DE102021112419A1

DE102021112419A1 - Pump for conveying a medium and monitoring method

Info

Publication number: DE102021112419A1
Application number: DE102021112419.0A
Authority: DE
Inventors: Martin Mönnigmann; Jens Müller; Sebastian Leonow; Yashar Kouhi; Christian Hansen; Johannes Schulz; Sascha Plazar
Original assignee: Ruhr Univ Bochum Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts; Ruhr Universitaet Bochum Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts; Seepex GmbH
Current assignee: Ruhr Univ Bochum Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts; Ruhr Universitaet Bochum Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts; Seepex GmbH
Priority date: 2021-05-12
Filing date: 2021-05-12
Publication date: 2022-11-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pumpe zum Fördern eines Mediums, insbesondere einer Flüssigkeit oder eines Feststoff-Flüssigkeit-Gemisches oder eines Flüssigkeits-Gas-Gemisches, mit zumindest einem Antrieb (6), einer ersten Welle (W1) und einer von der ersten Welle (W1) rotierend angetriebenen zweiten Welle (W2), die mit einem Pumpenelement (2) verbunden ist oder Teil eines Pumpenelementes ist, wobei die erste Welle (W1) mittels zumindest einer Verbindung (V) mit der zweiten Welle (W2) verbunden ist, wobei während des Betriebes die erste Welle (W1) mit einem ersten Drehwinkel und die zweite Welle (W2) mit einem zweiten Drehwinkel, jeweils bezogen auf einen gemeinsamen Nullwinkel, rotieren, gekennzeichnet durcheine Überwachungseinrichtung (13), die dazu eingerichtet ist, den Zustand der Verbindung (V) zu überwachen, indem eine in der Verbindung auftretende Phasenverschiebung zwischen dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel ermittelt wird, wobei zur Ermittlung der Phasenverschiebung ein von dem zweiten Drehwinkel abhängender Betriebsparameter der Pumpe ermittelt wird, der periodisch mit dem zweiten Drehwinkel variiert.The invention relates to a pump for conveying a medium, in particular a liquid or a solid-liquid mixture or a liquid-gas mixture, having at least one drive (6), a first shaft (W1) and one of the first shaft (W1 ) rotationally driven second shaft (W2), which is connected to a pump element (2) or is part of a pump element, wherein the first shaft (W1) is connected to the second shaft (W2) by means of at least one connection (V), wherein during during operation, the first shaft (W1) rotates at a first angle of rotation and the second shaft (W2) rotates at a second angle of rotation, each related to a common zero angle, characterized by a monitoring device (13) which is set up to monitor the status of the connection ( V) to be monitored by determining a phase shift occurring in the connection between the first angle of rotation and the second angle of rotation, with the determination of the phase shift an operating parameter of the pump that depends on the second angle of rotation and varies periodically with the second angle of rotation is determined.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe zum Fördern eines (fluiden) Mediums, insbesondere einer Flüssigkeit oder eines Feststoff-Flüssigkeits-Gemisches oder eines Flüssigkeits-Gas-Gemisches, mit zumindest einem Antrieb, einer ersten Welle und einer von der ersten Welle rotierend angetriebenen zweiten Welle, die mit einem Pumpenelement verbunden ist oder Teil eines Pumpenelementes ist,
wobei die erste Welle mittels zumindest einer Verbindung (bzw. Kupplung) mit der zweiten Welle verbunden ist,
wobei während des Betriebes die erste Welle mit einem ersten Drehwinkel und die zweite Welle mit einem zweiten Drehwinkel, jeweils bezogen auf einen gemeinsamen Nullwinkel, rotieren.The invention relates to a pump for conveying a (fluid) medium, in particular a liquid or a solid-liquid mixture or a liquid-gas mixture, with at least one drive, a first shaft and a second shaft driven in rotation by the first shaft, which is connected to a pump element or is part of a pump element,
wherein the first shaft is connected to the second shaft by means of at least one connection (or coupling),
wherein during operation the first shaft rotates at a first angle of rotation and the second shaft rotates at a second angle of rotation, each relative to a common zero angle.

Bevorzugt handelt es sich bei der Pumpe um eine Verdrängerpumpe, insbesondere eine Exzenterschneckenpumpe, die zumindest einen Stator (z.B. aus einem elastischen Material) und einen in dem Stator rotierenden Rotor als Pumpenelement aufweist. Bei einer solchen Exzenterschneckenpumpe kann der Rotor z.B. über zumindest eine Kuppelstange, die auch als Gelenkwelle bezeichnet wird, mit dem Antrieb verbunden sein, d. h. eine Antriebswelle oder eine mit dem Antrieb verbundene Verbindungswelle, welche die erste Welle bildet, ist über die Kuppelstange oder ein vergleichbares Element gelenkig mit dem Rotor verbunden, so dass die zweite Welle Teil dieses Rotors ist, z.B. als Rotorkopf. Die Kuppelstange ist folglich mit einem ersten (antriebsseitigen) Gelenk mit der ersten Welle (zweite Verbindungswelle/Antriebswelle) und mit einem zweiten (rotorseitigen) Gelenk mit der zweiten Welle, z.B. mit dem Rotorkopf des Rotors, verbunden. Die Kuppelstange ermöglicht die exzentrische Bewegung des Rotors bzw. des Rotorkopfes einer solchen Exzenterschneckenpumpe. Die Pumpe weist ein z.B. saugseitig an den Stator angeschlossenes Pumpengehäuse, z.B. Sauggehäuse auf, welches in der Regel eine Gehäuseöffnung, z.B. eine Einlassöffnung, für das zu fördernde Medium aufweist. Ferner weist die Pumpe ein an den Stator z.B. druckseitig angeschlossenes Pumpengehäuse, z.B. einen Druckstutzen und/oder eine druckseitige Leitung auf. Bei einer solchen Exzenterschneckenpumpe handelt es sich um eine Pumpe aus der Gruppe der rotierenden Verdrängerpumpen, die zur Förderung unterschiedlichster Medien und insbesondere hochviskoser Flüssigkeiten in unterschiedlichen Industriebereichen verwendet werden. Die zu fördernden Medien können dabei z.B. auch Feststoffanteile enthalten. Alternativ zu einer Exzenterschneckenpumpe kann es sich bei der Pumpe um eine andere Art einer Verdrängerpumpe mit drehender Welle bzw. mit drehenden Wellen handeln.The pump is preferably a displacement pump, in particular an eccentric screw pump, which has at least one stator (e.g. made of an elastic material) and a rotor rotating in the stator as the pump element. In such an eccentric screw pump, the rotor can be connected to the drive, e.g. H. a drive shaft or a connecting shaft connected to the drive, which forms the first shaft, is connected in an articulated manner to the rotor via the coupling rod or a comparable element, so that the second shaft is part of this rotor, e.g. as a rotor head. The coupling rod is consequently connected to a first (drive-side) joint with the first shaft (second connecting shaft/drive shaft) and with a second (rotor-side) joint to the second shaft, e.g. to the rotor head of the rotor. The coupling rod enables the eccentric movement of the rotor or the rotor head of such an eccentric screw pump. The pump has a pump housing, e.g. suction housing, connected to the stator on the suction side, for example, which generally has a housing opening, e.g. an inlet opening, for the medium to be pumped. Furthermore, the pump has a pump housing connected to the stator, e.g. on the pressure side, e.g. a pressure nozzle and/or a pressure-side line. Such an eccentric screw pump is a pump from the group of rotating positive displacement pumps that are used to convey a wide variety of media and, in particular, highly viscous liquids in different industrial sectors. The media to be conveyed can also contain solids, for example. As an alternative to a progressive cavity pump, the pump may be another type of positive displacement rotating shaft(s) pump.

Exzenterschneckenpumpen der beschriebenen Art sind z.B. aus der DE 10 2014 112 552 A1 , DE 10 2010 037 440 A1 , der WO 2009/024279 A1 oder der DE 10 2018 113 347 A1 bekannt.Eccentric screw pumps of the type described are, for example, from DE 10 2014 112 552 A1 , DE 10 2010 037 440 A1 , the WO 2009/024279 A1 or the DE 10 2018 113 347 A1 known.

Grundsätzlich besteht das Bedürfnis, den Zustand und/oder den Betrieb von Pumpen, z.B. Exzenterschneckenpumpen, zu überwachen. Im Vordergrund stand dabei vor allem die Überwachung des Verschleißes des Stators, der aus elastischem Material einem Verschleiß unterliegt.Basically, there is a need to monitor the condition and/or the operation of pumps, e.g. progressing cavity pumps. The main focus was on monitoring the wear of the stator, which is made of elastic material and is subject to wear.

In der DE 20 2005 008 989 U1 wird beispielsweise eine Exzenterschneckenpumpe, bei der dem Stator ein Messaufnehmer zugeordnet ist, mit dem Kompressionen und/oder Bewegungen des Stators bzw. des elastischen Materials im Zuge der Rotation des Rotors gemessen werden.In the DE 20 2005 008 989 U1 For example, an eccentric screw pump is used in which a sensor is assigned to the stator, with which compressions and/or movements of the stator or of the elastic material are measured during the course of the rotation of the rotor.

