DE102021121572A1

DE102021121572A1 - Verfahren zur Bestimmung des Verschleisszustands einer Exzenterschneckenpumpe sowie Exzenterschneckenpumpe zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102021121572A1
Application number: DE102021121572.2A
Authority: DE
Inventors: Daniel Geier
Original assignee: Hilger und Kern GmbH
Current assignee: Hilger und Kern GmbH
Priority date: 2021-08-19
Filing date: 2021-08-19
Publication date: 2023-02-23
Also published as: WO2023020776A1

Abstract

Ein Verfahren zur Bestimmung des Verschleißzustands einer Exzenterschneckenpumpe 1, welche einen Stator 2 mit einem Einlass 4 zur Zufuhr eines zu fördernden Mediums 6, einen Auslass 8 zur Abfuhr des Mediums 6, sowie einen exzenterschneckenförmigen, innerhalb des Stators 2 durch einen Antriebsmotor 10 rotierbaren Rotor 12 umfasst, welcher das Medium 6 vom Einlass 4 zum Auslass 8 fördert, zeichnet sich durch die folgenden Verfahrensschritte aus:a) Antreiben des Rotors 12 mit einer vorgegebenen Leistung und Zuführen des Mediums 6 mit einem im Wesentlichen konstanten Vordruck sowie einer vorgegebenen Viskosität und Temperatur, Verschließen des Auslasses 8 durch ein Absperrorgan 14 undb1) Erfassen des Drucks Piststromaufwärts des Absperrorgans 8 nach einer vorgegebenen Maximal-Zeitdauer tmaxals maximal erreichbaren Druckwert Pmax, c1) Vergleichen des erfassten maximal erreichbaren Druckwerts Pmaxmit einem zuvor bestimmten Referenzwert Pmax neufür den maximal erreichbaren Druck einer neuen Exzenterpumpe 1, und d1) Ausgeben einer Warnmeldung, wenn die Differenz zwischen dem erfassten maximalen Druckwert Pmaxund dem Referenzwert Pmax neueinen vorgegebenen Schwellenwert ΔPmaxüberschreitet, und/oder b2) Erfassen einer ersten Zeitdauer t1,n, bis der erfasste Druck Pistnach dem Schließen des Absperrorgans 8 einen vorgegebenen Solldruck Psoll, für das Medium 6 bei der vorgegebenen Viskosität und Temperatur erreicht,c2) Vergleichen der erfassten ersten Zeitdauer t1,nmit einer vorgegebenen Referenz-Zeitdauer tref, und d2) Ausgeben einer Warnmeldung, wenn die Abweichung zwischen der erfassten ersten Zeitdauer t1,nund der Referenzzeitdauer trefeinen vorgegebenen Schwellenwert Δt überschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Verschleißzustands einer Exzenterschneckenpumpe sowie eine Exzenterschneckenpumpe zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und 10.
Exzenterschneckenpumpen werden unter anderem dazu eingesetzt, flüssige oder pastöse Medien zu fördern, wie z.B. die zu vermischenden Polymerkomponenten von Kunstharzen, die unter hohem Druck in eine Mischkammer eingeleitet werden. Da der maximale Förderdruck, der durch eine Exzenterschneckenpumpe bereit gestellt werden kann, von der Flächenpressung abhängt, mit der der Stator aus gummielastischem Material dichtend an der Außenseite des in der Regel aus Stahl oder Keramik bestehenden angetriebenen Rotors anliegt, werden Exzenterschneckenpumpen zur Bereitstellung von hohen Materialdrücken oftmals mehrstufig ausgeführt.
Die Leistung einer jeden Pumpenstufe hängt dabei von der Viskosität des geförderten Mediums und dem maximalen Differenzdruck zwischen Ein- und Auslass ab, die wiederum maßgeblich durch die zuvor erwähnte Flächenpressung zwischen Stator und Rotor beeinflusst wird, welche den Stator verformt. Beim Überschreiten des maximal möglichen Drucks reicht diese Flächenpressung nicht mehr aus, um die jeweilige Stufe vollkommen abzudichten, wodurch eine Leckage entgegen der Förderrichtung bis hin zu einem vollständigen Ausfall des Förderstromes entsteht. Der Wirkungsgrad der Pumpe/Pumpenstufe nimmt dadurch von 100% bei absoluter Dichtigkeit bis hin zu 0% ab.
Im Falle von Polymerkomponenten, die mit abrasiven Füllstoffen, wie z.B. Glasfasermaterial, versetzt sind, ergibt sich bei der Förderung in Exzenterschneckenpumpen das Problem, dass in erster Linie der Stator aus gummielastischem Material, sowie auch der Rotor einem erhöhten Verschleiß unterliegen, der ohne vorbeugende Wartungsmaßnahmen leicht zu einem unvorhergesehenen Ausfall der Pumpe führen kann, welcher im schlimmsten Falle zu einer kostspieligen Unterbrechung eines Fertigungsprozesses führen kann.
