DE112014003836B4

DE112014003836B4 - Gleitelement für eine Pumpe und Pumpenbetriebszustandserfassungssystem

Info

Publication number: DE112014003836B4
Application number: DE112014003836.9T
Authority: DE
Inventors: Masahiro Tonami; Yuko Katayama
Original assignee: HEISHIN TECHNO WERKE Ltd
Current assignee: HEISHIN TECHNO WERKE Ltd
Priority date: 2013-08-20
Filing date: 2014-07-10
Publication date: 2022-03-31
Anticipated expiration: 2034-07-11
Also published as: KR20160044549A; WO2015025635A1; CN105473861B; DE112014003836T5; JP6352604B2; MY182391A; TW201508173A; US10233923B2; JP2015040476A; CN105473861A; US20160201667A1; KR102100423B1; TWI667410B; KR20180054901A

Abstract

Vorgesehen sind ein Gleitelement für eine Pumpe, das eine rasche und genaue Feststellung einer Verschleißsubstanz und dergleichen auch für den Fall ermöglicht, dass sich die Verschleißsubstanz und dergleichen einstellen, wenn das Pumpengleitelement eine Gleitbewegung ausführt, während es mit einem anderen Element in Kontakt ist, und ein Pumpenbetriebszustandserfassungssystem für eine Pumpe mit dem Pumpengleitelement. Ein Pumpenbetriebszustandserfassungssystem (10) weist eine einachsige Exzenterschneckenpumpe (20), eine Erfassungsvorrichtung (100) zum Erfassen eines Metallpulvers in einem von der einachsigen Exzenterschneckenpumpe (20) ausgetragenen Fluid und eine Bestimmungsvorrichtung (120) auf. In der einachsigen Exzenterschneckenpumpe (20) ist ein Stator so angeordnet, dass er einem Fluidförderweg (56) ausgesetzt ist, durch den Fluid strömt. Der Stator ist dafür ausgelegt, im Betrieb der einachsigen Exzenterschneckenpumpe (20) eine Gleitbewegung auszuführen, während er mit einem Rotor in Kontakt ist. Der Stator ist aus Harz oder Gummi hergestellt und enthält 10 Gew.% bis 30 Gew.% Metallpulver.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen für eine einachsige Exzenterschneckenpumpe zu verwendenden Stator und ein Pumpenbetriebszustandserfassungssystem zum Erfassen eines Verschleißes des Stators.
Stand der Technik
Einachsige Exzenterschneckenpumpen sind z.B. aus der JP 2008-175199 A , US 2008/0025859 A1 oder JP 2010-281280 A bekannt. Eine einachsige Exzenterschneckenpumpe ist in der Lage, ein hochviskoses Fluid, z.B. Stärkesirup, ein Fluid, das zu einer Veränderung und dergleichen neigt und vorsichtig zu behandeln ist, ein Fluid, das Feststoffe, Fasern, Luftblasen und dergleichen enthält, sowie ein niedrigviskoses Fluid, z.B. eine Flüssigkeit, zu fördern. Daher ist eine einachsige Exzenterschneckenpumpe für die Förderung von Lebensmittel und dergleichen geeignet.
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Eine oben erwähnte einachsige Exzenterschneckenpumpe übt durch die Drehung eines außengewindeförmigen Rotors in einem Stator, der eine innengewindeförmige Aufnahmeöffnung hat, eine Pumpbewegung aus. Wenn die einachsige Exzenterschneckenpumpe unbeabsichtigt in einer Betriebsweise betrieben wird, bei der der Stator und der Rotor übermäßig belastet werden, besteht das Risiko, dass sich eine Verschleißsubstanz und ein Abrieb vom Stator einstellen und in das Fluid mischen. Es besteht daher ein Bedarf für einen Stator, mit dem sich eine Verschleißsubstanz und dergleichen einstellen, rasch und genau feststellen lässt, sowie für ein Pumpenbetriebszustandserfassungssystem mit einem derartigen Stator. Insbesondere bei einer Pumpe für die Förderung von Lebensmittel und dergleichen wie im Fall der oben diskutierten einachsigen Exzenterschneckenpumpe besteht ein hoher Bedarf dahin, rasch und genau festzustellen, ob sich eine Verschleißsubstanz und dergleichen in das Fluid gemischt haben.
Angesichts dessen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Stator zu schaffen, mit dem sich die Entstehung einer Verschleißsubstanz und dergleichen infolge einer relativen Gleitbewegung zwischen dem Stators und einem Rotor einer Exzenterschneckenpumpe rasch und genau feststellen lässt, sowie ein Pumpenbetriebszustandserfassungssystem für eine Exzenterschneckenpumpe.
Lösung für das Problem
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Stator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Pumpenbetriebszustandserfassungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 5.