In der DE 10 2018 113 347 A1 wird ein Verfahren zur Bestimmung oder Überwachung des Zustandes eine Exzenterschneckenpumpe beschrieben, bei welchem der zeitliche Verlauf eines Betriebsparameters der Pumpe zur Verfügung gestellt wird, der periodisch mit der Pumpenfrequenz oder einem Vielfachen der Pumpenfrequenz pulsiert und dessen Pulsationsamplitude vom Zustand der Exzenterschneckenpumpe abhängt. Dabei wird insbesondere die Pulsationsamplitude der Druckpulsation ermittelt und durch Vergleich mit einem oder mehreren Vergleichswerten der Zustand der Exzenterschneckenpumpe, insbesondere des Stators, bestimmt.In the DE 10 2018 113 347 A1 describes a method for determining or monitoring the status of an eccentric screw pump, in which the time profile of an operating parameter of the pump is made available, which periodically pulsates at the pump frequency or a multiple of the pump frequency and whose pulsation amplitude depends on the status of the eccentric screw pump. In particular, the pulsation amplitude of the pressure pulsation is determined and the state of the eccentric screw pump, in particular of the stator, is determined by comparison with one or more comparative values.

Es besteht aber auch das Bedürfnis, den Verschleiß oder Schäden an anderen Komponenten einer Exzenterschneckenpumpe zu ermitteln bzw. zu überwachen. Dieses gilt unter anderem für die Verbindungen innerhalb der rotierenden Einheit, z.B. für die gelenkigen Verbindungen der Kuppelstange. - Hier setzt die Erfindung ein.However, there is also a need to determine or monitor the wear or damage to other components of an eccentric screw pump. This applies, among other things, to the connections within the rotating unit, e.g. for the articulated connections of the coupling rod. - This is where the invention comes in.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe zu schaffen, die mit einfachen Mitteln eine zuverlässige Überwachung des Zustandes, z.B. des Verschleißzustandes von Verbindungen innerhalb der rotierenden Einheit ermöglicht. Bevorzugt soll eine zuverlässige Überwachung des Verschleißes von Gelenkverbindungen innerhalb der rotierenden Einheit einer Exzenterschneckenpumpe ermöglicht werden.The object of the invention is to provide a pump which, with simple means, enables reliable monitoring of the condition, e.g. the wear condition, of connections within the rotating unit. Reliable monitoring of the wear of articulated connections within the rotating unit of an eccentric screw pump should preferably be made possible.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung bei einer gattungsgemäßen Pumpe der eingangs beschriebenen Art, dass eine Überwachungseinrichtung vorgesehen ist bzw. die Pumpe mit einer Überwachungseinrichtung ausgerüstet ist, die dazu eingerichtet ist, den Zustand der Verbindung zu überwachen, indem eine in der Verbindung auftretende Phasenverschiebung zwischen dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel ermittelt wird, wobei zur Ermittlung der Phasenverschiebung ein von dem zweiten Drehwinkel abhängender Betriebsparameter der Pumpe ermittelt wird, der periodisch mit dem zweiten Drehwinkel variiert. Bevorzugt handelt es sich bei diesem Betriebsparameter um den Druck des zu fördernden Mediums, so dass bevorzugt als Betriebsparameter der periodisch mit dem zweiten Drehwinkel variierende Druck des zu fördernden Mediums in der Pumpe ermittelt wird.To solve this problem, the invention teaches that a monitoring device is provided or the pump is equipped with a monitoring device for a generic pump of the type described above, which is set up to monitor the state of the connection by detecting a phase shift occurring in the connection between the first turn kel and the second angle of rotation is determined, wherein a dependent of the second angle of rotation operating parameter of the pump is determined to determine the phase shift, which varies periodically with the second angle of rotation. This operating parameter is preferably the pressure of the medium to be pumped, so that the pressure of the medium to be pumped, which varies periodically with the second angle of rotation, is preferably determined in the pump as the operating parameter.

Bevorzugt ist die Überwachungseinrichtung dazu eingerichtet, den Verschleißzustand der Verbindung zwischen erster Welle und zweiter Welle zu überwachen, indem durch Überwachung des Betriebsparameters, z.B. des Drucks eine durch Verschleiß in der Verbindung auftretende Phasenverschiebung zwischen dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel ermittelt wird. Alternativ besteht aber auch die Möglichkeit, andere Schäden oder Mängel zu überwachen, die unabhängig von einem Verschleiß im Bereich der Verbindung vorhanden sind oder auftreten. Bei der zu überwachenden Verbindung kann es sich um eine trennbare (d.h. zerlegbare) und/oder gelenkige Verbindung handeln, z.B. ein Gelenk oder eine trennbare Verbindung am Rotorkopf. Davon sind auch steckbare und/oder biegsame bzw. flexible Verbindungen umfasst, z. B. die Verbindung über eine Steckwelle oder über eine biegsame Kuppelstange. Bei der ersten Welle handelt es sich bevorzugt um eine zentrisch bzw. rund drehende Welle, die um eine feste Achse rotiert. Bei der zweiten Welle kann es sich ebenfalls um eine solche zentrisch drehende Welle handeln. Die zweite Welle kann jedoch gegenüber der ersten Welle auch exzentrisch rotieren.The monitoring device is preferably set up to monitor the state of wear of the connection between the first shaft and the second shaft by monitoring the operating parameter, e.g. the pressure, by determining a phase shift between the first angle of rotation and the second angle of rotation due to wear in the connection. Alternatively, however, there is also the possibility of monitoring other damage or defects that exist or occur independently of wear in the area of the connection. The connection to be monitored can be a separable (i.e. dismantlable) and/or articulated connection, e.g. a joint or a separable connection on the rotor head. This also includes pluggable and/or bendable or flexible connections, e.g. B. the connection via a stub shaft or a flexible coupling rod. The first shaft is preferably a centrically or circularly rotating shaft that rotates about a fixed axis. The second shaft can likewise be such a centrally rotating shaft. However, the second shaft can also rotate eccentrically with respect to the first shaft.

Bevorzugt lässt sich nicht nur der Verschleiß überwachen bzw. lassen sich nicht nur Schäden feststellen, sondern auch Vorhersagen im Sinne einer vorausschauenden Wartung („Condition Monitoring“/ „Predictive Maintenance“) treffen. Darauf wird im Folgenden noch eingegangen.Preferably, not only can wear and tear be monitored or damage detected, but predictions can also be made in the sense of predictive maintenance (“condition monitoring”/“predictive maintenance”). This will be discussed further below.

Besonders bevorzugt wird die Erfindung bei einer Exzenterschneckenpumpe realisiert, bei der als Pumpenelement ein rotierender Rotor vorgesehen ist, der innerhalb eines Stators (z.B. aus elastischem Material) rotiert. Bei dieser Exzenterschneckenpumpe kann innerhalb der rotierenden Einheit eine Kuppelstange vorgesehen sein, die zwischen der ersten Welle (z.B. Verbindungswelle oder Antriebswelle) und dem Rotor bzw. Rotorkopf (als zweite Welle) angeordnet ist, wobei die Kuppelstange die Exzentrizität zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle (z.B. Rotorkopf) gewährleistet bzw. ermöglicht und wobei die Kuppelstange z.B. mit einem ersten (antriebsseitigen) Gelenk mit der ersten Welle (z.B. Verbindungswelle/Antriebswelle) und mit einem zweiten (rotorseitigen) Gelenk mit der zweiten Welle (z.B. dem Rotorkopf) verbunden ist. Bei einer solchen Ausführungsform ist die Überwachungseinrichtung dazu eingerichtet, den Zustand (z.B. Verschleißzustand) des ersten Gelenkes und/oder des zweiten Gelenkes zu überwachen, indem eine (z.B. durch Verschleiß) in einem Gelenk oder in beiden Gelenken auftretende Phasenverschiebung zwischen dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel ermittelt wird.The invention is particularly preferably implemented in an eccentric screw pump in which a rotating rotor is provided as the pump element, which rotates within a stator (e.g. made of elastic material). In this progressing cavity pump, a coupling rod can be provided within the rotating unit, which is arranged between the first shaft (e.g. connecting shaft or drive shaft) and the rotor or rotor head (as the second shaft), the coupling rod compensating for the eccentricity between the first shaft and the second shaft (e.g. rotor head) and the coupling rod is connected to the first shaft (e.g. connecting shaft/drive shaft) with a first (drive-side) joint and with a second (rotor-side) joint to the second shaft (e.g. the rotor head). . In such an embodiment, the monitoring device is set up to monitor the state (e.g. state of wear) of the first joint and/or the second joint by detecting a phase shift (e.g. due to wear) occurring in one joint or in both joints between the first angle of rotation and the second angle of rotation is determined.

Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass die Verbindungen bzw. Kupplungen innerhalb der rotierenden Einheit, z.B. die Gelenke, einem Verschleiß unterliegen oder Schäden aufweisen können und dass sich ein solcher Verschleiß bzw. solche Schäden durch Überwachung bzw. Analyse einer Phasenverschiebung zwischen der ersten Welle (z.B. Antriebswelle) und der zweiten Welle (z.B. dem Rotorkopf) ermitteln lassen. Denn ein Schaden oder Verschleiß innerhalb eines Gelenkes kann zu einem „Nachlaufen“ des Rotors gegenüber der Antriebswelle führen, d.h. es tritt durch das auf den Rotor wirkende Drehmoment ein drehrichtungsabhängiger Verschleiß auf, der zu einer Phasenverschiebung zwischen Rotation der Antriebswelle und Rotor führt. Diese Phasenverschiebung kann erfindungsgemäß ermittelt und überwacht werden.The invention is based on the knowledge that the connections or couplings within the rotating unit, e.g. the joints, are subject to wear or damage and that such wear or damage can be detected by monitoring or analyzing a phase shift between the first shaft (e.g. drive shaft) and the second shaft (e.g. the rotor head) can be determined. Because damage or wear within a joint can lead to the rotor "running after" in relation to the drive shaft, i.e. the torque acting on the rotor causes wear that depends on the direction of rotation, which leads to a phase shift between the rotation of the drive shaft and the rotor. This phase shift can be determined and monitored according to the invention.

Dieses gilt insbesondere für Ausführungsformen, bei denen ein Gelenk oder mehrere Gelenke eine freie Bewegung in mehreren Richtungen ermöglichen. Dabei kann es sich z. B. um Bolzengelenke, Kugelgelenke, Kardangelenke, Kreuzgelenke oder dergleichen handeln. Ein Bolzengelenk weist einerseits eine Einsteckaufnahme und andererseits einen in die Einsteckaufnahme eingreifenden Zapfen sowie einen den Zapfen in der Einsteckaufnahme fixierenden Verbindungsbolzen auf. Denn während des Betriebes kann sich durch Verschleiß der Gelenkbolzen durch den Rotorkopf bzw. die Einsteckaufnahme/Kuppelstangenbuchse arbeiten oder selbst abgerieben werden. Bei Einarbeitung des Bolzens in die Kuppelstange oder den Rotorkopf oder bei starkem Bolzenverschleiß kommt es zu dem bereits erwähnten „Nachlaufen“ des Rotors gegenüber der Antriebswelle und damit zu der erfindungsgemäß beobachteten Phasenverschiebung. Durch Ermittlung bzw. Überwachung dieser Phasenverschiebung lässt sich folglich unmittelbar auf den Zustand der rotierenden Einheit und insbesondere den Zustand der Verbindungen, z.B. Gelenke, schließen. Damit können Wartungen/Reparaturen rechtzeitig ausgeführt und ein Gelenkversagen vermieden werden. Bevorzugt lassen sich Vorhersagen treffen, so dass eine rechtzeitige Wartung oder Reparatur erfolgen kann. So lassen sich Wartungsarbeiten hervorragend planen und optimieren und insbesondere rechtzeitige Maßnahmen ergreifen, um Schäden zu vermeiden.This is particularly true for embodiments where one or more joints allow free movement in multiple directions. It can be z. B. be pin joints, ball joints, cardan joints, universal joints or the like. A bolt joint has on the one hand an insertion socket and on the other hand a pin engaging in the insertion socket and a connecting bolt fixing the pin in the insertion socket. During operation, the joint bolts can work their way through the rotor head or the plug-in socket/coupling rod bushing due to wear, or they can be worn down themselves. When the bolt is worked into the coupling rod or the rotor head, or if the bolt wears heavily, the rotor “runs after” in relation to the drive shaft, as already mentioned, and thus to the phase shift observed according to the invention. By determining or monitoring this phase shift, the status of the rotating unit and in particular the status of the connections, e.g. joints, can be directly inferred. This means that maintenance/repairs can be carried out in good time and joint failure can be avoided. Predictions can preferably be made so that timely maintenance or repairs can be carried out. In this way, maintenance work can be excellently planned and optimized and, in particular, measures can be taken in good time to avoid damage.

Die genannten Vorteile lassen sich nicht nur bei Exzenterschneckenpumpen mit Kuppelstange und mehreren (Bolzen-)Gelenken, sondern auch bei anderen Ausführungsformen von Exzenterschneckenpumpen erreiche, z.B. bei Ausführungsformen mit nur einem Gelenk oder bei Ausführungsformen mit einer biegsamen Kuppelstange ohne (zerlegbare) Gelenke. Im Übrigen lassen sich die Vorteile nicht nur bei Exzenterschneckenpumpen, sondern auch bei anderen Arten von Verdrängerpumpen mit rotierenden Wellen und insbesondere Verbindungen zwischen rotierenden Wellen erzielen.The advantages mentioned can be achieved not only with progressing cavity pumps with coupling rod and several (bolt) joints, but also with other embodiments of progressing cavity pumps, eg in embodiments with only one joint or in embodiments with a flexible coupling rod without (dismantling) joints. Moreover, the advantages can be obtained not only in progressive cavity pumps, but also in other types of positive displacement pumps with rotating shafts and in particular connections between rotating shafts.

In der Praxis sind die Gelenke der Exzenterschneckenpumpe z.B. durch geeignete Mittel, z.B. Manschetten, von dem zu fördernden Medium getrennt. Kommt es zu einer Beschädigung einer solchen Manschette, so kann das Medium in den Bereich des Gelenkes vordringen und zu einem erhöhten Verschleiß führen. Besonders in solchen Fällen lassen sich durch die erfindungsgemäße Überwachung Schäden und Folgeschäden vermeiden.In practice, the joints of the progressing cavity pump are separated from the medium to be pumped, e.g. by suitable means, e.g. If such a sleeve is damaged, the medium can penetrate into the area of the joint and lead to increased wear. Especially in such cases, damage and consequential damage can be avoided by the monitoring according to the invention.

Besonders interessant ist die Tatsache, dass sich der Gelenkverschleiß auf einfache Weise ohne Demontage der Pumpe bzw. der maßgeblichen Komponenten ermitteln/überwachen und optional auch vorhersagen lässt.Of particular interest is the fact that joint wear can be determined/monitored and optionally also predicted in a simple manner without dismantling the pump or the relevant components.

Erfindungsgemäß steht folglich die Ermittlung bzw. Überwachung der Phasenverschiebung zwischen dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel zur Zustandsüberwachung bzw. Verschleißüberwachung der Pumpe im Vordergrund. Diese Phasenverschiebung wird jedoch erfindungsgemäß nicht direkt (z.B. durch direkte Bestimmung des Drehwinkels des Rotors mit Hilfe eines Positionssensors), sondern indirekt bzw. mittelbar bestimmt, und zwar durch Analyse eines Betriebsparameters, z.B. des Pumpendruckes in Abhängigkeit von dem Drehwinkel. Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass der Druck des zu fördernden Mediums innerhalb der Pumpe, z.B. der Druck auf der Druckseite der Pumpe mit dem Drehwinkel des Pumpenelementes, z.B. mit dem Drehwinkel des Rotors periodisch variiert. Dieses hängt bei der Exzenterschneckenpumpe damit zusammen, dass der Druck auf der Druckseite des Rotors einbricht, sobald die letzte Stator-Kammer im Innern der Pumpe zur Druckseite (z.B. zum Druckgehäuse) öffnet. Kommt es nun zu einem Verschleiß innerhalb eines Gelenkes oder beiden Gelenken und damit zu einer Phasenverschiebung zwischen den Drehwinkeln der ersten Welle und der zweiten Welle, z.B. des Rotors, so führt dieses zu einer Verschiebung der Druckpulsation bzw. der Druckkurve (in Abhängigkeit von dem Rotationswinkel). Einzelheiten dazu werden in der Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen erläutert.According to the invention, the focus is therefore on determining or monitoring the phase shift between the first angle of rotation and the second angle of rotation for monitoring the condition or monitoring wear of the pump. According to the invention, however, this phase shift is not determined directly (e.g. by directly determining the angle of rotation of the rotor using a position sensor), but rather indirectly or indirectly, by analyzing an operating parameter, e.g. the pump pressure as a function of the angle of rotation. The invention is based on the knowledge that the pressure of the medium to be pumped within the pump, e.g. the pressure on the pressure side of the pump, varies periodically with the angle of rotation of the pump element, e.g. with the angle of rotation of the rotor. In the case of the progressing cavity pump, this is due to the fact that the pressure on the pressure side of the rotor drops as soon as the last stator chamber inside the pump opens to the pressure side (e.g. to the pressure housing). If there is wear within one joint or both joints and thus a phase shift between the angles of rotation of the first shaft and the second shaft, e.g. the rotor, this leads to a shift in the pressure pulsation or the pressure curve (depending on the angle of rotation ). Details are explained in the description of the figures with reference to the drawings.