Da auch der Wirkungsgrad von Exzenterschneckenpumpen mit zunehmendem Verschleiß abnimmt und einen unmittelbaren Einfluss auf die Qualität des im Prozess hergestellten Produkts hat, ist es wünschenswert, den Verschleiß einer Exzenterschneckenpumpe fortlaufend zu überwachen, um rechtzeitig vor einem Totalausfall der Pumpe erforderliche Wartungsarbeiten vornehmen zu können.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, zur Überwachung von herkömmlichen Pumpen Überwachungssysteme wie insbesondere Durchflussmesszellen einzusetzen, mit welchen sich verschleißbedingte Leckagen grundsätzliche ebenfalls erfassen lassen. Allerdings sind derartige Durchflussmesszellen vergleichsweise kostenintensiv und bei Exzenterschneckenpumpen aufgrund des begrenzten maximalen Druckniveaus der Durchflussmesszellen nicht einsetzbar.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem sich der Verschleißzustand einer Exzenterschneckenpumpe ermitteln lässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Exzenterschneckenpumpe zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Exzenterschneckenpumpe mit den Merkmalen von Anspruch 10 gelöst.
Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Gemäß der Erfindung umfasst das Verfahren zur Bestimmung des Verschleißzustands einer Exzenterschneckenpumpe, welche einen Stator mit einem Einlass zur Zufuhr eines zu fördernden, insbesondere abrasiven Mediums, einen Auslass zur Abfuhr des Mediums, sowie einen exzenterschneckenförmigen, durch einen Antriebsmotor innerhalb des Stators rotierbaren Rotor umfasst, welcher das Medium vom Einlass zum Auslass fördert, die folgenden Verfahrensschritte:

a) Antreiben des Rotors mit einer vorgegebenen Leistung und Zuführen des Mediums mit einem im Wesentlichen konstanten Vordruck sowie einer vorgegebenen Viskosität und Temperatur, Verschließen des Auslasses durch ein Absperrorgan und
b1) Erfassen des Drucks P_ist stromaufwärts des Absperrorgans nach einer vorgegebenen Maximal-Zeitdauer t_max als maximal erreichbaren Druckwert P_max,
c1) Vergleichen des erfassten maximal erreichbaren Druckwerts P_max mit einem zuvor bestimmten Referenzwert für den maximal erreichbaren Druck P_{max neu} für eine neue Exzenterpumpe 1, und
d1) Ausgeben einer Warnmeldung, wenn die Differenz zwischen dem erfassten maximalen Druckwert P_max und dem Referenzwert P_maxneu einen vorgegebenen Schwellenwert ΔP_max überschreitet, und/oder
b2) Erfassen einer ersten Zeitdauer t₁, bis der erfasste Druck P_ist nach dem Schließen des Absperrorgans einen vorgegebenen Solldruck P_soll für das Medium bei der vorgegebenen Viskosität und Temperatur erreicht,
c2) Vergleichen der erfassten ersten Zeitdauer t₁ mit einer vorgegebenen Referenz-Zeitdauer t_ref, und
d2) Ausgeben einer Warnmeldung, wenn die Abweichung zwischen der erfassten ersten Zeitdauer t₁ und der Referenzzeitdauer t_ref einen vorgegebenen Schwellenwert Δt überschreitet.

Wie von der Anmelderin erkannt wurde, beeinflussen zwei Faktoren die Leistung einer Exzenterschneckenpumpe. Dies sind der Druck und der Verschleißzustand von Stator und Rotor.
Wird für einen Produktionsvorgang immer das gleiche Medium verwendet, so dass die Viskosität bei einer vorgegebenen Temperatur des Mediums im Wesentlichen konstant ist, so kann durch eine vergleichende Messung der Förderdruckkennlinie gegen einen geschlossenen Ausgang der Exzenterschneckenpumpe zu Beginn des Pumpeneinsatzes bei einer neuen Pumpe, und sich daran anschließende weitere regelmäßige Messungen des Pumpendrucks in kurzen, bevorzugt geplanten Produktionspausen, der Verschleißzustand vereinfacht ausgedrückt durch zwei Parameter ermittelt werden:

1. Wird ein parametrierbarer Ziel- oder Maximaldruck überhaupt erreicht, und
2. In welcher Zeit wird dieser bei identischen Voraussetzungen (Versorgungsdruck, Drehzahl, Viskosität) erreicht?

Dadurch kann beispielsweise zunächst eine Plausibilitätsprüfung durchgeführt werden, bei der geprüft wird, ob der sich aus der Maschinenkonfiguration und den Applikationsdaten ergebende notwendige Arbeitsdruck zulässig ist, bzw. überhaupt ausreicht, um z.B. einen anstehenden Dosierauftrag, wie die Bereitstellung von polymerem, Verstärkungsfasern enthaltendem Zweikomponentenmaterial für die Laminierung eines Rotorblatts einer Windkraftanalage, vollständig auszuführen.
Weiterhin kann anhand der Differenz zwischen dem maximal erreichbaren Druck (bei neuer Pumpe) und dem aktuell gemessenen Applikationsförderdruck ein aktueller Verschleißzustand bestimmt werden, und auf Basis der über einen bestimmten Zeitraum hinweg ermittelten Daten für den Verschleißzustand und dem sich aus diesen ergebenden Trend - z.B. durch Extrapolation der Messkurve - dann in vorteilhafter Weise eine Prognose für die voraussichtliche Haltbarkeit der Pumpe errechnet werden. Hierdurch wird die Möglichkeit eröffnet, den aktuellen Verschleißzustand regelmäßig zu ermitteln, und sowohl für die Sicherstellung des reibungslosen Produktionsbetriebs als auch für eine vorausschauende Wartungsplanung zu nutzen, durch welche sich die Betriebskosten in vorteilhafter Weise reduzieren lassen.