Ein erfindungsgemäßer Stator ist aus Harz oder Gummi hergestellt und enthält 10 Gew.% bis 30 Gew.% Metallpulver. Mit dieser Konfiguration lässt sich dann, wenn sich infolge des Einsatzes des Stators in einer unbeabsichtigten Betriebsweise und dergleichen eine Verschleißsubstanz und ein Abrieb des Stators einstellen und in das durch den Strömungsweg strömende Fluid mischen, mit Hilfe einer Erfassungsvorrichtung zum Erfassen des Metallpulvers, z.B. mit Hilfe eines Metalldetektors oder einer Fremdkörper-Röntgenprüfvorrichtung, das Mischen der Verschleißsubstanz und dergleichen rasch und genau feststellen.
Der erfindungsgemäße Stator eignet sich zur Verwendung in einer einachsigen Exzenterschneckenpumpe, die einen außengewindeförmig ausgebildeten Rotor, der für die Aufnahme einer Kraft ausgelegt ist, um eine exzentrische Drehung auszuführen, und den Stator, der eine innengewindeförmig ausgebildete Innenumfangsfläche und den im Stator ausgebildeten Strömungsweg hat, aufweist.
Bei dem Stator der einachsigen Exzenterschneckenpumpe handelt es sich im Grunde um ein Pumpengleitelement, in dem der außengewindeförmig ausgebildete Rotor exzentrisch drehbar aufgenommen und dem im Stator ausgebildeten Strömungsweg ausgesetzt ist. Erfindungsgemäß kann daher für den Fall, dass sich eine Verschleißsubstanz und ein Abrieb des Stators einstellen und in das zu fördernde Fluid mischen, das Vorhandensein/Fehlen der Verschleißsubstanz und des Abriebs durch die Erfassung des Orts des Metallpulvers mit Hilfe einer Erfassungsvorrichtung, z.B. eines Metalldetektors oder einer Fremdkörper-Röntgenprüfvorrichtung, rasch und genau erfasst werden.
Der erfindungsgemäße Stator weist auf seiner Fluidaustrags- und/oder Fluidsaugseite vorzugsweise eine konische Stirnfläche auf.
Durch diese Konfiguration lässt sich verhindern, dass sich unter dem Einfluss des Austrag- oder Saugdrucks an der austrag- und/oder saugseitigen Stirnfläche des Stators Risse ergeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Stator kann das Harz oder der Gummi eine gleichbleibende Dicke haben.
Auch bei einer derartigen Konfiguration lässt sich mit Hilfe der Erfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Metallpulvers das Mischen einer Metallpulver enthaltenden Verschleißsubstanz und dergleichen rasch und genau feststellen.
Bei dem oben erfindungsgemäßen Stator ist berücksichtigt, dass ein hohes Risiko dafür besteht, dass in der Nähe einer für eine Gleitbewegung an dem Rotor ausgelegten Gleitfläche eine Verschleißsubstanz und ein Abrieb entstehen und in das Fluid mischen, und ein niedriges Risiko dafür besteht, dass in einem Bereich fern von der Gleitfläche eine Verschleißsubstanz und dergleichen entstehen.
Bei dem auf der Grundlage dieser Erkenntnis geschaffenen Stator gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Gehalt des Metallpulvers in einem Bereich auf der Seite der Innenumfangsfläche höher sein als in einem anderen Bereich.
Bei dieser Konfiguration kann der andere Bereich, der den Bereich auf der Seite der Innenumfangsfläche ausschließt, eine geringe Menge Metallpulver enthalten und nicht so leicht brechen, während das Mischen einer Verschleißsubstanz und dergleichen mit Hilfe der Erfassungsvorrichtung zum Erfassen des Metallpulvers festgestellt werden kann. Des Weiteren können bei der oben diskutierten Konfiguration der Bereich auf der Seite der Innenumfangsfläche und der andere Bereich aus verschiedenen Materialen geformt sein.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht ein Pumpenbetriebszustandserfassungssystem vor mit: einer Pumpe, die den oben diskutierten erfindungsgemäßen Stator aufweist; einer Erfassungsvorrichtung zum Erfassen eines in dem von der Pumpe ausgetragenen Fluid enthaltenen Metallpulvers; und einer Steuervorrichtung zum Bestimmen, dass sich eine Verschleißsubstanz, die auf einen Verschleiß des Stators zurückzuführen ist, in das von der Pumpe ausgetragene Fluid gemischt hat, unter der Bedingung, dass die Erfassungsvorrichtung das Vorhandensein des Metallpulvers feststellt.
Bei dem Pumpenbetriebszustandserfassungssystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kommt der Stator zum Einsatz, der 10 Gew.% bis 30 Gew.% Metallpulver enthält. Des Weiteren ist bei dem Pumpenbetriebszustandserfassungssystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Erfassungsvorrichtung zum Erfassen des Metallpulvers, z.B. ein Metalldetektor oder eine Fremdkörper-Röntgenprüfvorrichtung, wenigstens in einem Teil des Förderwegs angeordnet, auf dem den das Fluid gefördert wird. Unter der Bedingung, dass die Erfassungsvorrichtung das Metallpulver feststellt, lässt sich rasch und genau feststellen, ob sich eine Verschleißsubstanz und dergleichen in das Fluid gemischt haben, oder nicht.
Figurenliste