Erfindungsgemäß lässt sich folglich eine Phasenverschiebung zwischen den Wellen ermitteln bzw. überwachen, ohne dass eine direkte Messung der Drehwinkel oder zumindest des Drehwinkels an der zweiten Welle, z.B. an dem Rotor erforderlich ist. Vielmehr wird zur Überwachung des Drehwinkels des Rotors ein entsprechender Betriebsparameter, z.B der Druck ermittelt. Dieses ist deshalb interessant, weil der Druck einer Pumpe, z.B. einer Exzenterschneckenpumpe in der Praxis häufig ohnehin messtechnisch erfasst wird, z.B. über einen Drucksensor, der in einem geeigneten Teil der Pumpe, z.B. in dem druckseitigen Gehäuseteil der Pumpe angeordnet sein kann.According to the invention, a phase shift between the shafts can consequently be determined or monitored without a direct measurement of the angle of rotation or at least the angle of rotation on the second shaft, e.g. on the rotor, being necessary. Instead, a corresponding operating parameter, e.g. the pressure, is determined to monitor the angle of rotation of the rotor. This is interesting because in practice the pressure of a pump, e.g.

Grundsätzlich kann es ausreichen, lediglich die Veränderung bzw. Verschiebung der Druckpulsation einer Pumpe während des Betriebes zu beobachten, um auf Basis von Veränderungen bzw. aufgrund der zeitlichen Entwicklungen Informationen über die Phasenverschiebung und damit den Verschleißzustand zu erlangen.In principle, it can be sufficient to merely observe the change or shift in the pressure pulsation of a pump during operation in order to obtain information about the phase shift and thus the state of wear on the basis of changes or based on the developments over time.

Besonders bevorzugt wird jedoch zusätzlich zu den Druckpulsationen, die den zweiten Drehwinkel repräsentieren, der erste Drehwinkel ermittelt, und zwar bevorzugt mit einer geeigneten Messeinrichtung, z.B. mit einem Sensor, der im Bereich der ersten Welle (z.B. im Bereich der Antriebswelle der Pumpe) angeordnet ist. Ein solcher Sensor kann z.B. als induktiver, kapazitiver, magnetischer oder optischer Sensor (z.B. als Positionssensor) ausgebildet sein. Interessant ist in diesem Zusammenhang, dass sich der Drehwinkel der ersten Welle, z.B. der Antriebswelle einer Pumpe praktisch sehr einfach ermitteln lässt und häufig ohnehin überwacht wird bzw. in der Pumpensteuerung für Auswertezwecke zur Verfügung steht. Der erste Drehwinkel kann folglich direkt erfasst werden, z.B. über ein oder mehrere geeignete Sensoren. Zumindest der zweite Drehwinkel und folglich der Drehwinkel der zweiten Welle, z.B. des Pumpenelementes wird jedoch erfindungsgemäß nicht direkt gemessen, sondern indirekt über den beschriebenen Betriebsparameter, z.B. über die Druckpulsationen der Pumpe bestimmt. Dieses hat den Vorteil, dass im Bereich der zweiten Welle, z.B. im Bereich des Rotors kein (zusätzlicher) Positionssensor erforderlich ist. Vielmehr kann zur Bestimmung des zweiten Drehwinkels auf gegebenenfalls ohnehin zur Verfügung stehende Signale, z.B. zur Überwachung des Pumpendruckes, zurückgegriffen werden. Optional ist ein zusätzlicher Drucksensor vorgesehen.However, in addition to the pressure pulsations that represent the second angle of rotation, the first angle of rotation is particularly preferably determined, preferably with a suitable measuring device, e.g. with a sensor that is arranged in the area of the first shaft (e.g. in the area of the drive shaft of the pump). . Such a sensor can be designed, for example, as an inductive, capacitive, magnetic or optical sensor (e.g. as a position sensor). It is interesting in this context that the angle of rotation of the first shaft, e.g. the drive shaft of a pump, can be determined very easily in practice and is often monitored anyway or is available in the pump control for evaluation purposes. The first angle of rotation can consequently be detected directly, e.g. via one or more suitable sensors. At least the second angle of rotation and consequently the angle of rotation of the second shaft, e.g. This has the advantage that no (additional) position sensor is required in the area of the second shaft, e.g. in the area of the rotor. Instead, to determine the second angle of rotation, signals that are available anyway, e.g. for monitoring the pump pressure, can be used. An additional pressure sensor is available as an option.

Die Erfindung wird bevorzugt bei der beschriebenen Ausführungsform mit Kuppelstange realisiert, die beidseitig mit Gelenken mit der Antriebswelle/Steckwelle einerseits und dem Rotor andererseits verbunden ist. Die Erfindung lässt sich aber in der gleichen Weise auch bei Exzenterschneckenpumpen realisieren, bei denen lediglich mit einem einzelnen Gelenk oder auch mit nicht gelenkigen Verbindungen gearbeitet wird, z.B. bei Exzenterschneckenpumpen mit flexiblem Schaft bzw. flexiblen Bauteilen innerhalb der rotierenden Einheit.The invention is preferably implemented in the described embodiment with a coupling rod, which is connected on both sides with joints to the drive shaft/stub shaft on the one hand and the rotor on the other. However, the invention can also be used in the same way with eccentric screws Realize lug pumps in which work is only carried out with a single joint or with non-articulated connections, e.g. in the case of progressing cavity pumps with a flexible shaft or flexible components within the rotating unit.

Alternativ oder ergänzend lässt sich das erfindungsgemäße Prinzip auch im Bereich des Antriebes der Exzenterschneckenpumpe, z.B. im Bereich der Verbindung zwischen einer Antriebswelle und einer Steckwelle realisieren. So kann z.B. der (elektrische) Antrieb einer Exzenterschneckenpumpe mit einer integrierten Antriebswelle ausgerüstet sein, die über eine Verbindung an eine weitere Welle angeschlossen ist, die als Verbindungswelle oder auch als Steckwelle bezeichnet wird. Die Steckwelle kann optional wiederum mit einer Kuppelstange oder einem anderen Element zum Ausgleich der Exzentrizität des Rotors verbunden sein. Auch zwischen Antriebswelle und Steckwelle kann es im Falle eines Verschleißes oder Schadens zu einer Phasenverschiebung kommen, die in der erfindungsgemäßen Weise überwacht werden können.Alternatively or additionally, the principle according to the invention can also be implemented in the area of the drive of the eccentric screw pump, e.g. in the area of the connection between a drive shaft and a stub shaft. For example, the (electric) drive of an eccentric screw pump can be equipped with an integrated drive shaft, which is connected to another shaft via a connection, which is referred to as a connecting shaft or also as a stub shaft. The stub shaft can optionally in turn be connected to a coupling rod or another element to compensate for the eccentricity of the rotor. In the event of wear or damage, a phase shift can also occur between the drive shaft and the stub shaft, which can be monitored in the manner according to the invention.

Die Überwachungseinrichtung kann, wie bereits beschrieben - mit einer Auswerteeinheit versehen oder verbunden sein. In der Auswerteeinheit kann ein Wert für die Phasenverschiebung gespeichert werden, so dass z.B. während des Betriebes bei Erreichen oder Überschreiten des Schwellwertes eine Meldung erzeugt wird, z.B. ein optisches und/oder akustisches Alarmsignal. Alternativ kann jedoch auch ohne festen Schwellwert gearbeitet werden. So besteht die Möglichkeit, in der Auswerteeinheit ein oder mehrere Vergleichswerte zu speichern, z.B. während des Betriebes einer neuwertigen Pumpe bzw. neuwertigen Verbindung. Im Zuge des Betriebes lässt sich dann die zeitliche Entwicklung der Phasenverschiebung überwachen und auf diese Weise auf den Zustand der Verbindung schließen.As already described, the monitoring device can be provided with or connected to an evaluation unit. A value for the phase shift can be stored in the evaluation unit so that, for example, a message is generated during operation when the threshold value is reached or exceeded, e.g. an optical and/or acoustic alarm signal. Alternatively, however, it is also possible to work without a fixed threshold value. It is thus possible to store one or more comparative values in the evaluation unit, e.g. during the operation of a new pump or new connection. In the course of operation, the development of the phase shift over time can then be monitored and in this way the status of the connection can be deduced.

So besteht bevorzugt die Möglichkeit, den Zustand der Pumpe fortlaufend zu ermitteln und aus den ermittelten Zustandsdaten mit einem Algorithmus eine Vorhersage über den Zustand und/oder den Zeitpunkt von Wartungsterminen zu treffen. In der Auswerteeinheit ist ein Algorithmus gespeichert, mit dem aus den Daten Vorhersagen zu einem möglichen Wartungsbedarf getroffen werden können. Die Auswerteeinheit kann folglich für einen weiteren Analyseschritt, nämlich eine Vorhersage, ausgebildet sein, so dass eine vorausschauende Wartung und Instandhaltung ermöglicht wird.There is preferably the possibility of continuously determining the state of the pump and using the determined state data to make a prediction about the state and/or the time of maintenance appointments using an algorithm. An algorithm is stored in the evaluation unit, with which predictions of a possible need for maintenance can be made from the data. The evaluation unit can consequently be designed for a further analysis step, namely a prediction, so that predictive servicing and maintenance is made possible.