Hierzu macht sich die vorliegende Erfindung eine spezifische Eigenschaft von Exzenterschneckenpumpen zu Nutze, um bevorzugt automatisiert den Verschleißzustand zu ermitteln. Diese Eigenschaft resultiert aus der Materialkombination zwischen Rotor (Stahl, Keramik etc., insbesondere auch beschichtet) und Stator (Elastomer, auch beschichtet) einer Exzenterschneckenpumpe.
Wie von der Anmelderin erkannt wurde, kann die Pumpe in Abhängigkeit der Viskosität des Mediums je Stufe der Rotor-/Stator-Kombination einen maximalen Differenzdruck zwischen Ein- und Ausgang aufbauen, für dessen Größe die Flächenpressung zwischen Stator und Rotor ausschlaggebend ist, durch welche der elastische Stator verformt wird. Beim Überschreiten des maximal möglichen Drucks reicht diese Flächenpressung jedoch nicht mehr für eine vollkommene Abdichtung der einzelnen Stufen aus, so dass eine Leckage entgegen der gewünschten Förderrichtung bis hin zu einem vollständigen Ausfall des Förderstroms entsteht. Der Wirkungsgrad nimmt dadurch von 100% bei absoluter Dichtigkeit im Falle einer neuen Pumpe bis hin zu 0 % für eine vollständig verschlissene Pumpe ab.
Bei der Förderung von flüssigen oder pastösen Medien mit abrasiven Füllstoffen werden der Stator sowie auch der Rotor, oder auch beide, in Ihrer jeweils die Dichtigkeit bestimmenden Form durch die Abtragung von Oberflächenbestandteilen bei jedem Fördervorgang dauerhaft verändert. Hierdurch verringert sich die zuvor beschriebene Flächenpressung und die daraus resultierende Dichtwirkung entsprechend, was bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung des Verschleißzustands herangezogen wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der Referenzwert für den maximal erreichbaren Druck P_{max neu} einer neuen Exzenterschneckenpumpe 1 in Verfahrensschritt c1) und/oder die vorgegebene Referenz-Zeitdauer t_ref in Verfahrensschritt c2) bei einer Erstinbetriebnahme der Exzenterschneckenpumpe 1 mit dem gleichen Medium und dem gleichen Vordruck bei einer im Wesentlichen gleichen Temperatur und Viskosität erfasst und in einem elektronischen Speicher abgelegt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die im elektronischen Speicher abgelegten Referenzwerte für den maximal erreichbaren Druck P_{max neu} einer neuen Exzenterschneckenpumpe 1 gewünschten Falls auch zu Bildung eines gemittelten Werts heran gezogen werden können, der wiederum dazu dient, ggf. einen gemittelten Wert für die Serienstreuung der Exzenterpumpen einer Serie zu bestimmen, anhand von welchem dann bei einer Erstinbetriebnahme im Werk schon ein Produktionsfehler gemäß den Schritten c1 und c2 erkannt werden kann, bevor die betreffende Pumpe zum Kunden ausgeliefert wird.
Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass der vorgegebene Schwellenwert Δ_Pmax in Verfahrensschritt d1) und/oder der vorgegebene Schwellenwert Δt für die Abweichung zwischen der erfassten ersten Zeitdauer t₁ und der Referenzzeitdauer t_ref empirisch mit dem gleichen Medium bei der vorgegebenen Temperatur und Viskosität mit Hilfe einer neuen Exzenterschneckenpumpe ermittelt und bevorzugt als veränderbarer Wert im elektronischen Speicher der Steuerungseinrichtung abgelegt werden, welche den Motor der Pumpe und auch das Absperrorgan steuert, bzw. die Signale des Drucksensors auswertet. Hierdurch ist es möglich, eine Vielzahl von Schwellenwerten für verschiedene Medien, Drücke und Temperaturen in einem mehrdimensionalen Kennfeld abzulegen, aus welchem die Werte dann automatisiert nach Eingabe des Mediums, des Drucks/Vordrucks sowie der Temperatur von der Steuerungseinrichtung der Exzenterschneckenpumpe ausgelesen werden können, um den Verschleißzustand, bzw. das nächste Wartungsintervall automatisiert zu berechnen.