1 ist eine Konfigurationsansicht zur Veranschaulichung eines Pumpenbetriebszustandserfassungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Schnittansicht einer einachsigen Exzenterschneckenpumpe, die in dem in 1 veranschaulichten Pumpenbetriebszustandserfassungssystem angeordnet ist.
3 ist ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Betriebsbeispiels des in 1 veranschaulichten Pumpenbetriebszustandserfassungssystems.
4 ist eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines Stators gemäß einem modifizierten Beispiel.
5 ist eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines Stators gemäß einem modifizierten Beispiel.
6 ist ein Diagramm, das experimentelle Daten gemäß dem Beispiel 1 zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden wird eine Ausführungsform beschrieben, in der ein Gleitelement für eine Pumpe und ein Pumpenbetriebszustandserfassungssystem der vorliegenden Erfindung zur Anwendung kommen. Das in Zusammenhang mit dieser Ausführungsform beschriebene Pumpenbetriebszustandserfassungssystem 10 ist dafür konfiguriert, den Betriebszustand einer Pumpe zu erfassen, im Besonderen festzustellen, ob eine Verschleißsubstanz und ein Abrieb des in der Pumpe angeordneten Pumpengleitelements vorliegen oder nicht, um dadurch Vorhandensein/Fehlen einer Unregelmäßigkeit bestimmen zu können. Das in 1 veranschaulichte Pumpenbetriebszustandserfassungssystem 10 weist als Pumpe eine einachsige Exzenterschneckenpumpe 20 auf und kann mit Hilfe einer Erfassungsvorrichtung 100 eine Verschleißsubstanz und dergleichen feststellen und mit Hilfe einer Steuervorrichtung 120 das Vorhandensein/Fehlen einer Betriebsunregelmäßigkeit bestimmen. Das Pumpenbetriebszustandserfassungssystem 10 zeichnet sich hinsichtlich Konfiguration und Steuerung insbesondere durch einen Stator 50, der als Pumpengleitelement dient, die Erfassungsvorrichtung 100, die Steuervorrichtung 120 und dergleichen aus. Vor der Beschreibung der konkreten Konfigurationen und Steuerungen des Stators 50 und dergleichen, wird die Konfiguration der einachsigen Exzenterschneckenpumpe 20 beschrieben.
<<Schematische Konfiguration der einachsigen Exzenterschneckenpumpe 20>>
Wie es in 2 veranschaulicht ist, ist die einachsige Exzenterschneckenpumpe 20 eine sogenannte Rotationsverdrängerpumpe mit einem einachsigen Exzenterschneckenpumpemechanismus 30 als Hauptkomponente. Wie es in 2 veranschaulicht ist, ist die einachsige Exzenterschneckenpumpe 20 so konfiguriert, dass der Stator 50, ein Rotor 60, ein Kraftübertragungsmechanismus 70 und dergleichen in einem Gehäuse 40 aufgenommen sind. Das Gehäuse 40 ist ein rohrförmiges Element aus Metall mit einer ersten Öffnung 42 an einem Längsrichtungsende. An einem Außenumfangsabschnitt des Gehäuses 40 ist eine zweite Öffnung 44 vorgesehen. Die zweite Öffnung 44 ist mit einem Innenraum des Gehäuses 40 in einem Mittelteil 46, der sich in Längsrichtung in einem mittigen Bereich des Gehäuses 40 befindet, verbunden.
Die erste Öffnung 42 und zweite Öffnung 44 dienen als Saugöffnung bzw. Austragöffnung des Pumpenmechanismus 30. Bei einer Vorwärtsdrehung des Rotors 60 der einachsigen Exzenterschneckenpumpe 20 dient die erste Öffnung 42 als Austragöffnung und die zweite Öffnung 44 als Saugöffnung. Bei einer Rückwärtsdrehung des Rotors 60 dient die erste Öffnung 42 als Saugöffnung, und die zweite Öffnung 44 als Austragöffnung.
Der Stator 50 ist ein im Wesentlichen zylindrisches Element aus einem Material, das als Hauptkomponente einen elastischen Körper, z.B. Gummi oder Harz, enthält. Die Innenumfangsfläche 52 des Stators 50 ist als ein (n+1)-gängiges (n=1 in dieser Ausführungsform) Innengewinde geformt. Ein Durchgangsloch 54 des Stators 50 ist des Weiteren so geformt, dass es an einer beliebigen Stelle in Längsrichtung des Stators 50 in einer Schnittansicht einen im Wesentlichen ovalen Querschnitt (Öffnung) hat. Des Weiteren ist der Stator 50 an den beiden Endabschnitten auf der Austragseite und Saugseite der einachsigen Exzenterschneckenpumpe 20 konisch.
Der Rotor 60 ist ein Wellenkörper aus Metall in Form eines n-gängigen (n=1 in dieser Ausführungsform) Außengewindes. Der Rotor 60 ist so geformt, dass er an einer beliebigen Stelle in Längsrichtung einen im Wesentlichen kreisförmigen dessen Querschnitt hat. Der Rotor 60 ist im Durchgangsloch 54 des oben erwähnten Stators 50 exzentrisch drehbar aufgenommen.
Wenn der Rotor 60 im Stator 50 aufgenommen ist, sind die Außenumfangswand 62 des Rotors 60 und die Innenumfangsfläche 52 des Stators 50 an jeder zwischen Rotor 60 und Stator 50 liegenden Tangente in einem engen Kontakt miteinander und ist zwischen der Innenumfangsfläche 52 des Stators 50 und der Außenumfangswand des Rotors 60 ein Fluidförderweg 56 (Hohlraum) geschaffen. Der Fluidförderweg 56 erstreckt sich wendelförmig in Längsrichtung des Stators 50 und Rotors 60.
Wenn sich der Rotor 60 im Durchgangsloch 54 des Stators 50 dreht, bewegt sich der Fluidförderweg 56 in Längsrichtung des Stators 50, wobei er sich im Stator 50 dreht. Wenn sich der Rotor 60 dreht, wird von einem Ende des Stators 50 her Fluid in den Fluidförderweg 56 gesaugt und auf dem Förderweg 56in Richtung des anderen Endes des Stators 50 gefördert. Auf diese Weise kann das Fluid am anderen Ende des Stators 50 ausgetragen werden. Der Pumpenmechanismus 30 gemäß dieser Ausführungsform wird mit einer Vorwärtsdrehung des Rotors 60 betrieben und kann eine über die zweite Öffnung 44 angesaugte viskose Flüssigkeit in der Weise fördern, dass die Flüssigkeit von der ersten Öffnung 42 ausgetragen wird.
