Ausgangsvolumenstroms der Pumpe 10 ermöglicht. Im laufenden Betrieb der Pumpe 10 von den Sensoren 18, 20 erfasste Messdaten werden einer elektronischen Steuereinheit 22 zugeführt. Aus diesen Messdaten erstellt die elektronische Steuereinheit 22 eine Ist-Kennlinie der Pumpe 10. Eine grafische Darstellung der Soll-Kennlinie und der Ist-Kennlinie der Pumpe 10 wird auf einem Display 24 ausgegeben. Die elektronische Steuereinheit 22 und das Display 24 bilden somit eine Einrichtung zum Vergleichen der Soll-Kennlinie der Pumpe 10 mit der Ist-Kennlinie der Pumpe 10.
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Anhand der grafischen Darstellung der Soll-Kennlinie und der Ist-Kennlinie der Pumpe 10 auf dem Display 24 kann ein Soll-/Ist-Kennlinienvergleich durchgeführt werden. Dieser Soll-/Ist-Kennlinienvergleich ermöglicht Rückschlüsse auf den Betriebszustand, d. h. die Funktionstüchtigkeit der Pumpe 10. Dies wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die grafische Darstellung in 3 näher erläutert.
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In der Grafik gemäß 3 ist die Soll-Kennlinie der Pumpe 10 als durchgezogene Linie dargestellt. Die gestrichelte Linie in der Darstellung gemäß 3 veranschaulicht eine Ist-Kennlinie A der Pumpe 10, die sich ergibt, wenn sich der Betriebszustand der Pumpe 10 zwar gegenüber dem Nominalbetriebszustand der Pumpe 10 verschiechtert hat, aber noch akzeptabel ist. Dies wird dadurch deutlich, dass die Ist-Kennlinie A über ihren gesamten Verlauf oberhalb einer strickpunktiert gezeichneten Grenzkennlinie liegt, die die Grenze zwischen einem noch akzeptablen und einem nicht mehr akzeptablen Kennlinienverlauf vorgibt. Die strichdoppelpunktiert dargestellte Linie in 3 zeigt dagegen eine Ist-Kennlinie B der Pumpe 10, die bereits über einen Teil ihres Verlaufs unterhalb der Grenzkennlinie liegt. Schließlich ist punktiert eine Ist-Kennlinie C der Pumpe 10 dargestellt, über ihren gesamten Verlauf unterhalb der Grenzkennlinie liegt.
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Wenn die Ist-Kennlinie der Pumpe 10 über ihren gesamten Verlauf unterhalb der Grenzkennlinie liegt, ist eine Reparatur oder ein Austausch der Pumpe 10 erforderlich. Wenn die Ist-Kennlinie der Pumpe 10 dagegen lediglich über einen Teil ihres Verlaufs unterhalb der Grenzkennlinie liegt, kann geprüft werden, ob die Pumpe 10 häufig in einem Betriebsbereich betrieben wird, in dem die Ist-Kennlinie unterhalb der Grenzkennlinie liegt. Ist dies nicht der Fall und wird der Betriebsbereich der Pumpe 10, in dem die Ist-Kennlinie unterhalb der Grenzkennlinie liegt, als unkritisch für den Betrieb des übergeordneten Systems, in dem die Pumpe 10 verbaut ist, angesehen, kann die Reparatur oder der Austausch der Pumpe 10 gegebenenfalls verschoben werden. Andernfalls ist auch dann, wenn die Ist-Kennlinie der Pumpe 10 lediglich über einen Teil ihres Verlaufs unterhalb der Grenzkennlinie liegt, bereits eine Reparatur oder ein Austausch der Pumpe 10 vonnöten. In jedem Fall wird jedoch ein Ausfall der Pumpe 10 und damit ein Ausfall des übergeordneten Systems, in dem die Pumpe 10 verbaut ist, vermieden.
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Grundsätzlich ist es möglich, manuell, d. h. allein auf der Grundlage der Übersichtsdarstellung gemäß 3 den Betriebszustand der Pumpe 10 abzuschätzen und festzulegen, ob die Pumpe 10 weiterbetrieben werden kann oder ob eine Reparatur oder ein Austausch der Pumpe 10 erforderlich ist. Alternativ oder zusätzlich dazu ist es jedoch auch möglich, einen vorbestimmten Wert oder mehrere vorbestimmte Werte eines der beiden die Pumpenkennlinie bestimmenden Pumpenbetriebsparameters und folglich einen bestimmten Abschnitt der Pumpenkennlinien für den Soll-/Ist-Kennlinienvergleich und folglich die Beurteilung des Betriebszustands der Pumpe 10 herauszugreifen.