Nach einem weiteren der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken kann es ferner vorgesehen sein, dass das Medium dem Einlass bei der Erfassung in den Schritten b1) und/oder b2) mit einem vorgegebenen Vordruck zugeführt wird, und dass der Einlass bei der Bestimmung des vorgegebenen Schwellenwerts Δ P_max in Verfahrensschritt d1) und/oder des Schwellenwerts Δt für die Abweichung zwischen der erfassten ersten Zeitdauer t₁ und der Referenzzeitdauer t_ref in Verfahrensschritt d2) mit demselben Vordruck beaufschlagt wird. Durch die Beaufschlagung des Einlasses mit demselben Wert für den Vordruck in den Schritten b1) und b2) sowie d1) und d2) ergibt sich der Vorteil, dass der Fehler in der Bestimmung des Verschleißzustands weiter reduziert werden kann, da die Referenzwerte und die Messungen auf den gleichen Druckverhältnissen basieren und nicht allein von der Druckdifferenz zwischen Einlass und Auslass abhängen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der vorgegebene Solldruck P_soll für das Medium in Verfahrensschritt b2) rechnerisch als Bruchteil des maximal erreichbaren Drucks P_{max neu} einer neuen Exzenterschneckenpumpe 1 bestimmt. Hierbei liegt der vorgegebene Solldruck P_soll in vorteilhafter Weise in einem Bereich zwischen 60% und 80% des maximal erreichbaren Druckwerts P_{max neu} einer neuen Exzenterschneckenpumpe. Durch die Angabe eine %-Satzes ergibt sich der Vorteil, dass der Solldruck sehr einfach automatisiert berechnet und vom Bediener bei Bedarf intuitiv erhöht oder verringert werden kann.
Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass der Referenzwert für den maximal erreichbaren Druck P_{max neu} bei der Erstinbetriebnahme der Exzenterschneckenpumpe durch Zufuhr eines identischen Mediums mit einem gleichen Vordruck sowie einer im Wesentlichen gleichen Viskosität und Temperatur ermittelt und als Referenzwert P_{max neu} für die danach in bevorzugt regelmäßigen Zeitabständen durchzuführenden Verschleißbestimmungen in einem elektronischen Speicher der Steuerungseinrichtung der Exzenterschneckenpumpe abgelegt wird. Dies ermöglicht es in vorteilhafter Weise, gut reproduzierbare Referenzwerte unter exakt vorgegebenen Temperatur- und Druckbedingungen zu schaffen, die auch als Ausgangsbasis für weitere Verschleißbestimmungen herangezogen werden können, welche nach einer Wartung der Pumpe erfolgen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Verfahrensschritte b1) bis d1) und b2) bis d2) unmittelbar nacheinander oder gleichzeitig durchgeführt. Hierdurch lässt sich die Messgenauigkeit verbessern und der Zeitpunkt für einen bevorstehenden Wartungstermin, an welchem die Pumpe z.B. durch einen Austausch des elastischen Teils des Stators von Grund auf überholt werden muss, präziser vorherbestimmen.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine schematische Querschnittsansicht einer Exzenterschneckenpumpe zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 eine Darstellung verschiedener zeitlicher Verläufe für den gemessenen Druck für eine neue Exzenterschneckenpumpe sowie für dieselbe Pumpe in drei unterschiedlichen Verschleißzuständen zur Veranschaulichung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
3 eine Darstellung der zeitlichen Verläufe des Drucks für verschiedene Verschleißzustände zur Veranschaulichung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem die Zeitdauern bis zum Erreichen eines vorgegebenen Solldrucks nach dem Schließen des Absperrorgans zur Bestimmung des Verschleißzustands herangezogen werden.

Wie in 1 gezeigt ist, umfasst eine erfindungsgemäße Exzenterschneckenpumpe 1, deren Verschleißzustand bestimmt werden soll, einen Stator 2 aus elastischem Werkstoff, z.B. einem Elastomer, in welchem ein Einlass 4 zur Zufuhr eines zu fördernden Mediums 6 sowie ein Auslass 8 zur Abfuhr des Mediums 6 geformt sind. Innerhalb des Stators 2 ist ein Rotor 12 angeordnet, der in für Exzenterschneckenpumpen bekannter Weise eine im Stator 2 rotierbar exzentrisch gelagerte Schnecke umfasst, die durch einen Antriebsmotor 10 angetrieben wird. Wie weiterhin der 1 entnommen werden kann, umfasst die Exzenterschneckenpumpe 1 zur Durchführung des Verfahrens ein Absperrorgan 14, mit welchem sich der Auslass 8 innerhalb kürzester Zeit verschließen lässt. Das Absperrorgan 14 kann beispielsweise ein bekanntes elektrisch betätigtes Auf-Zu-Ventil sein, welches durch eine Steuerungseinrichtung 18 angesteuert wird, die in vorteilhafter Weise einen elektronischen Speicher 20 besitzt, und neben der Ansteuerung des Absperrorgans 14 auch die Drehzahl des Antriebsmotors 10 regelt. Wie in 1 weiterhin gezeigt ist, ist im Stator 2 eine mit dem Auslass 8 kommunizierende Austrittskammer 3 geformt, in die das Medium 6 vom rotierenden Rotor 12 gefördert wird, bevor es in den durch das Absperrorgan 14 verschließbaren Auslass 8 eintritt. In der Austrittskammer 3 ist ein Drucksensor 16 angeordnet, welcher mit der Steuerungseinrichtung 18 verbunden ist und den Druck des Mediums 6 stromaufwärts des Absperrorgans 14 erfasst, welcher der Steuerungseinrichtung 18 als Druckwert P_ist zugeleitet, bzw. von dieser in einen solchen Druckmesswert umgewandelt wird, der dem Ist-Druck stromaufwärts des Absperrorgans 14 entspricht, bzw. ein Maß für diesen ist.