Der Kraftübertragungsmechanismus 70 ist dafür konfiguriert, Kraft von einem Antrieb 80 auf den oben erwähnten Rotor 60 zu übertragen. Der Kraftübertragungsmechanismus 70 weist einen Kraftübertragungsteil 72 und einen Exzenterdrehteil 74 auf. Der Kraftübertragungsteil 72 ist an einem Längsrichtungsende des Gehäuses 40 angeordnet. Der Exzenterdrehteil 74 ist in dem zwischen dem Kraftübertragungsteil 72 und einem Statormontageteil 48 vorgesehenen Mittelteil 46 angeordnet. Der Exzenterdrehteil 74 ist ein Teil, der das Kraftübertragungsteil 72 mit dem Rotor 60 dergestalt verbindet, dass eine Kraft übertragen werden kann. Der Exzenterdrehteil 74 weist eine Verbindungswelle 76 auf, die aus einer dem Stand der Technik bekannt Kuppelstange, Spindel, oder dergleichen, gebildet ist. Der Exzenterdrehteil 74 überträgt daher ein durch den Antrieb 80 erzeugtes Drehmoment auf den Rotor 60, wodurch der Rotor 60 zu einer exzentrischen Drehung veranlasst wird.
<<Details des Stators 50>>
Als Nächstes werden Details des Stators 50 beschrieben. Der Stator 50 ist das Pumpengleitelement, das dazu konfiguriert ist, im Betrieb der einachsigen Exzenterschneckenpumpe 20 eine Gleitbewegung auszuführen, während es mit dem Rotor 60 in Kontakt ist, der ein anderes Element ist. Wenn der Rotor 60 im Durchgangsloch 54 des Stators 50 aufgenommen ist, ist - wie oben erwähnt - der Fluidförderweg 56 geschaffen, der als Fluidströmungsweg dient. Der Stator 50 ist daher so angeordnet, dass die Innenumfangsfläche 52 auf dem Fluidförderweg 56 liegt.
Der Stator 50 ist ein Element, das als Hauptkomponente Harz oder Gummi enthält, und sich dadurch auszeichnet, dass es Metallpulver enthält. Der Gehalt des Metallpulvers wird vorzugsweise unter Berücksichtigung der Erfassungsgenauigkeit der für die Erfassung des Metallpulvers verwendeten Erfassungsvorrichtung, z.B. Metalldetektor oder Fremdkörper-Röntgenprüfvorrichtung, und der Abnahme der physikalischen Eigenschaften des Harzes oder Gummis infolge der Vermischung mit dem Metallpulver bestimmt. Unter Berücksichtigung der Erfassungsgenauigkeit der generell zu verwendenden Erfassungsvorrichtung und der Abnahme der physikalischen Eigenschaften infolge Vermischung mit dem Metallpulver ist ein Mischungsanteil des Metallpulvers in einem Bereich von 10 Gew.% bis 30 Gew.% erwünscht.
Die Größe (mittlere Korngröße) des unterzumischenden Metallpulvers im Stator 50 kann beliebig sein. Die Größe des Metallpulvers wird vorzugsweise jedoch unter Berücksichtigung des Einflusses auf die Erfassungsgenauigkeit der für die Erfassung des Metallpulvers zu verwendenden Erfassungsvorrichtung, z.B. Metalldetektor oder Fremdkörper-Röntgenprüfvorrichtung, und der Abnahme der physikalischen Eigenschaften des Harzes oder Gummis bestimmt. Unter Berücksichtigung der Erfassungsgenauigkeit der generell zu verwendenden Erfassungsvorrichtung und der Abnahme der physikalischen Eigenschaften durch Vermischung mit dem Metallpulver liegt die Größe des Metallpulvers vorteilhaft in einem Bereich von 0,1 µm bis 300 µm, im Besonderen von 0,1 µm bis 3 µm.
Erforderlich ist lediglich, dass das im Stator 50 enthaltene Metallpulver mit Hilfe der Erfassungsvorrichtung für Metall, z.B. Metalldetektor oder Fremdkörper-Röntgenprüfvorrichtung, erfassbar ist. Als Metallpulver kann im Besonderen beispielsweise eine Art aus verschiedenen Metallpulvern, z.B. Eisen (Fe), Kupfer (Cu), Zink (Zn), Kobalt (Co), Nickel (Ni), Samarium (Sm) oder Edelstahl (SUS), oder eine Mischung aus zwei oder mehr Metallpulvern verwendet werden. Des Weiteren wird das in den Stator 50 zu mischende Metallpulver vorzugsweise unter Berücksichtigung der Anwendung der einachsigen Exzenterschneckenpumpe 20 und der Beziehung zu einem nicht zu transportierenden Produkt gewählt. Insbesondere dann, wenn die einachsige Exzenterschneckenpumpe 20 für die Förderung (den Transport) von Lebensmittel verwendet wird, ist es von Vorteil, wenn das Metallpulver aus einem Material, z.B. Eisen (Fe), besteht, das auch dann keine nachteilige Auswirkung auf einen menschlichen Körper hat, wenn das Metallpulver in den Körper aufgenommen wird. In dieser Ausführungsform wird im Hinblick auf eine geringe Auswirkung auf einen menschlichen Körper bei einer Aufnahme, eine hohe Oxidationsbeständigkeit und eine geringe Reaktivität Eisenoxid (Fe₃O₄) als Metallpulver gewählt.
<<Erfassungsvorrichtung 100>>
Die Erfassungsvorrichtung 100 ist eine Vorrichtung zum Erfassen eines Metallpulvers. Wie es in 1 veranschaulicht ist, ist die Erfassungsvorrichtung 100 zum Teil oder vollständig auf einem Förderweg 110 angeordnet, auf dem ein von der einachsigen Exzenterschneckenpumpe 20 ausgetragenes Fluid gefördert wird. Dadurch lässt sich selbst für den Fall, dass durch den Betrieb der einachsigen Exzenterschneckenpumpe 20 in einer unbeabsichtigten Betriebsweise eine Verschleißsubstanz und ein Abrieb des Stators 50 ergeben und in das Fluid mischen, das Vorhandensein/Fehlen der Verschleißsubstanz festgestellt werden.