Optional kann die Auswerteeinheit auch dazu eingerichtet sein, die Phasenverschiebung unter Berücksichtigung der Drehgeschwindigkeit der ersten Welle und/oder der zweiten Welle zu analysieren. So besteht insbesondere die Möglichkeit, dass die Phasenverschiebung drehzahlabhängig ist bzw. sich bei verschiedenen Drehzahlen des Rotors unterschiedlich verhält. Insofern kann es zweckmäßig sein, bei der Auswertung der Phasenverschiebung die Drehzahl zu berücksichtigen. Dieses ist in der Regel ohne weiteres möglich, da die Drehzahl über die vorgesehenen Messeinrichtungen ohnehin erfasst werden kann und in der Regel ohnehin in die Bestimmung der Phasenverschiebung einfließt, indem die Zeitdifferenz der jeweiligen Signale zur Länge der Periode (Umdrehung) ins Verhältnis gesetzt wird, um die Phasenverschiebung zwischen den Signalen zu bestimmen. Ergänzend kann dann bei der Auswertung auch die Phasenverschiebung in Abhängigkeit dieser Drehzahl betrachtet werden. Die Drehzahl wird bestimmt durch die Zeitdifferenz der Signale (z.B. am Positionssensor für die erste Welle). Alternativ oder ergänzend besteht die Möglichkeit, die Phasenverschiebung unter Berücksichtigung des Drehmomentes und/oder der Axialkraft (der Wellen bzw. der jeweiligen Welle) zu bestimmen. Diese Möglichkeit ist insbesondere dann interessant, wenn ein Gelenk oder eine Kuppelstange aus einem anderen Werkstoff als Metall, z.B. aus einem Elastomer verwendet wird, d. h. bei Werkstoffen, die elastisch verformbar sind, da sich dann der Drehwinkel mit der Drehzahl oder dem Druck ändern könnte. Es ist dann zweckmäßig, zusätzlich das Drehmoment zu erfassen und zu berücksichtigen, denn bei elastisch verformbaren Komponenten wäre das Drehmoment in der Regel für die Phasenverschiebung verantwortlich, so dass über das Drehmoment entsprechende Verformungen in der Auswertung kompensiert werden können. Relevant kann auch die Axialkraft sein, die einen Einfluss darauf hat, wie stark sich ein Teil nicht nur in radialer Richtung, sondern auch in axialer Richtung in ein Material einarbeiten kann. In einem solchen Fall könnte es bei sich verändernden Druckbedingungen auf Saug- und Druckseite zu einer Richtungsumkehr der Axialkraft kommen, d.h. der Rotor wird in die entgegengesetzte Richtung gedrückt bzw. gezogen und der Phasenwinkel kehrt in seine ursprüngliche Position zurück. In diesem Fall kann es gegebenenfalls zu einem Einarbeiten bzw. Verschleiß in die andere Richtung kommen, so dass die Auswertung der Axialkraft optional vorteilhaft sein kann. Außerdem kann alternativ oder ergänzend der Mittelwert des (Gegen-)Druckes als Analyseparameter ermittelt werden und in die Auswertung einfließen. Die bevorzugte Möglichkeit, die Phasenverschiebung in Abhängigkeit von einer Drehzahl und/oder einem Druck zu ermitteln, kann nicht nur bei Gelenken, sondern auch bei Verbindungen anderer Art realisiert werden.Optionally, the evaluation unit can also be set up to analyze the phase shift, taking into account the rotational speed of the first shaft and/or the second shaft. In particular, there is the possibility that the phase shift is speed-dependent or behaves differently at different speeds of the rotor. In this respect, it can be expedient to take the speed into account when evaluating the phase shift. This is usually possible without further ado, since the rotational speed can be recorded in any case via the measuring devices provided and is usually included in the determination of the phase shift anyway, in that the time difference of the respective signals is set in relation to the length of the period (rotation), to determine the phase shift between the signals. In addition, the phase shift as a function of this speed can then also be considered during the evaluation. The speed is determined by the time difference between the signals (e.g. at the position sensor for the first shaft). Alternatively or additionally, there is the possibility of determining the phase shift taking into account the torque and/or the axial force (of the shafts or of the respective shaft). This possibility is particularly interesting when a joint or coupling rod made of a material other than metal, e.g. made of an elastomer, is used, i. H. with materials that are elastically deformable, since the angle of rotation could then change with the speed or the pressure. It is then expedient to also record and take into account the torque, because in the case of elastically deformable components, the torque would usually be responsible for the phase shift, so that the torque can be used to compensate for the corresponding deformations in the evaluation. The axial force can also be relevant, which influences how strongly a part can work its way into a material not only in the radial direction but also in the axial direction. In such a case, with changing suction and discharge pressure conditions, the axial force could reverse direction, i.e. the rotor is pushed or pulled in the opposite direction and the phase angle returns to its original position. In this case, there may be incorporation or wear in the other direction, so that the evaluation of the axial force can optionally be advantageous. In addition, as an alternative or in addition, the mean value of the (back) pressure can be determined as an analysis parameter and included in the evaluation. The preferred option of determining the phase shift as a function of a rotational speed and/or a pressure can be implemented not only with joints, but also with connections of a different type.

Insgesamt ermöglicht die Erfindung eine einfache und einwandfreie Überwachung des Zustandes von Verbindungen innerhalb der rotierenden Einheit einer Pumpe, z. B. des Zustandes der Gelenke einer Exzenterschneckenpumpe. Damit lässt sich vor allem ein einsetzender Verschleiß rechtzeitig erkennen, z. B. bei Bolzengelenken, bei denen sich der Bolzen in das andere Gelenkteil einarbeitet oder selbst einem Verschleiß unterliegt.Overall, the invention allows easy and proper monitoring of the condition of connections within the rotating unit of a pump, z. B. the condition of the joints of a progressing cavity pump. That's possible above all, recognize the onset of wear in good time, e.g. B. in pin joints, where the pin is incorporated into the other joint part or is itself subject to wear.

Besonders bevorzugt ist die Überwachungseinrichtung bzw. die Auswerteeinheit so ausgebildet, dass nicht nur aktuelle Zustandsdaten, z. B. ein bestimmter Verschleiß oder ein Schaden, erfasst werden, sondern es lassen sich insbesondere auch Vorhersagen über den Zustand der Pumpe bzw. einer Verbindung und/oder Vorhersagen über den Zeitpunkt von Wartungsmaßnahmen treffen. Die Auswerteeinheit ist folglich mit einem Algorithmus ausgerüstet, mit welchem aus den fortlaufend ermittelten Daten Vorhersagen über den Wartungsbedarf getroffen werden können. Dazu können optional Anzeigevorrichtungen an der Pumpe vorgesehen sein, mit denen akustisch und/oder optisch bestimmte Zustände angezeigt werden. Besonders bevorzugt ist die Überwachungseinrichtung mit einer Schnittstelle für eine Datenübertragung oder Datenabfrage bzw. einem Interface ausgerüstet, so dass Daten und/oder Vorhersagen zur Verfügung gestellt werden können, z. B. über Rechner und/oder Endgeräte (z. B. Smartphone, Tablett oder dergleichen). Auf diese Weise lassen sich Informationen auch in größeren Entfernungen zu der Pumpe über z. B. Endgeräte empfangen und gegebenenfalls visualisieren. So lassen sich z. B. für Wartungstechniker schnell und einfach aktuelle Informationen zum Zustand einzelner Pumpen bzw. einzelner Komponenten übermitteln und Wartungsarbeiten planen. Erfindungsgemäß lässt sich folglich ein Condition Monitoring wie auch eine vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance) realisieren. Produktions- und Pumpendaten können zentral gesammelt werden und gegebenenfalls über beliebige Endgeräte abgerufen werden. So lässt sich die Produktion einfach überwachen und systematisch optimieren.The monitoring device or the evaluation unit is particularly preferably designed in such a way that not only current status data, e.g. B. a certain wear or damage can be detected, but it is also possible in particular to make predictions about the condition of the pump or a connection and/or predictions about the timing of maintenance measures. The evaluation unit is consequently equipped with an algorithm with which predictions about the need for maintenance can be made from the continuously determined data. For this purpose, optional display devices can be provided on the pump, with which certain states are displayed acoustically and/or optically. The monitoring device is particularly preferably equipped with an interface for data transmission or data query or an interface so that data and/or predictions can be made available, e.g. B. via computer and/or end devices (e.g. smartphone, tablet or the like). In this way, information can also be obtained at greater distances from the pump, e.g. B. receiving end devices and, if necessary, visualizing them. So can z. For example, maintenance technicians can quickly and easily transmit current information on the condition of individual pumps or individual components and plan maintenance work. According to the invention, condition monitoring as well as predictive maintenance can consequently be implemented. Production and pump data can be collected centrally and, if necessary, accessed via any end device. In this way, production can be easily monitored and systematically optimized.