Um eine Messung des Verschleißzustands der Exzenterschneckenpumpe 1 durchzuführen, wird der Rotor 12 bei geöffnetem Absperrorgan 14 mit einer vorgegebenen Leistung angetrieben, die bevorzugt von der Steuerungseinrichtung 18 auf einen im Wesentlichen konstanten Wert geregelt wird. Dabei wird das Medium 6 dem Einlass mit einem im Wesentlichen konstanten Vordruck sowie einer vorgegebenen Viskosität und Temperatur über eine nicht näher dargestellte Pumpe zugeführt.
In einem nächsten Verfahrensschritt wird der Auslass 8 durch das Absperrorgan 14 verschlossen, wodurch der vom Drucksensor 16 erfasste Druck stromaufwärts des Absperrorgans 14 vom Schließzeitpunkt an (t = 0) in Abhängigkeit vom momentanen Verschleißzustand der Exzenterschneckenpumpe 1 unterschiedlich stark ansteigt, wie dies durch die vier Kurven P_istneu , sowie P_ist1 bis P_ist3 in 2 und 3 exemplarisch angedeutet ist. Hierbei stellt P_istneu den zeitlichen Druckverlauf einer neuen, unbenutzten Exzenterschneckenpumpe 1 für ein beispielhaftes Medium bei einer festen Temperatur und einem fest vorgegebenen Vordruck dar, wohingegen die Kurven P_ist1 den Verlauf des erfassten Drucks P_ist nach einem ersten Betriebsintervall, die Kurve P_ist2 den Verlauf nach einem zweiten längeren Betriebsintervall und die Kurve P_ist3 den Druckverlauf nach dem Überschreiten der maximal nutzbaren Betriebsdauer wiedergibt, in der die Pumpe 1 ordnungsgemäß arbeitet.
Gemäß der Erfindung wird bei einer ersten Ausführungsform des Verfahrens der Druck P_ist in einem ersten Schritt b1) stromaufwärts des Absperrorgans 8 nach einer vorgegebenen Maximal-Zeitdauer t_max als maximal erreichbar Druckwert P_max vom Drucksensor 16 erfasst, und dieser in einem zweiten Schritt c1) mit einem zuvor bestimmten Referenzwert P_{max neu} für den maximal erreichbaren Druck für eine neue Exzenterpumpe 1 verglichen. Die Maximal-Zeitdauer t_max ist frei wählbar und wird bevorzugt so gewählt, dass die Kurve P_{ist neu} für den zeitlichen Druckverlauf bei einer neuen Pumpe nahezu den Endwert P_{max neu} angenommen hat, dem sich der Druck in bekannter Weise asymptotisch nähert. Da der Druckanstieg bei einer neuen Pumpe 1 vergleichsweise rasch erfolgt, können z.B. 10 s oder 20 s für die Maximal-Zeitdauer t_max ausreichend sein, um den maximal erreichbaren Druck der Pumpe 1 hinreichend genau zu bestimmen. Bevorzugt wird dieser bei der Erstinbetriebnahme und Überprüfung der werksneuen Pumpe direkt nach der Herstellung in Abhängigkeit vom Medium sowie der voraussichtlichen Viskosität und Verarbeitungstemperatur desselben gewählt, und im Speicher 20 der Steuerungseinrichtung 18 abgespeichert.
Um den Verschleißzustand der Pumpe 1 nach einem ersten Betriebsintervall zu bestimmen, wird der Motor 12 bei geöffnetem Absperrorgan 14 unter Zufuhr des Mediums 6 zum Einlass 2, wie zuvor beschrieben mit der vorgegebenen Leistung, bzw. Drehzahl angetrieben, das Absperrorgan 14 geschlossen, und nach der bevorzugt fest vorgegebenen Maximal-Zeitdauer t_max der vom Sensor 16 erfasste Druckwert im Speicher der Steuerungseinrichtung 18 als maximal erreichbarer Druckwert P_max1 abgelegt. Dieser maximal erreichbare Druckwert P_max1, wird dann von dem zuvor aus dem Speicher 20 ausgelesenen erfassten maximalen Druckwert P_{max neu} für die neue Exzenterschneckenpumpe 1 abgezogen. Der Differenzwert ist in diesem Falle bereits ein Maß für den Verschleißzustand der Exzenterschneckenpumpe 1 und nimm vom Wert 0 bar für eine neue Pumpe 1 mit zunehmender Betriebsdauer weiter zu, wie dies anhand der zunehmenden Größe der durch geschweifte Klammern in 2 wiedergegebenen Differenzen ΔP_max1, ΔP_max2 und ΔP_max3 für die jeweils zunehmenden Verschleißzustände 1, 2 und 3 angedeutet ist.
Wie der Darstellung der 2 weiterhin entnommen werden kann, wird in einem nächsten Verfahrensschritt c1) bevorzugt eine Warnmeldung ausgegeben, wenn die Differenz zwischen dem erfassten maximalen Druckwert P_max und dem Referenzwert P_{max neu} einen vorgegebenen Schwellenwert ΔP_max überschreitet, der in 2 durch den zugehörigen Doppelpfeil angedeutet ist. In diesem Falle hat die Pumpe 1 das Ende ihrer regulären Betriebsdauer erreicht, so dass diese einer Wartung unterzogen werden muss, bei der z.B. der durch die Förderung von abrasiven Medien an seiner Oberfläche verschlissene Stator 2 und/oder auch der Rotor 12 erneuert werden müssen. Der Schwellenwert ΔP_max kann aber auch so gewählt werden, dass noch hinreichend Zeit verbleibt, bis die Pumpe gewartet werden muss, so dass ausreichend Zeit zur Planung eines Wartungstermins verbleibt. Der vorgegebene Schwellenwert ΔP_max ist dementsprechend veränderbar und wird zuvor für eine Pumpenserie empirisch ermittelt oder auch berechnet und bevorzugt im Speicher 20 der Steuerungseinrichtung 18 abgelegt.