Als Erfassungsvorrichtung 100 kann ein Metalldetektor, Fremdkörper-Röntgendetektor und dergleichen verwendet werden. Für den Fall, dass ein Metalldetektor verwendet wird, kann ein beliebiger Metalldetektor des Koaxial-Typs, des Opposing-Typs oder des Permanentmagnet-Typs verwendet werden. Der Metalldetektor hat die Eigenschaft, dass mit einer Zunahme des Wasser- und Salzgehalts in dem zu prüfenden Gegenstand die Detektionsempf indlichkeit abnimmt. Der Fremdkörper-Röntgendetektor ist dazu konfiguriert, Fremdkörper auf der Grundlage des Unterschieds der Röntgenabsorptionsmenge zu erfassen, so dass ein Risiko dafür besteht, dass die Detektionsempfindlichkeit für jene Fremdkörper verringert sein kann, die eine Röntgenabsorptionsmenge von in etwa derjenigen des Metallpulvers haben. Unter Berücksichtigung der oben genannten Eigenschaften, der Eigenschaften des durch die einachsige Exzenterschneckenpumpe 20 zu transportierenden (zu fördernden) Fluids, der Größe der Verschleißsubstanz und dergleichen, die es wenigstens zu erfassen gilt, und dergleichen wird für die Erfassungsvorrichtung 100 vorzugsweise eine Vorrichtung zum hochgenauen Erfassen des in den Stator 50 gemischten Metallpulvers gewählt.
<<Steuervorrichtung 120>>
Die Steuervorrichtung 120 ist eine Vorrichtung, die dafür ausgelegt ist, auf der Grundlage der Erfassungsergebnisse der oben beschriebenen Erfassungsvorrichtung 100 zu bestimmen, ob in das von der einachsigen Exzenterschneckenpumpe 20 ausgetragene Fluid eine Verschleißsubstanz und ein Abrieb des Stators 50 gemischt sind oder nicht. Unter der Bedingung, dass die Erfassungsvorrichtung 100 das Metallpulver erfasst, bestimmt die Steuervorrichtung 120, dass sich eine Verschleißsubstanz und dergleichen in das Fluid gemischt haben.
<<Betrieb des Pumpenbetriebszustandserfassungssystems 10>>
Als Nächstes wird mit Hilfe des Ablaufdiagramms von 3 die Betriebsweise des Pumpenbetriebszustandserfassungssystems 10 beschrieben. In dem Pumpenbetriebszustandserfassungssystem 10 wird zunächst in einem Schritt 1 durch die Steuervorrichtung 120 bestimmt, ob die einachsige Exzenterschneckenpumpe 20 in Betrieb ist oder nicht. Wenn die einachsige Exzenterschneckenpumpe 20 in Betrieb ist, geht die Steuerung zu einem Schritt 2, in dem die Erfassungsvorrichtung 100 eine Erfassung nach Metallpulver in dem von der einachsigen Exzenterschneckenpumpe 20 ausgetragenen und auf dem Förderweg 110 laufenden Fluid durchführt.
In einem Schritt 3 erfolgt dann eine Verschleißbestimmung auf der Grundlage des im Schritt 2 erhaltenen Ergebnisses der Metallpulvererfassung. Für die Verschleißbestimmung können verschiedene Bestimmungsbedingungen festgelegt sein. In dieser Ausführungsform ist als Bestimmungsbedingung aber festgelegt, ob als Ergebnis der Metallpulvererfassung im Schritt 2 ein Metallpulver erfasst wurde oder nicht. Wenn Metallpulver erfasst wurde, wird bestimmt, dass ein Verschleiß des Stators 50 in solch einem Grad aufgetreten ist, dass für die Qualitätserhaltung des durch den Förderweg 110 laufenden Fluids ein Problem besteht, so dass bestimmt wird, dass eine Unregelmäßigkeit aufgetreten ist. Anders ausgedrückt, wird, wenn im Schritt 2 kein Metallpulver erfasst wurde, nicht von einer möglicherweise auf einen Verschleiß des Stators 50 zurückzuführenden Verschlechterung der Qualität des Fluids ausgegangen, so dass nicht bestimmt wird, dass eine Unregelmäßigkeit eingetreten ist.
Wenn aufgrund des Ergebnisses der Verschleißbestimmung im Schritt 3 bestimmt wurde, dass eine Unregelmäßigkeit eingetreten ist, geht die Steuerung vom Schritt 4 zum Schritt 5 und wird der Betrieb der einachsigen Exzenterschneckenpumpe 20 gestoppt. Damit ist die Steuerungsreihe abgeschlossen. Wenn im Schritt 3 dagegen nicht bestimmt wurde, dass eine Unregelmäßigkeit aufgetreten ist, kehrt die Steuerung vom Schritt 4 zum Schritt 1 zurück und wird die Steuerung der 3 fortgesetzt.
Der Stator 50 gemäß dieser Ausführungsform ist aus Harz oder Gummi hergestellt und enthält 10 Gew. % bis 30 Gew. % Metallpulver Damit lässt sich selbst dann, wenn sich infolge des Betriebs der einachsigen Exzenterschneckenpumpe 20 in einer unbeabsichtigten Betriebsweise und dergleichen eine Verschleißsubstanz und dergleichen des Stators 50 ergeben und in das auf dem Förderweg 56 strömenden Fluids gemischt haben, mit Hilfe der Erfassungsvorrichtung 100 und der Steuervorrichtung 120 das Mischen der Verschleißsubstanz und dergleichen rasch und genau erfassen und bestimmen.
Wie oben angegeben, ist der Stator 50 gemäß dieser Ausführungsform an seiner fluidaustragsseitigen und/oder fluidsaugseitigen Stirnfläche konisch. Daher kann verhindert werden, dass an der austragsseitigen und/oder saugseitigen Stirnfläche des Stators 50 unter dem Einfluss des Austrag- oder Saugdrucks Risse entstehen, wodurch das Mischen von Fremdkörpern, z.B. einer Verschleißsubstanz des Stators 50, minimiert werden kann.
Der oben beschriebene Stator 50 hat eine rohrförmige äußere Erscheinungsform und das innengewindeförmige Durchgangsloch 54. Daher bleibt Dicke des Harzes oder Gummis nicht gleich in jedem Abschnitt. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann anstelle des Stators 50 ein in 4 veranschaulichter Stator 150 verwendet werden, der aus Harz oder Gummi mit einer gleichbleibenden Dicke in jedem Abschnitt hergestellt ist und ein Metallpulver enthält. Bei dieser in 4 veranschaulichten Konfiguration kann der Stator 150 nach der gleichen Weise wie der Stator 50 verwendet werden, indem der Stator 150 von einem Außengehäuse 152 aus Metall, Harz, oder dergleichen gehalten wird.