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In der Darstellung gemäß 3 repräsentiert ein Wert AV1 des Ausgangsvolumenstroms der Pumpe 10 einen Wert des Ausgangsvolumenstroms der Pumpe 10, der in einem häufig auftretenden Standardbetrieb der Pumpe 10 unter Normallast auftritt. Ein Wert AV2 des Ausgangsvolumenstroms der Pumpe 10 repräsentiert dagegen einen Wert des Ausgangsvolumenstroms der Pumpe 10, der in einem Hochlastbetrieb der Pumpe 10 auftritt. Durch einen Soll-/Ist-Kennlinienvergleich für den Wert AV1 kann das Betriebsverhalten der Pumpe 10 im Standardbetrieb abgeschätzt werden. Ein Soll-/Ist-Kennlinienvergleich für den Wert AV2 ermöglicht dagegen eine Abschätzung des Betriebsverhaltens der Pumpe 10 im Hochlastbetrieb. Insbesondere wird durch die Darstellung der Ist-Kennlinie B in 3 deutlich, dass das Betriebsverhalten der Pumpe 10 im Normallastbetrieb bei AV1 noch akzeptabel sein kann, wohingegen das Betriebsverhalten der Pumpe 10 im Hochlastbetrieb bei AV2 nicht mehr akzeptabel ist. Dies resultiert daraus, dass sich durch Verschleiß oder dergleichen verursachte Pumpeneffekte im Hochlastbetrieb der Pumpe 10 starker auswirken als im Standardbetrieb. Ein Soll-/Ist-Kennlinienvergleich für den Wert AV2 liefert daher bereits frühzeitige Hinweise auf geringfügige Verschlechterungen des Betriebszustands der Pumpe 10.
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Ferner kann für einen vorbestimmten Wert des Ausgangsvolumenstroms der Pumpe 10, der beispielsweise dem Wert AV1 oder dem Wert AV2 entsprechen kann, periodisch oder kontinuierlich eine Differenz zwischen einem diesem Wert des Ausgangsvolumenstroms zugeordneten Pumpenausgangsdruckwert auf der Ist-Kennlinie und einem diesem Wert des Ausgangsvolumenstroms der Pumpe 10 zugeordneten Ausgangsdruckwert auf der Soll-Kennlinie ermittelt werden. Aus einer derartigen Differenzermittlung kann die Darstellung gemäß 4 erstellt werden, die die zeitliche Entwicklung der Differenz zwischen Ist-Ausgangdruckwert und Soll-Ausgangsdruckwert bei dem vorbestimmten Ausgangsvolumenstrom wiedergibt. Solange die Differenz positiv ist, liegt der Ist-Ausgangsdruckwert über dem Soll-Ausgangsdruckwert, woraus abzuleiten ist, dass der Betriebszustand der Pumpe 10 dem Nominalbetriebszustand entspricht oder besser ist. Wird die Differenz zwischen Ist-Ausgangsdruckwert und Soll-Ausgangsdruckwert bei dem vorbestimmten Ausgangsvolumenstrom dagegen negativ, deutet dies darauf hin, dass der Betriebszustand der Pumpe 10 nicht mehr dem Nominalbetriebszustand entspricht, d. h. dass eine relevante Verschlechterung des Betriebszustands der Pumpe 10 gegenüber dem Nominalbetriebszustand eingetreten ist. Wenn die Differenz zwischen Ist-Ausgangsdruckwert und Soll-Ausgangsdruckwert einen bestimmten Schwellwert Dkrit überschreitet, kann dies als Indiz gewertet werden, dass die Pumpe 10 repariert oder ausgetauscht werden muss.
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Die Darstellung gemäß 4 kann jedoch auch bereits vor Erreichen des Schwellwerts Dkrit dazu herangezogen werden, einen Zeitpunkt für eine Reparaturbedürftigkeit oder eine Austauschbedürftigkeit der Pumpe 10 zu prognostizieren. Insbesondere erlaubt der Verlauf der Kurve in 4 Rückschüsse auf die Geschwindigkeit, mit der die Verschlechterung des Betriebszustands der Pumpe 10 eintritt. Die Darstellungen gemäß den 3 und 4 werden in dem in 2 veranschaulichten System durch die Steuereinheit 22 erstellt und auf dem Display 24 ausgegeben.