Nach einer weiteren alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, die zur Erhöhung der Genauigkeit jedoch auch zusammen mit der zuvor beschriebenen Ausführungsform eingesetzt werden kann, wird in einem auf den Schritt a) folgenden Verfahrensschritt b2) eine erste Zeitdauer t₁ erfasst, bis zu der der erfasste Druck P_ist nach dem Schließen des Absperrorgans 8 einen vorgegebenen Sollwert P_soll für das Medium 6 bei der vorgegebenen Viskosität und Temperatur erreicht. Wenn der Istwert für den vom Sensor 16 erfassten Druck P_ist dem vorgegebenen Solldruck P_soll entspricht, wird die zugehörige Zeitdauer t₁ zwischen dem Öffnen des Absperrorgans 14 und dem Erreichen des vorgegebenen Solldrucks P_soll in einem nächsten Verfahrensschritt c2) mit einer vorgegebenen Referenz-Zeitdauer t_ref verglichen. Bevorzugt wird dann in einem nächsten Verfahrensschritt d2) eine Warnmeldung ausgegeben, wenn die zeitliche Abweichung zwischen der erfassten ersten Zeitdauer t₁ und der Referenzzeitdauer t_ref einen vorgegebenen Schwellenwert Δt überschreitet. Dieser Schwellenwert wird durch einen veränderbaren, bevorzugt in der Steuerungseinrichtung 18 abgelegten Zeitpunkt t_{1 schwelle}, bestimmt.
Wie sich anhand der 3 erkennen lässt, ist die Differenz t₁,₁ - t_ref zwischen der erfassten ersten Zeitdauer t₁,₁ und der Referenzzeitdauer t_ref, im Falle der ersten Messreihe (angedeutet durch den weiteren Index 1) nach der mit P_istneu bezeichneten Erstinbetriebnahme der Pumpe 1 kleiner als der durch den Doppelpfeil angedeutete Schwellenwert Δt, der durch die Differenz t_1schwelle- t_ref bestimmt wird.
In gleicher Weise ist auch die Differenz t_1,2 - t_ref zwischen der erfassten ersten Zeitdauer t_1,2 im Falle der zweiten Verschleißmessung (angedeutet durch den weiteren Index 2) nach der mit P_istneu bezeichneten Erstinbetriebnahme der Pumpe 1 und der Referenzzeitdauer t_ref, kleiner als der durch den Doppelpfeil angedeutete Schwellenwert Δt, wohingegen die Differenz t_1,3 - t_ref im Falle der dritten Messreihe größer ist als der durch den Doppelpfeil angedeutete Schwellenwert Δt. Demgemäß wird im letzten Fall eine Warnmeldung ausgegeben, z.B. dass in Kürze eine Wartung ansteht.
Wie in 3 ebenfalls angedeutet ist, wird der dort durch die strichpunktierte horizontal verlaufende Linie angedeutete vorgegebene Solldruck P _soll für das Medium 6 in Verfahrensschritt b2) bevorzugt durch die elektronische Steuerungseinrichtung 18 rechnerisch als Bruchteil des maximal erreichbaren Drucks P_{max neu} einer neuen Exzenterschneckenpumpe 1 bestimmt, der in 3 ebenfalls mit eingezeichnet wurde. Wie dargestellt, liegt der vorgegebene Solldruck P_soll, der in vorteilhafter Weise zwischen 60% und 80% des maximal erreichbaren Druckwerts P_{max neu} beträgt, dort bei ca. 60 % des Werts P_{max neu}. Dadurch, dass der vorgegebene Solldruck P_soll in dem angegebenen %-Bereich einer neuen Exzenterschneckenpumpe 1 liegt, wird deren Lebensdauer insgesamt erhöht, ohne dass für die Durchführung der Messungen eine übermäßig lange Zeitdauer benötigt wird.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die maximal erreichbaren Druckwerte P_max1 P_max2 , P_max3 oder allgemein ausgedrückt P_maxn zusammen mit dem zugehörigen Zeitpunkt, zu dem diese ermittelt wurden, als Datensatz im Speicher 20 abgelegt werden. So können die maximal erreichbaren Druckwerte P_maxn beispielweise jeweils zusammen mit der Anzahl der Tage, die in einem Betriebsintervall der Pumpe 1 zwischen der Aufnahme zweier aufeinanderfolgender Bestimmungen verstrichen sind, in einem Datensatz abgelegt werden, z.B. (0, P_{max neu}; 10, P_max1; 20, P_max2; 30), wenn die Ermittlung der maximal erreichbaren Drücke nach den zuvor beschriebenen Verfahrensschritten a) und b1) beispielsweise nach 10, 20 und 30 Tagen durchgeführt wurde.