Des Weiteren enthält der Stator 50 nicht nur in Teilbereichen sondern im Wesentlichen in dem gesamten Bereich ein Metallpulver. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt. Es wird im Besonderen davon ausgegangen, dass sich eine Verschleißsubstanz und dergleichen des Stators 50 in einem Bereich auf der Seite der Innenumfangsfläche 52 (Gleitfläche) ergeben, an der der Stator 50 eine Gleitbewegung ausführt und mit dem Rotor 60 in Kontakt ist. Daher kann anstelle des Stators 50 ein in 5 veranschaulichter Stator 250 verwendet werden, der so geformt ist, dass der Metallpulvergehalt in dem Nahbereich 252a (Bereich auf der Seite des Durchgangslochs 254 bezüglich der Linie aus abwechselnd einem langen Strich und zwei kurzen Strichen in 5) der Innenumfangsfläche 252 höher ist als in einem anderen Bereich (Außenumfangsbereich 252b: Bereich, der radial außerhalb der Linie aus abwechselnd einem langen Strich und zwei kurzen Strichen in 5 liegt).
Im Besonderen kann der Metallpulvergehalt so festgelegt sein, dass er im Außenumfangsbereich 252b in der Weise niedriger ist als in dem Nahbereich 252a, dass in einer den Nahbereich 252a der Innenumfangsfläche 252 bildenden Schicht Metallpulver enthalten ist, wohingegen in dem radial außerhalb des Nahbereichs 252a liegenden Außenumfangsbereich 252b kein Metallpulver enthalten ist. Mit dieser Konfiguration können auch im Stator 250 Fremdkörper in der gleichen Weise wie im Fall des oben beschriebenen Stators 50 erfasst werden und kann der Außenumfangsbereich 252b so geformt werden, dass er weniger bruchanfällig ist. Des Weiteren können mit der Konfiguration des Stators 250 der Nahbereich 252a und der Außenumfangsbereich 252b aus demselben Material oder aus verschiedenen Materialien hergestellt sein. Zu beachten gilt, dass in dem in 5 veranschaulichten Beispiel der Nahbereich 252a und der Außenumfangsbereich 252b jeweils eine einlagige Struktur haben. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt. Der Nahbereich 252a und/oder der Außenumfangsbereich 252b können/kann auch eine mehrlagige Struktur haben.
In der oben beschriebenen Ausführungsform sind der Metalldetektor, der Fremdkörper-Röntgendetektor und dergleichen Beispiele für die Erfassungsvorrichtung 100. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, so dass jede beliebige Vorrichtung verwendet werden kann, sofern sie das Vorhandensein von Metallpulver in dem auf dem Förderweg 110 strömenden Fluid erfassen kann. Im Besonderen kann am Förderweg 110 eine Auffangeinrichtung zum Auffangen einer Metall enthaltenden Substanz durch Magnetkraft, z.B. ein Magnetfilter, angeordnet sein, und kann als Erfassungsvorrichtung 100 eine Vorrichtung zum Erfassen des Vorhandenseins von Metallpulver in dem Fluid auf der Grundlage des Auffangzustands der Auffangeinrichtung verwendet werden. Im Besonderen kann als Erfassungsvorrichtung 100 eine Vorrichtung zum Erfassen einer Änderung der magnetischen Oberflächenflussdichte der Auffangeinrichtung, z.B. Magnetfilter, angeordnet sein, und kann die Störung eines Magnetfelds auf der Grundlage einer Änderung der magnetischen Oberflächenflussdichte erfasst werden, um Fremdkörper zu erfassen. Des Weiteren kann eine Kamera, z.B. CCD-Kamera, in der Nähe der Auffangeinrichtung, z.B. Magnetfilter, installiert sein, und kann als Erfassungsvorrichtung 100 eine Vorrichtung verwendet werden, die dazu konfiguriert ist, das Vorhandensein/Fehlen von Verschleißpulver durch Verwendung eines durch Fotografieren eines Filterabschnitts erhaltenen Bildes zu bestimmen. Auch mit diesen Vorrichtungen als Erfassungsvorrichtung 100 lässt sich das Vorhandensein/Fehlen von auf einen Verschleiß des Stators 50 zurückzuführenden Fremdkörpern in der gleichen Weise wie mit dem Metalldetektor, Fremdkörper-Röntgendetektor und dergleichen erfassen.
In dieser Ausführungsform ist die einachsige Exzenterschneckenpumpe 20 ein Beispiel für die Pumpe, die Teil des Pumpenbetriebszustandserfassungssystems 10 bildet, und ist der Stator 50 ein Beispiel für das Pumpengleitelement. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann bei einer anderen Pumpe, z.B. einer Rotationspumpe, das Pumpengleitelement, das im Strömungsweg des Fluides in der Pumpe angeordnet ist und im Betrieb der Pumpe eine Gleitbewegung ausführt, während es mit einem anderen Element in Kontakt ist, wie der oben beschriebene Stator 50 ein Metallpulver enthalten.
Beispiel 1
In diesem Beispiel wurde ein Test zur Bestätigung einer Änderung der physikalischen Eigenschaften aufgrund einer Konfiguration, bei der ein Pumpengleitelement ein Metallpulver enthielt, durchgeführt. In diesem Beispiel wurde Gummi ohne Metallpulver (Gehalt: 0%) als eine Probe A eines Vergleichsbeispiels vorbereitet, und wurden Proben B bis D vorbereitet, in denen der Anteil eines Eisenoxids (Fe₃O₄) als Metallpulver in Gummi bei 30 Gew.%, 20 Gew.% und 10 Gew.% lag, vorbereitet. Die Proben A bis D wurden auf Zugfestigkeit, Dehnung und Reißfestigkeit geprüft. Dabei wurden die in Tabelle 1 und im Diagramm der 6 gezeigten Ergebnisse erhalten. [Tabelle 1]