Mit Hilfe der Überwachungseinrichtung lassen sich folglich nicht nur Schäden oder andere Zustände vorhersagen, sondern es lassen sich auch Warnmeldungen erzeugen. Aufgrund der Wartungsvorhersagen lassen sich Wartungsintervalle optimiert planen und damit Wartungskosten minimieren. Optional besteht auch die Möglichkeit, Wartungen nicht intervall-gesteuert, sondern nach Bedarf dynamisch vorzunehmen. Eine derartige flexible Instandhaltung und Wartung reduziert zudem Stillstandzeiten und ermöglicht damit eine effiziente Produktion beim Betreiber der Pumpen. Im Übrigen führt eine optimierte Wartung auf Basis der ermittelten Zustandsdaten zu einer Verlängerung der Lebensdauer der Pumpe und/oder zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades und damit zur Effizienzsteigerung.Consequently, not only can damage or other states be predicted with the aid of the monitoring device, but warning messages can also be generated. Based on the maintenance forecasts, maintenance intervals can be planned in an optimized manner, thus minimizing maintenance costs. There is also the option of carrying out maintenance not on an interval basis but dynamically as required. Such flexible servicing and maintenance also reduces downtimes and thus enables efficient production for the pump operator. In addition, optimized maintenance based on the determined condition data leads to an extension of the service life of the pump and/or to an increase in efficiency and thus to an increase in efficiency.

Die Überwachungseinrichtung und die Auswerteeinheit können Bestandteil der Pumpe sein bzw. unmittelbar an der Pumpe angeordnet sein. Alternativ können die Überwachungseinrichtung oder Teile der Überwachungseinrichtung und/oder die Auswerteeinheit jedoch auch räumlich getrennt von der Pumpe angeordnet sein und z. B. in eine (zentrale) Steuereinrichtung oder einen (zentralen) Rechner integriert sein. So besteht insbesondere die Möglichkeit, dass in der Überwachungs-einrichtung der Pumpe lediglich die erforderlichen Daten aufgenommen und gegebenenfalls zwischengespeichert werden. Die Daten können über die erwähnte Schnittstelle z. B. drahtlos oder auch drahtgebunden an einen Rechner und/oder ein Endgerät übertragen werden, so dass der er-wähnte Algorithmus zur Auswertung z. B. auf einem Rechner und/oder einem Endgerät arbeiten kann.The monitoring device and the evaluation unit can be part of the pump or can be arranged directly on the pump. Alternatively, the monitoring device or parts of the monitoring device and/or the evaluation unit can also be spatially separated from the pump and z. B. in a (central) controller or a (central) computer. In particular, there is the possibility that only the necessary data is recorded in the monitoring device of the pump and, if necessary, temporarily stored. The data can be sent via the interface mentioned, e.g. B. be transmitted wirelessly or wired to a computer and / or a terminal, so that the mentioned algorithm for evaluation z. B. can work on a computer and / or a terminal.

Gegenstand der Erfindung ist im Übrigen nicht nur die beschriebene Pumpe, sondern auch ein Verfahren zur Überwachung des Betriebes bzw. des Verschleißes einer solchen Pumpe. Während des Betriebes rotieren die erste Welle mit einem ersten Drehwinkel und die zweite Welle mit am zweiten Drehwinkel, jeweils bezogen auf einen gemeinsamen Nullwinkel. Erfindungsgemäß wird der Zustand der Verbindung bzw. der Verbindungen überwacht, indem eine in der Verbindung auftretende Phasenverschiebung zwischen dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel ermittelt bzw. überwacht wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden in bevorzugter Weiterbildung die im Zusammenhang mit der Pumpe beschriebenen Maßnahmen einzelnen und in Kombination geschützt.The subject matter of the invention is not only the pump described, but also a method for monitoring the operation and wear of such a pump. During operation, the first shaft rotates at a first angle of rotation and the second shaft rotates at the second angle of rotation, each based on a common zero angle. According to the invention, the state of the connection or connections is/are monitored by determining or monitoring a phase shift occurring in the connection between the first angle of rotation and the second angle of rotation. In a preferred development of the method according to the invention, the measures described in connection with the pump are protected individually and in combination.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert, die lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellen. Es zeigen

1 eine Exzenterschneckenpumpe mit einer Überwachungseinrichtung zur Überwachung des Zustandes, zum Beispiel Verschleißzustandes in einer vereinfachten Seitenansicht,
2 einen vergrößerten Ausschnitt aus 1 im Bereich eines Gelenkes,
3A, 3B jeweils einen Querschnitt im Bereich des Gelenkes in unterschiedlichen Verschleißzuständen und
4A, 4B Messsignale für das Gelenk nach 3A bzw. 3B,
5 eine Ansicht aus 1 im Bereich der Antriebswelle.

The invention is explained in more detail below with reference to drawings which merely represent an exemplary embodiment. Show it

1 an eccentric screw pump with a monitoring device for monitoring the condition, for example the wear condition in a simplified side view,
2 an enlarged section 1 in the area of a joint,
3A , 3B each a cross-section in the area of the joint in different states of wear and
4A , 4B measurement signals for the joint 3A or. 3B ,
5 a view out 1 in the drive shaft area.

In 1 ist eine Exzenterschneckenpumpe dargestellt, die einen Stator 1 z.B. aus einem elastischen Material und einen in dem Stator 1 rotierenden Rotor 2 aufweist, wobei der Stator 1 von einem Statormantel 3 umgeben ist. Ferner weist die Pumpe ein Sauggehäuse 4 sowie einen Anschlussstutzen 5 auf, welcher auch als Druckstutzen 5 bezeichnet wird. Die Pumpe weist außerdem einen Pumpenantrieb 6 auf, der über eine Kuppelstange 7 auf den Rotor 2 arbeitet. Die Kuppelstange 7 ist über ein antriebsseitiges Kupplungsgelenk 8 an die Antriebswelle und über ein rotorseitiges Kupplungsgelenk 9 an den Rotor 2 bzw. den Rotorkopf angeschlossen.In 1 an eccentric screw pump is shown, which has a stator 1 , for example made of an elastic material, and a rotor 2 rotating in the stator 1 , the stator 1 being surrounded by a stator casing 3 . Furthermore, the pump has a suction housing 4 and a connecting piece 5 , which is also referred to as a pressure connecting piece 5 . The pump also has a pump drive 6 which works on the rotor 2 via a coupling rod 7 . The coupling rod 7 is connected to the drive shaft via a coupling joint 8 on the drive side and to the rotor 2 or the rotor head via a coupling joint 9 on the rotor side.

Die Kupplungsgelenke 8, 9 sind in diesem Ausführungsbeispiel jeweils als Bolzengelenke ausgebildet, die jeweils einerseits eine Einsteckaufnahme 10 und andererseits einen in die Einsteckaufnahme 10 eingreifenden Zapfen 11 sowie einen den Zapfen 11 in der Einsteckaufnahme 10 fixierenden Verbindungsbolzen 12 aufweisen (vergleiche 2).In this exemplary embodiment, the coupling joints 8, 9 are each designed as bolt joints, each of which has on the one hand an insertion socket 10 and on the other hand a pin 11 which engages in the insertion socket 10 and a connecting bolt 12 which fixes the pin 11 in the insertion socket 10 (cf 2 ).

Eine von dem Antrieb angetriebene Antriebswelle oder Verbindungswelle 18 bildet eine erste Welle W1 und der Rotor 2 bzw. Rotorkopf bildet eine zweite Welle W2, wobei die erste Welle W1 über die Verbindungsgelenke 8, 9 als Verbindungen V mit der zweiten Welle W2 verbunden ist. Während des Betriebes rotiert die erste Welle W1 (Antriebswelle) mit einem ersten Drehwinkel und die zweite Welle W2 (Rotorkopf) mit einem zweiten Drehwinkel, und zwar jeweils bezogen auf einen gemeinsamen Nullwinkel. Im Neuzustand ( 3A) ist die Phasenverschiebung zwischen dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel Null bzw. eine solche Phasenverschiebung kann als Nullwinkel definiert werden. Mit einer erfindungsgemäß vorgesehenen Überwachungseinrichtung 13 wird eine z. B. durch Verschleiß auftretende Phasenverschiebung (3B) zwischen dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel ermittelt und überwacht. Dabei ist in 3B vereinfacht dargestellt, dass ein Verschleiß im Bereich des äußeren Gelenkteils zu einer Phasenverschiebung führt. Alternativ oder zusätzlich kann jedoch auch ein in 3B nicht dargestellter Verschleiß im Bereich des inneren Gelenkteils und/oder ein Verschleiß des Bolzens 12 zu einer Phasenverschiebung führen, wobei sich alle Verschleißarten innerhalb eines Gelenkes zu einer Phasenverschiebung aufsummieren. Sofern z.B. zwei Gelenke vorgesehen sind, summiert sich dann auch der Verschleiß dieser beiden Gelenke auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Gesamtverschleiß sämtlicher Gelenke ermittelt und überwacht.A drive shaft or connecting shaft 18 driven by the drive forms a first shaft W1 and the rotor 2 or rotor head forms a second shaft W2, the first shaft W1 being connected via the connecting joints 8, 9 as connections V to the second shaft W2. During operation, the first shaft W1 (drive shaft) rotates at a first angle of rotation and the second shaft W2 (rotor head) rotates at a second angle of rotation, each based on a common zero angle. In new condition ( 3A ) the phase shift between the first angle of rotation and the second angle of rotation is zero or such a phase shift can be defined as a zero angle. With a monitoring device 13 provided according to the invention, a z. B. phase shift occurring due to wear ( 3B ) between the first angle of rotation and the second angle of rotation is determined and monitored. where is in 3B shown in simplified form that wear in the area of the outer joint part leads to a phase shift. Alternatively or additionally, however, an in 3B Non-illustrated wear in the area of the inner joint part and/or wear of the bolt 12 lead to a phase shift, with all types of wear within a joint adding up to a phase shift. If, for example, two joints are provided, then the wear and tear on these two joints also adds up. In the illustrated embodiment, the total wear of all joints is determined and monitored.