Aus diesem Datensatz, der bevorzugt mit jeder neuen Druckermittlung um ein jeweiliges Datenpaar erweitert wird, kann die Steuerungseinrichtung 18, bzw. deren Mikroprozessor, dann bevorzugt durch ein bekanntes mathematisches Extrapolationsverfahren einen Zeitpunkt, z.B. in Tagen oder Monaten errechnen, an dem die Differenz zwischen dem erfassten maximalen Druckwert P_max und dem Referenzwert P_{max neu} den vorgegebenen Schwellenwert ΔP_max erreicht. Dieser Zeitpunkt entspricht dann bevorzugt dem Zeitpunkt, an dem die Pumpe 1 voraussichtlich einer nächsten Wartung unterzogen werden muss. Dies kann z.B. auf einem nicht näher gezeigten Display, welches mit der Steuerungseinrichtung 18 verbunden ist, oder in sonstiger Weise signalisiert werden, wobei durch die Wahl der Größe des vorgegebenen Schwellenwerts ΔP_max das Anstehen eines Wartungstermin bereits rechtzeitig vorher über die Warnmeldung angekündigt werden kann.
Das Gleiche gilt für die Ermittlung der Zeitdauern t_1,1 , t₁,₂ und t_1,3 bzw. allgemein t_1,n , gemäß der zweiten optionalen Ausführungsform der Erfindung, die ebenfalls als ein entsprechender Datensatz im Speicher 20 abgelegt werden, um daraus nach der Bestimmung eines jeden neuen Werts für die Zeitdauer t_1,n durch eine Extrapolation zu errechnen, wann, d.h. nach welcher Zeit, die Abweichung zwischen der erfassten ersten Zeitdauer (t_1,n) und der Referenzzeitdauer (t_ref) voraussichtlich dem vorgegebenen Schwellenwert (Δt) entspricht, um daraus den voraussichtlichen Wartungszeitpunkt zu berechnen und auszugeben.
Die zuvor beschriebenen Messungen zur Bestimmung des Verschleißzustands bevorzugt in regelmäßigen festen Zeitintervallen, z.B. einmal am Tag bei der all morgendlichen Inbetriebnahme der Pumpe 1 durchgeführt werden, wodurch sich der Vorteil ergibt, dass sich die durch Extrapolation errechneten voraussichtlichen Wartungszeitpunkte einfacher bestimmen lassen.

Claims

Verfahren zur Bestimmung des Verschleißzustands einer Exzenterschneckenpumpe (1), welche einen Stator (2) mit einem Einlass (4) zur Zufuhr eines zu fördernden Mediums (6), einen Auslass (8) zur Abfuhr des Mediums (6), sowie einen exzenterschneckenförmigen, innerhalb des Stators (2) durch einen Antriebsmotor (10) rotierbaren Rotor (12) umfasst, welcher das Medium (6) vom Einlass (4) zum Auslass (8) fördert, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: a) Antreiben des Rotors (12) mit einer vorgegebenen Leistung und Zuführen des Mediums (6) mit einem im Wesentlichen konstanten Vordruck sowie einer vorgegebenen Viskosität und Temperatur, Verschließen des Auslasses (8) durch ein Absperrorgan (14) und b1) Erfassen des Drucks (P_ist) stromaufwärts des Absperrorgans (8) nach einer vorgegebenen Maximal-Zeitdauer (t_max) als maximal erreichbaren Druckwert (P_max), c1) Vergleichen des erfassten maximal erreichbaren Druckwerts(P_max) mit einem zuvor bestimmten Referenzwert (P_{max neu}) für den maximal erreichbaren Druck einer neuen Exzenterpumpe (1), und d1) Ausgeben einer Warnmeldung, wenn die Differenz zwischen dem erfassten maximalen Druckwert (P_max) und dem Referenzwert (P_{max neu}) einen vorgegebenen Schwellenwert (ΔP_max) überschreitet, und/oder b2) Erfassen einer ersten Zeitdauer (t_1,n), bis der erfasste Druck (P_ist) nach dem Schließen des Absperrorgans (8) einen vorgegebenen Solldruck (P_soll) für das Medium (6) bei der vorgegebenen Viskosität und Temperatur erreicht, c2) Vergleichen der erfassten ersten Zeitdauer (t_1,n) mit einer vorgegebenen Referenz-Zeitdauer (t_ref), und d2) Ausgeben einer Warnmeldung, wenn die Abweichung zwischen der erfassten ersten Zeitdauer (t_1,n) und der Referenzzeitdauer (t_ref) einen vorgegebenen Schwellenwert (Δt ) überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert für den maximal erreichbaren Druck (P_{max neu}) einer neuen Exzenterschneckenpumpe (1) in Verfahrensschritt c1) und/oder die vorgegebene Referenz-Zeitdauer (t_ref) in Verfahrensschritt c2) bei einer Erstinbetriebnahme der Exzenterschneckenpumpe (1) mit dem gleichen Medium und dem gleichen Vordruck bei einer im Wesentlichen gleichen Temperatur und Viskosität erfasst und in einem elektronischen Speicher (18) abgelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Schwellenwert (ΔP_max) in Verfahrensschritt d1) und/oder der vorgegebene Schwellenwert (Δt) für die Abweichung zwischen der erfassten ersten Zeitdauer (t₁) und der Referenzzeitdauer (t_ref) empirisch mit dem vorgegebenen Medium (6) bei der vorgegebenen Temperatur und Viskosität mit Hilfe einer neuen Exzenterschneckenpumpe (1) ermittelt und