Probe A Probe B Probe C Probe D

Eisenoxidanteil [%] 0 10 20 30

Zugfestigkeit [MPa] 26,3 24,8 21,3 19,3

Dehnung [%] 530 540 550 560

Reißfestigkeit [N/mm] 61,5 59,8 58,9 51,2
Wie in Tabelle 1 und in 6 gezeigt, wurde die folgende Tendenz beobachtet. Wenn der Metallpulvergehalt (Eisenoxid) erhöht wurde, nahm die Dehnung zu, während die Zugfestigkeit und Reißfestigkeit abnahmen. Wird von der Verwendung des Pumpengleitelements z.B. als Stator 50 der einachsigen Exzenterschneckenpumpe 20 gemäß der oben diskutierten Ausführungsform ausgegangen, beträgt die Zugfestigkeit vorzugsweise 19 [MPa] oder mehr und die Reißfestigkeit vorzugswiese 50 [N/mm] oder mehr. Hinsichtlich Zugfestigkeit und Reißfestigkeit wurde auf der Grundlage der Erkenntnisse und experimentellen Daten dieses Beispiels herausgefunden, dass der Metallpulvergehalt im Pumpengleitelement vorzugsweise bei 10% oder mehr und 30% oder weniger lag.
Beispiel 2
Im Folgenden werden die Ergebnisse eines Erfassungstests beschrieben. Der Erfassungstest wurde an Teststücken durchgeführt, die unter Verwendung einer Verschleißsubstanz eines Pumpengleitelements aus einem ein Metallpulver enthaltenden Gummi vorbereitet wurden. Die in diesem Beispiel als Teststücke verwendeten Gummischnitzel hatten jeweils eine kubische Form und jeweils eine Abmessung von 3 mm, 2 mm und 1 mm je Seite, wie es in Tabelle 2 dargestellt ist. Das Teststück jeder Größe enthielt als Metallpulver Eisenoxid (Fe₃O₄). In diesem Beispiel wurden die Teststücke in der Weise vorbereitet, dass der Metallpulveranteil bei 30 Gew. %, 20 Gew. % und 10 Gew.% je Größe lag. Des Weiteren wurde als ein Vergleichsbeispiel ein Gummischnitzel, das 3 mm je Seite maß und kein Metallpulver enthielt, vorbereitet.
In diesem Beispiel wurden des Weiteren als Vorrichtungen entsprechend der Erfassungsvorrichtung 100 ein Metalldetektor (hergestellt von Anritsu Industrial Solutions Co., Ltd.: Modell Nr. KD8113AW) und eine Fremdkörper-Röntgendetektor (Anritsu Industrial Solutions Co., Ltd.: Modell Nr. KD7405A) vorbereitet.