Dazu kann im Bereich der ersten Welle1 ein nicht im Einzelnen dargestellter, sondern lediglich angedeuteter Sensor 15 vorgesehen sein, der z.B. als Positionssensor ausgebildet ist, so dass mit Hilfe dieses Positionssensors 15 ein Signal erfasst werden kann, welches den ersten Drehwinkel der ersten Welle W1 repräsentiert.For this purpose, a sensor 15 (not shown in detail but only indicated) can be provided in the area of the first shaft 1, which is e.g. designed as a position sensor, so that with the help of this position sensor 15 a signal can be detected which represents the first angle of rotation of the first shaft W1 .

Erfindungsgemäß wird jedoch auf einen entsprechenden Positionssensor im Bereich der zweiten Welle W2, d.h. am Rotor 2 bzw. Rotorkopf verzichtet. Denn der Drehwinkel der zweiten Welle W2 wird erfindungsgemäß nicht direkt, sondern indirekt erfasst, und zwar über einen Betriebsparameter der Pumpe, und zwar im Ausführungsbeispiel über den Druck P des zu fördernden Mediums. Dazu kann z.B. im druckseitigen Bereich (z.B. im Druckgehäuse 5) der Pumpe ein ebenfalls lediglich angedeuteter Drucksensor 16 vorgesehen sein. Denn erfindungsgemäß wurde erkannt, dass der Pumpendruck P nicht nur periodisch mit der Rotation des Rotors 2 variiert, sondern dass sich diese Druckpulsationen mit zunehmendem Gelenkverschleiß verschieben, und zwar aufgrund der Phasenverschiebung der Drehwinkel zwischen der Antriebswelle 18 und dem Rotor 2. Dazu wird auf 4A, B verwiesen.According to the invention, however, a corresponding position sensor in the area of the second shaft W2, ie on the rotor 2 or rotor head, is dispensed with. Because the angle of rotation of the second shaft W2 is not detected directly according to the invention, but rather indirectly, namely via an operating parameter of the pump, namely in the exemplary embodiment via the pressure P of the medium to be pumped. For this purpose, a pressure sensor 16, which is also only indicated, can be provided, for example, in the pressure-side area (for example in the pressure housing 5) of the pump. Because according to the invention it was recognized that the pump pressure P not only varies periodically with the rotation of the rotor 2, but that these pressure pulsations shift with increasing joint wear, due to the phase shift of the angle of rotation between the drive shaft 18 and the rotor 2 4A, B referred.

In 4A ist der Drehwinkel φ_A in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Es ist erkennbar, dass der Drehwinkel φ_A der ersten Welle (z.B. der Antriebswelle) nach Art einer Sägezahnfunktion periodisch mit der Rotationsfrequenz variiert und zu einem bestimmten, definierten Referenzzeitpunkt einen Nullwinkel definiert. Dazu ist in 4A die Periodendauer T einer Umdrehung der Welle 18 bzw. des Rotors 2 angegeben.In 4A the angle of rotation φ _A is shown as a function of time t. It can be seen that the angle of rotation φ _A of the first shaft (eg the drive shaft) varies periodically with the rotation frequency in the manner of a sawtooth function and defines a zero angle at a specific, defined reference time. For this is in 4A the period T of a revolution of the shaft 18 or of the rotor 2 is indicated.

Ferner ist in 4A das Drucksignal bzw. der Druck P der Pumpe (z.B. aufgenommen mit dem Drucksensor 16) dargestellt und es ist erkennbar, dass dieser Pumpendruck ebenfalls periodisch variiert. Aufgrund der Konstruktion einer Exzenterschneckenpumpe, bei der im Zuge einer Rotation zwei Kavitäten des Stators 1 öffnen, bricht der Pumpendruck innerhalb einer Rotationsperiode T zweimal ein, so dass sich in der Rotationsperiode T der ersten Welle 18 zwei Pulsationszyklen der zweiten Welle 2 wiederfinden. Dabei ist in 4A dargestellt, dass die Druckpulsationen P ohne Phasenverschiebung mit dem Antriebsdrehwinkel variieren. 4A gibt folglich die Situation vereinfacht für einen Idealzustand einer Pumpe ohne Phasenverschiebung und damit auch ohne Gelenkverschleiß an.Furthermore, in 4A the pressure signal or the pressure P of the pump (eg recorded with the pressure sensor 16) is shown and it can be seen that this pump pressure also varies periodically. Due to the design of an eccentric screw pump, in which two cavities of the stator 1 open during rotation, the pump pressure drops twice within a rotation period T, so that in the rotation period T of the first shaft 18 there are two pulsation cycles of the second shaft 2. where is in 4A shown that the pressure pulsations P vary with the drive rotation angle without phase shift. 4A consequently indicates the situation in a simplified way for an ideal state of a pump without phase shift and thus also without joint wear.

Demgegenüber zeigt 4B die Situation eines Gelenkes mit einem gewissen Verschleiß und folglich mit einer Phasenverschiebung zwischen dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel. Es ist wiederum der Drehwinkel φ_A der Antriebswelle 18 dargestellt. Ferner ist der Druckverlauf P des Pumpendruckes dargestellt, der wiederum zyklisch pulsiert. In diesem Fall ist jedoch erkennbar, dass die Minima des Pumpendruckes P auf der Zeitachse gegenüber dem durch die erste Welle 18 definierten Nullwinkel um eine Phasenverschiebung ΔT verschoben sind. Aus der Größe dieser Zeitdifferenz ΔT, die von der Phasenverschiebung abhängt, lässt sich auf den Zustand des Gelenkes, z.B. auf den Verschleißzustand schließen. Die Berechnung und Auswertung zur Verschleißdetektion kann mit einem geeigneten Algorithmus erfolgen. In diesen Algorithmus fließt zum einen der Antriebsdrehwinkel φ_A ein, d.h., der Drehwinkel der ersten Welle W1, der z.B. durch Berechnung, Messung oder Schätzung bestimmt wird. Zum anderen fließt der Drehwinkel der zweiten Welle ein, der jedoch erfindungsgemäß nicht unmittelbar gemessen wird, sondern über die beschriebene Druckpulsation P bestimmt wird.In contrast, shows 4B the situation of a joint with some wear and consequently with a phase shift between the first angle of rotation and the second angle of rotation. Again, the angle of rotation φ _A of the drive shaft 18 is shown. Furthermore, the pressure profile P of the pump pressure is shown, which in turn pulsates cyclically. In this case, however, it can be seen that the minima of the pump pressure P are shifted by a phase shift ΔT on the time axis compared to the zero angle defined by the first shaft 18 . The size of this time difference ΔT, which depends on the phase shift, allows conclusions to be drawn about the state of the joint, for example the state of wear. The calculation and evaluation for wear detection can be carried out with a suitable algorithm. In this algorithm On the one hand, the drive rotation angle φ _A is included, ie the rotation angle of the first shaft W1, which is determined, for example, by calculation, measurement or estimation. On the other hand, the angle of rotation of the second shaft is included, which, however, according to the invention is not measured directly, but is determined via the pressure pulsation P described.

Die Auswertung in der lediglich angedeuteten Überwachungseinrichtung 13 bzw. in der Auswerteeinheit 14 kann mit bekannten elektronischen Mitteln und Komponenten realisiert werden. Der Drehwinkel der ersten Welle W1 bzw. der Antriebswelle 18 wird in der beschriebenen Weise z.B. mit Hilfe eines Sensors 15 ermittelt und der Drehwinkel der zweiten Welle W2, z.B. des Rotors 2, wird z.B. mit Hilfe eines PLL-Algorithmus (phase locked loop) bestimmt. Dieser umfasst einen Bandpassfilter mit einer Bandpass-Frequenz, die der zweifachen Rotationsgeschwindigkeit der Pumpe entspricht. Als Eingangssignale werden folglich die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle und der mit dem Drucksensor ermittelte Druck eingegeben und über den PLL-Algorithmus der Drehwinkel des Rotors bestimmt. Durch Differenzbildung dieses zweiten Drehwinkels des Rotors und des ersten Drehwinkels der Antriebswelle lässt sich die Phasenverschiebung bestimmen und in der Auswerteeinheit z.B. die bereits erwähnte Schwellwertüberwachung durchführen.The evaluation in the only indicated monitoring device 13 or in the evaluation unit 14 can be implemented with known electronic means and components. The angle of rotation of the first shaft W1 or the drive shaft 18 is determined in the manner described, e.g. using a sensor 15, and the angle of rotation of the second shaft W2, e.g. the rotor 2, is determined, e.g. using a PLL algorithm (phase locked loop). . This includes a bandpass filter with a bandpass frequency that corresponds to twice the rotational speed of the pump. Consequently, the rotational speed of the drive shaft and the pressure determined by the pressure sensor are entered as input signals, and the angle of rotation of the rotor is determined via the PLL algorithm. By calculating the difference between this second angle of rotation of the rotor and the first angle of rotation of the drive shaft, the phase shift can be determined and, for example, the threshold value monitoring already mentioned can be carried out in the evaluation unit.