bevorzugt als auslesbare veränderbare Werte in einem elektronischen Speicher abgelegt (20) werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium (6) dem Einlass (4) bei der Erfassung in den Schritten b1) und/oder b2) mit einem vorgegebenen Vordruck zugeführt wird, und dass der Einlass (4) bei der Bestimmung des vorgegebenen Schwellenwerts (Δ P_max) in Verfahrensschritt d1) und/oder des Schwellenwerts (Δt) für die Abweichung zwischen der erfassten ersten Zeitdauer (t₁) und der Referenzzeitdauer (t_ref) in Verfahrensschritt d2) mit demselben Vordruck beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Solldruck (P_soll ) für das Medium (6) in Verfahrensschritt b2) rechnerisch als Bruchteil des maximal erreichbaren Drucks (P_maxneu) einer neuen Exzenterschneckenpumpe (1) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Solldruck (P_soll) zwischen 60% und 80% des maximal erreichbaren Druckwerts (P_{max neu}) einer neuen Exzenterschneckenpumpe (1) beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert für den maximal erreichbaren Druck (P_{max neu}) bei der Erstinbetriebnahme der Exzenterschneckenpumpe (1) durch Zufuhr eines identischen Mediums (6) mit einem gleichen Vordruck sowie einer im Wesentlichen gleichen Viskosität und Temperatur ermittelt und als Referenzwert (P_{max neu}) für danach in bevorzugt regelmäßigen Zeitabständen durchzuführende Verschleißbestimmungen in einer Steuerungseinrichtung (18) der Exzenterschneckenpumpe (1) abgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den in mehreren zeitlich aufeinanderfolgenden Messungen ermittelten Werten für den maximal erreichbaren Druck (P_{max neu}) und/oder aus den in mehreren zeitlich aufeinanderfolgenden Messungen ermittelten Werten für die ersten Zeitdauer (t1,n) die bis zu einem Wartungstermins und/oder die Ausgabe der Warnmeldung verbleibende Restzeitdauer durch eine Extrapolation der Werte bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte b1) bis d1) und b2) bis d2) unmittelbar nacheinander oder gleichzeitig durchgeführt werden.
Exzenterschneckenpumpe (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend einen Stator (2) mit einem Einlass (4) zur Zufuhr eines zu fördernden Mediums (6), einen Auslass (8) zur Abfuhr des Mediums (6), sowie einen exzenterschneckenförmigen, innerhalb des Stators (2) durch einen Antriebsmotor (10) rotierbaren Rotor (12), welcher das Medium (6) vom Einlass (4) zum Auslass (8) fördert, sowie einer Steuerungseinrichtung (18) zur Steuerung des Antriebsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (18) dazu eingerichtet ist, den Rotors (12) mit einer vorgegebenen Leistung anzutreiben, dass die Exzenterschneckenpumpte (1) ein durch die Steuerungseinrichtung (18) betätigbares Absperrorgan (14) zum Verschließen des Auslasses (8) umfasst, und dass die Exzenterschneckenpumpe (1) stromaufwärts des Absperrorgans (8) bevorzugt zwischen dem Rotor (12) und dem Absperrorgan (8) einen mit der Steuerungseinrichtung (18) verbundenen Drucksensor (16) umfasst, mittels welchem der Druck (P_ist) stromaufwärts des Absperrorgans (8) erfassbar ist, wobei die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, den Drucks (P_ist) stromaufwärts des Absperrorgans (8) in einem ersten Verfahrensschritt b1) nach einer vorgegebenen Maximal-Zeitdauer (t_max) nach dem Schließen des Absperrorgans (18) als maximal erreichbaren Druckwert (P_max) über den Sensor (16) zu erfassen, den erfassten maximal erreichbaren Druckwerts (P_max) in einem zweiten Verfahrensschritt c1) mit einem zuvor bestimmten Referenzwert (P_{max neu}) für den maximal erreichbaren Druck einer neuen Exzenterpumpe (1) zu vergleichen, und in einem dritten Schritt d1) eine Warnmeldung auszugeben, wenn die Differenz zwischen dem erfassten maximalen Druckwert (P_max ) und dem Referenzwert (P_max _neu) einen vorgegebenen Schwellenwert (ΔP_max) überschreitet, und/oder die Steuerungseinrichtung (18) dazu eingerichtet ist, in einem ersten Verfahrensschritt b2) eine erste Zeitdauer (t_1,n) zu erfassen, bis der erfasste Druck (P_ist) nach dem Schließen des Absperrorgans (8) einen vorgegebenen Solldruck (P_soll) für das Medium (6) bei der vorgegebenen Viskosität und Temperatur erreicht, in einem zweiten Verfahrensschritt c2) die erfasste erste Zeitdauer (t_1,n) mit einer vorgegebenen Referenz-Zeitdauer (t_ref) zu vergleichen, und in einem dritten Verfahrensschritt d2) eine Warnmeldung, auszugeben, wenn die Abweichung zwischen der erfassten ersten Zeitdauer (t_1,n) und der Referenzzeitdauer (t_ref) einen vorgegebenen Schwellenwert (Δt) überschreitet.