In diesem Beispiel wurden als Werkstücke, in die die Teststücke gemischt wurden, Bohnenpaste und Mayonnaise gewählt, wobei im Besonderen von einer extrem niedrigen Erfassungsgenauigkeit des oben genannten Metalldetektors und Fremdkörper-Röntgendetektors ausgegangen wurde. In diesem Beispiel wurden Bohnenpaste und Mayonnaise jeweils in einen Behälter aus Polypropylen (PP) mit einem Durchmesser von 35 mm und einer Höhe von 45 mm gegeben, und wurde jedes Teststück darunter gemischt. Das Ergebnis wurde durch den Metalldetektor und den Fremdkörper-Röntgendetektor untersucht, um zu bestätigen, um das Vorhandensein jedes Teststücks erfasst werden konnte oder nicht. Dabei wurden die in Tabelle 2 gezeigten Ergebnisse erhalten. [Tabelle 2]

Eisenoxidgehalt [%]	EisenOxidgröße [mm]	Bohnenpaste		Mayonnaise
Eisenoxidgehalt [%]	EisenOxidgröße [mm]	Metalldetektor	Fremdkörper-Röntgendetektor	Metalldetektor	Fremdkörper-Röntgendetektor
30	3	Erfasst	Nicht Erfasst	Erfasst	Erfasst
	2	Erfasst	Nicht Erfasst	Erfasst	Erfasst
	1	Erfasst	Nicht Erfasst	Nicht Erfasst	Erfasst
20	3	Erfasst	Nicht Erfasst	Erfasst	Erfasst
	2	Erfasst	Nicht Erfasst	Erfasst	Erfasst
	1	Erfasst	Nicht Erfasst	Nicht Erfasst	Erfasst
10	3	Erfasst	Nicht Erfasst	Erfasst	Nicht Erfasst
	2	Erfasst	Nicht Erfasst	Erfasst	Nicht Erfasst
	1	Erfasst	Nicht Erfasst	Nicht Erfasst	Nicht
0	3	Nicht Erfasst	Nicht Erfasst	Nicht Erfasst	Nicht Erfasst

Wie in Tabelle 2 dargestellt, konnte in dem Fall, in dem Bohnenpaste als Werkstück verwendet wurde, der Fremdkörper-Röntgendetektor kein Teststück erfassen, während der Metalldetektor alle Teststücke erfassen konnte. D.h. , dass nicht das Teststücke, das 3 mm je Seite maß und 30 % Eisenoxid enthielt, sondern auch das Teststück, das 1 mm je Seite maß und 10 % Eisenmetall enthielt, welches das kleinste Stück war und eine kleine Menge Metallpulver enthielt, vom Metalldetektor erfasst werden konnte.
In dem Fall, in dem Mayonnaise als Werkstück verwendet wurde, konnte das Teststück selbst dann, wenn der Anteil des Eisenoxids in dem Teststück bei 10 % bis 30 % lag, vom Metalldetektor erfasst werden, sofern die Größe des Teststücks 2 mm je Seite oder größer war. Des Weiteren wurde herausgefunden, dass im Fall der Verwendung des Fremdkörper-Röntgendetektors selbst dann, wenn die Größe des Teststücks bei 1 mm lag, das Teststück erfasst werden konnte, sofern der Eisenoxidgehalt bei 20 % oder mehr lag.
Aus den oben diskutierten Ergebnissen wurde herausgefunden, dass das Teststück, das eine Verschleißsubstanz enthielt, selbst in Werkstücken wie einer Bohnenpaste und Mayonnaise, bei denen die Erfassungsgenauigkeit des Metalldetektors und Fremdkörper-Röntgendetektors als extrem niedrig angenommen wurde, erfasst werden konnte. Des Weiteren kann durch Wahl des Metalldetektors und Fremdkörper-Röntgendetektors als Erfassungsvorrichtung 100 unter Berücksichtigung der Art des Werkstücks, der kleinsten Größe der zu erfassenden Verschleißsubstanz und dergleichen die Erfassungsgenauigkeit optimiert werden.
Bezugszeichenliste

10: Pumpenbetriebszustandserfassungssystem
20: einachsige Exzenterschneckenpumpe (Pumpe)
50, 150, 250: Stator (Gleitelement für eine Pumpe)
52, 252: Innenumfangsfläche
56: Fluidförderweg
60: Rotor
100: Erfassungsvorrichtung
110: Förderweg
120: Bestimmungsvorrichtung
252a: Nahbereich
252b: anderer Bereich

Claims

Stator (50) mit einer innengewindeförmig ausgebildeten Innenumfangsfläche (52) zur gleitbeweglichen Aufnahme eines außengewindeförmig ausgebildeten Rotors (60) einer einachsigen Exzenterschneckenpumpe (20), wobei der Stator (50) aus Harz oder Gummi hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (50) 10 Gew.% bis 30 Gew.% Metallpulver enthält.
Stator (50) nach Anspruch 1, wobei der Stator (50) auf seiner Fluidaustrag- und/oder Fluidsaugseite eine konische Stirnfläche aufweist.
Stator (50) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Harz oder der Gummi eine gleichbleibende Dicke hat.
Stator (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Gehalt des Metallpulvers in einem Bereich (252a) auf der Seite der Innenumfangsfläche(252) höher ist als in einem anderen Bereich (252b).
Pumpenbetriebszustandserfassungssystem (10) mit: einer einachsigen Exzenterschneckenpumpe (20), die ein Stator (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweist; einer Erfassungsvorrichtung (100) zum Erfassen eines in dem von der einachsigen Exzenterschneckenpumpe (20) ausgetragenen Fluides enthaltenen Metallpulvers; und einer Steuervorrichtung (120) zum Bestimmen, dass sich eine Verschleißsubstanz, die auf einen Verschleiß des Stators (50) zurückzuführen ist, in das von der einachsigen Exzenterschneckenpumpe (20) ausgetragene Fluid gemischt hat, unter der Bedingung, dass die Erfassungsvorrichtung (100) das Vorhandensein des Metallpulvers feststellt.