Ferner ist in 5 in einem Ausschnitt aus 1 dargestellt, dass bei einer solchen Exzenterschneckenpumpe eine in den Antrieb 6 integrierte Antriebswelle 17 nicht unmittelbar mit dem antriebsseitigen Kupplungsgelenk 8 verbunden sein muss, sondern bei dieser Ausführungsform ist die in den Antrieb 6 integrierte Antriebswelle 17 an eine Verbindungswelle 18 angeschlossen, die auch als Steckwelle bezeichnet wird bzw. in diesem Ausführungsbeispiel als Steckwelle ausgebildet ist. Diese Steckwelle 18 ist im Ausführungsbeispiel als erste Welle W1 über die Kupplungsgelenke 8, 9 und die Kuppelstange 7 mit dem Rotor 2 bzw. Rotorkopf als zweite Welle W2 verbunden. In 1 und 5 sind auch beispielhaft ein Verbindungsgehäuse 19 und eine Wellenabdichtung 20, z. B. Gleitringdichtung, im Bereich zwischen Antrieb 6 und Gehäuse 4 angedeutet.Furthermore, in 5 in a snippet 1 shown that with such an eccentric screw pump, a drive shaft 17 integrated into the drive 6 does not have to be connected directly to the drive-side coupling joint 8, but in this embodiment the drive shaft 17 integrated into the drive 6 is connected to a connecting shaft 18, which is also referred to as a stub shaft is or is formed in this embodiment as a stub shaft. In the exemplary embodiment, this stub shaft 18 is connected as the first shaft W1 via the coupling joints 8, 9 and the coupling rod 7 to the rotor 2 or rotor head as the second shaft W2. In 1 and 5 are also exemplary a connection housing 19 and a shaft seal 20, z. B. Mechanical seal in the area between the drive 6 and housing 4 indicated.

Im Übrigen besteht auch die Möglichkeit, das erfindungsgemäße Prinzip im Bereich der Verbindung zwischen der Antriebswelle 17 und der Steckwelle 18 zu realisieren. In diesem Fall wäre die Antriebswelle 17 die erste Welle und die Steckwelle 18 die zweite Welle, so dass der Zustand der Verbindung zwischen diesen beiden Wellen überwacht werden kann. Einzelheiten sind in den Figuren nicht dargestellt.Furthermore, there is also the possibility of realizing the principle according to the invention in the area of the connection between the drive shaft 17 and the stub shaft 18 . In this case, the drive shaft 17 would be the first shaft and the stub shaft 18 the second shaft, so that the condition of the connection between these two shafts can be monitored. Details are not shown in the figures.

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DE 202005008989 U1 [0005]

Claims

Pump for conveying a medium, in particular a liquid or a solid-liquid mixture or a liquid-gas mixture, with at least one drive (6), a first shaft (W1) and a second shaft driven in rotation by the first shaft (W1). Shaft (W2) which is connected to a pump element (2) or is part of a pump element, the first shaft (W1) being connected to the second shaft (W2) by means of at least one connection (V), the first The shaft (W1) rotates at a first angle of rotation and the second shaft (W2) rotates at a second angle of rotation, each related to a common zero angle, characterized by a monitoring device (13) which is set up to monitor the status of the connection (V). Monitor by a phase shift occurring in the connection between the first angle of rotation and the second angle of rotation is determined, wherein to determine the phase shift of the second Drehwi nkel dependent operating parameters of the pump is determined, which varies periodically with the second angle of rotation.

pump after claim 1 , characterized in that the pressure of the medium to be conveyed in the pump, which pressure varies periodically with the second angle of rotation, is determined as the operating parameter.

pump after claim 1 or 2 in the embodiment as an eccentric screw pump, with at least one stator (1) and a rotor (2) rotating in the stator as a pump element, with which a medium can be conveyed from a suction-side housing part to a pressure-side housing part of the pump.

Pump down one of the Claims 1 until 3 , characterized in that determined as the operating parameter of the pressure inside the stator or on the output side of the stator or in the pressure-side housing part, z. B. is measured.

Pump down one of the Claims 1 until 4 , characterized in that to determine the operating parameters of the pump, a measuring device, for. B. at least one sensor is provided, z. B. a pressure sensor z. B. is arranged in or on the pressure-side housing part of the pump.

Pump down one of the Claims 1 until 5 , characterized in that to determine the first angle of rotation of the first shaft (W1) a measuring device, for. B. a sensor is provided which z. B. is designed as an inductive, capacitive, magnetic or optical sensor.

Pump down one of the Claims 1 until 6 , characterized in that the connection (V) is designed as a separable and / or articulated connection, z. B. as a joint or coupling joint (8, 9).

pump after claim 7 , characterized in that the joint (8, 9) or the joints (8, 9) is/are designed as a pin joint or pin joints, the pin joint having on the one hand an insertion socket (10) and on the other hand a pin (1) engaging in the insertion socket (10) 11) and a connecting bolt (12) fixing the pin (11) in the insertion receptacle (10).

Pump down one of the Claims 1 until 8th , characterized in that the monitoring device is set up to monitor the state of wear of the connection (V) or the connections by a wear in the connection (V) occurring phase shift between the first angle of rotation and the second angle of rotation is determined.

Pump down one of the Claims 1 until 9 , with a coupling rod between the first shaft (W1) and the rotor (2) as the second shaft (W2), the coupling rod (7) having a first (drive-side) joint (8) with the first shaft (W1) and with a second (rotor-side) joint (9) is connected to the rotor (2).

pump after claim 10 , characterized in that the monitoring device is set up to monitor the state of wear of the first joint (8) and the second joint (9) by a (overall) wear in the two joints (8, 9) occurring phase shift between the first angle of rotation and the second angle of rotation is determined.

Pump down one of the Claims 1 until 11 , characterized in that the monitoring device (13) has an evaluation unit (14) or is connected to an evaluation unit with which the measurement of the operating parameter representing the second angle of rotation and/or the measurement of the first angle of rotation are processed and evaluated, e.g. B. the signals of a sensor for the first angle of rotation and the signals of a sensor for the operating parameter for determining the second angle of rotation, z. B. a pressure sensor, processed and evaluated, where z. B. is determined from the operating parameters of the second angle of rotation and from the first and second angle of rotation, the phase shift.

pump after claim 12 , characterized in that a threshold value or one or more comparison values for the phase shift can be stored in the evaluation unit (14) and that during operation when the threshold value is reached or exceeded or when a temporal development of the phase shift is detected, the , characteristic development deviates, a message can be generated, e.g. B. an optical and / or acoustic alarm signal, the threshold z. B. at least 20 °, preferably at least 30 °.

Pump down one of the Claims 12 or 13 , characterized in that an evaluation algorithm is stored in the evaluation unit (14), with which predictions about the status of the connection (V) and/or predictions about maintenance times can be generated from continuously determined data.

Pump down one of the Claims 12 until 14 , characterized in that the monitoring device (13) is equipped or connected to a display device with which status information and/or warning signals can be displayed, e.g. B. acoustically or optically and / or that the monitoring device (13) is equipped or connected to an interface via which status data and / or forecasts and / or warnings to external devices, z. As computers, terminals or the like, are transferrable.

Pump down one of the Claims 1 until 15 , characterized in that the monitoring device (13) or the evaluation unit (14) is set up to analyze the phase shift taking into account the speed, the torque and/or the axial force of the pump and/or the mean value of the pressure or back pressure.

Method for monitoring the operation or the wear of a pump according to one of Claims 1 until 16 , With the first shaft rotating at a first angle of rotation and the second shaft at a timed angle of rotation, in each case based on a common zero angle, during operation, characterized in that the monitoring device monitors the state, e.g. B. state of wear, the compound is monitored by a z. B. by wear in the connection occurring phase shift between the first angle of rotation and the second angle of rotation is determined, wherein to determine the phase shift of the second angle of rotation dependent operating parameter of the pump is determined, which varies periodically with the second angle of rotation.

procedure after Claim 17 , characterized in that the periodically varying pressure of the medium to be pumped is determined in the pump as the operating parameter of the pump, e.g. B. is measured.

procedure after Claim 17 or 18 , characterized in that the status of the pump or the status of a connection is determined continuously and that predictions about the status of the pump or the connection and/or predictions about maintenance times are generated from the determined status data using an algorithm.

Procedure according to one of claims 17 until 19 , characterized in that status data, warnings and / or maintenance forecasts via an interface to external devices such. B. computers, terminals or the like are transmitted or queried by them.